【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属加工领域，具体涉及一种用于复合制造的多级随形加热装置。
技术介绍
1、金属板材渐进成形是一种无模柔性成形技术。渐进成形技术采用了“分层制造”的思想,不需要定制模具而改用简单的支撑和夹具，通过球形工具头,按照预先编制好的轨迹在金属板料上进行逐层挤压成形,能够在局部区域成形出复杂曲面,节约模具的研发成本,缩短生产周期,适用于小批量、多需求的复杂构件的生产。目前,该技术逐渐被应用于航天和医疗等领域。激光熔覆是近年来新兴的一种表面强化技术，它是通过在基材表面添加熔覆材料，并利用激光束使之与基材表面一薄层熔合，在材料表面形成一定厚度的合金层，从而改善和提高材料表面的耐磨、耐蚀、耐疲劳等一系列性能，与传统表面强化工艺相比，激光熔覆在提高工程构件产品性能的同时还能够降低生产成本。因此，将渐进成形与激光熔覆集成一体的复合制造技术在未来科技应用中将产生重要作用。
2、然而，在常温环境中运用复合制造技术，不仅会导致板材或工件加工后尺寸精度损失和大范围变形，还可能导致显微组织退化以及产生不良的力学性能，使得板材在加工时冷热不均产生残余应力发生变形开裂。
技术实现思路
1、为了实现板材或工件在不同温度环境下的柔性成形与表面质量强化提高，本专利技术提供了一种用于复合制造的多级随形加热装置及系统，主要具备以下功能：1、能够实现对板材或工件随形预热处理以完成渐进成形或激光熔覆；2、在复合制造过程中实现对板材或工件不同区域温度协同控制，以实现板材或工件在最优良温度环境下加工处理，解决
2、为了实现上述功能，本专利技术采用下述技术方案：
3、本专利技术提出了一种用于复合制造的多级随形加热装置，包括多个柔性接触式加热工具头和驱动装置，所述的驱动装置调节柔性接触式加热工具头的高度；所述的柔性接触式加热工具头包括柔性加热组块、伸缩铰接架、边框架、顶杆、连杆和弹簧；所述的伸缩铰接架的两端通过销与两个边框架过渡配合，在两个边框架的顶部连接有柔性加热组块，两个边框架的底部通过弹簧相连，且两个边框架各铰接一个连杆，两个连杆的另外一端与同一个顶杆铰接；所述的柔性加热组块与电控加热单元相连。本专利技术通过伸缩铰接架、边框架、顶杆、连杆等可以改变柔性加热组块的加热面积，进而适应不同的板材加工。
4、作为进一步的技术方案，所述的驱动装置包括液压系统和弹性组件，液压系统的顶杆端部设置一个可拆卸螺纹盘，在所述的可拆卸螺纹盘上设置多个并列设置的弹性组件，每个弹性组件连接一个柔性接触式加热工具头。
5、作为进一步的技术方案，所述弹性组件包括外壳、下限位装置、压缩弹簧、上限位装置；所述的压缩弹簧通过螺纹连接于上限位装置的下部和下限位装置的顶部组成限位总成装配体；所述限位总成装配体从外壳下方插入所述外壳内完成间隙配合，且上限位装置与顶杆相连。
6、作为进一步的技术方案，所述的电控加热单元安装在下限位装置上。
7、作为进一步的技术方案，所述的上限位装置为一个阶梯状杆件，且与柔性接触式加热工具头顶杆之间通过螺纹连接。
8、作为进一步的技术方案，所述的外壳与可拆卸螺纹盘通过螺栓连接，其顶部开设有供上限位装置穿过的孔。
9、作为进一步的技术方案，所述的柔性加热组块包括两个相对设置的固定支架，每个固定支架上固定有一排外套管，每个外套管内安装均有加热电阻，且两个固定支架上的外套管相间设置。
10、作为进一步的技术方案，一个驱动装置可驱动多个并列设置的柔性接触式加热工具头。
