一种超薄金属板球面成型装置及方法

技术领域

本申请涉及天幕双曲面金属板成型技术领域，尤其是涉及一种超薄金属板球面成型装置及方法。

背景技术

天象仪是模拟星空表演的科普仪器，又称假天仪。在一个半球型天幕上演示人在地球上不同经纬度看到的各类天体。如日月星辰的升降运行，行星在恒星中穿行，地球自转轴的岁差运动。它可在较短的时间内演示出宇宙中主要恒星、行星、星团以及星云的运动规律，太阳的东升西落，月亮的盈亏圆缺，直观逼真，生动有趣。

半球型天幕是一种观众厅为圆顶式结构，银幕呈上下两个半球组合成整球的放映幕，球幕放映均采用超广角鱼眼镜头的球幕融合方式，观众被包围其中，视银幕如同苍穹，由于银幕影像大而清晰，自观众面前延至身后，且伴有立体声环音，使观众如置身其间，临场效果十分强烈，对于球幕的制造需要用到超薄金属板进行一块一块的拼接，从而形成球幕。金属板的初始状态为矩形板，矩形的金属板经过加工后形成双曲面弧形板，再将成型后的双曲面弧形板拼接形成半球形天幕。

目前对矩形的金属板加工方式一般为使用冲压机冲压成型，将金属板放置在冲压机的工作台上，随后冲压机驱使模具朝向金属板移动，模具对金属板冲压作业。

然而，因金属板的厚度一般3mm或小于3mm，冲压成型过程中板材受到外力的作用而发生塑性变形，但外力撤离后，由于材料的弹性特性，在金属件的作用力下会导致板材恢复原状，即发生回弹，进而导致金属板的成型质量较为一般。

发明内容

为提高金属板的成型质量，本申请提供一种超薄金属板球面成型装置及方法。

第一方面，本申请提供的一种超薄金属板球面成型装置，采用如下的技术方案：

一种超薄金属板球面成型装置，包括底座，所述底座上设置有安装架，所述底座上滑动设置有木模，所述木模呈弧形台，所述木模的弧面与待成型的双曲面金属板的弧度一致，所述木模沿垂直于底座的方向滑移；所述安装架设置有两个且分别位于底座两侧，两个所述安装架均设置有夹持装置，所述夹持装置包括固定座、L形板和固定板，所述L形板固定设置在固定座上且所述L形板的横板背离固定座，所述固定板位于L形板的横板和固定座之间，所述固定板滑动设置在L形板上，所述固定板沿平行于L形板的竖板方向滑动，所述固定座铰接在安装架上，所述固定座的铰接轴线垂直于木模的滑动方向，矩形金属板位于木模上方且两侧夹持在固定板和固定座之间，所述底座上设置有用于驱使木模顶升而拉伸矩形金属板的第一驱动件。

可选的，所述第一驱动件包括设置在底座上的液压缸，所述液压缸的本体固定设置在底座上，所述液压缸活塞杆的长度方向垂直于底座，所述木模底面的中心固定设置在液压缸活塞杆上。

可选的，所述底座上设置有整合框，所述整合框设置有两个，两个所述整合框位于木模两侧且木模中心位于两个整合框中线处，所述整合框位于安装架端部的一侧，两个所述整合框滑动设置在底座上，所述整合框的滑动方向平行于安装架的长度方向，两个所述整合框的高度均大于矩形金属板放置在木模后的高度，两个所述整合框朝向相互靠近或背离的方向滑动，所述底座上设置有用于驱动两个整合框相互靠近带动矩形金属板置于木模中心处的第二驱动件。

可选的，所述底座上滑动设置有滑台，所述整合框设置在滑台上，所述第二驱动件用于驱使滑台滑动，所述整合框的底部铰接设置在滑台上，所述整合框的铰接轴线平行于底座的顶面且垂直于滑台的滑动方向，所述滑台上设置有用于驱动整合框转动的转动件。

可选的，所述滑台上转动设置有铰接轴，所述整合框固定设置在铰接轴上，所述转动件包括同轴设置在铰接轴上的蜗轮和转动设置在滑台上与蜗轮啮合的蜗杆。

可选的，所述固定座、L形板和固定板均为长条形且长度大于矩形金属板最长边的长度，所述L形板的横板上设置有滑块，所述滑块位于L形板横板背离固定座的面上，所述滑块沿L形板的长度方向滑动，所述L形板上设置有用于驱动滑块滑动的第三驱动件，所述滑块上设置有切割装置，所述切割装置用于切割掉压接在固定板和固定座之间的金属板。

