CN102228933A - 电流辅助柔性压辊拉形钛合金的方法及压辊拉形的装置 - Google Patents

Abstract

电流辅助柔性压辊拉形钛合金的方法及压辊拉形的装置，它涉及一种压辊拉形钛合金的方法及压辊拉形的装置。本发明为了解决现有压辊拉形钛合金的加热效率低，导致整个生产工艺的低效率，不适应批量生产的问题。本发明的压辊拉形方法如下：选择1000A-20000A的电流；将待成形坯料的外边缘放置于电极与绝缘板之间，加压并通电加热，加热速度为5～20℃/s；通过红外测温仪测量待成形坯料的温度；当待成形坯料的温度达到700℃-930℃后，压边装置压紧待成形坯料的边缘；压辊装置向待成形坯料施压，最终完成塑性成形过程。压辊拉形的装置的提升油缸竖直安装在地面上，绝缘板固装在提升油缸的上端，两个电极的电极端均通过导线与电源连接。本发明用于钛合金的压辊拉形。

Description

电流辅助柔性压辊拉形钛合金的方法及压辊拉形的装置

技术领域

本发明涉及一种压辊拉形钛合金的方法及压辊拉形的装置，具体涉及一种电流辅助柔性压辊拉形钛合金的方法及压辊拉形的装置。

背景技术

拉形是飞机蒙皮件的主要成形方法。传统拉形基本原理是在板料弯曲时施加切向拉伸力，使板料剖面内的应力分布趋于均匀一致，从而减小回弹，提高了成形件的精度。然而采用传统拉形机成形三维曲面零件已经凸显出诸多缺点，如生产只依靠经验、缺乏理论指导、成形质量不稳定、废品率高、设备成形控制较难、调试周期长等。柔性压辊拉形是一种新的拉形工艺，将使用夹钳进行拉伸包覆的传统加载方式，改变为使用柔性压辊垂直下压的加载方式，使板料成形。柔性压辊拉形以压的方式间接地产生切向拉力，可实现双曲度曲面的柔性成形，可使成形件的有效成形区表面光滑，成形质量较好，且回弹量小，成形精度高。

此种方法在室温下成形，适用于室温塑性好的铝合金成形，对于钛合金无法成形。

由于钛及钛合金具有低密度、高比强度、良好耐腐蚀性能等优点，已有较大数量的飞机使用钛合金来代替铝合金，但钛合金在采用传统冷成形技术制造薄板零件方面，存在着难以克服的问题，所需成形力大、回弹严重，很难实现其薄板零件的成形，必须采用热成形法。

在传统的金属坯料热加工工艺中，加热方式一般是将待成形坯料放入加热炉中或将待成形坯料连同模具一起置于加热炉中进行加热，若采用第一种方法，待成形坯料加热完毕后，要从炉体内运输到成形设备上，在此过程中，必然存在热量的散失，造成能源浪费，待成形坯料散热快，温度不均匀，导致成形质量不稳定，并且高温的待成形坯料还会带来氧化、运输不便、危害环境等问题；若采用第二种方法，由于对待成形坯料和模具整体进行加热，有绝大部分的热量传递到了模具上，使得热量的有效利用率很低，造成极大的能源浪费。此外，在加热过程中，模具与待成形坯料接收热量的方式主要是热辐射与热传导，热量传输速度较慢，为了使待成形坯料达到均匀、较高成形温度，加热时间要很长，因此，现有压辊拉形钛合金的加热效率低，导致整个生产工艺的低效率，不适应批量生产。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有压辊拉形钛合金的加热效率低，导致整个生产工艺的低效率，不适应批量生产的问题，进而提供一种电流辅助柔性压辊拉形钛合金的方法及压辊拉形的装置。