11、作为进一步的技术方案，在两个边框架相对的面上各设有一个限位柱。
12、第二方面，本专利技术还提供了一种加工系统，包括所述的用于复合制造的多级随形加热装置。
13、作为进一步的技术方案，所述的加工系统，还包括渐进成形工具头和激光熔覆工具头，待加工板材通过所述的多级随形加热装置进行支撑，所述的渐进成形工具头和激光熔覆工具头与多级随形加热装置配合，对板材进行加工。
14、本专利技术的有益效果如下：
15、1、本专利技术中当顶杆在外力作用下向上压动两个连杆时，两个连杆的夹角增大，进而带动两个边框架向两侧运动，进而拉动柔性加热组块的两个固定支架向两侧运动，进而增大对板材的加热面积，当卸掉加工完毕的板材时，两个边框架在弹簧的作用下相向运动，当移动到两个限位柱相撞位置时，两个边框架停止运动，实现复位；且设置伸缩铰接架的目的是为了使两个边框架的运动更加平稳；通过该装置能够实现对板材或者工件随形预热处理以完成板材或者工件成形。
16、即本专利技术基于渐进成形——激光熔覆复合制造的工艺原理，实现对复合制造过程中大曲面、不规则、表面多变化板材或工件表面进行随形加热，解决板材或工件在复合制造过程中由于冷热不均产生残余应力造成质量下降的问题。
17、2、本专利技术利用液压系统——弹性组件——柔性接触式加热工具头多级垂直位移装置，通过电控单元使系统协同配合，使柔性接触式加热工具头与板材或工件表面完成接触。主要分为以下两种作业情况：①成形件等距垂直距离变化小且不需要大工作行程时，液压系统停止工作，弹簧工具头利用弹簧弹力大小可调且随形可控的工作特性对板材进行接触式电加热。当板材加热完毕后，板材撤出加工位置，弹力消失，电控加热单元停止向柔性加热组块供电，多级随形加热装置归零。当加工不同板材时，利用弹簧回弹特性实现自动接触夹紧，不需要人工调换，满足自动化生产要求。②当成形件等距垂直距离变化大且超过弹性组件与柔性接触式加热工具头垂直作用距离时，液压系统发挥作用。通过控制液压缸升程将弹簧工具头运送到作业位置并利用弹簧弹力大小可调且随形可控的工作特性对板材进行接触式电加热。当板材加热完毕后，板材撤出加工位置，弹力消失，电控加热单元停止向柔性加热组块供电，加热结束，多级随形加热装置归零。当加工不同板材时，利用弹簧回弹特性实现自动接触夹紧，不需要人工调换，满足自动化生产要求。
18、3、柔性接触式加热工具头利用机构特性，板材表面与弹簧工具头相接触，并向下压缩产生作用力，柔性接触式加热工具头中的顶杆产生向上推力，使得长伸缩铰接架向外扩张，加热工具头中的弹簧由原先放松限位位置拉伸并带动柔性加热组块拉伸，使得加热面积增大，加热组块与板材完整契合完成加热。加热组块由于伸缩铰接架组成的伸缩结构使得在工作过程中不会产生扭转打弯情况，工作过程更为保险。当加热完毕后，板材撤出加工位置，板材表面与柔性接触式加热工具头产生间隙，弹簧弹力消失，电控加热单元停止向柔性加热组块供电，加热结束，柔性接触式加热工具头中的弹簧归零，装置回到初始位置，完成工作循环。
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1.一种用于复合制造的多级随形加热装置，其特征在于，包括多个柔性接触式加热工具头和驱动装置，所述的驱动装置调节柔性接触式加热工具头的高度；所述的柔性接触式加热工具头包括柔性加热组块、伸缩铰接架、边框架、顶杆、连杆和弹簧；所述的伸缩铰接架的两端通过销与两个边框架过渡配合，在两个边框架的顶部连接有柔性加热组块，两个边框架的底部通过弹簧相连，且两个边框架各铰接一个连杆，两个连杆的另外一端与同一个顶杆铰接；所述的柔性加热组块与电控加热单元相连。