可选的，所述切割装置包括设置在滑块上的驱动电机和同轴设置在驱动电机输出轴上的切割刀片，所述驱动电机输出轴的长度方向垂直于固定座的长度方向，所述切割刀片位于L形板横板的端面且切割刀片的侧面与L形板的横板端面抵接，所述切割刀片转动用于切割金属板。

可选的，所述滑块包括设置在L形板横板上的第一板体和设置在第一板体上的第二板体，所述驱动电机位于第二板体上，所述第二板体堆叠在第一板体上且铰接在第一板体上，所述第二板体的铰接轴线平行于固定座的长度方向，所述第一板体上设置有用于驱动第二板体转动带动切割刀片与金属板分离或接触的第四驱动件。

可选的，所述第四驱动件包括铰接在第一板体上的微型推杆，所述微型推杆本体的铰接轴线平行于第二板体的铰接轴线，所述第二板体铰接在微型推杆的输出轴上，所述第二板体与微型推杆输出轴的铰接轴线平行于第二板体的铰接轴线。

第二方面，本申请提供一种超薄金属板球面成型方法，采取如下技术方案：

可选的，一种超薄金属板球面成型方法，使用超薄金属板球面成型装置，还包括；

S1：对矩形金属板双曲面成型时，将矩形金属板放置在木模上，调整矩形金属板的位置，使矩形金属板的两侧位于L形板和固定座之间并抵接在L形板的竖板上；

S2：转动整合框，使整合框从水平方向转动至竖直方向，再通过第二驱动件驱使滑台滑移，滑台带动整合框朝向矩形金属板的方向移动，两侧的整合框带动矩形金属板滑动，而使矩形金属板位于木模的中心；

S3：滑动固定板，固定板朝向矩形金属板滑移而压接在矩形金属板上，以对矩形金属板固定；

S4：启动液压缸，液压缸带动木模上移而抵接矩形金属板的底面，此时，木模的顶点抵接矩形金属板而顶升矩形金属板，矩形金属板逐渐贴合在木模的弧面上；双曲面金属板成型时，带动固定座逐渐转动，固定座逐渐转动而适配双曲面金属板的弧度；

S5：矩形金属板转换为双曲面金属板的过程中，矩形金属板中心处的原子间距逐渐增大，而同一直线上的原子间距变化量小于中心处原子间距变化量，即完成矩形金属板转换为双曲面金属板的过程；

S6：液压缸对双曲面金属板施加的拉力和顶升力未达到金属板的剪切屈服极限；

S7：双曲面金属板成型后，启动驱动电机，驱动电机驱使切割刀片转动，再启动微型推杆，微型推杆带动第二板体朝向第一板体转动，使切割刀片作用于双曲面金属板而切割双曲面金属板的边缘处；再通过第三驱动件驱使滑块滑移，滑块滑移带动切割刀片滑移而对双曲面金属板切割。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

矩形金属板加工时，将矩形金属板放置在木模上，并将矩形金属板移入固定板和固定座之间，再滑动固定板，固定板压接在矩形金属板上，再通过第一驱动件驱使木模滑移，木模滑动而抵接矩形金属板底部，而对矩形金属板成型作业，在上述过程中，木模的顶部首先抵接在矩形金属板底部而使矩形金属板中部顶升，在板材上形成向四周的拉力，此时，矩形金属板中部（与木模顶部的接触点）间的原子间距逐渐增大，矩形金属板其余处的分子间距变化量较小，当木模顶升矩形金属板成型时，金属板处于临近剪切屈服极限而未达到剪切屈服极限，进而降低了双曲面金属板回弹的可能性，提高了双曲面金属板的成型质量；

