具有增材制造砧座的模块化辊子卷边系统的制作方法

1.本公开涉及辊子卷边系统，具体涉及具有增材制造砧座的模块化辊子卷边系统。


背景技术：

2.已知在汽车工业中，辊子卷边用于连接内车身面板和外车身面板的边缘，以形成车辆摆动金属闭合面板组件，例如车门组件、发动机罩组件和行李箱盖组件。比方说，在通过卷边工艺连接车辆门组件的内面板和外面板时，将冲压的外门面板加载到适当形状的砧座上，然后将冲压的内门构件放置到外门面板的内侧，使内外门面板的边缘相互重叠。内门面板和外门面板用夹具或其它合适的夹紧机构保持就位，同时将一个或多个卷边辊子移动到砧座上并越过砧座，以将外门面板和内门构件的边缘相互折叠，从而将外门面板连接到内门面板。诸如点焊之类的局部焊接，可以用来加强包边表面的连接强度。
3.在用于接合车辆摆动金属闭合面板组件和其它车辆面板组件的这种滚边工艺中使用的传统砧座通常由金属合金制成，例如钢。这种砧座由金属合金铸造或锻造，并通过减材制造，如切割、研磨、珩磨、抛光等，并按照预先确定的外形尺寸和公差进行塑形。鉴于这种金属砧座的尺寸和重量，相关的支撑结构和夹紧机构被焊接和/或以其它方式永久地附接到成品金属砧座上。
4.需要制造包括相关的支撑和夹紧机构的新砧座，以更换具有不同外形尺寸的车辆面板组件。每一个砧座的制造既费时间又费成本，因此，可能不适用于原型或有限运行的车辆面板组件。这样一来，尽管已知的具有金属合金砧座的辊子卷边系统实现了其预期目的，但仍需要一种灵活且经济的辊子卷边系统，以更换具有不同外形尺寸的车辆面板组件。


技术实现要素：

5.根据几个方面，提供了一种模块化辊子卷边系统。所述系统包括：具有工作平台的基座组件，其中，所述工作平台限定了以网格图案布置的多个通孔；具有多个安装脚的砧座，其中，至少一个所述安装脚限定多个通孔，当所述砧座设置在所述砧座上时，所述多个通孔可与所述工作平台相应的多个通孔对准；与所述工作平台隔开的蜘蛛臂组件，其中，所述蜘蛛臂组件包括多个可调节指状件，其被配置为将所述砧座保持在所述工作平台的预定位置上；以及至少一个支撑臂，其具有可安装到所述基座组件的第一端和相对的可安装到所述蜘蛛臂组件的第二端。
6.在本公开的另一个方面，所述基座组件包括多个安装支架，所述支撑臂的所述第一端可选择性地安装到所述基座组件的任何一个所述安装支架上。
7.在本公开的另一方面，所述蜘蛛臂组件包括多个安装支架，所述支撑臂的所述第二端可选择性地安装到所述蜘蛛臂组件的任何一个所述安装支架上。
8.在本公开的另一方面，所述蜘蛛臂组件包括具有多个互连构件的框架结构，以及从所述互连构件延伸的多个可调节指状件，其中，至少一个所述可调节指状件可沿所述互连构件重新定位。
9.在本公开的另一方面，所述支撑臂包括第一臂段和第二臂段。所述第一臂段可选择性地与所述第二臂段分离。
10.在本公开的另一方面，所述砧座包括：限定预定外形尺寸以容纳工件组件的第一表面；与所述第一表面相对的第二表面，其中，所述第二表面限定基座；以及将所述第一表面和所述第二表面互连的第一侧表面，其中，所述第一侧表面限定至少一个安装脚，所述安装脚具有多个安装孔，其可与所述工作平台相应的多个通孔对准。
11.在本公开的另一方面中，所述砧座进一步包括与所述第一侧表面相对的第二侧表面，其中，所述第二侧表面限定多个认证特征件。
12.在本公开的另一方面，所述砧座进一步包括多种聚合物复合材料制成的3d打印层。
13.在本公开的另一方面，所述聚合物复合材料包括尼龙-12和碳纤维。
14.在本公开的另一方面，所述系统进一步包括至少一个可重新定位并具有脚垫的工具单元，所述脚垫限定可与所述工作平台上相应的多个通孔对准的多个孔洞。
