CN106064199B - 一种航空轻合金板材差温渐进成形方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种航空轻合金板材差温渐进成形方法及装置，该方法的具体步骤如下：首先将航空轻合金板材固定在含有导热油槽的支撑底座上，导热油槽包括管路、加热装置、温控装置和油液面高度检测与控制系统，将导热油注入到导热油槽中直至导热油接触到板材，通过加热装置和温控装置将导热油加热，确保板材温度达到所需温度及温度均匀，然后选择合适的渐进成形工艺进行差温渐进成形，在成形过程中，通过油液面高度检测与控制系统，实时测量导热油液面的高度，并实现液面高度动态调整，使未成形的部分始终接触导热油液面而处于加热状态，而已成形部分则脱离导热油液面而进行在线冷却。

Description

一种航空轻合金板材差温渐进成形方法及装置
技术领域
本发明属于金属复杂钣金构件先进制造技术领域，特别涉及航空轻合金板材渐进成形方法及装置。
背景技术
渐进成形是一种新兴的板材柔性快速成形方法，渐进成形具有较大的柔性，易于实现设计与制造一体化，它无需模具或者只需要简单的支撑模，生产周期短、成本低，适合多品种、小批量以及新产品开发前的样品制作。渐进成形基于“分层制造”思想，将复杂的制件三维数学模型沿高度方向离散成许多断面层，成形工具在计算机控制下沿该等高线层上的加工轨迹运动，对板材进行渐进塑性加工。渐进成形技术成形极限大、成形质量高，它通过对板材进行局部的点压变形累积最终达到整体变形，比传统成形技术能更充分地利用材料的成形性能，采用渐进成形技术已经解决了航空航天领域一些零件的难成形或现有成形方法无法成功成形的问题，因此渐进成形技术在航空航天领域将有广泛的应用前景。
对于航空航天领域来说，轻质零件有着至关重要的好处，轻合金材料具备高强度与低密度的特征，用轻合金材料制作零件能达到减轻结构重量、提高飞机性能的目标，对航空航天工程领域有重要意义。但是在常温下，轻合金材料的塑性差，不能对其进行常温加工，即使通过升高温度来成形，传统加工方法也不能成形成功，渐进成形相对冲统成形方法能显著提高成形性能，所以可以通过温渐进成形来加工轻质合金板材，已满足航空航天领域的需求。
发明内容
本发明针对现有制备方法的弊端，提出了新的成形方法。采用时刻动态调整导热油液面高度的方法制备高成形质量高成形精度的轻合金制件，有效地解决了整体成形质量低、成形精度低和变形不均匀的热渐进成形问题。
一种航空轻合金板材差温渐进成形方法，步骤如下：首先将航空轻合金板材固定在含有导热油槽的支撑底座上，导热油槽包括管路、加热装置、温控装置和油液面高度检测与控制系统，将导热油注入到导热油槽中直至导热油接触到板材，通过加热装置和温控装置将导热油加热，确保板材温度达到所需温度及温度均匀，然后选择合适的渐进成形工艺进行差温渐进成形，在成形过程中，通过油液面高度检测与控制系统，实时测量导热油液面的高度，并实现液面高度动态调整，使未成形的部分始终接触导热油液面而处于加热状态，而已成形部分则立即脱离导热油液面而进行在线冷却。
所述的航空轻合金板材差温渐进成形方法，具体步骤如下：
第一步，设置一套含有导热油槽的支撑底座，导热油槽包括管路、加热装置、温控装置和油液面高度检测与控制系统，将航空轻合金板材放在含有导热油槽的支撑底座的垫板上，并用压板将板材四周压紧，即将板材固定在支撑底座上；
第二步，将导热油注入所述支撑底座的导热油槽中，直至导热油与板材直接接触，通过加热装置对油槽中的导热油加热，导热油温度升高并达到所需温度，且保持在这个温度，导热油与板材直接接触，板材也随着升温并保持在这个温度；
第三步：待板材达到所需温度，在板材上表面成形位置添加润滑油，减少摩擦；
