一种复杂型面难变形合金板料的弹珠式变体弹性垫层多点压机成形装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种复杂型面难变形合金板料的弹珠式变体弹性垫层多点压机成形装置和方法，该方法将板材自阻加热特性与多点成形弹珠垫层的柔性技术结合在一起，所述成形装置包括：待成形合金板材、电极、低压大电流脉冲电源、弹珠式弹性垫层、工具头、支撑板以及伺服液压缸。本发明专利技术利用合金材料在加热状态下的软化特性，使其塑性提高，从而降低成形力；采用弹珠式变体弹性垫层的多点压机成形，在将工具头的载荷较均匀地分散到板材表面的同时，又可以保持弹性垫层的刚度，以实现工件的柔性模加工过程和较高的表面成形质量。另外，每个单元体的金属弹珠采用不同电阻率的硬质合金材料，弹性垫层在不同区域可实现不同温升，对板材进行分区变温加热。区变温加热。区变温加热。

【技术实现步骤摘要】
一种复杂型面难变形合金板料的弹珠式变体弹性垫层多点压机成形装置和方法


[0001]本专利技术属于多点渐进与数控热渐进复合成形
，特别是具有复杂型面的难变形合金板料电辅助弹珠式变体弹性垫层多点压机成形装置和成形方法。

技术介绍

[0002]金属基钛合金、镁合金、铝锂合金等因具有较高强度且密度较低的优点，在高科技领域特别是航天航空方面得到了很多的应用，但由于这些材料在常温条件下塑形较差，属于常温难变形材料，采用传统的艺难以实现材料的成形，通常需要将这类材料加热到一定的热成形温度完成变形过程加工。大量的实验已经证明，在加热条件下，这些材料均表现出显著提高的塑性变形能力。因此，能有效提高这些常温下难成形材料的成形性能的温或热冲压成形工艺势必会得到广泛的应用。
[0003]多点成形技术已经在航空、船舶、高铁、建筑等多个领域得到了应用。其原理是通过多个规则排列的、高度可调的基本体单元形成模具型面，能够用一套装置成形不同形状的曲面件。然而，多点成形会存在压痕和起皱等十分常见的成形缺陷。在多点成形装置基本体单元和板材之间增加聚氨酯垫板，可分散基本体单元在板材上产生的集中载荷，抑制压痕的产生，但增加聚氨酯垫板后会降低成形精度，且聚氨酯垫板厚度越大，对成形精度的影响越明显。
[0004]经检索，发现中国专利技术专利：铝合金飞机整体壁板多点成形方法，授权号：CN 207971263 U，申请号：201720754135.6，该专利技术公开了一种使用多层钢垫的多点成形用复合弹性垫，该复合弹性垫由两层或多层相互交错排列的多个钢制垫片和聚氨酯垫板组成，钢垫选择不同的厚度和横截面形状，每层多个钢垫之间彼此相连成一体，或彼此相互离散，且不同层钢垫选择相同或不同的连接方式。该专利技术通过钢垫有效分散多点成形装置基本体单元施加的集中载荷，使形成的模面连续性更好，板材成形过程中受到的应力、应变更均匀，抑制压痕和皱纹的产生，提高加工件的表面质量。但聚氨酯垫板会影响多点成形的精度以及阻碍多点成形技术与电辅助加热成形的结合，增加钛合金等这类室温下塑性差、高抗力的大尺寸板材成形难度。
[0005]利用弹珠式变体弹性垫层，可有效分散基本体单元产生的集中载荷，使形成的模面连续性更好，板材成形过程中受到的应力、应变更均匀，抑制压痕和皱纹的产生，提升加工件的表面质量和成形精度。此外，弹珠式变体弹性垫层可连接电极，对板材进行加热处理，其既可以实现垫层分散集中载荷的作用，又可以完成电辅助加工工艺。每个单元体的金属弹珠可以采用不同电阻率的硬质合金材料，弹珠式变体弹性垫层在通入脉冲电流后，可实现不同区域的温升，对板材进行分区加热变形，有利于降低复杂型面难变形合金板材成形难度。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种复杂型面难变形合金板料的弹珠式变体弹性垫层多点压机成形装置和方法，将带有弹性垫层的多点压机渐进成形与电脉冲下板材自阻加热技术复合，利用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，减少零件回弹和简化加工路线。采用弹珠式变体弹性垫层的多点压机成形可充分利用多点成形的柔性优势，将工具头的集中载荷分散至多个弹珠，既可以减少单位面积的工具头的数量以及避免板材开裂，还可以达到聚氨酯垫板不能实现的刚度和高精度要求。对于合金板材中的大尺寸、多种类的多曲率复杂曲面零部件，可以大大减少生产制造成本。
[0007]本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现，一种复杂型面难变形合金板料的弹珠式变体弹性垫层多点压机成形装置包括：
