CN109877199B - 一种基于独立保温方式的多点三维电热拉-压复合弯曲成形装置 - Google Patents

Abstract

一种基于独立保温方式的多点三维电热拉‑压复合弯曲成形装置，主要由拉弯控制臂、支架、底板、基本体、举升油缸、压弯油缸、模具单元体、温控柜、供电箱等构成。本发明采用垂直方向拉弯与水平方向压弯的方式实现型材的三维拉弯成形，通过调整基本体使用数量，多点模具的包络面形状，以及基本体两端压弯油缸执行机构的数量，实现了复杂几何形状三维弯曲制件的柔性成形；通过设计的独立保温箱结构，使型材上温度分布更为均匀，降低了能量的消耗，提高了成形精度；此外，通过各实时监控各保温箱内温度，实现了整个成形过程中温度的有效控制；本发明中采用自阻加热的方式对难加工材料金属型材进行加热，提高了成形工件的可塑性，降低了工件的变形抗力，实现了三维热拉弯的精确成形。

Description

一种基于独立保温方式的多点三维电热拉-压复合弯曲成形 装置

技术领域

本发明涉及一种基于独立保温方式的多点三维电热拉-压复合弯曲成形装置，具体地说，涉及一种用于轨道客车、飞机等型材热拉弯成形的装置，属于金属型材拉弯成形技术领域。

背景技术

高性能金属型材三维弯曲结构件具有结构强度高、几何造型流畅、空气动力学性能优的特点，因而越来越多的应用于飞机、轨道客车、汽车等高端装备的制造业中。例如，我国高铁CRH380系列列车车头骨架中就采用了典型的铝型材三维拉弯结构件。金属型材的三维弯曲是指型材在相互正交的两个平面内都具有弯曲变形。对于塑性较好的金属材料，如铝合金，一般在室温的状态下就可以实现精确的三维弯曲成形。然而，对于常温状态下屈服应力较高的难加工材料，如钛合金、高强钢等，其常温下的弹性变形量大，变形抗力大，成形后回弹变形严重，其精确塑性成形十分困难，已无法满足现代高端装备制造业快速发展的需求。

对于此类难变形材料的精确塑性成形，一般采用热成形的方式进行加工。工件成形前采用自阻加热的方法以降低其屈服应力的大小，提升材料的可塑性，同时通过使用封闭保温箱的方式防止成形过程中热量的散失。

然而，目前针对金属型材的热拉弯成形装置主要集中在二维的平面成形中，由于其薄壁的复杂结构特征的制约，对于三维弯曲热成形的研究相对较少，还没有设计和开发出实现三维热拉弯成形的成形装置。此外，现有热拉弯成形装置均采用整体保温箱，将工件和模具全部包覆在保温箱内，保温箱内加热空间大，温度不均匀，且能量消耗较高。

为解决上述热拉弯成形中存在的问题，本发明提出了一种基于独立保温方式的多点三维电热拉-压复合弯曲成形装置，实现了难加工金属材料的三维热拉弯成形。此外，通过设计的独立保温箱结构，使型材各区间温度分布更为均匀，且降低了能量消耗。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于独立保温方式的多点三维电热拉-压复合弯曲成形装置，用以解决难加工金属材料型材的三维热拉弯成形问题，如钛合金、高强钢等材料。

本发明提供了一种基于独立保温方式的多点三维电热拉-压复合弯曲成形装置，其特点在于，采用垂直方向拉弯与水平方向压弯的方式实现型材的三维拉弯成形，可根据目标零件形状调整基本体使用数量，多点模具的包络面形状，以及基本体两端压弯油缸执行机构的数量，实现了复杂几何形状三维弯曲制件的柔性成形；采用独立保温箱结构，型材上温度分布更为均匀，降低了能量的消耗，提高了成形精度，此外，通过各实时监控各保温箱内温度，实现了整个成形过程中温度的有效控制；采用自阻加热的方式对难加工材料金属型材进行加热，提高了成形工件的可塑性，降低了工件的变形抗力，实现了三维热拉弯的精确成形。

