CN106311839B - 一种线加热板材弯曲成形的工艺方法 - Google Patents

Abstract

一种线加热板材弯曲成形的工艺方法，采用的技术方案是：电流由一个电极经板材再通过另一电极形成回路，并在厚度方向形成梯度电流密度，解决了目前大幅面拼焊板整体热处理时性能无法达到最佳的问题，本发明方法如下：步骤一：将电极与金属板接触，板材为钢板、铝合金板材、高强钢和钛合金；步骤二：接通电源，使电流由一个电极经金属板再通过另一电极形成回路，电流密度在厚度方向上自上而下电流密度逐渐降低；步骤三：电极相对于金属板移动，按照预定的加热线移动，利用电阻热对板材进行局部加热；步骤四：金属受热膨胀发生弹塑性变形，形成角变形；步骤五：受热部位跟踪冷却，弹塑性变形中的弹性变形恢复塑性变形保留形成角变形。

Description

一种线加热板材弯曲成形的工艺方法

技术领域

本发明涉及先进制造领域，特别涉及一种板材线加热弯曲成形的工艺方法。

背景技术

目前中厚板双曲率弯曲成形的方式主要是水火弯板工艺。通常是利用热源进行线加热和急剧水冷，金属板局部受高温冷却后会产生局部的热弹塑性收缩变形，从而形成需要的三维曲面。当前，线加热成形最常用的热源是氧乙炔火焰，用火焰对金属板材表面进行加热，通过热传导作用使下层金属受热。氧乙炔焰的加热方式有其不足之处，具体表现为以下几个方面：(1)效率低。氧乙炔焰在加热过程中，热量主要通过传导方式来由表及里的加热工件，其中有大量热量散失到周围空气中，被金属板材吸收的热量仅仅只有30％～50％，因此热效率很低。(2)难以控制且精度较低。在使用氧乙炔火焰加工过程中，气流压力、流量的稳定性，氧气和乙炔气体的配比混合均匀性、加工过程中火咀与金属板材的距离及角度等等，都不易控制。另外还受到环境温度、湿度等因素的影响，所以在热变形计算中，难以运用准确的数学模型来进行研究和计算，因此很难在实际加工中进行精确控制。(3)安全性能差。采用氧乙炔火焰加热，容易导致起火甚至爆炸，必须高度重视安全性问题。(4)污染物排放量大，工作环境差。加工过程中出现的乙炔燃烧不充分的现象，会向周围的环境排放污染颗粒和高温废气，工作环境恶劣。(5)对金属板材性能有一定影响。由于火焰加热是加热金属板材表面，通过热传导作用使下层金属受热，而金属板材表面的温度过高会引起金属板材晶相发生变化，整体性能恶化。对于高强度金属板材，温度较低又无法产生所需的变形，但是当加工温度超过500℃时，材质会发生变化甚至产生裂纹，甚至有可能导致金属板材报废，因此的加工温度和成形效果之间存在矛盾，如同(2)所述，控制这个较为平衡的温度十分困难。(6)氧乙炔热源形式的工艺劳动强度大，技术难度高，加工效率低，质量稳定性差。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种新的线加热板材弯曲成形的工艺方法。其主要应用在中厚板的热弯曲上，以解决目前火焰加热的缺陷。该装置具有加工速度快，能量利用率高，控制准确，结构简单，占用空间小，操作简易，维护方便等优势。

本发明所采用的技术方案是：电流由一个电极经板材再通过另一电极形成回路，并在厚度方向形成梯度电流密度。

步骤一：将电极与金属板材接触，板材为钢材、铝合金板材或钛合金板材。

步骤二：接通电源，使电流由一个电极经金属板材再通过另一电极形成回路，电流密度在厚度方向上自上而下电流密度逐渐降低。

步骤三：电极相对于金属板材移动，按照预定的加热线移动，利用电阻热对板材进行局部加热。

步骤四：金属受热膨胀发生弹塑性变形，形成角变形。

步骤五：受热部位跟踪冷却，弹塑性变形中的弹性变形恢复塑性变形保留形成角变形。

所述电极不限于单个电极、电极组合，所述电极相对金属板材移动，可以保持金属板材不动而电极移动，也可以保持电极不动而金属板材移动，且不限于电极和金属板材同时移动以满足非线性的加热路径；电极的移动方式不限于一个电极移动而另一电极不动，或两电极同时移动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)易于实现精准控制。电阻加热采用的是电特性加热，无论从能量密度还是加热速度上均可实现精确控制，这是火焰加热无法达到的。

(2)均匀性好。火焰加热的温度分布为高斯分布形式，电阻加热的温度分布见图1，由图1可知，电阻热源的温度分布更加均匀，对变形有益的温度宽度更大。

(3)加工质量高。采用火焰加热时，为达到所需的加热宽度和深度，需要对一条加热线进行长时间加热，这会导致一些区域过烧，使材料性能下降。而电阻加热，板材表面温度均匀，加工后的表面质量较好。