木模顶升矩形金属板时，矩形金属板的边缘处带动固定座在安装架上转动，而降低了矩形金属板夹持处折断的可能性，进一步提高了双曲面金属板的成型效果；

在木模的作用下，木模与矩形金属板接触后，因木模的硬度小于金属板的硬度，进而降低了金属板板面划伤和损坏的可能性。

附图说明

图1是本申请实施例一种超薄金属板球面成型装置中加工矩形金属板的结构示意图；

图2是本申请实施例一种超薄金属板球面成型装置中双曲面金属板的结构示意图；

图3是本申请实施例一种超薄金属板球面成型装置的整体结构示意图；

图4是图3中A部分的放大示意图；

图5是本申请实施例一种超薄金属板球面成型装置的侧视图；

图6是本申请实施例一种超薄金属板球面成型装置中整合框水平放置结构示意图；

图7是图5中B部分的放大示意图。

附图标记说明：1、底座；2、安装架；3、木模；

4、夹持装置；41、固定座；42、L形板；43、固定板；44、螺杆；

5、安装板；6、液压缸；7、整合框；8、滑台；9、双向丝杠；10、第一电机；11、铰接轴；12、蜗轮；13、蜗杆；14、第二电机；

15、滑块；151、第一板体；152、第二板体；153、微型推杆；

16、切割装置；161、驱动电机；162、切割刀片；

17、第三电机；18、第一丝杠；19、矩形金属板；20、双曲面金属板。

具体实施方式

以下结合附图1-附图7对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种超薄金属板球面成型装置。参照图1、图2和图3，超薄金属板球面成型装置包括底座1，底座1上设置有安装架2，底座1上滑动设置有木模3，木模3呈弧形台，木模3的弧面与待成型的双曲面金属板20的弧度一致，木模3沿垂直于底座1的方向滑移。

参照图3和图4，安装架2设置有两个且分别位于底座1两侧，两个安装架2均设置有夹持装置4，在本申请实施例中，安装架2的顶面固定设置有安装板5，夹持装置4设置在安装板5上，夹持装置4包括固定座41、L形板42和固定板43，L形板42固定设置在固定座41上且L形板42的横板背离固定座41，固定板43位于L形板42的横板和固定座41之间，固定板43滑动设置在L形板42上，固定板43沿平行于L形板42的竖板方向滑动，固定座41铰接在安装板5上，固定座41的铰接轴线垂直于木模3的滑动方向且平行于安装板5的长度方向，矩形金属板19位于木模3上方且两侧夹持在固定板43和固定座41之间，底座1上设置有用于驱使木模3顶升而拉伸矩形金属板19的第一驱动件。

矩形金属板19加工时，将矩形金属板19放置在木模3上，并将矩形金属板19移入固定板43和固定座41之间，再滑动固定板43，固定板43压接在矩形金属板19上，再通过第一驱动件驱使木模3滑移，木模3滑动而抵接矩形金属板19底部，而对矩形金属板19成型作业，在上述过程中，木模3的顶部首先抵接在矩形金属板19底部而使矩形金属板19中部顶升，在板材上形成向四周的拉力，此时，矩形金属板19中部（与木模3顶部的接触点）间的原子间距逐渐增大，矩形金属板19其余处的原子间距变化量较小，当木模3顶升矩形金属板19成型时，金属板处于临近剪切屈服极限而未达到剪切屈服极限，进而降低了双曲面金属板20回弹的可能性，提高了双曲面金属板20的成型质量；

参照图3，在本申请实施例中，第一驱动件包括设置在底座1上的液压缸6，液压缸6设置一个，液压缸6的本体固定设置在底座1上，液压缸6活塞杆的长度方向垂直于底座1，木模3底面的中心固定设置在液压缸6活塞杆上；驱使木模3移动时，启动液压缸6，液压缸6活塞杆驱使木模3滑移，木模3滑移以顶升和拉伸金属板，操作简单便捷。

参照图3和图4，在本申请实施例中，L形板42的横板上螺纹连接有螺杆44，螺杆44的长度方向垂直于L形板42横板的长度方向，螺杆44的一端位于L形板42的横板和固定座41之间，固定板43转动连接在螺杆44的端部，进一步的，固定板43的压接面上设置有防滑纹；对矩形金属板19固定时，转动螺杆44，螺杆44转动带动固定板43朝向矩形金属板19的方向移动而压接在矩形金属板19上，进而将矩形金属板19固定，操作简单便捷；进一步的，在防滑纹的作用下，降低了矩形金属板19在拉伸过程，矩形金属板19和固定板43相对滑移的可能性。

参照图1和图5，为便于调整矩形金属板19在木模3上的位置，而使矩形金属板19置于木模3的中心，底座1上设置有整合框7，整合框7呈门形，整合框7设置有两个，两个整合框7位于木模3两侧且木模3中心位于两个整合框7中线处，整合框7位于安装架2端部的一侧，两个整合框7滑动设置在底座1上，整合框7的滑动方向平行于安装架2的长度方向，两个整合框7的高度均大于矩形金属板19放置在木模3后的高度，两个整合框7朝向相互靠近或背离的方向滑动。

