CN109500224B - 单点渐进成形局部加热工作台及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单点渐进成形局部加热工作台及其工作方法，其中单点渐进成形局部加热工作台包括可固定设在加工机台上的工作台支撑箱体和竖设在工作台支撑箱体内侧壁的升降导轨，所述升降导轨上设有升降滑块，所述升降滑块上铺设有位于工作台支撑箱体四周内壁内的加热组件，所述工作台支撑箱体上部设有外伸台面，所述外伸台面上铺设有坯料和压置在坯料上与外伸台面固定连接的工作台压料板，加工机台上安装的成形工具头作用于坯料上；所述加热组件与温度控制器电连接，在工作台支撑箱体上设有与温度控制器电连接的非接触式温度传感器。

Description

单点渐进成形局部加热工作台及其工作方法

技术领域：

本发明提供了一种单点渐进成形局部加热工作台及其工作方法，属于新型金属材料加工技术领域。

背景技术：

渐进成形是一种将三维模型沿高度方向等间距离散化，形成二维等高线层，等高线层与模型的交线为工具头的加工轨迹，利用工具头对板材逐层加工，板材的逐次局部变形代替整体成形，最终将板料成形为目的零件的加工方式，渐进成形作为一种无模成形方式，在制造小批量、定制化零件时较冲压等方式成本优势更明显；渐进成形在常温条件下材料的成形性能明显优于普通成形，但是对于一些常温下塑性较差的材料，如镁合金、钛合金等，常温下成形仍然较困难，在加热条件下这些材料的塑性可以得到极大提高，因此渐进成形过程中通常需要进行加热辅助。

传统渐进成形加热方式有两种，分别为整体加热和局部加热，传统加热方式存在诸多缺陷：

1、整体加热渐进成形虽然能提高材料的塑性，提高成形区域精度，但在渐进成形过程中起支撑作用的非成形区域材料塑性也得到提高，刚度下降，非成形区域在成型过程中出现较大的有害变形，误差增大，反而会降低零件整体精度。

2、局部加热渐进成形常采用的方式有激光加热、感应加热等，加热工具与渐进成形工具头联接，加热工具伴随成型工具头移动,实现局部加热，但这种加热方式需要比较昂贵的同步配套控制设备，需要软件、硬件的配合，操作也较为繁琐。

发明内容：

本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种单点渐进成形局部加热工作台及其工作方法。

本发明单点渐进成形局部加热工作台，其特征在于：包括可固定设在加工机台上的工作台支撑箱体和竖设在工作台支撑箱体内侧壁的升降导轨，所述升降导轨上设有升降滑块，所述升降滑块上铺设有位于工作台支撑箱体四周内壁内的加热组件，所述工作台支撑箱体上部设有外伸台面，所述外伸台面上铺设有坯料和压置在坯料上与外伸台面固定连接的工作台压料板，加工机台上安装的成形工具头作用于坯料上；所述加热组件与温度控制器电连接，在工作台支撑箱体上设有与温度控制器电连接的非接触式温度传感器。