[0008]待成形板料处于上下的弹珠式变体弹性垫层之间的中间层，弹珠式变体弹性垫层由两侧压块夹紧固定；第一工具头组安装在上支撑板，第二工具头组安装在下支撑板，第一工具头组和第二工具头组的刚性工具头可沿着其轴线方向进给运动；上层弹珠式变体弹性垫层左端与左电极连接，上层弹珠式变体弹性垫层右端与右电极连接，左电极通过导线和电源开关与低压大电流脉冲电源正极相连，右电极通过导线接入低压大电流脉冲电源负极，形成闭合电路回路，电流流过弹珠式变体弹性垫层，弹性垫层升温加热待成形板材；成形控制系统依照预先设定的程序控制第一工具头组和第二工具头组的刚性工具头进给运动，刚性工具头将集中载荷分散至弹珠式变体弹性垫层，弹珠再将成形力较为均匀地加载至待成形板材，板材在高温和成形力下发生变形，直至成形完毕；成形结束后，取下待成形板材，刚性工具头继续进给运动，将弹珠式变体弹性垫层恢复至初始状态，以便下次重复使用。
[0009]可选地，两组工具头组，均包括：N
×
M组刚性工具头和N
×
M组伺服液压缸；其中，各刚性工具头通过对应的伺服液压缸与支撑板连接，工具头的进给运动动力由伺服液压缸提供。
[0010]可选地，弹珠式变体弹性垫层采用多组单元网格组成的网层结构，每个单元网格包含a
×
b
×
c个刚性弹珠，a、b和c的数值由板材厚度和大小确定，一般来说，a≤20，b≤20，c≤6；弹珠直径尺寸在2
‑
5mm，具体尺寸大小由待成形板材精度要求和材料特性确定；金属弹珠材料应选择红硬性好的合金材料，弹珠可以在通电加热情况下保持较高的刚度和硬度，可选YW1硬质合金和YG8硬质合金作为制造材料；每个单元体的金属弹珠可以采用不同电阻率的硬质合金材料，弹珠式变体弹性垫层在通入脉冲电流后，可实现不同区域的温升，对板材进行分区加热变形，有利于降低复杂型面难变形合金板材成形难度。
[0011]可选地，还包括：电极、导线、曲面成形控制系统和大电流低压脉冲电源；
[0012]上层弹珠式变体弹性垫层左端与左电极连接，上层弹珠式变体弹性垫层右端与右电极连接，左电极通过导线接入低压大电流脉冲电源正极，右电极通过导线接入低压大电流脉冲电源负极。
[0013]曲面成形控制系统与低压大电流脉冲电源和第一、二工具头组相连，脉冲电源的放电强度与工具头的进给运动由曲面成形控制系统控制实现。
[0014]可选地，还包括：电源开关；
[0015]电源开关设置在左电极与低压大电流脉冲电源连接的导线上，当电源开关闭合，可在弹性垫层上形成闭合电路回路，弹性垫层在热阻效应下加热待成形板材。
[0016]本专利技术还公开了一种钛合金整体壁板电辅助多点压机成形方法，包括：
[0017]待成形板料处于上下的弹珠式变体弹性垫层之间的中间层，弹珠式变体弹性垫层由两侧压块夹紧固定；
[0018]上支撑板上均安装第一工具头组，下支撑板上安装第二工具头组，每一组可调工具头组均包括N
×
M组伺服液压缸和N
×
M组刚性工具头；第一工具头组和第二工具头组的刚性工具头可沿着其轴线方向进给运动；
[0019]上层弹珠式变体弹性垫层左端与左电极连接，上层弹珠式变体弹性垫层右端与右电极连接，左电极通过导线和电源开关与低压大电流脉冲电源正极相连，右电极通过导线接入低压大电流脉冲电源负极，形成闭合电路回路，电流流过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复杂型面难变形合金板料的弹珠式变体弹性垫层多点压机成形装置和方法，其特征在于，包括：待成形板料、第一工具头组、第二工具头组、上支撑板、下支撑板、上层弹珠式变体弹性垫层、下层弹珠式变体弹性垫层、低压大电流脉冲电源、电极、电源开关、压块；待成形板料处于上下的弹珠式变体弹性垫层之间的中间层，弹珠式变体弹性垫层由两侧压块夹紧固定；第一工具头组安装在上支撑板，第二工具头组安装在下支撑板，第一工具头组和第二工具头组的刚性工具头可沿着其轴线方向进给运动；上层弹珠式变体弹性垫层左端与左电极连接，上层弹珠式变体弹性垫层右端与右电极连接，左电极通过导线与低压大电流脉冲电源正极相连，右电极通过导线接入低压大电流脉冲电源负极，形成闭合电路回路。2.根据权利要求1所述的一种复杂型面难变形合金板料的弹珠式变体弹性垫层多点压机成形装置，待成形对象是常温下难变形且变形后易回弹的大尺寸合金板材，比如钛合金板材。3.根据权利要求1所述的一种复杂型面难变形合金板料的弹珠式变体弹性垫层多点压机成形装置，弹珠式变体弹性垫层采用多组单元体组成的网层结构，每个单元体包含a
×
b
×
c个刚性弹珠，a、b和c的数值由板材厚度和大小确定，一般来说，a≤20，b≤20，c≤6。4.根据权利要求1所述的一种复杂型面难变形合金板料的弹珠式变体弹性垫层多点压机成形装置，弹珠式变体弹性垫层的弹珠直径尺寸在2
‑
5mm，具体尺寸大小由待成形板材精度要求和材料特性确定；金属弹珠材料应选择红硬性好的合金材料，弹珠可以在通电加热情况下保持较高的刚度和硬度，可选YW1硬质合金和YG8硬质合金作为制造材料；弹珠间接触面积较小，电阻大，变体弹性垫层温升快，板料可快速被加热。5.根据权利要求1所述的一种复杂型面难变形合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤泽军，李福家，张昊，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：