第四步：选择合适的渐进成形工艺，成形工具在G代码的控制下按照预定的轨迹运动，对板材进行成形；在成形过程中，通过油液面高度检测与控制系统，实时测量导热油液面高度，并且控制导热油液面高度与成形工具头顶端的高度一致，使未成形的部分始终接触导热油液面而处于加热状态，而已成形部分则立即脱离导热油液面而进行在线冷却，减少已成形部分的随动变形缺陷，增加成形的精度；
第五步：成形结束后，开启压板，取出成形的零件。
所述的航空轻合金板材差温渐进成形方法，第一步中，导热油槽外缘的高度要高于压板，从而避免压板将板材压紧时密封不严，造成导热油溢流出导热油槽。
采用任一所述方法的差温渐进成形装置，包括导热油槽，所述导热油槽包括管路、加热装置、温控装置和油液面高度检测与控制系统，导热油槽内注入导热油，直至导热油接触到板材，通过加热装置和温控装置将导热油加热，确保板材温度达到所需温度及温度均匀，然后选择合适的渐进成形工艺进行差温渐进成形，在成形过程中，通过油液面高度检测与控制系统，实时测量导热油液面的高度，并实现液面高度动态调整，使未成形的部分始终接触导热油液面而处于加热状态，而已成形部分则脱离导热油液面而进行在线冷却。
有益效果：
1、本发明采用差温渐进成形方法，通过油液面检测与控制系统实现在成形过程中时刻动态调整导热油液面高度，将未成形部分一直处于加热状态，保持高温环境，同时由于未成形部分始终接触导热油和导热油的热传导，板材的未成形部分会与导热油一样保持在一个精确的温度，提高变形均匀性，已成形部分则远离高温环境，实现在线冷却，从而降低已成形部分的变形的可能性，提高整体成形质量，从而制造出高精度的零件；
2、本发明有效地解决了航空轻合金板材温热渐进成形整体成形质量低、成形精度低和加热不均匀的问题，同时对于提高航空轻合金板材的成形性能、壁厚均匀等具有重要的指导意义；
3、本发明方法简单可行，生产效率高，成本低，可在航空航天、军工等工程领域具有重要的工程应用价值和明显的经济效益。
附图说明
图1为航空轻合金板材差温渐进成形方法原理示意图；
1、支撑底座 2、导热油液面检测与控制系统 3、压板 4、板材 5、成形工具 6、加热电阻 7、测温热电偶 8、出油控制端 9、冷却装置 10、油箱 11、进油控制端 12、管道 13、导热油；
具体实施方式
下面通过具体的实施例子，详细说明2017铝合金、镁合金和纯钛差温渐进成形的成形工艺。
实施例1
第一步，将边长为150mm、厚度为1mm的2017铝合金板材通过压板固定到支撑底座上；
第二步，向导热油槽中注入导热油，直至导热油与板材接触；
第三步，利用支撑底座中的加热电阻对导热油加热到250℃并保温一段时间；
第四步，将编好的圆锥形轨迹G代码导入到数控渐进成形机床，待板材温度达到250℃后，在成形位置添加润滑油，对板材进行差温渐进成形；在成形过程中，通过油液面高度检测与控制系统，实时测量导热油液面的高度，并实现液面高度动态调整，使未成形的部分始终接触导热油液面而处于加热状态，而已成形部分则立即脱离导热油液面而进行在线冷却。
第五步，取下压板，取出成形的零件，得到2017铝合金圆锥形零件。
实施例2
第一步，将边长为150mm、厚度为1mm的镁合金板材通过压板固定到支撑底座上；
第二步，向导热油槽中注入导热油，直至导热油与板材接触；
第三步，利用支撑底座中的加热电阻对导热油加热到280℃并保温一段时间；
第四步，将编好的方锥形轨迹G代码导入到数控渐进成形机床，待板材温度达到280℃后，在成形位置添加润滑油，对板材进行差温渐进成形；在成形过程中，通过油液面高度检测与控制系统，实时测量导热油液面的高度，并实现液面高度动态调整，使未成形的部分始终接触导热油液面而处于加热状态，而已成形部分则立即脱离导热油液面而进行在线冷却。
