双曲蜂窝铝板蒙皮拉伸加工工艺

技术领域

本发明涉及蜂窝铝板加工技术领域，具体地，涉及一种双曲蜂窝铝板蒙皮拉伸加工工艺。

背景技术

随着建筑行业技术的飞速发展，建筑的外形越来越多样化、复杂化。各种优美的造型曲线逐渐成为建筑作品的点睛之笔。这种复杂的造型对于装修阶段，内外表皮的装饰材料的加工工艺有了新的要求。由于蜂窝铝板在建筑物内、外表皮的装饰中具有其独特的优势，逐渐在大量的工程中得到运用。

对于平板而言，蜂窝铝板的加工工艺已非常成熟，但是曲面板的加工却依然处于摸索过程中，并没有形成一套完善的工艺流程。对于曲面而言，可以通过高斯曲率K值分为三类：高斯曲率K为负值的双曲面，典型代表曲面为马鞍面；高斯曲率K值为零的曲面，称之为单曲面，典型代表曲面为各种柱面；高斯曲率K值为正值的双曲面，典型代表曲面为球面或者锅底面。其中，高斯曲率K值为零的单曲面加工指直接可以采用沿着曲面结构线方向，采用辊压设备辊压工艺，实现单曲面的成型；其他两种曲面是无法采用辊压工艺实现曲面的成型、必须采用新的成型工艺。

现有的双曲成型工艺在汽车、船舶、军工行业应用非常广泛，大的构件基本采用“整体压铸成型”，或者“数控点阵冲压技术”两种工艺，铝板行业对于2mm以上铝单板，也有采用“数控点阵冲压技术”，“凸凹模组合冲压”法，数控点阵冲压技术是以每个可以独立控制的点组合形成一套凹凸面的模具组合，对工件进行冲压。

经过检索发现：

申请公开号为CN103433380A的中国发明专利，公开了一种汽车覆盖件拉延模具的凸成形方法，该方法首先应用冲压仿真分析对成形过程进行模拟，检查板料与凸凹模型面未出现双面接触及板料成形过程中未起皱的区域，将这些区域对应到模具凸模的型面和凹模的型面之上，然后将凸模和凹模型面划分为凸、凹两类特征，获取凸凹特征的分界曲线，以分界曲线将凸模型面和凹模型面进行分割，保留板料拉延模具凸、凹模成形部分曲面的凸特征，并以此设计、加工实际的拉延模具的凸模和凹模的型面。

但是，上述现有技术对于2mm以下薄板不太适用，主要体现在：1)凸凹模组合的工艺，成本太高，且只适合于批量加工的，对于每块板具有唯一性的，不适用；2)数控点阵冲压技术设备造价昂贵，工作台(800mm*800mm)面小，无法制作板幅较大的工件；3)冲压后铝板的回弹过大，无法准确压制符合要求的双曲面。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种双曲蜂窝铝板蒙皮拉伸加工工艺。

根据本发明的一个方面，提供一种双曲蜂窝铝板蒙皮拉伸加工工艺，包括：

提供模胎，根据双曲蜂窝铝板的高斯曲率确定模胎形式；将平板蜂窝铝板放在所述模胎上；

用硅胶皮布覆盖模胎和平板蜂窝铝板，形成蒙皮；

将硅胶皮布和模胎表面间抽真空形成负压，使平板蜂窝铝板与模胎完全贴合；

在蒙皮负压作用下对其整体进行时效处理，待平板蜂窝铝板胶膜完成固化，双曲蜂窝铝板定型。

进一步地，所述提供模胎，包括：采用激光雕刻的方式形成木质模胎。

进一步地，所述将平板蜂窝铝板放在所述模胎上，其中：平板蜂窝铝板与模胎接触的位置及平板蜂窝铝板变形的方向被构造为：平板蜂窝铝板的面内不变形区域先和模胎贴合，蒙皮拉伸过程中随着拉伸变形量由小到大，变形区域逐步和模胎贴合。

进一步地，通过成型的双曲蜂窝铝板的高斯曲率值的正负情况确定模胎的凹凸形式。

进一步地，对于高斯曲率为负值的曲面蜂窝铝板，采用长度方向为凹模、宽度方向为凸膜的模胎；拉伸时平板蜂窝铝板的长度方向依靠重力与模胎在宽度的中间区域贴合，蒙皮拉伸时未贴合区域产生拉伸变形使未贴合区域与模胎贴合。

进一步地，对于高斯曲率值为正值的曲面蜂窝铝板，采用长度方向和宽度方向均为凹模的模胎；拉伸时平板蜂窝铝板的长度方向的边部先和模胎贴合，然后进行蒙皮拉伸，拉伸中心部位使中心部位延伸与模胎贴合。

