CN110405053A - 一种渐进成形辅助热加工装置及其热加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种渐进成形辅助热加工装置，包括支撑底座，所述支撑底座内设有液压舱体，所述液压舱体内设有多组单元支撑基体，所述液压舱体底部设有液压油路，所述液压油路一端与单元支撑基体连接，另一端连接有液压系统，所述支撑底座顶部设有压板，所述液压舱体内设有单元支撑基体，所述单元支撑基体连接有交流电源控制器；本发明还公开了一种辅助热加工方法；本发明，削减了渐进成形的牵连效应，使得加工出的板料厚度分布更加均匀、提高板料成形性能同时降低了渐进成形过程中所需的成形力。

Description

一种渐进成形辅助热加工装置及其热加工方法

技术领域

本发明涉及一种渐进成形辅助热加工装置及其热加工方法，属于板料渐进成形加工技术领域。

背景技术

金属板料渐进成形技术是一种快速无模柔性制造技术，该技术引入快速原型制造技术的分层制造的思想，将复杂的三维模型沿高度方向离散成若干层，并生成各等高线层上的加工轨迹，成形工具头沿等高线在二维层面上进行塑性加工，最终将板料成形为所需的工件。

由于渐进成形其特殊的加工方式，成形工具头在成形力的作用下对板料进行变薄拉延，成形区域的材料在工具头的作用下沿着工件轴向作剪切流动，板料厚度会减薄，减薄规律遵循余弦定理，所述的为板材的原始厚度，当成形角超过成形极限角时，板材会发生破裂。

经过对现有渐进成形负成形技术的检索以及实验探究中发现，渐进成形负成形过程中，由于板料底部缺少支撑体，板料在加工过程中并非纯粹的剪切变形，存在牵连效应及板料在成形过程中对已经成区域存在拉应力，伴随着成形深度的增加，成形部分在一定范围内会对已成形部位产生一定的拉延减薄作用，导致实际加工的样件厚度分布不均匀，不再遵循余弦定理，同时渐进成形负成形技术较正成形技术的成形极限低，所能成形的材料塑性要求较高，因此渐进成形负成形技术无法加工一些塑性较差的材料，在一定程度上限制了渐进成形负成形技术的发展与应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种渐进成形辅助热加工装置及其热加工方法，以解决现有技术中导致的上述渐进成形负成形技术无法加工一些塑性较差的材料，以及实际加工样件壁厚分布不均的问题。

一种渐进成形辅助热加工装置，包括支撑底座，所述支撑底座内设有液压舱体，所述液压舱体内设有多组单元支撑基体，所述液压舱体底部设有液压油路，所述液压油路一端与单元支撑基体连接，另一端连接有液压系统，所述支撑底座顶部设有压板，所述液压舱体内设有单元支撑基体，所述单元支撑基体连接有交流电源控制器。

优选地，所述单元支撑基体包括柱塞、双向螺纹隔热接头和支撑头；所述柱塞设于单元支撑基体内，所述双向螺纹隔热接头设在柱塞的顶部，所述支撑头与双向螺纹隔热接头连接，所述支撑头内设有受控感应加热线圈，所述受控感应加热线圈与交流电源控制器连接。

优选地，所述单元支撑基体设有五组，分别为第一圈单元支撑基体、第二圈单元支撑基体、第三圈单元支撑基体、第四圈单元支撑基体和第五圈单元支撑基体。

优选地，所述支撑头的采用绝缘导热材料，且支撑头外表面涂有陶瓷涂层。

优选地，所述双向螺纹隔热接头采用绝缘隔热材料，且双向螺纹隔热接头两端设有螺纹接头。

优选地，所述支撑底座的顶部与压板之间设有板料。

优选地，所述支撑底座为方形，并且支撑底座的内部开设有方型孔洞。

优选地，所述压板为的方形，并且压板的内部开设有方形孔洞；所述压板的四角处设有与支撑底座相适配的螺纹孔。

一种热加工方法，所述方法包括以下步骤：

确定板料的屈服应力σ _s 以及板料与单元支撑基体的接触面积A；

利用计算机造型软件对代加工零件的外形进行壳体建模，并生成渐进成形机床加工所需的数控加工代码；

将待加工的板料放置于支撑底座上，并用压板压紧待加工板料四周；

启动液压系统，使得单元支撑基体与压板接触产生压力，并控制该压力F小于板料的屈服应力，保持渐进成形过程中单元支撑基体始终贴合板料外轮廓即可，其液压系统提供给单元支撑基体的液压力可参照下面公式设定：

