一种自阻加热渐进成形装置和成形方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种自阻加热渐进成形装置和成形方法，所述成形装置包括：待成形薄板、支撑模型、第一刚性工具头、绝缘连杆、导线、第二刚性工具头、可调柔性工具头组和低压大电流脉冲电源；待成形薄板固定在支撑模型上；绝缘连杆上依次安装有第一刚性工具头、可调柔性工具头组和第二刚性工具头；第一刚性工具头的加工端面和第二刚性工具头的加工端面分别位于待成形薄板上两相邻的加工区域上方与待成形薄板接触；第一刚性工具头和第二刚性工具头分别通过导线接入低压大电流脉冲电源的正极和负极，形成局部自阻加热回路。本发明专利技术利用钛合金材料在加热状态下的软化和蠕变性能，使其塑性提高，从而降低成形力和改善成形性，减少成形工序和零件的回弹。

A self resistance heating incremental forming device and forming method

【技术实现步骤摘要】
一种自阻加热渐进成形装置和成形方法
本专利技术涉及数控热渐进成形
，特别是一种自阻加热渐进成形装置和成形方法。
技术介绍
钛及钛合金材料不仅具有耐高温、耐腐蚀、比强度高、抗疲劳和使用温度范围宽等突出优点，而且钛的资源丰富，可循环利用。从20世纪50年代开始，由于航空航天技术的迫切需要，钛工业得到了迅速的发展，钛合金在航空航天、船舶、石油化工、电力、冶金、汽车以及日常生活中的应用也越来越广泛，被人们誉为“太空金属”、“海洋金属”和“陆地金属”，是重要的战略金属材料。然而，钛合金在常温下屈强比大，所需成形力大，易开裂，因此钛和钛板的塑性变形范围十分窄小；而且，钛合金在常温下弹性模量也很小，因此钣金成形后回弹严重，不易贴模，成形困难。以上因素给钛合金常温下变形带来困难。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种自阻加热渐进成形装置和方法，利用钛合金材料在加热状态下的软化和蠕变性能，使其塑性提高，从而降低成形力和改善成形性，减少成形工序和零件的回弹。本专利技术的技术解决方案是：本专利技术公开了一种自阻加热渐进成形装置包括：待成形薄板、支撑模型、第一刚性工具头、绝缘连杆、导线、第二刚性工具头、可调柔性工具头组和低压大电流脉冲电源；待成形薄板固定在支撑模型上；绝缘连杆上依次安装有第一刚性工具头、可调柔性工具头组和第二刚性工具头；第一刚性工具头的加工端面和第二刚性工具头的加工端面分别位于待成形薄板上两相邻的加工区域上方、且与待成形薄板接触；第一刚性工具头的底部和第二刚性工具头的底部分别通过导线接入低压大电流脉冲电源的正极和负极，形成局部自阻加热回路。可选地，可调柔性工具头组，包括：N组柔性工具头和N组弹性元件；其中，各柔性工具头通过对应的弹性元件与绝缘连杆连接。可选地，柔性工具头的头部结构采用一体式刚性结构或滚珠结构。可选地，第一刚性工具头和第二刚性工具头内分别加工有第一冷却流道和第二冷却流道。可选地，还包括：导管、温度控制系统和冷却控制系统；第一冷却流道的入口端与冷却控制系统的输出端连接，第二冷却流道的出口端与冷却控制系统的输入端连接；第一冷却流道的出口端与第二冷却流道的入口端通过导管相互连通；温度控制系统和冷却控制系统之间通过导线连接。可选地，还包括：第一红外热成像仪、第一绝缘支架、第二红外热成像仪和第二绝缘支架；其中，第一绝缘支架和第二绝缘支架分别设置在绝缘连杆的两端；第一红外热成像仪和第二红外热成像仪分别通过第一绝缘支架和第二绝缘支架连接；第一红外热成像仪和第二红外热成像仪通过导线与温度控制系统连接。可选地，还包括：控制开关；其中，控制开关设置在第一刚性工具头的底部与低压大电流脉冲电源的正极连接的导线上。可选地，第一刚性工具头和第二刚性工具头之间的间距D与第一刚性工具头的直径d1和第二刚性工具头的直径d2满足如下关系：D≤1.5(d1+d2)。可选地，第一刚性工具头和第二刚性工具头的质心位于同一平面；第一刚性工具头和第二刚性工具头同时运动且运动轨迹相互平行；第一刚性工具头和第二刚性工具头的运动轨迹与绝缘连杆相垂直。