进一步地，所述将硅胶皮布和模胎表面间抽真空形成负压，包括：用真空泵将所述硅胶皮布和模胎表面间抽真空形成负压。

进一步地，在蒙皮负压作用下进行时效处理使胶膜固化，其中：时效处理包括静置时效或高温时效处理。

进一步地，成型的双曲蜂窝铝板的面板和背板的厚度均小于1.5mm，总厚度不大于25mm。

与现有技术相比，本发明具有如下至少之一的有益效果：

1、本发明的双曲蜂窝铝板蒙皮拉伸加工工艺，利用蒙皮拉伸技术使得成型的双曲蜂窝铝板可以不受冲压工作台面的限制，理论上铝板原材能做多大，便能加工多大的双曲板，相比于现有技术能够制作较大板幅的双曲蜂窝铝板工件；

2、本发明的双曲蜂窝铝板蒙皮拉伸加工工艺，根据双曲蜂窝铝板的高斯曲率确定模胎形式，从而能够实现在蒙皮拉伸的整个过程中，平板蜂窝铝板变形全部属于面内受拉变形，不会存在铝板受压情况下出现的应力褶皱波纹现象；

3、本发明的双曲蜂窝铝板蒙皮拉伸加工工艺，硅胶皮布具有经济且可重复利用的优点，整个工艺对场地、设备的依赖程度很低，成本可控。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例中的高斯曲率为正值的曲面蜂窝铝板与模胎、硅胶皮布的作用关系图；

图2为本发明一实施例中的高斯曲率为正值的曲面蜂窝铝板与模胎贴合的示意图；

图3为本发明一实施例中的高斯曲率为正值的曲面蜂窝铝板定型后的示意图；

图4为本发明一实施例中的高斯曲率为负值的曲面蜂窝铝板与模胎、硅胶皮布的作用关系图；

图5为本发明一实施例中的高斯曲率为负值的曲面蜂窝铝板与模胎贴合的示意图；

图6为本发明一实施例中的高斯曲率为负值的曲面蜂窝铝板定型后的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供一种双曲蜂窝铝板蒙皮拉伸加工工艺，参照图1-6，该工艺包括：

S1、提供模胎，根据双曲蜂窝铝板的高斯曲率确定模胎形式；将刚复合的平板蜂窝铝板(即图1和图4中拉伸前平铝板)放在模胎上；

S2、用硅胶皮布覆盖模胎和平板蜂窝铝板，边缘与模胎表面通过胶带密封，形成蒙皮，硅胶皮布和模胎表面形成空腔将蜂窝铝板包裹在内；

S3、将硅胶皮布和模胎表面间抽真空形成负压；模胎作为双曲蜂窝板成型的模具，平板蜂窝铝板通过负压与模胎完全贴合得到所需的双曲面；

S4、在蒙皮负压作用下进行时效处理，待平板蜂窝铝板完成充分的拉伸，双曲蜂窝铝板胶膜固化成型，双曲蜂窝铝板(即图3和图6中成型后的双曲面铝板)定型。

本发明实施利用蒙皮拉伸技术，使得成型的双曲蜂窝铝板可以不受冲压工作台面的限制，理论上铝板原材能做多大，便能加工多大的双曲板，相比于现有技术能够制作较大板幅的双曲蜂窝铝板工件；根据双曲蜂窝铝板的高斯曲率确定模胎形式，从而能够实现在蒙皮拉伸的整个过程中，平板蜂窝铝板变形全部属于面内受拉变形，不会存在铝板受压情况下出现的应力褶皱波纹现象；硅胶皮布具有经济且可重复利用的优点，整个工艺对场地、设备的依赖程度很低，成本可控。

在一些实施方式中，提供模胎，包括：采用激光雕刻的方式形成木质模胎，采用木质模胎具有易加工和成本较低的特点。需要说明，在其他一些实施例中，若双曲板的规格比较统一，也可以采用金属骨架加金属板制作模胎，有利于提高重复利用率。

本发明实施例将刚复合胶膜未固化平板蜂窝铝板采用蒙皮负压压制成型，平板蜂窝铝板与模胎接触的位置及平板蜂窝铝板变形的方向是本发明的关键，因为要保证平板蜂窝铝板的在变形过程中始终处于面内受拉状态，这种状态才能保证铝板在变形过程中不出现皱折。在一些实施例中，将平板蜂窝铝板放在模胎上，其中：平板蜂窝铝板与模胎接触的位置及平板蜂窝铝板变形的方向被构造为：平板蜂窝铝板的面内不变形区域先和模胎贴合，蒙皮拉伸过程中随着拉伸变形量由小到大，变形区域逐步和模胎贴合。

双曲蜂窝铝板的高斯曲率决定了模胎的形状，因此模胎的选择至关重要。在一些实施方式中，根据成型后双曲蜂窝铝板的高斯曲率值的正负情况确定模胎的凹凸形式。

具体地，参照图4-6，对于高斯曲率为负值的曲面蜂窝铝板，如马鞍面蜂窝铝板，A、B、C、D分别表示铝板的四个定点，V1、V2表示铝板两短边的中点，U1、U2表示铝板两长边的中点，采用长度方向为凹模、宽度方向为凸膜的模胎；拉伸时平板蜂窝铝板的长度方向依靠重力与模胎在宽度的中间区域贴合(V1、V2)，即在自重状态下V1与V2的连线区域与模胎贴合，蒙皮拉伸时未贴合区域(U1、U2)产生拉伸变形使未贴合区域与模胎贴合，即负压状态下V1与V2的连线区域以外的区域逐步与模胎贴合，其中，蒙皮拉伸时平板蜂窝铝板板的宽度和长度方向均都产生变形，宽度方向的变形很明显就是与模胎贴合；由于蜂窝铝板变形后曲率半径加大，在长度方向的变形过程需承受长度方向的拉力，蒙皮贴合弧形模胎的过程中由于有水平方向向两端的分力，使蜂窝铝板产生拉伸变形，达到所需的双曲板型。如果反之，蒙皮在水平方向的分力是指向中心的，而薄的蜂窝铝板是无法承受平面内压应力的，会出现起皱现象。因此，根据不同高斯曲率双曲板确定模胎形式进行蒙皮拉伸加工是本申请工艺的关键所在。

