CN104438496B - 一种型材热拉弯保温箱及其温度控制系统 - Google Patents

Abstract

一种型材热拉弯保温箱及其温度控制系统，它包括保温箱、热拉弯模具、夹钳、温度控制柜及变压器；保温箱位于张臂式拉弯机的工作台面上，夹钳安装于张臂式拉弯机张臂上的主拉伸油缸，温度控制柜及变压器位于张臂式拉弯机周围，他们之间通过动力电源线连接，热拉弯模具通过模具安装柱安装于模具安装座，模具安装座通过螺栓安装于张臂式拉弯机的工作台面上。本发明实现热拉弯成形过程中温度的分区闭环控制，最终实现温度的稳定与精确控制，从而减小回弹，提高型材成形精度和组织稳定性。

Description

一种型材热拉弯保温箱及其温度控制系统

技术领域

本发明涉及一种型材热拉弯保温箱及其温度控制系统，具体地说，涉及一种用于飞机钛合金型材热拉弯成形的装置，属金属型材拉弯成形技术领域。

背景技术

型材拉弯成形工艺在飞机和汽车型材弯曲件的制造中得到了非常广泛的应用。在飞机制造中拉弯工艺主要用于成形机身、机翼、进气道的隔框、桁条、加强缘条等骨架零件；在汽车生产中主要用于成形车身结构和保险杠的中空型材弯曲件等。

随着新一代飞机的隐身、高机动性和高可靠性等要求的提出，钛合金等高强轻质材料的应用越来越多，产品的加工精度要求也日益提高；同时现代飞机的快速研制和低成本特点，要求零件的加工过程尽可能减少工装、工序和工时，降低生产成本，提高生产效率。

钛合金型材室温条件下的拉弯成形存在变形抗力大等不足之处。将钛合金型材通过自阻加热等方式加热后进行热拉弯可成形部分低强或中高强的钛合金型材，但存在如下问题：一是由于没有安装温度测量及控制装置，型材的变形温度只能靠工人肉眼观察，凭经验判断。二是由于材料与模具之间的传热效应，首先接触模具的中间部分温度下降严重，导致型材长度方向上温度不均匀，最终导致变形不均匀及回弹量大等缺陷。

为了解决型材拉弯工艺中的上述问题，发明专利“一种用于飞机钛合金型材的电热拉弯成形装置(CN103962425A)”基于转台式拉弯机设计了一种热拉弯成形装置，该装置由拉弯机转台、拉弯模具、保温罩、型材加热系统组成，有效地改善了钛合金的成形性能。成形装置具有加热速度快、温度易于控制的特点。然而目前型材拉弯成形设备仍以张臂式拉弯机为主，因此有必要针对张臂式拉弯机进行相关装置的设计。

发明专利“一种型材热拉弯蠕变复合成形工装系统及其使用方法”(CNI02814368A)"基于张臂式拉弯机设计了一种型材热拉弯蠕变复合成形工装系统，包括加热箱、自阻加热系统、电气控制柜及夹钳等。该发明通过型材热拉弯和蠕变过程的复合，降低型材的塑性变形抗力，减小型材加工后的残余应力，从而减小回弹，提高成形精度和组织稳定性。但不足之处包括：模具本身未采用加热措施、加热箱两侧的型材进入开口没有进行保温处理等。

综上，有必要针对张臂式拉弯机设计一种型材热拉弯成形装置，实现热拉弯成形过程中温度的稳定与精确控制。

发明内容

1、目的：本发明的目的是针对现有型材拉弯工艺技术的不足，提供一种型材热拉弯保温箱及其温度控制系统，实现热拉弯成形过程中温度的分区闭环控制，最终实现温度的稳定与精确控制，从而减小回弹，提高型材成形精度和组织稳定性。

2、技术方案：

1)本发明一种型材热拉弯保温箱及其温度控制系统，是基于普通张臂式拉弯机设计的一套分区闭环温度控制系统，包括保温箱、热拉弯模具、夹钳、温度控制柜及变压器。它们之间的位置连接关系是：保温箱位于张臂式拉弯机的工作台面上，夹钳安装于张臂式拉弯机张臂上的主拉伸油缸，温度控制柜及变压器位于张臂式拉弯机周围，他们之间通过动力电源线连接，热拉弯模具通过模具安装柱安装于模具安装座，模具安装座通过螺栓安装于张臂式拉弯机的工作台面上。