进一步的，上述加热组件包括固定平台、设在固定平台上的电阻丝加热板和设在电阻丝加热板上的传热隔板，所述传热隔板贴靠在坯料的下表面。

进一步的，上述电阻丝加热板包括固定板和迂回设在固定板上的电阻丝线圈，所述电阻丝线圈与温度控制器电连接。

进一步的，上述工作台支撑箱体包括底板和固定设在底板上的四块侧边支撑板，所述外伸台面呈四边环形板，设在四块侧边支撑板的上表面上。

进一步的，上述升降滑块与升降导轨过度配合。

本发明单点渐进成形局部加热工作台的工作方法，其特征在于：所述单点渐进成形局部加热工作台包括可固定设在加工机台上的工作台支撑箱体和竖设在工作台支撑箱体内侧壁的升降导轨，所述升降导轨上设有升降滑块，所述升降滑块上铺设有位于工作台支撑箱体四周内壁内的加热组件，所述工作台支撑箱体上部设有外伸台面，所述外伸台面上铺设有坯料和压置在坯料上与外伸台面固定连接的工作台压料板，加工机台上安装的成形工具头作用于坯料上；所述加热组件与温度控制器电连接，在工作台支撑箱体上设有与温度控制器电连接的非接触式温度传感器；工作时，工作台支撑箱体下端固定在加工机台或地面上，先手动移动升降滑块上的加热组件，使得加热组件上沿与工作台支撑箱体上沿齐平，用工作台压料板固定坯料，打开温度控制器，设置目标温度，温度控制器控制加热组件工作，将坯料加热到目标温度附近，加工机台或工业机器人带动成形工具头开始按照加工轨迹运动，成形过程中坯料凹陷最低处平面始终接触加热组件，坯料凹陷最低处及凹陷下侧拐角受到加热组件加热，坯料远离加热组件区域自然冷却，直到成形工具头加工轨迹完成，成形过程结束，关闭温度控制器，加热组件电源断开。

本发明创造解决了以下问题：1）现有单点渐进成形技术中整体加热方式易对非成形区域产生有害变形，零件误差较大；2）局部加热方式成本较高，操作复杂等问题和缺陷。

本发明单点渐进成形局部加热工作台是在传统单点温渐进成形装置的基础上进行改装优化，结合升降装置装载加热组件的方式，始终使成形区域受到加热提高塑性，使非成型区域远离热源提高刚度，其具有以下几个优点：

1）单点渐进成形过程中，加热组件中的电阻丝加热线圈同步加热坯料，并控制坯料受加热区域温度在目标温度附近，提高坯料成形极限；

2）加热组件中的固定平台安装在升降滑块上，安装在固定平台上的电阻丝线圈只接触坯料待加工区域，始终加热当前时刻的待成形区域，改善成形区域板料成形极限，保持非成型区域的刚度，提高产品的成形性能和尺寸精度；

3）除电阻丝线圈的控制电路外，无需其它控制电路、系统，实现加热装置操作简单化，减少配套设备的数量和成本。

附图说明：

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

图1是本发明单点渐进成形局部加热工作台的立体剖视图；

图2是本发明单点渐进成形局部加热工作台主要结构剖面图；

图3是本发明单点渐进成形局部加热工作台工作过程的立体剖视图；

图4是本发明单点渐进成形局部加热工作台工作过程的剖视图；

图 5是本发明渐进成形加工轨迹示意图；

图中：1、成形工具头，2、工作台压料板，3、坯料，4、传热隔板，5、电阻丝加热板，6、固定平台，7、升降滑块，8、升降滑轨，9、工作台支撑箱体，10、温度控制器，11、非接触式温度传感器；12、外伸台面；51、固定板；52、电阻丝线圈；91、底板；92、四边管形柱。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

本发明单点渐进成形局部加热工作台包括可固定设在加工机台上的工作台支撑箱体9和竖设在工作台支撑箱体内侧壁的升降导轨8，所述升降导轨上设有升降滑块7，所述升降滑块7上铺设有位于工作台支撑箱体四周内壁内的加热组件A，所述工作台支撑箱体上部设有外伸台面12，所述外伸台面上铺设有坯料3和压置在坯料3上与外伸台面固定连接的工作台压料板2，坯料3可以是镁合金、钛合金等，加工机台上安装的成形工具头1作用于坯料3上；所述加热组件A与温度控制器10电连接，在工作台支撑箱体上设有与温度控制器10电连接的非接触式温度传感器11。成形工具头1可以安装在CNC机台或工业机器人等设备上。

进一步的，上述加热组件A包括固定平台6、设在固定平台上的电阻丝加热板5和设在电阻丝加热板上的传热隔板4，所述传热隔板贴靠在坯料3的下表面。加热组件A当然也可以仅有电阻丝加热板5。