附图说明

图1：一种基于独立保温方式的多点三维电热拉-压复合弯曲成形装置轴测图。

图2：本发明的基本体组件结构示意图。

图3：本发明的模具单元体组件结构示意图。

图4：本发明的保温罩组件结构示意图。

图5：本发明的连接板组件结构示意图。

图6：本发明的多点模具头体组件结构示意图。

图7：本发明的导向滑块组件结构示意图。

图8：本发明的矩形管材结构示意图。

图9：本发明的拉弯控制臂轴测图。

图10：本发明的夹钳底座组件结构示意图。

图11：本发明的夹钳滑台支架组件结构示意图。

其中：1、拉弯控制臂，2、模具单元体，3、压弯活塞杆，4、压弯油缸，5、T型槽，6、基本体，7、矩形管材，8、举升油缸，9、支架，10、底板，11、温控柜，12、供电箱，13、压弯油缸螺栓，14、基本体支架，15、单元体导轨，16、举升油缸螺栓，17、基本体导向键，18、软性材料，19、石棉板，20、保温罩，21、连接板，22、导向滑块，23、水平导向孔，24、多点模具头体，25、保温罩螺栓，26、隔热板，27、电阻加热电缆，28、电阻加热丝，29、挡块，30、转轴，31、销孔，32、限位销，33、温度传感器，34、传感线，35、水平销轴，36、限位槽，37、圆形槽，38、单元体T型槽，39、绝缘材料，40、加热电缆，41、夹紧油缸，42、弯曲油缸活塞杆，43、弯曲油缸，44、夹钳底座，45、夹钳，46、拉伸油缸活塞杆，47、拉伸油缸，48、旋转油缸活塞杆，49、夹钳滑台支架，50、旋转油缸，51、螺钉滑槽，52、滑台支架滑槽，53、螺母，54、六角螺钉，55、铰链座，56、卡槽，57、滑动导向键。

具体实施方式

结合附图与实施例对本实施方式进行说明。

一种基于独立保温方式的多点三维电热拉-压复合弯曲成形装置，如图1-2所示，其特征在于，由拉弯控制臂（1）、支架（9）、底板（10）、基本体（6）、举升油缸（8）、压弯油缸（4）、模具单元体（2）、温控柜（11）、供电箱（12）构成。它们的连接关系如下：基本体（6）通过基本体支架（14）两端的基本体导向键（17）安装在支架上的T型槽（5）中，基本体（6）的具体使用数量应该根据所成形的三维拉弯的长度尺寸和型材厚度等主要参数来确定；压弯油缸（4）安装在基本体（6）上的支架（9）两端，可根据目标成形零件的形状确定压弯油缸（4）的使用位置，如单侧使用或双侧使用；模具单元体（2）安装在单元体导轨（15）上，由压弯油缸活塞杆（3）推动其水平方向上运动；举升油缸（8）固定在底板（10）上，其活塞杆端部与基本体支架（14）固定连接，控制基本体（6）在垂直方向上的上升和下降；拉弯控制臂（1）水平对称布置在底板（10）的两侧；通过控制成形装备各液压油缸的联动，实现金属型材三维拉弯成形。

所述的拉弯控制臂（1），如图9-11所示，其特征在于，主要包括夹钳底座（44）、夹钳（45）、夹钳滑台支架（49）、六角螺钉（54）、螺母（53）、拉伸油缸（47）、夹紧油缸（41）和弯曲油缸（43）组成。夹钳底座（44）水平对称分布在底板（10）的两侧，可根据成形零件的长度对两夹钳底座（44）的距离进行调整；夹钳滑台支架（49）底部设计有滑动导向键（57），安装在夹钳底座（44）的滑台支架滑槽（52）内，实现了夹钳滑台支架（49）在夹钳底座（44）上的水平方向位置的调整；六角螺钉（54）倒置安装在螺钉滑槽（51）内，并放置在夹钳滑台支架（49）两侧的卡槽（56）中，通过与螺母（53）的锁紧配合，限制并固定夹钳滑台支架（49）在夹钳底座（44）上的位置；拉伸油缸（47）、旋转油缸（50）和弯曲油缸（43）的缸体通过铰链座（55）分别安装在夹钳滑台支架（49）上；拉伸油缸活塞杆（46）和旋转油缸活塞杆（48）分别与夹钳（45）铰链连接；弯曲油缸活塞杆（42）与夹钳（45）底部铰链连接，实现了夹钳（45）旋转角度的控制；通过拉伸油缸（47）、旋转油缸（50）和弯曲油缸（43）的联动，实现了型材（7）在垂直平面上的拉伸和弯曲变形。

