一种拼焊板坯板材侧边凸台成形装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种拼焊板坯板材侧边凸台成形装置及方法，装置包括机床、夹具和成形系统，机床上设置有移动工作台，夹具固定在移动工作台上，用于固定板材，并带动板材移动；成形系统包括成形模、框架和加载油缸，框架固定在加载油缸的前端，成形模通过转轴转动设置于框架上，成形模上开设有变形约束沟槽；成形系统设置有若干个，若干个成形系统并排设置在机床上。本发明专利技术设置若干个成形系统，对板材施加多次模具约束下的渐进变形，实现超出原始坯料厚度的凸台的成形，可避免失稳；后续机加工去除凸台多余材料，利于流体压力成形过程中高压的建立及控制，同时使搅拌摩擦焊接超薄壁厚板材成为可能。

【技术实现步骤摘要】
一种拼焊板坯板材侧边凸台成形装置及方法
本专利技术涉及板材拼焊
，特别是涉及一种拼焊板坯板材侧边凸台成形装置及方法。
技术介绍
大型铝合金复杂曲面板材构件在航空航天、交通运输、石油化工等领域应用广泛，构件两维尺寸在2000mm以上，部分构件达到3500mm-4000mm。为提高可靠性及承载能力，采用整体成形方法进行制造。目前，现有铝合金板材最大宽度3400mm，已经不能满足大型铝合金板材构件成形需要，需要通过焊接制备成形板坯。搅拌摩擦焊接作为一种新型的固相连接技术，其在焊接铝合金等低熔点高性能轻金属材料时，能够避免熔焊方法容易引起的气孔、裂纹等焊接缺陷，具有接头质量高、成形性能好、焊接变形小和焊接过程绿色环保等优点，在航空航天领域应用的铝合金焊接中应用广泛。然而，由于搅拌摩擦焊接依靠搅拌头与工件之间的摩擦产热和材料塑性变形，产热软化、形成连接，需要对搅拌头施加很大的轴向压力和旋转扭矩才能产生足够的热量和软化，搅拌头在轴向压力作用下会在板料表面产生飞边、一定宽度的凹槽。另外，由于搅拌摩擦焊接本身受工艺原理的限制，焊接板材的最小厚度1.5mm左右。通过高压流体介质驱动或者辅助成形的流体高压成形技术可使构件壁厚均匀、型面精度高，避免易于起皱、破裂等成形缺陷，对于铝合金等低塑性难成形材料、大型整体、超薄壁厚、型面复杂的板材构件成形具有显著的优势。但是，在实际应用过程中，搅拌摩擦焊接的板坯在流体高压成形时，坯料法兰区由于存在凹槽，法兰区坯料厚度不一致，在压边力作用下法兰区无法实现密封及流体介质压力的建立，难以产生变形所需的高压；板材厚度较小时，受搅拌头旋转剪切摩擦的作用，因板材刚度不足焊缝会发生扭曲，1.5mm以下的薄板焊接受收到限制，焊缝质量差，薄板直接大压下量容易失稳。因此，提供一种拼焊板坯板材侧边凸台成形装置及方法，以解决现有技术所存在的上述缺点，成为现在亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种拼焊板坯板材侧边凸台成形装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，在薄板直侧边多次变形形成凸台，便于后续搅拌摩擦焊接，获得无凹槽、厚度一致的板坯，利于流体压力成形过程中高压的建立及控制，同时使搅拌摩擦焊接超薄壁厚板材成为可能。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种拼焊板坯板材侧边凸台成形装置，包括机床、夹具和成形系统，所述机床上设置有移动工作台，所述夹具固定在所述移动工作台上，用于固定板材，并带动板材移动；所述成形系统包括成形模、框架和加载油缸，所述框架固定在所述加载油缸的前端，所述成形模通过转轴转动设置于所述框架上，所述成形模上开设有变形约束沟槽；所述成形系统设置有若干个，若干个所述成形系统并排设置在所述机床上。优选的，所述成形系统设置有三个，包括一次成形系统、二次成形系统和三次成形系统，所述一次成形系统、二次成形系统和三次成形系统并排设置在所述机床上。优选的，所述一次成形系统的成形模为一次成形模，所述一次成形模上开设有一次变形约束沟槽；所述二次成形系统的成形模为二次成形模，所述二次成形模上开设有二次变形约束沟槽；所述三次成形系统的成形模为三次成形模，所述三次成形模上开设有三次变形约束沟槽。优选的，所述一次变形约束沟槽包括环形平面和倾斜面，环形平面和倾斜面的底端通过倒角连接；所述二次变形约束沟槽包括上、下两个倾斜面，两个倾斜面的底端通过倒角连接；所述三次变形约束沟槽为横截面为矩形的环形沟槽。优选的，所述一次变形约束沟槽包括上、下两个倾斜面，两个倾斜面的底端通过倒角连接；所述二次变形约束沟槽包括上、下两个倾斜面，两个倾斜面的底端通过倒角连接；所述三次变形约束沟槽为横截面为矩形的环形沟槽。优选的，所述框架通过法兰固定在所述加载油缸的前端，所述转轴通过螺母固定在所述框架上。本专利技术中还公开了一种基于上述拼焊板坯板材侧边凸台成形装置的成形方法，包括如下步骤：1)、将板材放置于机床移动工作台上，然后通过夹具将板材固定于移动工作台上；2)、通过成形系统的加载油缸带动与其连接的成形模对板材进行位移加载；3)、控制移动工作台带动板材向前移动，直至板材侧直边完全通过成形模，完成一次变形，加载油缸带动与其连接的成形模卸载、退回原位；4)、控制移动工作台带动板材向前继续移动，依次经过剩余所有成形系统，重复上述步骤2)和3)；5)、控制移动工作台带动板材向后移动到原位，成形结束。