(4)加热速度快。由于电阻加热主要是依靠金属板材的电阻热方式实现，故在很短的时间内(一般不超过10s)便能将预期范围内的板材加热到目标温度。

(5)易于实现自动控制。加工过程中热源的参数主要是电流的大小和电极的位置都可以预先设定，另外电极和金属板材的相对运动也可以通过轨道进行设定。这些参数都很容易实现自动控制，可以更有效地保证加工质量。

(6)热损少、加热效率高。在加热过程中，由电能直接转化为金属板材内部热能，不存在热能由外界进入金属板材导致的反射浪费，大大提高了能量的利用率和加热效率。

(7)无污染。加热能源是电能，不会产生任何有害的气体和污染物，属于环保型的热源。在水火弯板技术因为污染而被限制的前提下，该技术更具有实际意义。

附图说明

图1是本发明和火焰加热温度分布对比图。

图2是本发明方案的示意图。

附图标记：1-板材，2-加热线，3-电极A，4-驱动装置，5-电极B，6-导线，7-电源，8-电流控制装置，9-开关，10-电极冷却装置，11-温度检测装置，12-板材冷却装置。

具体实施方式

下面结合图2对本发明作进一步说明。

步骤一：约束待加工板材(1)的水平位移。

步骤二：准备电极A(3)和电极B(5)，所述的电极材料为导电材料，电极A(3)的截面形状为圆形，半径为1～100mm，电极B(5)的截面形状不限，但截面积需为5-10倍电极A(3)的截面积；安装电极冷却装置(10)和板材冷却装置(12)，能实现冷却介质流量控制即可。

步骤三：根据目标曲率特点在板材(1)上标记加热线(2)的形状和位置。

步骤四：将电极B(5)与板材(1)接触并压紧，二者的接触面积不小于电极B截面积的50％，将电极A(3)移动到加热线(2)上方，向下移动电极A(3)使其与板材(1)接触，电极A(3)与板材(1)的接触面积不小于电极A(3)截面积的70％。

步骤五：闭合电源开关(9)，在板材(1)内形成电流场，电流密度在厚度方向上自上而下电流密度逐渐降低。由于电阻热的存在板材(1)温度升高，温度在厚度方向上自上而下逐渐降低。调整电流大小，至板材(1)的最高温度达到700-1000℃，保持电流值恒定。

步骤六：通过电极驱动装置(4)控制电极A(3)移动，使电极A(3)按一定速度沿加热线(2)相对移动，相对移动速度为1～100mm/s。加热线(2)处的金属受热膨胀发生弹塑性变形。

步骤七：在距加热点后1～500mm处由板材冷却装置(12)进行跟踪冷却，弹塑性变形中的弹性变形恢复塑性变形保留形成角变形，冷却速度达到50～500℃/s。

步骤八：重复步骤六、步骤七1-10次，然后断开电源开关(9)，移除电极A(3)、电极B(5)；继续冷却至最终加热点处。

上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种线加热板材弯曲成形的工艺方法，其特征在于：方法的步骤：

步骤一：约束待加工板材(1)的水平位移；

步骤二：准备电极A(3)和电极B(5)，所述的电极材料为导电材料，电极A(3)的截面形状为圆形，半径为1～100mm，电极B(5)的截面形状不限，但截面积需为5-10倍电极A(3)的截面积；安装电极冷却装置(10)和板材冷却装置(12)，能实现冷却介质流量控制即可；

步骤三：根据目标曲率特点在板材(1)上标记加热线(2)的形状和位置；

步骤四：将电极B(5)与板材(1)接触并压紧，二者的接触面积不小于电极B(5)截面积的50％，将电极A(3)移动到加热线(2)上方，向下移动电极A(3)使其与板材(1)接触，电极A(3)与板材(1)的接触面积不小于电极A(3)截面积的70％；

步骤五：闭合电源开关(9)，在板材(1)内形成电流场，电流密度在厚度方向上自上而下电流密度逐渐降低，由于电阻热的存在板材(1)温度升高，温度在厚度方向上自上而下逐渐降低，调整电流大小，至板材(1)的最高温度达到700-1000℃，保持电流值恒定；

步骤六：通过电极驱动装置(4)控制电极A(3)移动，使电极A(3)按一定速度沿加热线(2)相对移动，相对移动速度为1～100mm/s，加热线(2)处的金属受热膨胀发生弹塑性变形；

步骤七：在距加热点后1～500mm处由板材冷却装置(12)进行跟踪冷却，弹塑性变形中的弹性变形恢复塑性变形保留形成角变形，冷却速度达到50～500℃/s；

步骤八：重复步骤六、步骤七1-10次，然后断开电源开关(9)，移除电极A(3)、电极B(5)，继续冷却至最终加热点处。

2.根据权利要求1所述的一种线加热板材弯曲成形的工艺方法，其特征在于：电流由一个电极经板材再通过另一电极形成回路，并在厚度方向形成梯度电流密度。

3.根据权利要求1所述的一种线加热板材弯曲成形的工艺方法，其特征在于：板材为钢板、铝合金板材或钛合金板材。