本专利技术还公开了一种自阻加热渐进成形方法，包括：将待成形薄板固定在支撑模型上；将各工具头依次安装在绝缘连杆上；其中，工具头，包括：第一刚性工具头、可调柔性工具头组和第二刚性工具头；将第一刚性工具头和第二刚性工具头接入低压大电流脉冲电源，形成局部自阻加热回路；将第一红外热成像仪和第二红外热成像仪分别通过第一绝缘支架和第二绝缘支架固定在绝缘连杆的两端，实现对各工具头之间、以及各工具头与待成形薄板接触区域的温度监控；通过温度控制系统设定好加工区域需要达到的温度，打开低压大电流脉冲电源，接通加热回路；控制第一刚性工具头和第二刚性工具头按照规划的轨迹在平面内对待成形薄板进行渐进成形；其中，可调柔性工具头组在第一刚性工具头和第二刚性工具头运动过程中，在接触压力和弹性元件弹力作用下自适应调整与待成形薄板的接触轮廓，对待成形薄板施加自适应校正压力，以提高成形精度；随着各工具头运动轨迹完成，制作得到成形薄板。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术公开了一种自阻加热渐进成形装置，两个刚性工具头分别与低压大电流脉冲电源的正负极相连接，组成闭合回路，利用钛合金高电阻的特性，电流流过待成形薄板产生高温，以降低待成形薄板的变形抵抗力，增加待成形薄板在成形中所能达到的变形程度。(2)本专利技术公开了一种自阻加热渐进成形装置，两个刚性工具头分别与低压大电流脉冲电源的正负极相连接，两者之间距离很近，电流的流动路径变短了，极大的减小了散热面积以及电流的损耗，提高了加热效率。(3)本专利技术公开了一种自阻加热渐进成形装置，红外热成像仪随工具头一起运动，保证了温度监控的实时性，有利于温度控制系统对冷却控制系统和低压大电流脉冲电源进行反馈调节，使加热温度一直保持在合理范围。(4)本专利技术公开了一种自阻加热渐进成形装置，通过在刚性工具头内部加工冷却流道，对刚性工具头和待成形薄板接触区域进行降温，防止局部温度过高，避免出现表面质量差甚至大变形时待成形薄板壁厚过薄的现象。在冷却液的作用下，两边刚性工具头和待成形薄板接触区温度要低于刚性工具头之间待成形薄板的温度。而刚性工具头之间位置正好是发生大弯曲变形的区域，高温有利于减小弹性回弹，提高零件成形精度。(5)本专利技术公开了一种自阻加热渐进成形装置，在两个刚性工具头之间设置可调柔性工具头组，可调柔性工具头组可根据成形零件形状自适应调整与待成形薄板的接触轮廓，对刚性工具头之间的最易成形区域施加校正压力，进一步提高待成形薄板的贴膜程度和成形精度。附图说明图1为本专利技术一种自阻加热渐进成形装置的结构示意图；图2为本专利技术一种渐进成形成形过程中板料温度场分布图；图3为本专利技术一种刚性工具头沿着不同的成形轨迹运动过程示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例1本专利技术公开了一种自阻加热渐进成形装置，选区渐进成形过程不受成形轨迹限制，适用于钛合金波纹盘这类具有室温难变形、零件几何特征局部变形量大、回弹大成形精度低等成形难点的零件成形。参照图1，为本专利技术中一种自阻加热渐进成形装置的结构示意图，所述自阻加热渐进成形装置包括：待成形薄板1、支撑模型2、第一刚性工具头3、绝缘连杆8、导线9、第二刚性工具头16、可调柔性工具头组17和低压大电流脉冲电源13。待成形薄板1固定在支撑模型2上；绝缘连杆8上依次安装有第一刚性工具头3、可调柔性工具头组17和第二刚性工具头16；第一刚性工具头3的加工端面和第二刚性工具头16的加工端面分别位于待成形薄板1上两相邻的加工区域上方、且与待成形薄板1接触；第一刚性工具头3的底部和第二刚性工具头16的底部分别通过导线接入低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自阻加热渐进成形装置，其特征在于，包括：待成形薄板(1)、支撑模型(2)、第一刚性工具头(3)、绝缘连杆(8)、导线(9)、第二刚性工具头(16)、可调柔性工具头组(17)和低压大电流脉冲电源(13)；/n待成形薄板(1)固定在支撑模型(2)上；绝缘连杆(8)上依次安装有第一刚性工具头(3)、可调柔性工具头组(17)和第二刚性工具头(16)；第一刚性工具头(3)的加工端面和第二刚性工具头(16)的加工端面分别位于待成形薄板(1)上两相邻的加工区域上方、且与待成形薄板(1)接触；第一刚性工具头(3)的底部和第二刚性工具头(16)的底部分别通过导线接入低压大电流脉冲电源(13)的正极和负极，形成局部自阻加热回路。/n

