CN108435903A - 镁合金薄壁件热振联合渐进成形装置及其成形工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种镁合金薄壁件热振联合渐进成形装置及其成形工艺，包括工业机械手、加热箱、冷却箱、振动发生器、变幅杆、工具头以及坯料压块，所述加热箱的上端加热口边沿螺接有用以压住镁合金薄壁件的坯料压块；所述冷却箱安装在加热箱的下端；所述振动发生器安装在工业机械手末端，所述变幅杆的上端与振动发生器的输出端固联，变幅杆的下端连接有用以作用在镁合金薄壁件的工具头。本发明结构简单、合理，结合热辅助和振动辅助塑性加工的方式，利用可调频调幅振动发生器实现对镁合金薄壁零件的低幅值振动点压成形，不仅提高镁合金材料成形极限及成形质量，而且缩短了镁合金薄壁件成形工艺链，实现塑性加工的短流程化。

Description

镁合金薄壁件热振联合渐进成形装置及其成形工艺
技术领域：
本发明涉及一种镁合金薄壁件热振联合渐进成形装置及其成形工艺。
背景技术：
镁合金作为目前应用的最轻金属结构材料之一（重量仅为铝的 2/3，钢的1/4），具有高比强度/比刚度、防辐射、减振阻尼性能优、易于回收等一系列优点，而被誉为“21世纪绿色环保工程材料”。随着轻量化、降低能耗、减少污染等要求的提高，镁合金在国防装备、航空航天、汽车、生物医疗等工业应用日益广泛。但是，由于镁合金为密排六方晶体结构，室温下滑移系少，导致塑性变形性能低下，严重制约了镁合金材料的应用。因此，探索新型的镁合金先进塑性加工技术成为国内外学者研究的热点之一，是推动新一代轻量化、高性能和高可靠性等精密装备发展的必然迫切要求。
目前，镁合金主要采用渐进成形工艺进行加工，其存在的问题和缺陷主要有：
（1）传统金属板材单点渐进成形过程中，主要是工具头压在板材上做切向摩擦滑动，使板材发生塑性变形，但加工过程中材料堆积所需变形力较大，零件表面质量难控制，容易出现扭曲、破裂等成形缺陷；
（2）借鉴CNC成形锤击（也称“点压”）的渐进成形法，使用刚性冲头对板材各局部区域锤击加工，这类工艺通常在室温下进行，对于镁合金塑性加工改进空间有限；
（3）目前国内针对室温下难变形金属成形性能差，采用温/热渐进成形工艺，目前国内外温热渐进成形工艺研究中，主要以研究单点连续渐进成形为主，在高温服役条件下，材料表面切向摩擦力显著增大，工具头易粘着，表面磨损大，难以得到理想的表面质量。
发明内容：
本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种镁合金薄壁件热振联合渐进成形装置及其成形工艺，设计合理，解决了现有技术中镁合金渐进成形工艺零件表面质量难以控制、容易形成缺陷、加工工具磨损严重等问题和缺陷。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种镁合金薄壁件热振联合渐进成形装置，包括工业机械手，还包括加热箱、冷却箱、振动发生器、变幅杆、工具头以及坯料压块，所述加热箱的上端加热口边沿螺接有若干用以压住镁合金薄壁件的坯料压块；所述冷却箱安装在加热箱的下端；所述振动发生器安装在工业机械手末端，所述变幅杆的上端与振动发生器的输出端固联，变幅杆的下端连接有用以作用在镁合金薄壁件的工具头。
进一步的，所述加热箱内靠近坯料压块端设有热电偶传感器，所述热电偶传感器经由温度控制器与加热箱电性连接，热电偶传感器的信号输入到温度控制器中，温度控制器控制加热箱工作。
进一步的，所述加热箱为石英管阵加热箱。
