CN104259303B - 一种加工点外局部加热板料的渐进成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种加工点外局部加热板料的渐进成形方法，属于金属塑性加工成型技术领域。本发明方法首先改进现有数控成形机床的夹具，扩大非加工区领域，并同时把非加工区领域划分为压紧区和加热区；在数控成形机床中设置二套环状加热装置，根据板料成形参数的要求，完成成形板料成形所需的NC代码并输入数控成形机床；然后根据渐进成形加工进度，按比例先后接通以及关闭加热块电源，对加工点外非加工区板料进行加热，使该区域板料加热到150℃以上，扩展可变形区域，完成板料成形。本发明方法能够大大提高板材的成形性能，使成形加工角度较大的零件得以实现。
Description
技术领域：
本发明属于金属塑性加工成型技术领域，具体涉及一种加工点外局部加热板料的渐进成形方法。
背景技术：
渐进成形是近年来出现的一种新型板材柔性数控加工方法，它将快速成形技术和塑形成形技术有机结合，实现板材的柔性生产。渐进成形技术采用了“分层制造”的思想，通过计算机程序控制形状简单的成形工具，沿着垂直方向和水平方向的轨迹运动，逐层形成零件的三维包络面，从而实现金属板料连续局部的塑性成形。
渐进成形与传统的冲压成形不同，它在成形中不需要专用的模具或者仅需简单的支撑模，而且板料具有更高的成形性能，可以在局部区域内成形出用常规手段方法无法加工的复杂曲面造型。并且渐进成形的压边装置结构简单，能够大大节省模具成本和样品试样的成本，具有很大的经济价值，非常适合小批量、多品种、形状复杂的板料零件成形。
板料渐进成形变形与旋压变形相似，符合剪切变形机理。在成形过程中板料在成形工具头作用下沿工件轴向作剪切流动，且从理论上讲变形后的板料厚度变化符合余弦定律，即t＝t0·cosθ，其中，t0是变形前板料原始厚度，t是变形后板料厚度，θ是成形件的成形角。对于变形角较大的零件进行加工时，板料厚度减薄量较大，就会出现制件的破裂。对于直壁零件的加工，根据渐进成形板料厚度变化大致符合余弦定律可知，成形后板料厚度为几乎零，显然不能成形。目前，采用渐进成形方法对直壁件成形，只是通过多次成形来逐渐逼近直壁。即刚开始先选择一个合适的成形角进行加工，在已加工成形件的基础上多次进行类似的加工，最终得到直壁零件。但该方法太繁琐，效率极低，且成功率也不高，对于很多大成形角的零件仍无法完成。
研究表明渐进成形过程随着加工角度的增加，板料的变形范围减少。变形会集中于板料某个点，造成板料局部变形过大，致使板料破裂。所以扩大板料变形区域，通过对加工点附近不变形区板料加热，使其强度下降，强迫扩大板料变形区域，使不变形区板料也变形，避免变形集中于板料某个点，提高成形能力，完成板料成形。
发明内容：
本发明提供一种加工点外局部加热板料的渐进成形方法。加工点外局部加热的板料是夹具上板料的部分，是指将板料四周的压边片和夹具凹槽之间的区域，见图1所示。板料四边压边片在一定宽度内把板料压死，压边片至夹具凹槽仍有一定的宽度，夹具上这片既不在压边片下，也不属于零件加工区的板料区域，即为加工点外成形区板料。一般认为，渐进成形中板料的变形仅发生在加工工具头处，零件的成型是利用金属的塑性，通过成形刀具头对板料的逐层挤压，局部小变形的累积而成形。但成形区板料在成形力的作用下会对附近未加工区板料进行变形，因此，板料的未加工区部分将会对板料的加工能力产生影响，扩大变形区，提高变形能力。
本发明所提供的加工点外局部加热板料的渐进成形方法，就是对加工点外未加工区板料进行加热，使其塑性升高，强度下降，强迫扩大板料变形区域，提高板料成形区的成形性能。
本发明采用两种加热方式对加工点外未成形区板料进行加热。
1、涡流线圈加热法
涡流线圈加热法是利用电磁感应原理，对圆形加热件(涡流线圈)通以高频交流电，交变电流在感应线圈内流动时将会产生交变的磁场，当感应线圈周围的磁场通过金属板料时，金属板料会产生与线圈电流方向相反的涡流，交变的涡流在金属板内产生焦耳热，使其温度升高，从而对加工点附近未变形区板料进行加热，该方法是直接加热法，受热的是金属板料本身。
2、电阻丝加热法
电阻丝加热法是一种将电能转换成热能的加热方法，给缠绕而成的一定形状发热体通以交流电，电流通过发热体时，发热体会产生热量Q＝I2Rt，发热体会以热传导的方式将热量传递给被发热体，对被发热体进行加热，电阻丝加热法是一种间接的加热方式。
本发明所提供的一种加工点外局部加热板料的渐进成形方法具体步骤如下：
(1)改进现有数控成形机床的夹具，扩大非加工区领域，并同时把非加工区领域划分为压紧区1和加热区2，所述压紧区1的宽度是所述加热区2宽度的50％-30％，所述加热区2的宽度是加工区3宽度的20％以上。
(2)将待成形板料固定在夹具上，利用压紧区1将板料四周压边压紧固定；
(3)在所述数控成形机床中设置二套环状加热装置，所述二套环状加热装置(涡流加热或电阻加热)分别放置在所述加热区2的上下位置。安装位置具体见图2，所述环状加热装置至少由2个以上加热件组成，所述加热件紧贴板料表面放置，如图2中外层加热件4、中间层加热件5以及内层加热件6所示。