进一步的，上述电阻丝加热板5包括固定板51和迂回设在固定板上的电阻丝线圈52，所述电阻丝线圈与温度控制器电连接，该固定板可以由陶瓷材料或金属制成，其上开设有条形槽，电阻丝线圈设在条形槽内。

进一步的，上述工作台支撑箱体9包括底板91和固定设在底板上的四块侧边支撑板92，所述外伸台面12呈四边环形板，设在四块侧边支撑板的上表面上。

进一步的，上述升降滑块与升降导轨过度配合，通过升降滑块与升降导轨过度配合使升降滑块及其上的加热组件A不会因为重力而自形下落，以保证加热组件A贴合在坯料3的下表面上，另外为了实现升降滑块向下滑动受到一定阻力，也可以在升降滑块与升降导轨的接触面上设有较高摩擦阻力的尼龙套等。

本发明成形工具头1由移动平台（通常为铣床或工业机器人，图中未画出）装载，使用螺栓联接固定工作台压料板2与工作台支撑箱体9，将坯料3装夹在工作台压料板2与工作台支撑箱体9之间，由螺栓提供压边力，工作台支撑箱体9下端固定在铣床工作台或地面上，传热隔板4被固定在电阻丝加热板5上，电阻丝加热板5由电阻丝线圈52和固定板51组成，电阻丝加热板5与固定平台6联接，传热隔板4、电阻丝加热板5和固定平台6联接组成加热组件A，固定平台6联接到升降装置上，升降装置由升降滑块7和升降滑轨8组成，升降滑块7可在升降滑轨8上上、下滑动，升降滑块7在升降滑轨8上的滑动受到一定阻力，该阻力使得固定在升降滑块7上的加热组件不会受重力影响自然下滑。渐进成形过程中，成形工具头1在坯料3上移动，使坯料3产生变形（如附图3、4所示），此过程中坯料3所受的大部分成形力通过非成形区域（成形区域即为工作台支撑箱体内侧壁内的区域）传递到工作台支撑箱体9上，加热组件中的传热隔板4在加工过程中紧贴在坯料3下表面上，升降滑块7在升降滑轨8间的阻力不足以影响单点渐进成形工具头的下行，升降滑轨8固定在工作台支撑箱体9内侧，非接触式温度传感器11在整个加工过程中检测坯料3中央区域的温度，将温度信息传输给温度控制器10，温度控制器10接收到非接触式温度传感器11的反馈信号，控制电阻丝加热板5中电阻丝线圈的功率、通断电，使坯料3的温度稳定在某一个温度区间（不同材质坯料3的温度不同，可通过温度控制器10进行调整）。

单点渐进成形局部加热工作台工作时，温度控制器10控制电阻丝加热板5开始加热，非接触式温度传感器11反馈信号至温度控制器10，坯料3被加热到目标温度后，温度控制器10控制电阻丝加热板5的输出功率，使坯料3的温度稳定在一定温度范围，温度稳定后坯料3受到加热的区域塑性提高，刚度下降有利于坯料3变形，单点渐进成形加工开始，移动平台上固定的成形工具头1以一定轨迹在坯料3上运动，使坯料3产生变形，坯料3变形到一定程度后会有部分已成形区域脱离与电阻丝加热线圈4的接触，远离加热源，温度下降，塑性下降，刚度提高，有利于减少有害变形。