15.根据几个方面，一种用于具有多个通孔的工作平台的增材制造砧座。所述砧座包括：砧座主体，其具有限定用于容纳工件的预定外形尺寸的第一表面、与所述第一表面相对的第二表面，以及将所述第一表面和所述第二表面互连的侧表面；以及至少一个安装脚，其从邻近所述第二表面的所述侧表面延伸。当所述至少一个安装脚定位到所述工作平台上时，所述至少一个安装脚限定可与所述工作平台的通孔对准的孔洞。
16.在本公开的另一个方面，所述砧座进一步包括从靠近所述第一表面的所述侧表面延伸的至少一个认证特征件。
17.在本公开的另一方面，所述砧座主体、所述至少一个安装脚和所述至少一个认证特征件为单个一体的单元，其包括由聚合物复合材料制成的多个3d打印层，该聚合物复合材料包括碳纤维增强热塑性塑料，优选为尼龙-12和碳纤维。
18.根据几个方面，一种模块化辊子卷边系统具有：工作平台，其包括工作表面、与所述工作表面相对的支撑表面、以及连接所述工作表面和所述支撑表面的周界表面，其中，所述工作平台限定从所述工作表面延伸到所述支撑表面的以网格图案布置的多个通孔；砧座，其具有被配置成容纳工件组件的第一表面、与所述第一表面相对的基座和从所述基座延伸的至少一个安装脚，其中，所述至少一个安装脚限定至少一个可与所述工作平台的至少一个所述通孔对准的孔洞；可重新配置的蜘蛛臂组件，其具有多个可调节的指状件，所述多个指状件被配置为将所述工件组件保持抵靠所述砧座的所述第一表面；以及多个可拆卸支撑臂，其从所述工作平台延伸并支撑所述可重新配置的蜘蛛臂组件。
19.在本公开的另一个方面，所述工作平台包括多个围绕所述工作平台的周边设置的安装支架。至少一个所述可拆卸臂可选择性地连接到任何一个所述安装支架上。
20.在本公开的另一方面，包括所述至少一个脚的所述砧座包括多层3d打印碳纤维增强热塑性材料。
21.在本公开的另一方面，所述可重新配置的蜘蛛臂组件包括框架结构，所述多个指状件可沿着所述框架结构重新定位。
22.在本公开的另一方面，所述系统进一步包括至少一个具有脚垫的工具单元，所述脚垫限定了多个可与所述工作平台上多个通孔对准的孔洞。
23.根据本文提供的描述，进一步的适用领域将变得显而易见。应当理解，上述描述和具体示例仅用于说明目的，而非旨在限制本公开的范围。
附图说明
24.本文描述的附图仅用于说明目的，而非旨在以任何方式限制本公开的范围。
25.图1是根据一示例性实施例的模块化辊子卷边系统的透视侧视图；
26.图2是根据一示例性实施例如图1所示的模块化辊子卷边系统的透视底视图；
27.图3是根据一示例性实施例的具有多个单元工具的基座组件的透视顶视图；
28.图4是根据一示例性实施例的附接到支撑臂上段的蜘蛛臂组件的透视侧视图；
29.图5是根据一示例性实施例的3d打印砧座的透视顶视图；
30.图6是根据一示例性实施例的销钉和支座单元工具的透视侧视图；
31.图7是根据一示例性实施例的夹紧单元工具的透视侧视图；以及
32.图8是根据一示例性实施例的挤压单元工具的透视侧视图。
具体实施方式
33.以下描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开、应用或用途。所示实施例参照附图公开，在若干附图中，相同的数字表示相应的部分。附图不一定成比例绘制，一些部件可能被放大或最小化以显示特定部件的细节。所公开的具体结构和功能细节并非旨在用于限制，而是作为指导本领域技术人员如何实践所公开概念的代表性基础。