参照图1-3，对于高斯曲率值为正值的曲面蜂窝铝板，如锅底面蜂窝铝板，A、B、C、D分别表示铝板的四个定点，V1、V2表示铝板两短边的中点，U1、U2表示铝板两长边的中点，P为铝板的中心点，采用长度方向和宽度方向均为凹模的模胎；拉伸时平板蜂窝铝板的长度方向的边部先和模胎贴合(AD、BC)，即平板蜂窝铝板在自重状态下两条长边先与模胎贴合，然后进行蒙皮拉伸，拉中心部位V1、P、V2区使中心部位延伸与模胎贴合，即负压状态下两条长边以外的区域逐步与模胎贴合，其中，拉伸过程中长度和宽度方向均产生变形，与高斯曲率为负值的曲面蜂窝铝板类似，蒙皮拉伸过程中蒙皮为蜂窝铝板提供水平方向的分力(类似于吹气球)，使蜂窝铝板产生拉伸变形，达到所需的双曲板型。

上述模胎形式，能够保证双曲蜂窝铝板在蒙皮拉伸成型过程中，面内不变形的区域先和模胎贴合，蒙皮拉伸过程中根据拉伸变形量由小到大逐步和模胎贴合，保证了成型过程面板的各个部位均处于受拉状态。

在一些实施方式中，硅胶皮布为表面涂上硅胶材质的帆布类材料，具有较高的强度和抗划伤性能，同时具有良好的密封性，以满足抽真空过程中的密封性要求。将硅胶皮布与模胎表面间抽真空形成负压，包括：用真空泵(空压机)将硅胶皮布盖在模胎表面四周密封后抽真空形成负压，真空泵设备为常规标准设备，属于通用设备，该工艺对场地、设备的依赖程度低。负压的大小受空压机的影响，负压的大小应控制在既要使得蜂窝铝板发生塑性变形与模胎贴合，又要防止将蜂窝铝板压瘪或出现蜂窝状压痕，因此负压值与板厚和曲率变化有关。由于在大气环境下操作，其负压最大不会大于一个大气压，优选地，采用22kw真空泵，容积流量3.5立方/分钟，排气压力0.8MPa，可以理解的是，真空泵功率的大小与同时为几个模胎抽真空也有关系。蒙皮负压使蜂窝铝板在平面内外均发生一定的弹塑性变形，使其与模胎贴合，达到所需的双曲板型。

在一些实施方式中，在蒙皮负压作用下进行时效处理，其中，时效处理包括时效静置或高温时效处理，其中，静置时效是指在室温状态下放置约24小时待胶膜固化，高温时效是指在约70摄氏度下20分钟胶膜加速固化。通过时效处理，可以加速胶膜的固化，胶膜的固化过程也是给双曲后的蜂窝板定型的过程，将蜂窝铝板的蜂窝芯与面板和背板粘合在一起达到定型的目的。

本发明实施例中，双曲蜂窝铝板包括三层材料，分别为铝质的面板和背板以及中间的蜂窝芯，面板、背板、蜂窝芯三者的厚度和为双曲蜂窝铝板的总厚度，成型的双曲蜂窝铝板的面板和背板的厚度均小于1.5mm，总厚度不大于25mm，从而有利于通过负压产生变形形成双曲，可以实现在一个大气压内使其成型。

由于双曲蜂窝铝板是在工厂车间进行单块加工，后期需要在现场高空进行安装，双曲蜂窝铝板的加工精度会对现场安装工效产生很大影响，在双曲蜂窝铝板成型后，还进行检测和预拼装，以验证双曲蜂窝铝板的加工精度，减少现场返工量。

现有技术中的“数控点阵冲压技术”会导致蜂窝铝板面层出现点状压痕，而且整个曲面的不同部位同时挤压，会导致局部受拉，局部受压，受压的部位会出现褶皱类的应力波纹。而本发明实施例采用蒙皮拉伸技术，能从根本上解决双曲铝板在成型过程中的应力波纹的出现。实际上，从两种技术的字面意思理解也可以看出，现有技术的重点在“冲压”，本发明实施例的重点则在“拉伸”，本发明实施例利用铝合金材质良好的延展性，均匀的，有序(从中心最早贴合点，向四周延伸)实现铝板受拉塑性变形，从而形成既定的双曲造型。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。上述各优选特征在互不冲突的情况下，可以任意组合使用。