其中，A为板料与单元支撑基体的接触面积，σ _s 为板料的屈服应力，θ为渐进成形中的成形角，k为经验系数，一般取0.6-0.8；

启动交流电源控制器，控制第一圈单元支撑基体与第二圈单元支撑基体开始加热；

启动渐进成形机床，完成成形工具头的安装与对刀操作，执行数控加工代码，开始零件加工，当工具头走入第二圈单元支撑基体范围内，第一圈单元支撑基体加热关闭进入冷却状态，同时开启第三圈单元支撑基体，以此类推直到加工完工件；

关闭交流电源控制器与液压系统，待工件冷却到室温取下工件。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：本发明解决了目前渐进成形负成形加工板料时缺少下支撑体以及无法加工塑性较差的材料问题，该装置在成形过程中，无需人为调节单元支撑基体的位置，每个单元支撑基体在液压压力的作用下实时与加工板料背部紧密贴合，同时单元支撑基体施加在板料上面的力小于成形工具头的成形力与材料的屈服应力，有益于板料加工过程中壁厚的均匀分布，防止牵连力引发的板料局部区域过度减薄所引发的断裂，此外，该装置中每个单元基体内部都设有受控感应加热线圈，可以对板料进行分层加热，使得板料塑性成形区域集中在工具头附近，削减了渐进成形的牵连效应，使得加工出的板料厚度分布更加均匀、提高板料成形性能同时降低了渐进成形过程中所需的成形力。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为单元支撑基体的原理剖视图；

图3本发明单元支撑基体排布图。

图中：1、支撑底座；2、液压舱体；21、液压油路；3、板料；31、成形工具头；4、压板；5、单元支撑基体；6、液压系统；7、柱塞；8、双向螺纹隔热接头；9、支撑头；10、受控感应加热线圈；11、交流电源控制器；51、第一圈单元支撑基体；52、第二圈单元支撑基体；53、第三圈单元支撑基体；54、第四圈单元支撑基体；55、第五圈单元支撑基体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、 “底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1、图2所示，公开了一种渐进成形辅助热加工装置，包括：支撑底座1、液压舱体2、板料3、压板4、单元支撑基体5、液压系统6、柱塞7、双向螺纹隔热接头8、支撑头9、受控感应加热线圈10、交流电源控制器11，支撑底座1为装置容纳壳体至于装置最外侧，起到保护和支撑板料3的作用，液压舱体2安设在支撑底座1内部，并通过液压油路21连接液压系统6，板料3放置于支撑底座1上部，并通过压板4压紧，以此来提供加工过程中所需的压边力，单元支撑基体5设置于液压舱体2的各部分液压缸内，液压缸通过液压油路21与液压系统6连接，液压油路21为单元支撑基体5提供一个上升动力，使得单元支撑基体5时刻贴合加工板料下表面，并对加工板料进行加热，单元支撑基体5连接有交流电源控制器11。

在本实施例中，单元支撑基体5由柱塞7、双向螺纹隔热接头8以及支撑头9组成，设置于液压舱体2的各部分液压缸内，并可以随着成形工具头31的运动接触而下降，随着液压系统6的增压而上升，其中支撑头外表面涂敷一层陶瓷涂层用于导热绝缘，内部设有外接交流电源控制器11的受控感应加热线圈10，实现对加工板料的均匀全面的加热；双向螺纹隔热接头8两端设有螺纹接头，用于连接柱塞7与支撑头9，其材料采用绝缘隔热材料，防止支撑头9内部受控感应加热线圈10的热量向柱塞传导，避免热量流失以使热量尽可能传到加工板料3，支撑底座1为160mm×160mm方形底座，其内部开设140mm×140mm方形孔洞用于容纳液压舱体2，其右下角底部开设液压油路21以连接液压系统6，并在连接处设有密封圈；压板4为200mm×200mm方形压板，内部开设140mm×140mm方形孔洞以留出加工空间，其四角处与支撑底座配M8×20螺纹孔，并用螺栓紧固以实现对板料3的压边。液压舱体2，其大小刚好可以装配进支撑底座1中，其上正列有11×11个可容纳单元支撑基体5直径为的液压缸，其下侧开设有与支撑底座1相匹配的液压油路21，并在连接处以及其他进出口处设有密封圈。交流电源控制器11与每一个单元支撑基体5内的受控感应加热线圈10相连，控制每一个单元支撑基体5内受控感应加热线圈10的开闭与加热温度的调节。液压系统6与液压油路相连，用于驱动单元支撑基体5的运动，为单元支撑基体5提供连续、稳定、可调的支撑力，其所提供给单元支撑基体5的液压力小于板料的屈服应力。

一种热加工方法，所述方法包括以下步骤：

确定板料3的屈服应力σ _s 以及板料3与单元支撑基体5的接触面积A；

利用计算机造型软件对代加工零件的外形进行壳体建模，并生成渐进成形机床加工所需的数控加工代码；

将待加工的板料3放置于支撑底座1上，并用压板4压紧待加工板料3四周；

启动液压系统，使得单元支撑基体5与压板4接触产生压力，并控制该压力F小于板料3的屈服应力，保持渐进成形过程中单元支撑基体5始终贴合板料3外轮廓即可，其液压系统提供给单元支撑基体5的液压力可参照下面公式设定：