第五步，取下压板，取出成形的零件，得到镁合金方锥形零件。
实施例3
第一步，将边长为150mm、厚度为1mm的纯钛板材通过压板固定到支撑底座上；
第二步，向导热油槽中注入导热油，直至导热油与板材接触；
第三步，利用支撑底座中的加热电阻对导热油加热到300℃并保温一段时间；
第四步，将编好的母线为圆弧的旋转形轨迹G代码导入到数控渐进成形机床，待板材温度达到300℃后，在成形位置添加润滑油，对板材进行差温渐进成形；在成形过程中，通过油液面高度检测与控制系统，实时测量导热油液面的高度，并实现液面高度动态调整，使未成形的部分始终接触导热油液面而处于加热状态，而已成形部分则立即脱离导热油液面而进行在线冷却。
第五步，取下压板，取出成形的零件，得到纯钛的母线为圆弧的旋转形零件。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种航空轻合金板材差温渐进成形方法，其特征在于，步骤如下：首先将航空轻合金板材固定在含有导热油槽的支撑底座上，导热油槽包括管路、加热装置、温控装置和油液面高度检测与控制系统，将导热油注入到导热油槽中直至导热油接触到板材，通过加热装置和温控装置将导热油加热，确保板材温度达到所需温度及温度均匀，然后选择合适的渐进成形工艺进行差温渐进成形，在成形过程中，通过油液面高度检测与控制系统，实时测量导热油液面的高度，并实现液面高度动态调整，使未成形的部分始终接触导热油液面而处于加热状态，而已成形部分则立即脱离导热油液面而进行在线冷却。
2.根据权利要求1所述的航空轻合金板材差温渐进成形方法，其特征在于：
第一步，设置一套含有导热油槽的支撑底座，导热油槽包括管路、加热装置、温控装置和油液面高度检测与控制系统，将航空轻合金板材放在含有导热油槽的支撑底座的垫板上，并用压板将板材四周压紧，将板材固定在支撑底座上；
第二步，将导热油注入所述支撑底座的导热油槽中，直至导热油与板材直接接触，通过加热装置对油槽中的导热油加热，导热油温度升高并达到所需温度，且保持在这个温度，导热油与板材直接接触，板材也随着升温并保持在这个温度；
第三步：待板材达到所需温度，在板材上表面成形位置添加润滑油，减少摩擦；
第四步：选择合适的渐进成形工艺，成形工具在G代码的控制下按照预定的轨迹运动，对板材进行成形；在成形过程中，通过油液面高度检测与控制系统，实时测量导热油液面高度，并且控制导热油液面高度与成形工具头顶端的高度一致，使未成形的部分始终接触导热油液面而处于加热状态，而已成形部分则立即脱离导热油液面而进行在线冷却，减少已成形部分的随动变形缺陷，增加成形的精度；
第五步：成形结束后，开启压板，取出成形的零件。
3.根据权利要求2所述的航空轻合金板材差温渐进成形方法，其特征在于：第一步中，导热油槽外缘的高度要高于压板，从而避免压板将板材压紧时密封不严，造成导热油溢流出导热油槽。
4.根据权利要求1-3任一所述方法的差温渐进成形装置，其特征在于：包括导热油槽，所述导热油槽包括管路、加热装置、温控装置和油液面高度检测与控制系统，导热油槽内注入导热油，直至导热油接触到板材，通过加热装置和温控装置将导热油加热，确保板材温度达到所需温度及温度均匀，然后选择合适的渐进成形工艺进行差温渐进成形，在成形过程中，通过油液面高度检测与控制系统，实时测量导热油液面的高度，并实现液面高度动态调整，使未成形的部分始终接触导热油液面而处于加热状态，而已成形部分则立即脱离导热油液面而进行在线冷却。
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