所述张臂式拉弯机为一种常见的拉弯成形设备，其工作台固定于地面，左右对称的张臂可在油缸的作用下绕工作台面进行旋转，张臂上安装有可移动的滑块，主拉伸油缸安装于该滑块上。

所述保温箱通过地脚螺栓放置于张臂式拉弯机的工作台面上，为异形半封闭箱式结构，保温箱壁面采用保温层加金属外壳的结构，其中保温层材料采用莫来石纤维板，金属外壳材料采用耐热不锈钢。保温箱两侧留有开口，开口处设置有耐高温吊帘以阻止保温箱内部热量过多散到外面空间，吊帘材料采用柔软的石棉布。保温箱两侧安装有红外石英加热灯管。保温箱的底部留有模具安装柱对应的安装孔及H～J热电偶安装孔。

所述热拉弯模具为根据型材零件设计的一种模具，包括上下固定板及中间板，其中上下固定板采用耐高温不锈钢材料，中间板材料为石棉水泥板，表面具有零件成形所需的模面。螺栓通过螺栓孔将固定板和中间板连接在一起。模具中间位置留有模具安装柱对应的安装孔及安装套。模具内部开有A～G共7个热电偶安装孔，热电偶头部位于模具型面处，当型材贴合模面后，热电偶读数即为型材表面的温度。

所述夹钳包括夹钳夹块、导电铜环、导向螺钉、夹具体、油缸体、油管接头装配体、钳口压板、活塞、绝缘板、连接盘、压盘及绝缘套筒。夹钳夹块通过导向螺钉安装于夹具体内侧，可在钳口压板的作用下沿夹具体内壁滑动。其间关系是：导电铜环安装于夹具体的端面，其接头通过软体铜导线与变压器的输出端连接。绝缘板及绝缘套筒配合使用，可实现连接盘不带电之目的，从而实现了型材与拉弯机张臂之间的绝缘。该油管接头装配体安装于油缸体上，包括油管接头绝缘垫板、油管接头绝缘压板和油管接头。油管接头与张臂式拉弯机液压系统连接，从而实现了型材与液压系统的绝缘。

所述温度控制柜为常见的柜式结构，控制面板上按保温箱轮廓刻画有相应的轮廓线，并在相应的位置安装有温度显示仪表，便于直观地读取保温箱内部不同部位的温度数据。

所述变压器为按要求定制的产品，其输入端为380V交流电源，输出端为安全电压以内的直流电源。

本发明的工作流程为：

步骤一：将模具安装座固定在张臂式拉弯机工作台面上，然后将模具安装柱安装于模具安装座上。再将保温箱放置于拉弯机工作台面上，打开保温箱顶盖，将模具安装于保温箱内，红外石英灯管安装于保温箱侧壁，合上保温箱顶盖。夹钳安装于张臂式拉弯机张臂上的主拉伸油缸，并通过软体铜导线连接夹钳的导电铜环和变压器输出端。左右两侧的石英灯管分别与保温箱控制柜相应的端口连接。

步骤二：将型材通过侧边开口穿过保温箱，型材两端放置于夹钳内。开启夹钳油缸夹紧型材，调整夹钳位置使型材与模具顶点相切。

步骤三：开启左右红外石英灯管加热开关，对保温箱内部进行预热，调节调功旋钮，使保温箱内的温升速度控制在一定范围内，直至达到预设的温度值。

步骤四：开启自阻加热回路，对型材进行加热，调节调功旋钮，使型材温升速度控制在预定范围内，直至达到预设的温度值。

步骤五：将型材拉弯贴合模具型面，同时三个回路自动进行PID闭环温度控制，其中自阻加热回路以热电偶D信号为闭环控制依据，两侧石英灯管回路一开始分别以H和J为闭环控制依据，当型材贴合至B和F时，按下热偶切换开关，将B和F信号作为闭环控制依据。

步骤六：型材完全贴合模面后，按工艺要求保温预定时间后关闭加热电源，然后松开夹钳，卸载型材。

3、本发明的有益效果为：

保温箱壁面采用保温层加金属外壳的结构，并在保温箱两侧开口处设置有耐高温防护帘以阻止保温箱内部热量过多散到外面空间。使用热响应速度较快的红外石英灯管加热设备，将保温箱分成中间和两侧三个不同区域并采用相互独立的闭环温控系统，可更准确地控制保温箱内部不同区域的温度。另外型材拉弯成形前开启红外石英灯管对保温箱内部进行预热，可提高模具温度，从而减少了型材与模具之间的热交换。