所述的基本体（6），如图1-2所示，其特征在于，主要由模具单元体（2）、压弯油缸活塞杆（3）、压弯油缸（4）、单元体导轨（15）、举升油缸（8）、基本体支架（14）组成。模具单元体（2）通过单元体T型槽（38）安装在单元体导轨（15）上，单元体导轨（15）固定安装在基本体支架（14）上，成形过程中模具单元体（2）在单元体导轨（15）上的位置由压弯油缸活塞杆（3）的位移控制；压弯油缸螺栓（13）安装在压弯油缸（4）上，压弯油缸（4）固定安装在基本体（6）的两侧，可根据目标成形零件形状决定其单侧使用或双侧使用；压弯油缸活塞杆（3）端部安装在模具单元体（2）的导向滑块（22）上，通过控制压弯油缸活塞杆（3）的位移量，实现型材在水平面上的弯曲成形；在垂直方向上，基本体支架（14）两端的基本体导向键（17）安装在支架（9）的T型槽（5）中；举升油缸螺栓（16）安装在举升油缸（8）上，举升油缸（8）下端固定在底板（10）上；举升油缸（8）活塞杆端部与基本体支架（14）固定连接，垂直方向的成形过程中，举升油缸（8）通过活塞杆将各个基本体推到指定的高度，实现垂直方向弯曲成形。

所述的模具单元体（2）及其部件，如图3-7所示，其特征是，主要由保温罩（20）、电阻加热丝（28）、多点模具头体（24）、连接板（21）、隔热板（26）、导向滑块（22）以及水平销轴（35）组成。中间留孔的石棉板（19）安装在第一个和最后一个模具单元体（2）的外侧，每两个模具单元体（2）之间通过软性材料（18）连接，从而减少热量散失，提高保温性能。保温罩（20）通过保温罩螺栓（25）安装固定在连接板（21）上，而多点模具头体（24）通过水平销轴（35）安装在连接板（21）上，并可绕水平销轴（35）旋转，旋转角度由挡块（29）限制；连接板（21）通过转轴（30）和限位销（32）分别与导向滑块（22）上的圆形槽（37）和限位槽（36）配合；隔热板（26）安装在连接板（21）下方，保证了热量不会传到模具单元体的导向滑块（22）上，既保证了热量不会散失，又不会使得基本体上部分零件高温。导向滑块（22）通过单元体T型槽（38）安装在基本体支架（14）的单元体导轨（15）上，从而实现模具单元体（2）在单元体导轨（15）上的水平运动；连接板（21）上的转轴（30）安装在导向滑块（22）的圆形槽（37）中，使得连接板（21）能够绕转轴（30）的轴线转动，安装在导向滑块（22）上的限位销（32）控制连接板（21）的转动角度。

所述的温控柜（11）与供电箱（12），如图1、图3、图8所示，其特征在于，供电箱（12）放置于本发明的成形装置的左侧，加热电缆（40）安装在型材（7）上，与供电箱（12）连接，从而对型材（7）进行电加热；绝缘材料（39）安装在型材（7）的端部，夹钳（45）夹住型材（7）绝缘端，防止能量传到拉弯控制臂（1）；电阻加热电缆（27）和电阻加热丝（28）安装在保温罩（20）上，电阻加热电缆（27）与供电箱（12）连接，为电阻加热丝（28）通电，实现每个模具单元体（2）的保温功能；温度传感器（33）安装在模具单元体（2）的保温罩（20）内壁上，通过传感线（34）与温控柜（11）连接，针对温度传感器（33）反馈回来的模具单元体（2）内的温度进行适时调整。温控柜（11）和供电箱（12）解决了工人凭借肉眼来判断温度变化的缺陷，以及温度在多点热拉弯时的温度不均匀问题。

应当理解的是，对本领域来说，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。

实施例一，矩形截面型材三维电热拉-压复合弯曲成形过程。

第一步，根据目标零件几何形状参数确定使用的基本体数量、基本体高度位置参数、各基本体上压弯油缸的安装位置、各压弯油缸活塞杆运动位移。首先，通过举升油缸将各基本体调形至同一水平面上，并通过控制各压弯油缸将各模具单元体在基本体上调形至同一直线上，完成模具单元体调形的初始化工作。

第二步，将金属型材从各保温箱穿入，并将其带有绝缘材料的两端通过夹钳夹紧，随后，开启型材自阻加热和各保温箱的电阻加热丝进行加热，并实时监测各保温箱内的温度。

第三步，当各保温箱温度升高至目标温度后，利用拉伸油缸将型材拉伸至塑性状态，通过旋转油缸、弯曲油缸、举升油缸的联动，夹钳带动型材在垂直平面内弯曲变形，当型材与多点模具完全贴合，且各油缸运动至指定位置后，完成金属型材在垂直平面内的弯曲成形。

第四步，利用各基本体支架上的压弯油缸，根据计算的压弯油缸活塞杆位移，使压弯油缸活塞杆推动模具单元体在单元体导轨上滑动，在已弯曲的成形表面上压弯成形，当全部活塞杆运动至指定位置时，使工件在水平面上呈现目标形状，至此成形过程结束。