本发明的技术方案是：一种电流辅助柔性压辊拉形钛合金的方法如下：

步骤一：根据待成形坯料的横截面尺寸和电阻数据，选择1000A-20000A的电流；

步骤二：将待成形坯料的外边缘放置于电极与绝缘板之间，绝缘板与待成形坯料保持绝缘，通过提升油缸向待成形坯料加压，使得电极与待成形坯料和绝缘板相接触，此时，通电加热，加热速度为5～20℃/s；

步骤三：通过红外测温仪实时测量待成形坯料的温度，并依据其温度实时调整电源的输出电流，输出电流的调整范围为1000A-15000A；

步骤四：当待成形坯料的温度达到700℃-930℃后，压边装置向待成形坯料施压，并压紧待成形坯料的边缘，关闭电源，提升油缸下降复位；

步骤五：通过压辊装置向待成形坯料施压，使待成形坯料发生塑性变形，待成形坯料与拉形模上的表面相贴合，最终完成塑性成形过程。

本发明还提供了一种电流辅助柔性压辊拉形钛合金的装置，它包括拉形模、支撑台、上工作台、下工作台、两组压辊装置和两组压边装置，拉形模固定安装在支撑台上，上工作台设置在拉形模的上方，下工作台设置在拉形模的两侧，压辊装置呈直线分设在上工作台上，且压辊装置位于拉形模的外侧，压边装置设置在上工作台和下工作台上，且压边装置分设在压辊装置的外侧，电流辅助柔性压辊拉形钛合金的装置还包括电源、导线、两个绝缘板、两个提升油缸和两个电极，提升油缸竖直安装在地面上，且两个提升油缸分设在压边装置的外侧，绝缘板固装在提升油缸的上端，电源设置在上工作台上，两个电极的电极端均通过导线与电源连接，且两个电极均位于绝缘板的正上方。

本发明与现有技术相比具有以下效果：1.本发明通过利用电流流经待成形坯料所产生的焦耳电阻热直接对待成形坯料本身进行加热，加热速度快，有效的提高了加热的效率和能量的利用率。2.本发明的待成形坯料加热到所需温度后立即成形，有效的抑制了弹复，成形精度高，改善了产品的质量。3.本发明成形所需的模具形状简单，不需要凹模，降低了成本。4.本发明结构简单，功能完善，易于实现。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；图2是本发明的坯料在成形过程中的俯视图；图3是压边件工作状态下的示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种电流辅助柔性压辊拉形钛合金的方法如下：

步骤一：根据待成形坯料的横截面尺寸和电阻数据，选择1000A-20000A的电流；

步骤二：将待成形坯料的外边缘放置于电极10与绝缘板8之间，绝缘板8与待成形坯料保持绝缘，通过提升油缸9向待成形坯料加压，使得电极10与待成形坯料和绝缘板8相接触，此时，通电加热，加热速度为5～20℃/s；

步骤三：通过红外测温仪11实时测量待成形坯料的温度，并依据其温度实时调整电源的输出电流，输出电流的调整范围为1000A-15000A；

步骤四：当待成形坯料的温度达到700℃-930℃后，压边装置4向待成形坯料施压，并压紧待成形坯料的边缘，关闭电源，提升油缸9下降复位；

步骤五：通过压辊装置3向待成形坯料施压，使待成形坯料发生塑性变形，待成形坯料与拉形模1上的表面相贴合，最终完成塑性成形过程。

具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的一种电流辅助柔性压辊拉形钛合金的装置，它包括拉形模1、支撑台2、上工作台5-1、下工作台5-2、两组压辊装置3和两组压边装置4，拉形模1固定安装在支撑台2上，上工作台5-1设置在拉形模1的上方，下工作台5-2设置在拉形模1的两侧，压辊装置3呈直线分设在上工作台5-1上，且压辊装置3位于拉形模1的外侧，压边装置4设置在上工作台5-1和下工作台5-2上，且压边装置4分设在压辊装置3的外侧，电流辅助柔性压辊拉形钛合金的装置还包括电源6、导线7、两个绝缘板8、两个提升油缸9和两个电极10，提升油缸9竖直安装在地面上，且两个提升油缸9分设在压边装置4的外侧，绝缘板8固装在提升油缸9的上端，电源6设置在上工作台5-1上，两个电极10的电极端均通过导线7与电源6连接，且两个电极10均位于绝缘板8的正上方。