附图说明

图1是一种型材热拉弯保温箱及其温度控制系统整体示意图；

图2是保温箱内部结构示意图；

图3是模具结构示意图；

图4是夹钳整体结构示意图；

图5是夹钳内部结构示意图；

图6是油管接头内部结构示意图；

图7是控制面板示意图；

图8是热拉弯及温度控制过程示意图；

图中序号说明如下：

1、温度控制柜；2、夹钳；3、型材；4、张臂式拉弯机工作台面；5、模具安装座；6、保温箱；7、变压器；8、吊帘；9、红外石英加热灯管；10、热拉弯模具；11、模具安装柱；12、模具安装套；13、热电偶安装孔；14、模具工作型面；15、模具组装螺栓孔；16、夹钳夹块；17、导电铜环；18、导向螺钉；19、夹具体；20、油缸体；21、油管接头装配体；22、钳口压板；23、活塞；24、绝缘板；25、连接盘；26、压盘；27、绝缘套筒；28、油管接头绝缘垫板；29、油管接头；30、油管接头绝缘压板。

具体实施方式

1)见图1-8，本发明一种型材热拉弯保温箱及其温度控制系统，是基于普通张臂式拉弯机设计的一套分区闭环温度控制系统，包括保温箱6、热拉弯模具10、夹钳2、温度控制柜1及变压器7。它们之间的位置连接关系是：保温箱6位于张臂式拉弯机的工作台面上，夹钳2安装于张臂式拉弯机张臂上的主拉伸油缸，温度控制柜1及变压器7位于张臂式拉弯机附近，他们之间按附图所示的方式通过动力电源线连接，热拉弯模具10通过模具安装柱11安装于模具安装座5，模具安装座5通过螺栓安装于张臂式拉弯机的工作台面上。

所述张臂式拉弯机为一种常见的拉弯成形设备，其工作台固定于地面，左右对称的张臂可在油缸的作用下绕工作台进行旋转，张臂上安装有可移动的滑块，主拉伸油缸安装于该滑块上。

所述保温箱6通过地脚螺栓放置于张臂式拉弯机工作台面4上，为异形半封闭箱式结构，保温箱6壁面采用保温层加金属外壳的结构，其中保温层材料采用莫来石纤维板，金属外壳材料采用耐热不锈钢。保温箱6两侧留有开口，开口处设置有耐高温吊帘8以阻止保温箱6内部热量过多散到外面空间，吊帘8材料采用柔软的石棉布。保温箱6两侧安装有红外石英加热灯管9。保温箱6的底部留有模具安装柱11对应的安装孔及H～J热电偶安装孔。

所述热拉弯模具10为根据型材3设计的一种模具，包括上下固定板及中间板，其中上下固定板采用耐高温不锈钢材料，中间板材料为石棉水泥板，表面具有零件成形所需的模面。螺栓通过模具组装螺栓孔15将固定板和中间板连接在一起。模具中间位置留有模具安装柱11对应的安装孔及模具安装套12。模具内部开有A～G共7个热电偶安装孔13，热电偶头部位于模具工作型面14处，当型材3贴合模面后，热电偶读数即为型材3表面的温度。

所述夹钳2包括夹钳夹块16、导电铜环17、导向螺钉18、夹具体19、油缸体20、油管接头装配体21、钳口压板22、活塞23、绝缘板24、连接盘25、压盘26及绝缘套筒27。夹钳夹块16通过导向螺钉18安装于夹具体19内侧，可在钳口压板22的作用下沿夹具体19的内壁滑动。导电铜环17安装于夹具体19的端面，其接头通过软体铜导线与变压器7的输出端连接。绝缘板24及绝缘套筒27配合使用，可实现连接盘25不带电之目的，从而实现了型材3与张臂式拉弯机之间的绝缘。该油管接头装配体21安装于油缸体20上，包括油管接头绝缘垫板28、油管接头绝缘压板30和油管接头29。油管接头29与液压系统连接，从而实现了型材3与液压系统的绝缘。

所述温度控制柜1为常见的柜式结构，控制面板上按保温箱6轮廓刻画有相应的轮廓线，并在相应的位置安装有温度显示仪表，便于直观地读取保温箱6内部不同部位的温度数据。

所述变压器7为按要求定制的产品，其输入端为380V交流电源，输出端为安全电压36V以内的直流电源，常用电压为5～20V之间。

本发明的工作流程为：

步骤一：将模具安装座5固定在张臂式拉弯机工作台面4上，然后将模具安装柱11安装于模具安装座5上。再将保温箱6放置于张臂式拉弯机工作台面4上，打开保温箱6的顶盖，将模具安装于保温箱6内，红外石英灯管安装于保温箱6侧壁，合上保温箱6顶盖。夹钳2安装于张臂式拉弯机张臂上的主拉伸油缸，并通过软体铜导线连接夹钳2的导电铜环17和变压器7的输出端。左右两侧的石英灯管分别与保温箱6控制柜相应的端口连接。