34.图1是模块化辊子卷边系统100的透视侧视图。图2是模块化辊子卷边系统100的透视底视图。同时参考图1和2，模块化辊子卷边系统100包括基座组件102、砧座104、多个支撑臂106、蜘蛛臂组件108和多个单元工具110。砧座104由聚合物复合材料制成，并且可以方便地与具有不同外形尺寸并且制作方式类似的砧座104更换，以容纳各种形状和尺寸的工件组件(未示出)。多个支撑臂106可重新定位，蜘蛛臂组件108可重新配置，并且多个单元工具110可移动，以更换砧座104。模块化辊子卷边系统100能够经济以及方便地更换具有不同外形尺寸的砧座104，而不需要通常经过铸造/锻造和减材制造新的砧座。模块化辊子卷边系统100还免掉了更换基座组件102、蜘蛛臂组件108和多个单元工具110以适应新砧座的需求。
35.图3示出了基座组件102的透视顶视图。同时参考图2和3，基座组件102包括固定到支撑基座114的工作平台112。工作平台112包括第一表面116、与第一表面116相对的第二表面118、以及连接第一表面116和第二表面118的周界侧表面120。周界侧表面120限定工作平台112的周边。工作平台112限定从第一表面116延伸到第二表面118的多个通孔122。多个通孔122定位在网格图案内，该网格图案具有贯穿工作平台112的等间距的通孔中心。
36.支撑基座114包括平台框架124、与平台框架124间隔开的基座框架126、以及将平台框架124和基座框架126互连的多个框架构件128，由此形成一体且坚实的支撑基座114。多个安装支架130将平台框架124连接到工作平台112的第二表面上。安装支架130优选地沿工作平台112的周界侧表面120等距离设置。每个安装支架130限定多个安装螺栓孔131，其被配置为容纳安装螺栓(未示出)。
37.每个支撑臂106包括下段臂106a，也称为第一段臂106a，和上段臂106b，也称为第
二段臂106b。下段臂106a和上段臂106b可拆卸并彼此分离。下段臂106a包括连接端132a，其具有被配置为容纳上段臂106b的连接端132b的容器134。容器134可包括夹紧机构136或夹紧螺栓，其可操作以将下段臂106a锁定和解锁到上段臂106b上。
38.下段臂106a包括与连接端132a相对的第一端138a。第一端138a包括安装支架140a，其可选择性地安装或固定到平台框架124的任何一个安装支架130上。安装支架140a包括与安装支架130上的螺栓孔131相对应的多个螺栓孔142a。下段臂106a可以用安装螺栓固定到平台框架124，以连接平台框架124的安装支架130和下段臂106a的安装支架140a。与此类似，上段臂106b包括与连接端132b相对的第二端138b。第二端138b包括安装支架140b，其可选择性地安装到蜘蛛臂组件108的任何一个安装支架144上并用安装螺栓固定住。
39.最优地如图1所示，下段臂106a包括第一部分146a并过渡到第二部分148a，第一部分146a从中心轴a径向延伸到超出周界侧表面120，第二部分148a在朝向蜘蛛臂组件108的方向上平行于轴a延伸。类似地，上段臂106b包括第一部分146b并过渡到第二部分148b，第一部分146b从中心轴线-a径向延伸到超出周界侧表面120，第二部分148b在基座组件102的方向上平行于轴a延伸。
40.图4示出了附接到上段臂106b的模块化辊子卷边系统100的蜘蛛臂组件108。蜘蛛臂组件108包括具有多个互连构件152、多个可调节指状件154和多个安装支架156的框架结构150。多个可调节指状件154和安装支架156可以沿着框架结构150选择性地重新定位和固定，以适应砧座104的各种大小和外形尺寸。
