电辅助渐进成形与校形一体化智能装置的制作方法

1.本发明的电辅助渐进成形与校形一体化智能装置，属于难加工板材先进塑性成形加工技术领域。


背景技术：

2.金属钣金零件在工业结构件的占比较大，冲压工艺以其效率高、适合大批量生产的特点，通常被用于制造此类零件。然而，随着现代化工业的转型升级，个性化小批量产品逐渐应用于各行各业，同时也对此类产品提出了快速制造的要求，而采用传统的冲压工艺来制造个性化小批量产品，会导致生产周期长及成本高的难题。
3.为了适应灵活的市场，许多金属板料无模成形技术涌现出来，其中金属板料渐进成形技术得到了最为广泛的关注和研究。渐进成形技术是金属板料塑性成形与数控加工相结合的新型快速制造技术，主要原理是薄壁零件模型沿高度方向离散化成多个等高层，在分解后的每个等高层上生成数控加工轨迹，通过数控机床控制成形工具在高温板料上沿加工轨迹运动并施加压力，从而使材料逐点逐层发生塑性变形，最终得到目标零件。该技术能够充分利用材料的成形潜力，因此，可成形变形程度大、形状复杂的薄壁构件。
4.尽管渐进成形能够大幅提升材料的成形性能，但对于一些高性能轻质合金，如钛、镁、铝合金等材料，由于其密排六方结构所致室温塑性差的特点，导致传统的渐进成形无法顺利成形所需零件。针对如上问题，国内外学者提出了多种辅助加热方法来提高材料的可成形性，如激光加热、热介质加热、搅拌摩擦加热、电辅助加热、感应加热。其中激光加热与感应加热对设备要求较高且维护成本高，使得产品的生产成本大幅升高，因此推广应用困难，而搅拌摩擦加热易损伤板料表面，导致零件的成形质量降低。此外，热介质加热的升温区间小，导致其加工范围窄。综合上述分析，电辅助加热以其加热效率高、设备简单、维护成本低、升温区间大的特点被国内外学者广泛研究与应用。在电辅助渐进成形中，局部加热的方式应用较为广泛，但是该方法易造成较大残余应力，从而导致零件的尺寸误差较大。就目前研究而言，仍没有提出有效的方法来改善上述问题。国本发明的目是为难成形板材电辅助渐进成形工艺，开发一种成本低、结构简单、操作便捷、绿色环保、效率高的成/校形一体化装置，更好地满足现代工业的发展需求。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对目前电辅助热渐进成形方面所存在的问题，提出应用范围广，操作便捷，成本低廉，结构简单及加工绿色环保的板料电辅助热渐进成形与校形一体化智能装置。该装置可以成形难加工板材，得到高精度的复杂零件。
6.一种电辅助渐进成形与校形一体化智能装置主要包括电源1，智能控制开关2，控制器3，主轴4，绝缘套筒5，工具夹具6，成形工具7，电极8，丝杠9，电机固定板13，驱动电机14，绝缘板15，测力仪上固定板16，测力仪18，底板19，其特征在于，电流经成形工具板料电极形成回路，对变形区域材料产生焦耳热效应，实现难加工板材的成形，随后利用测力仪反
馈变形力，通过控制器判定成形阶段的进程，当成形结束后控制器通过信号传递，断开成形回路，使板料与电源直接连接，实现板料的整体升温，消除残余应力，最后待板料自然冷却得到高尺寸精度的零件。
7.本发明的一种电辅助渐进成形与校形一体化智能装置为，所述一体化智能装置，利用传感器、智能控制器、电辅助渐进成形装置，实现电辅助渐进成形与校形的一体化过程。
8.本发明的一种电辅助渐进成形与校形一体化智能装置为，所述控制器，利用通讯协议采集测力仪的反馈信号，实时判断成形进程，并控制智能开关的实时切换。
9.本发明的一种电辅助渐进成形与校形一体化智能装置为，所述的智能控制开关，利用通讯协议接收控制器的信号，控制电辅助渐进成形与校形电路的通断。
10.本发明的一种电辅助渐进成形与校形一体化智能装置为，所述测力仪，利用压力传感器实时采集成形过程中的变形力，并将其转化电信号，通过通讯协议实时传入控制器。
11.本发明的一种电辅助渐进成形与校形一体化智能装置为，所述绝缘套筒，采用绝缘材料进行制造，并固定于主轴与工具夹具之间，防止电流流入机床主轴所致的热损失。
12.本发明的一种电辅助渐进成形与校形一体化智能装置为，所述绝缘板，采用绝缘材料进行制造，固定于电机固定板与测力仪上固定板之间，阻断电流流入机床工作台。
13.此外，本发明亦可将使用上述成形装置及方法所制造的热成形品当作权利对象。
附图说明
14.图1所示为电辅助渐进成形与校形一体化智能装置示意图。
15.图2所示为成/校形一体化智能控制原理图。
16.图中编号名称：电源1，智能控制开关2，控制器3，主轴4，绝缘套筒5，工具夹具6，成形工具7，电极8，丝杠9，压板10，板料11，托板12，电机固定板13，驱动电机14，绝缘板15，测力仪上固定板16，紧固螺栓17，测力仪18，底板19。
具体实施方式
17.附图1和附图2分别为电辅助渐进成形与校形一体化智能装置及其控制原理示意图。绝缘套筒与成形工具头夹持在数控机床主轴，驱动成形工具逐点运动，结合局部电辅助加热方式，完成零件成形。然后，将局部电辅助加热方式转变为整体电辅助加热形式，使零件整体升温去除残余应力，最终获得合格零件。电辅助渐进成形与校形一体化智能装置主要包括电源、智能开关、控制器、测力仪、成形装置、成形工具、绝缘套筒、绝缘板、驱动电机、丝杠。
18.由于图1所示电辅助渐进成形与校形一体化智能装置，能够实现难加工板材的正负渐进成形。当负成形时，驱动电机自锁，板料压边区域不会随成形工具轴向运动。当正成形时，靠模固定于成形装置的电机固定板上，驱动电机带动板料压边区域随成形工具轴向同步运动。
19.根据图2所示成/校形一体化智能控制原理图，其中r1代表成形区电阻，r2代表校形区电阻，通过压力响应控制器来实现电辅助渐进成形与校形的实时切换，具体执行过程如下：
20.首先，测力仪采集到变形区的力信号，传入控制器，判定此时为成形阶段，控制器传输一个低平信号给智能开关。
21.然后，当智能开关接收到低平信号，使r1所在回路连通，断开r2所在回路，实现电辅助渐进成形过程。
22.当电辅助渐进成形结束后，成形工具与板料接触丢失，测力仪未采集到变形区的力信号，此时，控制器判定为成形结束，并传输一个高平信号给智能开关。
23.当智能开关接收高平信号后，断开r1所在回路，迅速连通r2所在回路，实现零件校形阶段的电辅助加热过程。
24.最后，关闭电源，待零件自然冷却后，取下加工完成的板料，得到符合制造要求零件。