进一步的，所述振动发生器为可调频调幅激振器。
进一步的，所述工具头与变幅杆可拆连接。
本发明采用的另一种技术方案是：一种镁合金薄壁件热振联合渐进成形工艺，步骤如下：（1）将镁合金薄壁坯料安放在加热箱的加热口处，并用坯料压块固定住；（2）温度控制器根据热电偶传感器的信号控制加热箱工作，加热镁合金薄壁件坯料至预定温度并保持；（3）工业机械手根据系统预先输入的轨迹代码带动振动发生器移动，同时振动发生器开始工作，通过变幅杆带动工具头对镁合金薄壁件坯料进行低幅值锤击渐进成形。
与现有技术相比，本发明具有以下效果：
（1）热辅助成形过程中，利用石英管阵同步加热，并实现恒温控制，提高镁合金材料成形极限；
（2）振动辅助降低了工具头与板材之间切向摩擦力，减少扭曲回弹变形，改善镁合金变形内部微观组织，提高产品的成形性能和尺寸精度；
（3）加工时将部分振动冲击动能转换为一部分塑性变形能，所需成形力较小，对工具头磨损将有效降低；
（4）热振联合渐进成形过程中，满足可调温、可调频和可调速等协同工艺优化需求，缩短了镁合金薄壁件成形工艺链，实现塑性加工的短流程化。
附图说明：
图1是本发明实施例的构造示意图。
图中：
1-工业机械手；2-加热箱；3-冷却箱；4-振动发生器；5-变幅杆；6-工具头；7-坯料压块；8-热电偶传感器；9-温度控制器；10-镁合金薄壁件。
具体实施方式:
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，本发明一种镁合金薄壁件热振联合渐进成形装置，包括现有的工业机械手1，还包括加热箱2、冷却箱3、振动发生器4、变幅杆5、工具头6以及坯料压块7，所述加热箱2的上端加热口边沿螺接有若干用以压住镁合金薄壁件10的坯料压块7，加热箱2用于将镁合金薄壁件10加热至预设温度；所述冷却箱3安装在加热箱2的下端，用于隔热并在适当时候调节加热箱的温度；所述振动发生器4安装在工业机械手1末端，工业机械手1根据系统预先输入的轨迹代码带动振动发生器4移动，所述变幅杆5的上端与振动发生器4的输出端固联，变幅杆5的下端连接有用以作用在镁合金薄壁件10的工具头6。即本实施例采用单点温渐进成形结合振动辅助塑性加工方式，先将镁合金薄壁件加热软化至预设温度并保持，接着工具头根据工业机械手预先设定的加工轨迹来移动，在移动过程中振动发生器产生的振动经变幅杆传递到工具头上并作用于镁合金薄壁件上，使镁合金薄壁件产生局部塑性变形，变形累积，渐进地实现板材的成形。
本实施例中，所述加热箱2内靠近坯料压块端设有热电偶传感器8，所述热电偶传感器8经由温度控制器9与加热箱2电性连接，热电偶传感器8的信号输入到温度控制器9中，温度控制器9控制加热箱2工作，以便加热镁合金薄壁件坯料至预定温度并在成形过程中保持温度，有助于镁合金薄壁件的成形。应说明的是，在实际制造过程中，还可以使用其他类型的测温传感器。
本实施例中，所述加热箱2为石英管阵加热箱。具体包括一加热箱体，所述加热箱体上端设置加热口，加热箱体内设置有若干呈矩阵分布的石英管，加热箱体的加热口边缘设置有向外延伸的凸缘，所述坯料压块与凸缘螺接。
本实施例中，所述振动发生器4为可调频调幅激振器，便于根据加工件的情况调节振动频率及幅度。
本实施例中，所述工具头6与变幅杆5可拆连接，便于根据加工要求更换工具头。
本实施例中，所述坯料压块7上开设有锁紧螺孔，坯料压块7经由穿过锁紧螺孔的螺栓锁紧在加热箱上。
本实施例中，所述冷却箱3包括一冷却箱体，冷却箱体的一端设置有进水口，另一端设置有出水口。