其中，A为板料3与单元支撑基体5的接触面积，σ _s 为板料3的屈服应力，为渐进成形中的成形角，k为经验系数，一般取0.6-0.8；

启动交流电源控制器11，控制第一圈单元支撑基体51与第二圈单元支撑基体52开始加热；

启动渐进成形机床，完成成形工具头31的安装与对刀操作，执行数控加工代码，开始零件加工，当成形工具头31走入第二圈单元支撑基体52范围内，第一圈单元支撑基体51加热关闭进入冷却状态，同时开启第三圈单元支撑基体53，以此类推直到加工完工件；

关闭交流电源控制器11与液压系统6，待工件冷却到室温取下工件。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种渐进成形辅助热加工装置，其特征在于，包括支撑底座（1），所述支撑底座（1）内设有液压舱体（2），所述液压舱体（2）内设有多组单元支撑基体（5），所述液压舱体（2）底部设有液压油路（21），所述液压油路（21）一端与单元支撑基体（5）连接，另一端连接有液压系统（6），所述支撑底座（1）顶部设有压板（4），所述液压舱体（2）内设有单元支撑基体（5），所述单元支撑基体（5）连接有交流电源控制器（11）。

2.根据权利要求1所述的渐进成形辅助热加工装置，其特征在于，所述单元支撑基体（5）包括柱塞（7）、双向螺纹隔热接头（8）和支撑头（9）；所述柱塞（7）设于单元支撑基体（5）内，所述双向螺纹隔热接头（8）设在柱塞（7）的顶部，所述支撑头（9）与双向螺纹隔热接头（8）连接，所述支撑头（9）内设有受控感应加热线圈（10），所述受控感应加热线圈（10）与交流电源控制器（11）连接。

3.根据权利要求1所述的渐进成形辅助热加工装置，其特征在于，所述单元支撑基体（5）设有五组，分别为第一圈单元支撑基体（51）、第二圈单元支撑基体（52）、第三圈单元支撑基体（53）、第四圈单元支撑基体（54）和第五圈单元支撑基体（55）。

4.根据权利要求2所述的渐进成形辅助热加工装置，其特征在于，所述支撑头（9）的采用绝缘导热材料，且支撑头（9）外表面涂有陶瓷涂层。

5.根据权利要求2所述的渐进成形辅助热加工装置，其特征在于，所述双向螺纹隔热接头（8）采用绝缘隔热材料，且双向螺纹隔热接头（8）两端设有螺纹接头。

6.根据权利要求1所述的渐进成形辅助热加工装置，其特征在于，所述支撑底座（1）的顶部与压板（4）之间设有板料（3）。

7.根据权利要求1所述的渐进成形辅助热加工装置，其特征在于，所述支撑底座（1）为方形，并且支撑底座（1）的内部开设有方型孔洞。

8.根据权利要求1所述的渐进成形辅助热加工装置，其特征在于，所述压板（4）为方形状，并且压板（4）的内部开设有方形孔洞；所述压板（4）的四角处设有与支撑底座（1）相适配的螺纹孔。

9.一种热加工方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

确定板料（3）的屈服应力σ _s 以及板料（3）与单元支撑基体（5）的接触面积A；

利用计算机造型软件对代加工零件的外形进行壳体建模，并生成渐进成形机床加工所需的数控加工代码；

将待加工的板料（3）放置于支撑底座（1）上，并用压板（4）压紧待加工板料（3）四周；

启动液压系统，使得单元支撑基体（5）与压板（4）接触产生压力，并控制该压力F小于板料（3）的屈服应力，保持渐进成形过程中单元支撑基体（5）始终贴合板料（3）外轮廓即可，其液压系统提供给单元支撑基σ _s 体（5）的液压力可参照下面公式设定：

其中，A为板料（3）与单元支撑基体（5）的接触面积，σ _s 为板料（3）的屈服应力，θ为渐进成形中的成形角，k为经验系数，一般取0.6-0.8；

启动交流电源控制器（11），控制第一圈单元支撑基体（51）与第二圈单元支撑基体（52）开始加热；

启动渐进成形机床，完成成形工具头（31）的安装与对刀操作，执行数控加工代码，开始零件加工，当成形工具头（31）走入第二圈单元支撑基体（52）范围内，第一圈单元支撑基体（51）加热关闭进入冷却状态，同时开启第三圈单元支撑基体（53），以此类推直到加工完工件；

关闭交流电源控制器（11）与液压系统（6），待工件冷却到室温取下工件。