本实施方式的电极10、待成形坯料和导线7形成通电回路，在所述的回路中待成形坯料的电阻要大于回路其它部分的电阻，所以电流会在待成形坯料上产生大量的焦耳热，使其能够在短时间内(几秒至几十秒)被加热至热成形温度。

本实施方式的电源6的额定电压为380V，工作时输出电压较小，4～50V。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的绝缘板8采用云母片、陶瓷或石棉橡胶板制成。如此设置，绝缘效果好。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的电流辅助柔性压辊拉形钛合金的装置还包括红外测温仪11，红外测温仪11位于上工作台5-1和下工作台5-2的侧面。如此设置，便于测量待成形坯料的温度。其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的每组压辊装置3均包括多个压辊件3-1，每个压辊件3-1均包括压辊油缸3-2和压辊滚子3-3，压辊滚子3-3转动安装在压辊油缸3-2上。如此设置，压辊滚子3-3的动力由压辊油缸3-2提供，且所有压辊油缸3-2的压力相同，可进行无级调节，可使压辊油缸3-2具有随动性，在拉形过程中，当待成形坯料对压辊滚子3-3的反作用力增大至与压辊油缸3-2提供的动力相平衡时，压辊滚子3-3便自动停止运动，柔性压辊拉形过程即压辊滚子3-3开始下压至停止的过程，成型过程中，多个压辊件3-1的运动轨迹在侧面观察呈弧形。其它组成和连接关系与具体实施方式一或四相同。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的每组压边装置4均包括多个压边件4-1，每个压边件4-1均包括第一压边件4-2、第二压边件4-3、第一压边油缸4-4和第二压边油缸4-5，第一压边油缸4-4设置在上工作台5-1上，第二压边油缸4-5设置在下工作台5-2上，第一压边件4-2设置在第一压边油缸4-4上，第二压边件4-3设置在第二压边油缸4-5上，第一压边件4-2扣装在第二压边件4-3上，且扣合后的第一压边件4-2和第二压边件4-3之间留有间隙。如此设置，压边装置4起压紧待成形坯料边缘的作用，通过油缸的控制，来起到柔性压边作用，不参与加载，在待成形坯料上下两侧压辊油缸3-2提供的压力相等的情况下，压边能实现随动性，即随着压辊滚子3-3的运动而运动。其它组成和连接关系与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式的第一压边件4-2和第二压边件4-3之间的间隙H为1mm-10mm。如此设置，便于将待成形坯料压制成形。其它组成和连接关系与具体实施方式一或六相同。

具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式的导线7的直径为Φ8mm-Φ9mm。如此设置，有效的避免了由于导线的电流过大导致的电源烧毁。其它组成和连接关系与具体实施方式二或七相同。

具体实施方式九：结合图2说明本实施方式，本实施方式的多个压辊件3-1的数量为5-10个。如此设置，有效的满足了柔性压辊条件。其它组成和连接关系与具体实施方式五相同。

具体实施方式十：结合图2说明本实施方式，本实施方式的多个压边件4-1的数量为5-10个。如此设置，有效的满足了压边条件。其它组成和连接关系与具体实施方式六相同。

Claims (10)

1.一种电流辅助柔性压辊拉形钛合金的方法，其特征在于：压辊拉形钛合金的方法如下：

步骤一：根据待成形坯料的横截面尺寸和电阻数据，选择1000A-20000A的电流；

步骤二：将待成形坯料的外边缘放置于电极(10)与绝缘板(8)之间，绝缘板(8)与待成形坯料保持绝缘，通过提升油缸(9)向待成形坯料加压，使得电极(10)与待成形坯料和绝缘板(8)相接触，此时，通电加热，加热速度为5～20℃/s；