本发明单点渐进成形局部加热工作台的工作方法，所述单点渐进成形局部加热工作台包括可固定设在加工机台上的工作台支撑箱体和竖设在工作台支撑箱体内侧壁的升降导轨，所述升降导轨上设有升降滑块，所述升降滑块上铺设有位于工作台支撑箱体四周内壁内的加热组件，所述工作台支撑箱体上部设有外伸台面，所述外伸台面上铺设有坯料和压置在坯料上与外伸台面固定连接的工作台压料板，加工机台上安装的成形工具头作用于坯料上；所述加热组件与温度控制器电连接，在工作台支撑箱体上设有与温度控制器电连接的非接触式温度传感器；工作时，工作台支撑箱体下端固定在加工机台或地面上，先手动移动升降滑块上的加热组件，使得加热组件上沿与工作台支撑箱体上沿齐平，用工作台压料板固定坯料，打开温度控制器，设置目标温度，温度控制器控制加热组件工作，将坯料加热到目标温度附近，加工机台或工业机器人带动成形工具头开始按照加工轨迹运动，成形过程中坯料凹陷最低处平面始终接触加热组件，坯料凹陷最低处及凹陷下侧拐角受到加热组件加热，坯料远离加热组件区域自然冷却，直到成形工具头加工轨迹完成，成形过程结束，关闭温度控制器，加热组件电源断开。

本发明单点渐进成形局部加热工作台是在传统单点温渐进成形装置的基础上进行改装优化，结合升降装置装载加热组件的方式，始终使成形区域受到加热提高塑性，使非成型区域远离热源提高刚度，其具有以下几个优点：

1）单点渐进成形过程中，加热组件中的电阻丝加热线圈同步加热坯料，并控制坯料受加热区域温度在目标温度附近，提高坯料成形极限；

2）加热组件中的固定平台安装在升降滑块上，安装在固定平台上的电阻丝线圈只接触坯料待加工区域，始终加热当前时刻的待成形区域，改善成形区域板料成形极限，保持非成型区域的刚度，提高产品的成形性能和尺寸精度；

3）除电阻丝线圈的控制电路外，无需其它控制电路、系统，实现加热装置操作简单化，减少配套设备的数量和成本。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种单点渐进成形局部加热工作台的工作方法，其特征在于：包括可固定设在加工机台上的工作台支撑箱体和竖设在工作台支撑箱体内侧壁的升降导轨，所述升降导轨上设有升降滑块，所述升降滑块上铺设有位于工作台支撑箱体四周内壁内的加热组件，所述工作台支撑箱体上部设有外伸台面，所述外伸台面上铺设有坯料和压置在坯料上与外伸台面固定连接的工作台压料板，加工机台上安装的成形工具头作用于坯料上；所述加热组件与温度控制器电连接，在工作台支撑箱体上设有与温度控制器电连接的非接触式温度传感器；工作时，工作台支撑箱体下端固定在加工机台上，先手动移动升降滑块上的加热组件，使得加热组件上沿与工作台支撑箱体上沿齐平，用工作台压料板固定坯料，打开温度控制器，设置目标温度，温度控制器控制加热组件工作，将坯料加热到目标温度附近，加工机台带动成形工具头开始按照加工轨迹运动，成形过程中坯料凹陷最低处平面始终接触加热组件，坯料凹陷最低处及凹陷下侧拐角受到加热组件加热，坯料远离加热组件区域自然冷却，直到成形工具头加工轨迹完成，成形过程结束，关闭温度控制器，加热组件电源断开。

2.根据权利要求1所述的单点渐进成形局部加热工作台的工作方法，其特征在于：所述加热组件包括固定平台、设在固定平台上的电阻丝加热板和设在电阻丝加热板上的传热隔板，所述传热隔板贴靠在坯料的下表面。

3.根据权利要求2所述的单点渐进成形局部加热工作台的工作方法，其特征在于：所述电阻丝加热板包括固定板和迂回设在固定板上的电阻丝线圈，所述电阻丝线圈与温度控制器电连接。

4.根据权利要求1所述的单点渐进成形局部加热工作台的工作方法，其特征在于：所述工作台支撑箱体包括底板和固定设在底板上的四块侧边支撑板，所述外伸台面呈四边环形板，设在四块侧边支撑板的上表面上。

5.根据权利要求1所述的单点渐进成形局部加热工作台的工作方法，其特征在于：所述升降滑块与升降导轨过度配合。

Images