步骤二：将型材3通过侧边开口穿过保温箱6，型材3两端放置于夹钳2内。开启夹钳2油缸夹紧型材3，调整夹钳2位置使型材3与模具顶点相切。

步骤三：开启左右红外石英加热灯管9，对保温箱6内部进行预热，调节调功旋钮，使保温箱6内的温升速度控制在预定范围内，直至达到预设的温度值。其中调功旋钮调节范围为0～100％。

步骤四：开启自阻加热回路，对型材3进行加热，调节调功旋钮，使型材3温升速度控制在一定范围内，直至达到预设的温度值。其中调功旋钮调节范围为0～100％。

步骤五：将型材3拉弯贴合模具工作型面14，同时三个回路自动进行PID闭环温度控制，其中自阻加热回路以热电偶D信号为闭环控制依据，两侧石英灯管回路一开始分别以H和J为闭环控制依据，当型材3贴合至B和F时，按下热偶切换开关，将B和F信号作为闭环控制依据。

步骤六：型材3完全贴合模面后，按工艺要求保温预定时间后关闭加热电源，然后松开夹钳2，卸载型材3。

Claims (1)

1.一种型材热拉弯保温箱及其温度控制系统，其特征在于：它包括保温箱、热拉弯模具、夹钳、温度控制柜及变压器；保温箱位于张臂式拉弯机的工作台面上，夹钳安装于张臂式拉弯机张臂上的主拉伸油缸，温度控制柜及变压器位于张臂式拉弯机周围，它们之间通过动力电源线连接，热拉弯模具通过模具安装柱安装于模具安装座，模具安装座通过螺栓安装于张臂式拉弯机的工作台面上；

所述张臂式拉弯机为一种拉弯成形设备，其工作台固定于地面，左右对称的张臂在油缸的作用下绕工作台面进行旋转，张臂上安装有可移动的滑块，主拉伸油缸安装于该滑块上；

所述保温箱通过地脚螺栓放置于张臂式拉弯机的工作台面上，为异形半封闭箱式结构，保温箱壁面采用保温层加金属外壳的结构，其中保温层材料采用莫来石纤维板，金属外壳材料采用耐热不锈钢；保温箱两侧留有开口，开口处设置有耐高温吊帘以阻止保温箱内部热量过多散到外面空间，吊帘材料采用柔软的石棉布，保温箱两侧安装有红外石英加热灯管，保温箱的底部留有模具安装柱对应的安装孔及H～J热电偶安装孔；

所述热拉弯模具为根据型材零件设计的一种模具，包括上下固定板及中间板，其中上下固定板采用耐高温不锈钢材料，中间板材料为石棉水泥板，表面具有零件成形所需的模面；螺栓通过螺栓孔将上下固定板和中间板连接在一起；模具中间位置留有模具安装柱对应的安装孔及安装套，模具内部开有A～G共7个热电偶安装孔，热电偶头部位于模具型面处，当型材贴合模面后，热电偶读数即为型材表面的温度；

所述夹钳包括夹钳夹块、导电铜环、导向螺钉、夹具体、油缸体、油管接头装配体、钳口压板、活塞、绝缘板、连接盘、压盘及绝缘套筒；夹钳夹块通过导向螺钉安装于夹具体内侧，在钳口压板的作用下沿夹具体内壁滑动；导电铜环安装于夹具体的端面，其接头通过软体铜导线与变压器的输出端连接；绝缘板及绝缘套筒配合使用，实现连接盘不带电之目的，从而实现了型材与拉弯机张臂之间的绝缘；该油管接头装配体安装于油缸体上，包括油管接头绝缘垫板、油管接头绝缘压板和油管接头；油管接头与张臂式拉弯机液压系统连接，从而实现了型材与液压系统的绝缘；

所述温度控制柜为柜式结构，控制面板上按保温箱轮廓刻画有相应的轮廓线，并在相应的位置安装有温度显示仪表，便于直观地读取保温箱内部不同部位的温度数据；

所述变压器为按要求定制的产品，其输入端为380V交流电源，输出端为安全电压以内的直流电源。