步骤三：通过红外测温仪(11)实时测量待成形坯料的温度，并依据其温度实时调整电源的输出电流，输出电流的调整范围为1000A-15000A；

步骤四：当待成形坯料的温度达到700℃-930℃后，压边装置(4)向待成形坯料施压，并压紧待成形坯料的边缘，关闭电源，提升油缸(9)下降复位；

步骤五：通过压辊装置(3)向待成形坯料施压，使待成形坯料发生塑性变形，待成形坯料与拉形模(1)上的表面相贴合，最终完成塑性成形过程。

2.一种电流辅助柔性压辊拉形钛合金的装置，它包括拉形模(1)、支撑台(2)、上工作台(5-1)、下工作台(5-2)、两组压辊装置(3)和两组压边装置(4)，拉形模(1)固定安装在支撑台(2)上，上工作台(5-1)设置在拉形模(1)的上方，下工作台(5-2)设置在拉形模(1)的两侧，压辊装置(3)呈直线分设在上工作台(5-1)上，且压辊装置(3)位于拉形模(1)的外侧，压边装置(4)设置在上工作台(5-1)和下工作台(5-2)上，且压边装置(4)分设在压辊装置(3)的外侧，其特征在于：电流辅助柔性压辊拉形钛合金的装置还包括电源(6)、导线(7)、两个绝缘板(8)、两个提升油缸(9)和两个电极(10)，提升油缸(9)竖直安装在地面上，且两个提升油缸(9)分设在压边装置(4)的外侧，绝缘板(8)固装在提升油缸(9)的上端，电源(6)设置在上工作台(5-1)上，两个电极(10)的电极端均通过导线(7)与电源(6)连接，且两个电极(10)均位于绝缘板(8)的正上方。

3.根据权利要求2所述的电流辅助柔性压辊拉形钛合金的装置，其特征在于：绝缘板(8)采用云母片、陶瓷或石棉橡胶板制成。

4.根据权利要求2或3所述的电流辅助柔性压辊拉形钛合金的装置，其特征在于：电流辅助柔性压辊拉形钛合金的装置还包括红外测温仪(11)，红外测温仪(11)位于上工作台(5-1)和下工作台(5-2)的侧面。

5.根据权利要求2所述的电流辅助柔性压辊拉形钛合金的装置，其特征在于：每组压辊装置(3)均包括多个压辊件(3-1)，每个压辊件(3-1)均包括压辊油缸(3-2)和压辊滚子(3-3)，压辊滚子(3-3)转动安装在压辊油缸(3-2)上。

6.根据权利要求2所述的电流辅助柔性压辊拉形钛合金的装置，其特征在于：每组压边装置(4)均包括多个压边件(4-1)，每个压边件(4-1)均包括第一压边件(4-2)、第二压边件(4-3)、第一压边油缸(4-4)和第二压边油缸(4-5)，第一压边油缸(4-4)设置在上工作台(5-1)上，第二压边油缸(4-5)设置在下工作台(5-2)上，第一压边件(4-2)设置在第一压边油缸(4-4)上，第二压边件(4-3)设置在第二压边油缸(4-5)上，第一压边件(4-2)扣装在第二压边件(4-3)上，且扣合后的第一压边件(4-2)和第二压边件(4-3)之间留有间隙。

7.根据权利要求6所述的电流辅助柔性压辊拉形钛合金的装置，其特征在于：第一压边件(4-2)和第二压边件(4-3)之间的间隙(H)为1mm-10mm。

8.根据权利要求2或6所述的电流辅助柔性压辊拉形钛合金的装置，其特征在于：导线(7)的直径为Φ8mm-Φ9mm。

9.根据权利要求5所述的电流辅助柔性压辊拉形钛合金的装置，其特征在于：多个压辊件(3-1)的数量为5-10个。

10.根据权利要求6所述的电流辅助柔性压辊拉形钛合金的装置，其特征在于：多个压边件(4-1)的数量为5-10个。

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