2.如权利要求1所述的用于复合制造的多级随形加热装置，其特征在于，所述的驱动装置包括液压系统和弹性组件，液压系统的顶杆端部设置一个可拆卸螺纹盘，在所述的可拆卸螺纹盘上设置多个并列设置的弹性组件，每个弹性组件连接一个柔性接触式加热工具头。
3.如权利要求2所述的用于复合制造的多级随形加热装置，其特征在于，所述弹性组件包括外壳、下限位装置、压缩弹簧、上限位装置；所述的压缩弹簧通过螺纹连接于上限位装置的下部和下限位装置的顶部组成限位总成装配体；所述限位总成装配体从外壳下方插入所述外壳内完成间隙配合，且上限位装置与顶杆相连。>
4.如权利要求3所述的用于复合制造的多级随形加热装置，其特征在于，所述的电控加热单元安装在下限位装置上。
5.如权利要求3所述的用于复合制造的多级随形加热装置，其特征在于，所述的上限位装置为一个杆件，且与顶杆之间通过螺纹连接。
6.如权利要求3所述的用于复合制造的多级随形加热装置，其特征在于，所述的外壳与可拆卸螺纹盘通过螺栓连接，其顶部开设有供上限位装置穿过的孔。
7.如权利要求1所述的用于复合制造的多级随形加热装置，其特征在于，所述的柔性加热组块包括两个相对设置的固定支架，每个固定支架上固定有一排外套管，每个外套管内安装均有加热电阻，且两个固定支架上的外套管相间设置。
8.如权利要求1所述的用于复合制造的多级随形加热装置，其特征在于，在两个边框架相对的面上各设有一个限位柱。
9.一种加工系统，其特征在于，包括权利要求1-8任一所述的用于复合制造的多级随形加热装置。
10.如权利要求9所述的加工系统，其特征在于，还包括渐进成形工具头和激光熔覆工具头，待加工板材通过所述的多级随形加热装置进行支撑，所述的渐进成形工具头和激光熔覆工具头与多级随形加热装置配合，对板材进行加工。
...【技术特征摘要】
1.一种用于复合制造的多级随形加热装置，其特征在于，包括多个柔性接触式加热工具头和驱动装置，所述的驱动装置调节柔性接触式加热工具头的高度；所述的柔性接触式加热工具头包括柔性加热组块、伸缩铰接架、边框架、顶杆、连杆和弹簧；所述的伸缩铰接架的两端通过销与两个边框架过渡配合，在两个边框架的顶部连接有柔性加热组块，两个边框架的底部通过弹簧相连，且两个边框架各铰接一个连杆，两个连杆的另外一端与同一个顶杆铰接；所述的柔性加热组块与电控加热单元相连。
2.如权利要求1所述的用于复合制造的多级随形加热装置，其特征在于，所述的驱动装置包括液压系统和弹性组件，液压系统的顶杆端部设置一个可拆卸螺纹盘，在所述的可拆卸螺纹盘上设置多个并列设置的弹性组件，每个弹性组件连接一个柔性接触式加热工具头。
3.如权利要求2所述的用于复合制造的多级随形加热装置，其特征在于，所述弹性组件包括外壳、下限位装置、压缩弹簧、上限位装置；所述的压缩弹簧通过螺纹连接于上限位装置的下部和下限位装置的顶部组成限位总成装配体；所述限位总成装配体从外壳下方插入所述外壳内完成间隙配合，且上限位装置与顶杆相连。
4.如权利要求3所述的用于复...
【专利技术属性】
技术研发人员：李燕乐，杨成龙，刘飞飞，赵刚林，葛听雨，李方义，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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