【技术特征摘要】
1.一种自阻加热渐进成形装置，其特征在于，包括：待成形薄板(1)、支撑模型(2)、第一刚性工具头(3)、绝缘连杆(8)、导线(9)、第二刚性工具头(16)、可调柔性工具头组(17)和低压大电流脉冲电源(13)；
待成形薄板(1)固定在支撑模型(2)上；绝缘连杆(8)上依次安装有第一刚性工具头(3)、可调柔性工具头组(17)和第二刚性工具头(16)；第一刚性工具头(3)的加工端面和第二刚性工具头(16)的加工端面分别位于待成形薄板(1)上两相邻的加工区域上方、且与待成形薄板(1)接触；第一刚性工具头(3)的底部和第二刚性工具头(16)的底部分别通过导线接入低压大电流脉冲电源(13)的正极和负极，形成局部自阻加热回路。


2.根据权利要求1所述的自阻加热渐进成形装置，其特征在于，可调柔性工具头组(17)，包括：N组柔性工具头(19)和N组弹性元件(18)；其中，各柔性工具头通过对应的弹性元件与绝缘连杆(8)连接。


3.根据权利要求2所述的自阻加热渐进成形装置，其特征在于，柔性工具头(19)的头部结构采用一体式刚性结构或滚珠结构。


4.根据权利要求1所述的自阻加热渐进成形装置，其特征在于，第一刚性工具头(3)和第二刚性工具头(16)内分别加工有第一冷却流道(4)和第二冷却流道(15)。


5.根据权利要求4所述的自阻加热渐进成形装置，其特征在于，还包括：导管(5)、温度控制系统(11)和冷却控制系统(12)；
第一冷却流道(4)的入口端与冷却控制系统(12)的输出端连接，第二冷却流道(15)的出口端与冷却控制系统(12)的输入端连接；第一冷却流道(4)的出口端与第二冷却流道(15)的入口端通过导管(5)相互连通；温度控制系统(11)和冷却控制系统(12)之间通过导线连接。


6.根据权利要求5所述的自阻加热渐进成形装置，其特征在于，还包括：第一红外热成像仪(6)、第一绝缘支架(7)、第二红外热成像仪(14)和第二绝缘支架(9)；其中，第一绝缘支架(7)和第二绝缘支架(9)分别设置在绝缘连杆(8)的两端；...

【专利技术属性】
技术研发人员：许爱军，汤泽军，狄旭东，代国宝，陈少君，姚旗，王博，陶克梅，李仁，
申请(专利权)人：北京卫星制造厂有限公司，南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11