优选的，所述成形系统设置有三个，包括一次成形系统、二次成形系统和三次成形系统，控制移动工作台带动板材依次经过一次成形系统、二次成形系统和三次成形系统，完成三次成形，成形结束。本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：1、设置若干个成形系统，对板材施加多次模具约束下的渐进变形，实现超出原始坯料厚度的凸台的成形，可避免失稳；后续可搅拌摩擦焊接、机加工去除凸台多余材料，获得表面光洁、厚度一致的大尺寸铝合金板坯，满足大型铝合金复杂曲面板材构件流体高压成形压力的建立及实时控制的需要及超薄板材搅拌摩擦焊接的需要；2、若干个成形模通过设置不同形状的变形约束沟槽，可形成单侧或双侧凸台，满足不同的焊接需要。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为拼焊板坯板材侧边凸台成形装置的结构示意图；图2为拼焊板坯板材侧边凸台成形装置的俯视图；图3为实施例一一次成形模的结构示意图；图4为实施例一二次成形模的结构示意图；图5为实施例一三次成形模的结构示意图；图6为实施例一成形的凸台结构示意图；图7为实施例二一次成形模的结构示意图；图8为实施例二二次成形模的结构示意图；图9为实施例二三次成形模的结构示意图；图10为实施例二成形的凸台结构示意图；其中，1为夹具，2为板材，3为一次成形模，4为螺母，5为转轴，6为框架，7为法兰，8为加载油缸，9为二次成形模，10为三次成形模，11为一次变形约束沟槽，12为二次变形约束沟槽，13为三次变形约束沟槽，14为凸台。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种拼焊板坯板材侧边凸台成形装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，在薄板直侧边多次变形形成凸台，便于后续搅拌摩擦焊接，获得无凹槽、厚度一致的板坯，利于流体压力成形过程中高压的建立及控制，同时使搅拌摩擦焊接超薄壁厚板材成为可能。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。实施例一、本实施例提供一种拼焊板坯板材侧边凸台成形装置，如图1所示，包括机床、夹具1和成形系统，机床上设置有移动工作台，夹具1固定在移动工作台上，用于固定板材2，并带动板材2移动，板材2的初始厚度为t0；成形系统包括成形模、框架6和加载油缸8，框架6固定在加载油缸8的前端，成形模为通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种拼焊板坯板材侧边凸台成形装置，其特征在于：包括机床、夹具和成形系统，所述机床上设置有移动工作台，所述夹具固定在所述移动工作台上，用于固定板材，并带动板材移动；所述成形系统包括成形模、框架和加载油缸，所述框架固定在所述加载油缸的前端，所述成形模通过转轴转动设置于所述框架上，所述成形模上开设有变形约束沟槽；所述成形系统设置有若干个，若干个所述成形系统并排设置在所述机床上。

【技术特征摘要】
1.一种拼焊板坯板材侧边凸台成形装置，其特征在于：包括机床、夹具和成形系统，所述机床上设置有移动工作台，所述夹具固定在所述移动工作台上，用于固定板材，并带动板材移动；所述成形系统包括成形模、框架和加载油缸，所述框架固定在所述加载油缸的前端，所述成形模通过转轴转动设置于所述框架上，所述成形模上开设有变形约束沟槽；所述成形系统设置有若干个，若干个所述成形系统并排设置在所述机床上。2.根据权利要求1所述的拼焊板坯板材侧边凸台成形装置，其特征在于：所述成形系统设置有三个，包括一次成形系统、二次成形系统和三次成形系统，所述一次成形系统、二次成形系统和三次成形系统并排设置在所述机床上。3.根据权利要求2所述的拼焊板坯板材侧边凸台成形装置，其特征在于：所述一次成形系统的成形模为一次成形模，所述一次成形模上开设有一次变形约束沟槽；所述二次成形系统的成形模为二次成形模，所述二次成形模上开设有二次变形约束沟槽；所述三次成形系统的成形模为三次成形模，所述三次成形模上开设有三次变形约束沟槽。4.根据权利要求3所述的拼焊板坯板材侧边凸台成形装置，其特征在于：所述一次变形约束沟槽包括环形平面和倾斜面，环形平面和倾斜面的底端通过倒角连接；所述二次变形约束沟槽包括上、下两个倾斜面，两个倾斜面的底端通过倒角连接；所述三次变形约束沟槽为横截面...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐永超，苑世剑，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23