使用时，镁合金薄壁件经由坯料压块固定在石英管阵加热箱加热口处，石英管阵加热箱将镁合金薄壁件加热至预定温度并保持住（在后续整个成形过程中保持该温度），接着工业机械手根据系统预先输入的轨迹代码带动振动发生器按照一定速度、角度移动，同时振动发生器开始工作，产生的振动通过变幅杆带动工具头对镁合金薄壁件进行低幅值锤击，使镁合金薄壁件产生局部塑性变形，变形累积，渐进地实现板材的成形。
本发明在传统单点渐进成形装置的基础上进行改装优化，结合振动辅助塑性加工的方式，利用可调频调幅振动发生器实现对镁合金薄壁零件的低幅值振动点压成形，同时采用温/热渐进成形工艺软化镁合金，提高镁合金成形极限，是针对难变形金属材料加工提出的一种新工艺，具有以下几个优点：
（1）热辅助成形过程中，利用石英管阵同步加热，并实现恒温控制，提高镁合金材料成形极限；
（2）振动辅助降低了工具头与板材之间切向摩擦力，减少扭曲回弹变形，改善镁合金变形内部微观组织，提高产品的成形性能和尺寸精度；
（3）加工时将部分振动冲击动能转换为一部分塑性变形能，所需成形力较小，对工具头磨损将有效降低；
（4）热振联合渐进成形过程中，满足可调温、可调频和可调速等协同工艺优化需求，缩短了镁合金薄壁件成形工艺链，实现塑性加工的短流程化。
本发明采用的另一种技术方案是：一种镁合金薄壁件热振联合渐进成形工艺，步骤如下：（1）将镁合金薄壁坯料安放在加热箱的加热口处，并用坯料压块固定住；（2）温度控制器根据热电偶传感器的信号控制加热箱工作，加热镁合金薄壁件坯料至预定温度并保持；（3）工业机械手根据系统预先输入的轨迹代码带动振动发生器移动，同时振动发生器开始工作，通过变幅杆带动工具头对镁合金薄壁件坯料进行低幅值锤击渐进成形。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种镁合金薄壁件热振联合渐进成形装置，包括工业机械手，其特征在于：还包括加热箱、冷却箱、振动发生器、变幅杆、工具头以及坯料压块，所述加热箱的上端加热口边沿螺接有若干用以压住镁合金薄壁件的坯料压块；所述冷却箱安装在加热箱的下端；所述振动发生器安装在工业机械手末端，所述变幅杆的上端与振动发生器的输出端固联，变幅杆的下端连接有用以作用在镁合金薄壁件的工具头。
2.根据权利要求1所述的镁合金薄壁件热振联合渐进成形装置，其特征在于：所述加热箱内靠近坯料压块端设有热电偶传感器，所述热电偶传感器经由温度控制器与加热箱电性连接，热电偶传感器的信号输入到温度控制器中，温度控制器控制加热箱工作。
3.根据权利要求1或2所述的镁合金薄壁件热振联合渐进成形装置，其特征在于：所述加热箱为石英管阵加热箱。
4.根据权利要求1所述的镁合金薄壁件热振联合渐进成形装置，其特征在于：所述振动发生器为可调频调幅激振器。
5.根据权利要求1所述的镁合金薄壁件热振联合渐进成形装置，其特征在于：所述工具头与变幅杆可拆连接。
6.一种镁合金薄壁件热振联合渐进成形工艺，其特征在于：包括采用如权利要求1～5所述的任意一种镁合金薄壁件热振联合渐进成形装置，步骤如下：（1）将镁合金薄壁坯料安放在加热箱的加热口处，并用坯料压块固定住；（2）温度控制器根据热电偶传感器的信号控制加热箱工作，加热镁合金薄壁件坯料至预定温度并保持；（3）工业机械手根据系统预先输入的轨迹代码带动振动发生器移动，同时振动发生器开始工作，通过变幅杆带动工具头对镁合金薄壁件坯料进行低幅值锤击渐进成形。
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