(4)三维建模，根据板料成形参数的要求，编制完成数控成形机床所能识别的NC代码。
(5)将NC代码输入数控成形机床，准备对板料进行渐进成形加工。
(6)接通最外侧加热块电源，对板料进行加热,当最外侧加热块区域板料加热到150℃以上，开动数控成形机床进行加工，根据渐进成形加工进度，按比例先后接通以及关闭加热块电源，如:在使用外层加热块和内层加热块二块加热块加热时，加工开始时先接通外层加热块，当渐进成形加工进行到1/2时，关闭外层加热块，接通内层加热块，利用电磁感应原理或者电阻加热原理，对加工点外非加工区板料进行加热，使该区域板料加热到150℃以上，扩展可变形区域，完成板料的渐进成形。
通过以上方法，能够大大提高板材的成形性能，使成形加工角度较大的零件得以实现。本发明所提供的方法对于铝板成形具有普遍的适用性，除用于铝材加工外还可以用于钢板等其它板材的成形加工。
附图说明：
图1板料未成形区域示意图；
图2发热件加热装置安放位置示意图。
图中：1：压紧区，2：加热区，3：加工区，4：外层加热件，5：中间层加热件，6：内层加热件，7：压边圈，8：成形刀具头，9：板料，10：夹具凹槽，11：夹具。
具体实施例：
实施例1：选用3003铝板作为实验加工材料，将铝板在剪板机上裁剪成30块18×18mm的成形板料，以便实验中使用。将30块板料分成3组，分别采用一般渐进成形方法和本发明所提供的两种加热方式的加工点外局部加热板料渐进成形方法加工相同形状、相同高度、相同成形角的圆锥形制件，所加工圆锥形制件的成形角为85°，成形高度为35mm。
在成形过程中观察成形件是否出现破裂，并记录零件出现裂纹时的加工高度，当零件出现裂纹时即刻停止加工，通过比较两种渐进成形方法所得到的每组零件的破裂数目及裂纹出现时的加工高度，对比成形方法对板料成形性能的影响。
采用一般渐进成形方法对第一组的10块板料进行加工，最终得到的成形结果如表1所示：
表1一般渐进成形方法成形结果
在第一组实验中有10个成形件全部出现了破裂。
实施例2：采用本发明提供的涡流线圈加热方式的加工点外局部加热板料渐进成形方法对第二组10块板料进行加工，将三个涡流线圈加热发热体放入夹具上的板料非加工区域，并根据渐进成形加工进度,按比例先后接通关闭加热块电源，对加热区板料进行加热，使加热块加热段的板料温度达到220～270℃范围内，操作数控渐进成形机床，对零件进行渐进成形加工。最终，通过该方法所加工的10个成形制件的成形结果如表2所示。
涡流线圈加热装置的参数如下：
交流电频率：50kHz；
工作电压范围：180～250V；
最大输入电流：5～100A；
加热温度：220～270℃。
表2涡流线圈加热方式的渐进成形方法成形结果
实施例3：采用本发明提供的电阻块加热方式的加工点外局部加热板料渐进成形方法对第三组10块板料进行加工，将二个电阻加热发热体放入夹具上的板料非加工区域，并根据渐进成形加工进度,按比例先后接通关闭加热块电源，对加热区板料进行加热，使加热块加热段的板料温度达到220～270℃范围内，操作数控渐进成形机床，对零件进行渐进成形加工。最终，通过该方法所加工的10个成形制件的成形结果如表3所示。
电阻加热装置的参数如下：
交流电频率：0-50kHz；
工作电压范围：160～250V；
最大输入电流：5～100A；
加热温度：220～270℃。
表3电阻丝加热方式的渐进成形方法成形结果
从以上实施例的结果可以看出，采用本发明所提供的渐进成形方法，板料的成形性能和成形件的成功率都得到了显著提高。
Claims (2)
1.一种加工点外局部加热板料的渐进成形方法，其特征在于所述渐进成形方法具体步骤如下：
(1)改进现有数控成形机床的夹具，扩大非加工区，并同时把非加工区划分为压紧区(1)和加热区(2)，所述压紧区(1)的宽度是所述加热区(2)宽度的50％-30％，所述加热区(2)的宽度是加工区(3)宽度的20％以上；
(2)将待成形板料固定在所述夹具上，利用压紧区(1)将所述待成形板料四周压边压紧固定；
(3)在所述数控成形机床中设置两套环状加热装置，所述环状加热装置分别放置在所述加热区(2)的上、下部位；
(4)三维建模，根据板料成形参数的要求，编制完成数控成形机床所能识别的NC代码；
(5)将NC代码输入数控成形机床，准备对板料进行渐进成形加工；
(6)接通外侧加热块电源，对所述板料进行加热,当外侧加热区板料加热到150℃以上，开动数控成形机床进行加工，根据渐进成形加工进度，接通加热块电源，对加工点外非加工区板料进行加热，使该区域板料加热到150℃以上，扩展可变形区域，然后关闭加热块电源，完成板料的渐进成形。
2.根据权利要求1所述一种加工点外局部加热板料的渐进成形方法，其特征在于所述环状加热装置为涡流加热或电阻加热装置，所述环状加热装置至少由两个以上加热件组成，所述加热件紧贴板料表面放置。
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