当矩形金属板19放置在木模3上后，滑动两侧的整合框7，两侧的整合框7以相同速度相对滑动，整合框7滑动抵接矩形金属板19后，带动矩形金属板19移动，当两侧的整合框7夹持矩形金属板19后，矩形金属板19置于木模3的中心。

参照图1和图5，在本申请实施例中，底座1上滑动设置有滑台8，整合框7设置在滑台8上，底座1上设置有用于驱动两个整合框7相互靠近带动矩形金属板19置于木模3中心处的第二驱动件，第二驱动件用于驱使滑台8滑动，第二驱动件包括转动设置在底座1上的双向丝杠9，双向丝杠9两侧的螺纹方向相反，滑台8螺纹连接在双向丝杠9上，进一步的，底座1上设置有第一电机10，双向丝杠9同轴设置在第一电机10的输出轴；启动第一电机10，第一电机10驱使双向丝杠9转动，双向丝杠9转动带动滑台8滑移，滑台8滑移带动整合框7滑动，操作简单便捷。

参照图5、图6和图7，为降低整合框7对矩形金属板19放置产生的影响，整合框7的底部铰接设置在滑台8上，整合框7的铰接轴线平行于底座1的顶面且垂直于滑台8的滑动方向，在本申请实施例中，滑台8上转动设置有铰接轴11，整合框7固定设置在铰接轴11上，滑台8上设置有用于驱动整合框7转动的转动件，转动件包括同轴设置在铰接轴11上的蜗轮12和转动设置在滑台8上与蜗轮12啮合的蜗杆13，蜗杆13的长度方向平行于滑台8的滑动方向，滑台8上设置有第二电机14，蜗杆13同轴设置在第二电机14的输出轴上；矩形金属板19放置在木模3的过程中，启动第二电机14，第二电机14驱使蜗杆13转动，蜗杆13转动带动蜗轮12转动，蜗轮12转动带动铰接轴11转动，铰接轴11转动带动整合框7转动，整合框7转动至平行于底座1的位置，随后将矩形金属板19放置在木模3上，再启动第二电机14，第二电机14驱使整合框7转动至竖直方向，而便于带动整合框7滑移。

参照图3和图4，矩形金属板19经木模3顶升，拉伸成型后，将双曲面金属板20从固定板43上移出，因双曲面金属板20的边缘处压接在固定板43下，因此需将固定板43下方的金属板剪切，但双曲面金属板20从木模3上移出剪切时，双曲面金属板20的弧度会受到影响，并易导致双曲面金属板20在外力的作用下产生回弹的可能性，因此，在本申请实施例中，固定座41、L形板42和固定板43均为长条形且长度大于矩形金属板19最长边的长度，L形板42的横板上设置有滑块15，滑块15位于L形板42横板背离固定座41的面上，滑块15沿L形板42的长度方向滑动，L形板42上设置有用于驱动滑块15滑动的第三驱动件，滑块15上设置有切割装置16，切割装置16用于切割掉压接在固定板43和固定座41之间的金属板；

参照图3和图4，切割装置16包括设置在滑块15上的驱动电机161和同轴设置在驱动电机161输出轴上的切割刀片162，驱动电机161输出轴的长度方向垂直于固定座41的长度方向且朝向对向的安装架2，切割刀片162位于L形板42横板的端面且切割刀片162的侧面与L形板42横板的端面抵接，切割刀片162转动用于切割金属板。

双曲面金属板20成型后，启动驱动电机161，驱动电机161驱使切割刀片162转动，切割刀片162转动对双曲面金属板20的边缘处切割，同时，通过第三驱动件驱使滑块15滑移，滑块15滑移带动驱动电机161滑移，此过程中，切割刀片162对双曲面金属板20的边缘处切割，操作简单便捷；同时，双曲面金属板20保压在木模3上，此过程中对双曲面铝合金切割，降低了双曲面金属板20弧度变化以及回弹的可能性，提高了双曲面金属板20的成型质量。

参照图3和图4，在本申请实施例中，第三驱动件包括设置在L形板42横板上的第三电机17，第三电机17输出轴上设置有第一丝杠18，第一丝杠18的长度方向平行于安装板5的长度方向，滑块15螺纹连接在第一丝杠18上。启动第三电机17，第三电机17驱使第一丝杠18转动，第一丝杠18转动带动滑块15滑移，操作简单便捷。

