振动辅助式自由成形制造制造技术

公开了一种振动辅助式自由成形制造。公开了一种用于成形工件的系统和方法。所述系统可包括用于接纳具有相对的第一表面和第二表面的工件的固定组件、第一工具和第二工具以及被构造成使第一工具和/或第二工具振动的振动源。第一工具和第二工具可被构造成在振动源使第一工具和/或第二工具振动时沿第一预定运动路径和第二预定运动路径运动并且可在第一表面和第二表面上施加力以成形工件。所述方法可包括利用振动源使工具振动以及使振动的工具和另一工具沿第一成形路径和第二成形路径运动以成形工件。振动源可以是超声波换能器，并可使工具以至少1kHz的频率振动。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及例如金属板的振动辅助式自由成形制造。
技术介绍
金属板成形通常使用冲压工艺(在该冲压工艺中，具有期望的几何形状的相对的工具将金属板冲压成期望的形状)执行。冲压对于大批量制造来说是非常高效的且具有成本效益的工艺。然而，对于小批量制造或原型制造(prototyping)，生产用于每个部件设计迭代的冲压工具所需的成本和精力可能是过高的。能适时地产生有成本效益的原型的金属板成形工艺将会是非常有益的。
技术实现思路
在至少一个实施例中，提供了一种用于成形工件的系统。所述系统可包括用于接纳具有相对的第一表面和第二表面的工件的固定组件、第一工具和第二工具、被构造成使第一工具振动的振动源。第一工具和第二工具可被构造成在第一工具通过振动源而振动时沿第一预定运动路径和第二预定运动路径运动并在第一表面和第二表面上施加力，以成形工件。在一个实施例中，第一工具和第二工具被构造成沿第一预定运动路径和第二预定运动路径运动并在第一表面和第二表面上施加力以成形工件，而不穿过第一表面和第二表面。振动源可被构造成使第一工具以5至70kHz的频率振动。振动源可被构造成使第一工具以1至50μm的振幅振动。在一个实施例中，振动源可被构造成使第一工具沿与第一表面大体上平行的方向振动。在另一实施例中，振动源可被构造成使第一工具沿与第一表面大体上垂直的方向振动。所述系统还可包括操纵器，所述操纵器包括工具保持件，所述工具保持件被构造成保持第一工具，其中，振动源包括附着到工具保持件或与工具保持件一体的换能器。第一预定运动路径和第二预定运动路径可以是相配合的或互补的，使得在工件的局部区域中向第一表面和第二表面施加压力。在一个实施例中，振动源是第一振动源，且所述系统还包括被构造成使第二工具振动的第二振动源。第一振动源和第二振动源可被构造成使第一工具和第二工具以相同的频率振动。在至少一个实施例中，提供了一种系统，所述系统包括用于保持工件的固定件、第一工具和被构造成使第一工具振动的振动源。第一工具可被构造成在第一工具振动时沿工件的第一表面运动并在工件上对着第二工具施加力，以成形工件。所述系统还可包括第一操纵器和第二操纵器，所述第一操纵器被构造成使第一工具沿着工件的第一表面沿多个轴线运动，所述第二操纵器被构造成使第二工具沿着工件的第二表面沿多个轴线运动。第二工具可包括具有表面轮廓的模具。振动源可被构造成使第一工具以5至70kHz的频率和1至50μm的振幅振动。系统还可包括操纵器，所述操纵器包括工具保持件，所述工具保持件被构造成保持第一工具，其中，振动源包括附着到工具保持件或与工具保持件一体的换能器。在至少一个实施例中，提供了一种成形包括相对的第一表面和第二表面的工件的方法。所述方法可包括定位第一工具和第二工具、利用振动源使第一工具振动以及使振动的第一工具和第二工具沿着第一成形路径和第二成形路径沿多个轴线运动使得第一工具和第二工具接触第一表面和第二表面，以成形工件。第一工具可通过工具保持件保持并可通过附着到工具保持件或与工具保持件一体的换能器振动。第一工具可以以至少1kHz的频率振动。第一成形路径和第二成形路径可以是互补的且可在工件的局部区域中向第一表面和第二表面施加压力。所述方法可包括使第一工具以5至70kHz的频率振动，以将工件的局部区域加热至工件的熔化温度的20％至70％的温度。附图说明图1是根据实施例的用于渐进地成形工件的系统的侧视图；图2是根据实施例的通过图1的系统成形的工件的示意性侧视图；图3是根据另一实施例的通过图1的系统成形的工件的示意性侧视图；图4是根据实施例的用于渐进地成形工件的包括振动源的系统的侧视图；图5是根据另一实施例的用于渐进地成形工件的包括振动源的系统的侧视图；图6是根据实施例的通过包括振动源的系统成形的工件的示意性侧视图；图7是根据另一实施例的通过包括振动源的系统成形的工件的示意性侧视图；图8是根据实施例的通过包括振动源和模具的系统成形的工件的示意性侧视图；图9是根据实施例的用于渐进地成形工件的包括振动源的系统可用的模具的截面的示例。