41.图5示出了设置在工作平台112上的示例性砧座104。在示出的实施例中，砧座104包括砧座主体158，其具有第一表面160、与第一表面160相对的第二表面162、将第一表面160和第二表面162互连的外侧表面164、以及将第一表面160和第二表面162互连的内侧表面166。第一表面160限定工件组件靠置的预定外形尺寸或形状。内侧表面166限定多个认证特征件167，例如定位器孔洞或销钉，以将工件恰当地定位在砧座104上。优选地，第一表面160被精加工成a级光洁度。第二表面162限定基座168，基座168位于工作平台112的第一表面116上并位于工作平台112的周界内。
42.砧座104还包括从邻近基座168的外侧表面和内侧表面164、166延伸的多个安装脚170。每个安装脚170限定安装孔172，当砧座104放置就位在工作平台112的第一表面116上时，安装孔172可与工作平台112的通孔131对准。可以通过对准的孔将保持螺栓、销钉或夹具插入，以将砧座104牢牢地固定在工作平台112上。
43.砧座104通过诸如三维(3d)打印的增材制造工艺形成，该增材制造工艺是通过数字模型来制造几乎任何形状的3d实体对象的工艺。3d打印通过使用增材工艺实现，在增材工艺中，连续的材料层以不同的形状铺列。砧座104可以是三维印刷的聚合物或来自数字三维模型的聚合物复合物。聚合物或聚合物复合材料可以在计算机的控制下沉积、接合或固化，以产生具有所需外形尺寸的砧座104。聚合物/复合材料可以分散，通常是一层一层地，并通过热或光处理熔融。聚合物复合材料可包括碳纤维增强热塑性塑料，优选尼龙-12与碳纤维。
44.最优地，图3和图6-8示出的是设置在工作平台112的第一表面116上的多个单元工具110。每个单元工具110包括支撑工具部分176a、176b、176c的基座174a、174b、174c。单元工具110可重新布置在工作平台112的第一表面116上。每个基座174a、174b、174c限定多个
通孔178或孔洞178，其可与工作平台112的相应通孔122对准。固定螺栓或销钉可以穿过对准的通孔122、178插入，以将单元工具110牢牢地固定在工作平台112上。下面详细地介绍这些工具的每个功能。
45.图6示出了销钉和支座单元工具110a的透视侧视图。销钉和支座单元工具110a是将工件组件定位在工作平台112上的预定位置的固定部件。销钉和支座单元工具在内面板上“销钉”尺寸控制孔，这使得零件具有可重复性。销钉可以是双向或四向的。双向是从两个方向控制面板。四向是从四个方向控制面板。支座单元将内或外面板放置在尺寸控制的坐标系中。图7示出了夹紧单元工具110b的透视侧视图。夹紧单元类似于支座。当需要确保两个部分在面板的选定区域中紧密地保持在一起时，使用夹紧单元工具110b而不是支座。图8是挤压单元工具110c的透视侧视图。挤压单元工具是由弹簧驱动的机械设备。挤压单元工具110c本质上是一个粗糙定位器，其将外面板居中于砧座104本身。弹簧机构由机动辊头启动上下移动，从而使辊头滚边，同时仍保持面板居中。
46.上述公开提供了一种模块化辊子卷边系统100，其能够快速且经济地更换砧座104而不需要通常制造新的基座组件102、新的蜘蛛臂组件108或新的单元工具110。新的或替换的砧座104可以通过增材制造作出，其时间比通常铸造/锻造和加工传统砧座所需的时间短。
47.对本公开的描述本质上仅是示例性的，并且不偏离本公开的一般性意义的变型都处于本公开的范围内。这些变型不应被视为背离本公开的精神和范围。