切割刀片162如需对双曲面金属板20切割，切割刀片162的半径需大于驱动电机161输出轴距双曲面金属板20之间的距离，其易导致矩形金属板19顶升和拉伸时，切割刀片162易损坏矩形金属板19，因此，在本申请实施例中，滑块15包括设置在L形板42横板上的第一板体151和设置在第一板体151上的第二板体152，第一板体151螺纹连接在第一丝杠18上，驱动电机161位于第二板体152上，第二板体152堆叠在第一板体151上且铰接在第一板体151上，第二板体152的铰接轴线平行于固定座41的长度方向，第一板体151和第二板体152的铰接轴线位于背离木模3的一侧，第一板体151上设置有用于驱动第二板体152转动带动切割刀片162与金属板分离或接触的第四驱动件；

参照图3和图4，第四驱动件包括铰接在第一板体151上的微型推杆153，微型推杆153本体的铰接轴线平行于第二板体152的铰接轴线，第二板体152铰接在微型推杆153的输出轴上，第二板体152与微型推杆153输出轴的铰接轴线平行于第二板体152的铰接轴线。

矩形金属板19拉伸时，启动微型推杆153，微型推杆153驱使第二板体152朝向背离第一板体151的方向转动，第二板体152转动带动驱动电机161转动，驱动电机161带动切割刀片162朝向背离矩形金属板19偏移，随后使用固定板43对矩形金属板19固定；矩形金属板19成型后，再通过微型推杆153驱使第二板体152转动，第二板体152转动带动切割刀片162转动而作用于矩形金属板19的边缘处。

本申请实施例一种超薄金属板球面成型装置的实施原理为：

矩形金属板19加工时，将矩形金属板19放置在木模3上，并将矩形金属板19移入固定板43和固定座41之间，再滑动固定板43，固定板43压接在矩形金属板19上，再通过第一驱动件驱使木模3滑移，木模3滑动而抵接矩形金属板19底部，而对矩形金属板19成型作业，在上述过程中，木模3的顶部首先抵接在矩形金属板19底部而使矩形金属板19中部顶升，在板材上形成向四周的拉力，此时，矩形金属板19中部（与木模3顶部的接触点）间的原子间距逐渐增大，矩形金属板19其余处的原子间距变化量较小，当木模3顶升矩形金属板19成型时，金属板处于临近剪切屈服极限而未达到剪切屈服极限，进而降低了双曲面金属板20回弹的可能性，提高了双曲面金属板20的成型质量。

本申请实施例公开一种超薄金属板球面成型方法，超薄金属板球面成型方法使用超薄金属板球面成型装置，还包括；

S1：对矩形金属板19双曲面成型时，将矩形金属板19放置在木模3上，调整矩形金属板19的位置，使矩形金属板19的两侧位于L形板42和固定座41之间并抵接在L形板42的竖板上；

S2：转动整合框7，使整合框7从水平方向转动至竖直方向，再通过第一电机10驱使滑台8滑移，滑台8带动整合框7朝向矩形金属板19的方向移动，两侧的整合框7带动矩形金属板19滑动，而使矩形金属板19位于木模3的中心；

S3：滑动固定板43，固定板43朝向矩形金属板19滑移而压接在矩形金属板19上，以对矩形金属板19固定；

S4：启动液压缸6，液压缸6带动木模3上移而抵接矩形金属板19的底面，此时，木模3的顶点抵接矩形金属板19而顶升矩形金属板19，矩形金属板19逐渐贴合在木模3的弧面上；双曲面金属板20成型时，带动固定座41逐渐转动，固定座41逐渐转动而适配双曲面金属板20的弧度；

S5：矩形金属板19转换为双曲面金属板20的过程中，矩形金属板19中心处的原子间距逐渐增大，而同一直线上的原子间距变化量小于中心处原子间距变化量，即完成矩形金属板19转换为双曲面金属板20的过程；

S6：液压缸6对双曲面金属板20施加的拉力和顶升力未达到金属板的剪切屈服极限；

S7：双曲面金属板20成型后，启动驱动电机161，驱动电机161驱使切割刀片162转动，再启动微型推杆153，微型推杆153带动第二板体152朝向第一板体151转动，使切割刀片162作用于双曲面金属板20而切割双曲面金属板20的边缘处；再通过第三驱动件驱使滑块15滑移，滑块15滑移带动切割刀片162滑移而对双曲面金属板20切割。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。