具体实施方式根据需要，在此公开本专利技术的具体实施例；然而，应理解公开的实施例仅为本专利技术的实施例，这些实施例可以采用各种和替代的形式实施。附图无需按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以显示特定部件的细节。因此，在此所公开的具体结构和功能细节不应解释为限定，而仅为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本专利技术的代表性基础。申请人已经在第8,302,442号、第8,322,176号和第8,733,143号美国专利中公开了用于渐进地成形工件的多种系统和方法，在此这些专利的公开内容通过引用而整体包含于此。所公开的系统和方法可在具有成本效益和时间效益的情况下允许小批量地成形金属板。参照图1，示出了用于渐进地成形工件12的系统10的示例。系统10还可称为自由成形制造系统。工件12可由具有期望的成形特性的任何合适的材料制成，例如金属、合金、聚合材料或其组合。在至少一个实施例中，工件12可被设置为金属板。在公开的系统10的一个或更多个实施例中，工件12可以大体上是平面的或者可以至少部分地预成形或者是非平面的。系统10可包括支撑结构20、固定组件22、第一操纵器(manipulator)24、第二操纵器26和控制器28。支撑结构20可被设置成支撑多个系统组件。支撑结构20可具有任何合适的构造。在图1示出的实施例中，支撑结构20的形状大体上呈箱状。当然，本公开预期支撑结构20可按照具有更多侧部或更少侧部的不同构造设置。在至少一个实施例中，支撑结构20可被构造为具有可彼此相对设置的第一平台30和第二平台32的框架。一组支撑柱34可在第一平台30和第二平台32之间延伸。在一个或更多个实施例中，支撑柱34可被设置为实心构件或中空的管状构件。可设置一个或更多个拉伸构件36用于对支撑结构20施加力以提供期望大小的稳定性和刚度。在至少一个实施例中，拉伸构件36可设置在支撑柱34的内侧，并可施加使第一平台30和第二平台32朝向彼此偏置的拉力。拉伸构件36可以是任何合适的类型，例如压缩缸、弹簧、先张杆等。在至少一个实施例中，可以调节拉伸构件36施加的力以提供不同的性能特性。可在平台30、32和支撑柱34之间设置多个开口，这可有助于接近系统组件以及工件12的安装和拆卸。一个或更多个开口可至少部分地覆盖有覆盖材料(例如金属或树脂玻璃)，这有助于限定在其中进行工件成形的外壳层(envelope)。多个安全特征可与开口或覆盖材料关联，以便以本领域技术人员公知的方式启动或禁用系统操作。固定组件22可被设置成支撑工件12。固定组件22可包括至少部分地限定开口40的框架。当固定组件22接纳工件12时，开口40可以被工件12至少部分地覆盖。可利用固定组件22设置多个夹具42，以约束工件12并对工件12施加力。夹具42可沿开口40的多个侧部设置，并可具有任何合适的构造。例如，夹具42可以是手动的、气动的、液压致动的或电动的。此外，夹具42可被构造为在工件12上提供大小恒定或可调节的力。例如，一个或更多个夹具42可被构造为提供大小恒定的力以将工件12保持在固定位置。或者，一个或更多个夹具42可被构造为提供大小可调节的力以允许相对于开口40的期望量的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于成形工件的系统，包括：固定组件，用于接纳具有相对的第一表面和第二表面的工件；第一工具和第二工具；振动源，被构造成使第一工具振动，第一工具和第二工具被构造成在第一工具通过振动源而振动时分别沿第一预定运动路径和第二预定运动路径运动并分别在第一表面和第二表面上施加力，以成形工件。

【技术特征摘要】
2015.07.28 US 14/810,6091.一种用于成形工件的系统，包括：固定组件，用于接纳具有相对的第一表面和第二表面的工件；第一工具和第二工具；振动源，被构造成使第一工具振动，第一工具和第二工具被构造成在第一工具通过振动源而振动时分别沿第一预定运动路径和第二预定运动路径运动并分别在第一表面和第二表面上施加力，以成形工件。2.根据权利要求1所述的系统，其中，第一工具和第二工具被构造成分别沿第一预定运动路径和第二预定运动路径运动并分别在第一表面和第二表面上施加力以成形工件，而不穿过第一表面和第二表面。3.根据权利要求1所述的系统，其中，振动源被构造成使第一工具以5至70kHz的频率振动。4.根据权利要求1所述的系统，其中，振动源被构造成使第一工具以1至50...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔·E·维尔科什，维吉塔·瑟拉卡·基里德那，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US