技术特征：
1.一种电辅助渐进成形与校形一体化智能装置，主要包括电源1，智能控制开关2，控制器3，主轴4，绝缘套筒5，工具夹具6，成形工具7，电极8，丝杠9，电机固定板13，驱动电机14，绝缘板15，测力仪上固定板16，测力仪18，底板19，其特征在于，电流经成形工具板料电极形成回路，对变形区域材料产生焦耳热效应，实现难加工板材的成形，随后利用测力仪反馈变形力，通过控制器判定成形阶段的进程，当成形结束后控制器通过信号传递，断开成形回路，使板料与电源直接连接，实现板料的整体升温，消除残余应力，最后待板料自然冷却得到高尺寸精度的零件。2.根据权利要求1所述的电辅助渐进成形与校形一体化智能装置，其特征在于：该装置能够实现难加工板材电辅助正/负渐进成形及校形，能够得到复杂且精度高的零件。3.根据权利要求1所述的控制器：其特征在于：该控制器接收测力仪的反馈信号，实时判断成形进程，并控制智能开关的切换。4.根据权利要求3所述的智能控制开关，其特征在于：该智能控制开关接收控制器的信号，控制电辅助渐进成形与校形电路的通断。5.根据权利要求3所述测力仪，其特征在于：该测力仪实时采集成形过程中的变形力，并将其转化电信号传入控制器。6.根据权利要求1所述绝缘套筒，其特征在于：该绝缘筒由绝缘材料组成，固定于主轴与工具夹具之间，阻断电流流入机床主轴。7.根据权利要求1所述绝缘板，其特征在于：该绝缘板由绝缘材料组成，固定于电机固定板与测力仪上固定板之间，阻断电流流入机床工作台。

技术总结
本发明涉及一种电辅助渐进成形与校形一体化智能装置，属于难加工板料电辅助加热塑性成形加工技术领域。该成形装置关键之处在于：使用电辅助局部与整体加热方法，在成形时，利用局部大电流密度作用，促使变形区域产生焦耳热效应，提高材料的成形性能；在校形阶段，利用压力响应的控制系统将加热方式调整为整体加热，使板料产生均温分布，去除残余应力，从而使零件的尺寸精度达到产品的要求。该装置加热效率高，智能化程度高，温度均匀，设备简单，成本低。解决了电辅助渐进成形中零件几何轮廓控制困难的问题，也简化了电辅助渐进成形后续工序的复杂程度。同时该方法操作安全，加工绿色环保。保。保。


技术研发人员：李正芳 高正源 安治国
受保护的技术使用者：昆明学院
技术研发日：2021.10.02
技术公布日：2022/1/18