第五步，断开型材自阻加热和保温箱的电阻加热，卸载拉力和压力，松开夹钳，将型材取下，并对尺寸和回弹进行测量；将加工后的型材与目标型材进行比较，若满足精度要求，加工结束，若不满足精度要求，计算其偏差，分析原因，补偿调形参数，再次进行加工。

Claims (3)

1.一种基于独立保温方式的多点三维电热拉-压复合弯曲成形装置，其特征在于，由拉弯控制臂(1)、支架(9)、底板(10)、基本体(6)、举升油缸(8)、压弯油缸(4)、模具单元体(2)、温控柜(11)、供电箱(12)构成，它们的连接关系如下：基本体(6)通过基本体支架(14)两端的基本体导向键(17)安装在支架上的T型槽(5)中，基本体(6)的具体使用数量应该根据所成形的三维拉弯的长度尺寸和型材厚度等主要参数来确定；压弯油缸(4)固定安装在基本体(6)的两侧，可根据目标成形零件形状决定其单侧使用或双侧使用；模具单元体(2)安装在单元体导轨(15)上，由压弯油缸活塞杆(3)推动其水平方向上运动；举升油缸(8)固定在底板(10)上，其活塞杆端部与基本体支架(14)固定连接，控制基本体(6)在垂直方向上的上升和下降；拉弯控制臂(1)水平对称布置在底板(10)的两侧；通过控制成形装备各液压油缸的联动，实现金属型材三维拉弯成形。模具单元体(2)主要由保温罩(20)、电阻加热丝(28)、多点模具头体(24)、连接板(21)、隔热板(26)、导向滑块(22)以及水平销轴(35)组成，中间留孔的石棉板(19)安装在第一个和最后一个模具单元体(2)的外侧，每两个模具单元体(2)之间通过软性材料(18)连接，从而减少热量散失，提高保温性能：保温罩(20)通过保温罩螺栓(25)安装固定在连接板(21)上，而多点模具头体(24)通过水平销轴(35)安装在连接板(21)上，并可绕水平销轴(35)旋转，旋转角度由挡块(29)限制；连接板(21)通过转轴(30)和限位销(32)分别与导向滑块(22)上的圆形槽(37)和限位槽(36)配合；隔热板(26)安装在连接板(21)下方，防止热量向下传递；导向滑块(22)通过单元体T型槽(38)安装在基本体支架(14)的单元体导轨(15)上，从而实现模具单元体(2)在单元体导轨(15)上的水平运动；连接板(21)上的转轴(30)安装在导向滑块(22)的圆形槽(37)中，使得连接板(21)能够绕转轴(30)的轴线转动，安装在导向滑块(22)上的限位销(32)控制连接板(21)的转动角度。供电箱(12)放置于本发明的成形装置的左侧，加热电缆(40)安装在型材(7)上，与供电箱(12)连接，从而对型材(7)进行电加热；绝缘材料(39)安装在型材(7)的端部，夹钳(45)夹住型材(7)绝缘端，防止能量传到拉弯控制臂(1)；电阻加热电缆(27)和电阻加热丝(28)安装在保温罩(20)上，电阻加热电缆(27)与供电箱(12)连接，为电阻加热丝(28)通电，实现每个模具单元体(2)的保温功能；温度传感器(33)安装在模具单元体(2)的保温罩(20)内壁上，通过传感线(34)与温控柜(11)连接，各保温箱内温度根据传感器(33)反馈的温度进行调整。

2.根据权利要求1所述的一种基于独立保温方式的多点三维电热拉-压复合弯曲成形装置，其特征在于，所述的拉弯控制臂(1)主要包括夹钳底座(44)、夹钳(45)、夹钳滑台支架(49)、六角螺钉(54)、螺母(53)、拉伸油缸(47)、夹紧油缸(41)和弯曲油缸(43)组成，夹钳底座(44)水平对称分布在底板(10)的两侧，可根据成形零件的长度对两夹钳底座(44)的距离进行调整；夹钳滑台支架(49)底部设计有滑动导向键(57)，安装在夹钳底座(44)的滑台支架滑槽(52)内，实现了夹钳滑台支架(49)在夹钳底座(44)上的水平方向位置的调整；六角螺钉(54)倒置安装在螺钉滑槽(51)内，并放置在夹钳滑台支架(49)两侧的卡槽(56)中，通过与螺母(53)的锁紧配合，限制并固定夹钳滑台支架(49)在夹钳底座(44)上的位置；拉伸油缸(47)、旋转油缸(50)和弯曲油缸(43)的缸体通过铰链座(55)分别安装在夹钳滑台支架(49)上；拉伸油缸活塞杆(46)和旋转油缸活塞杆(48)分别与夹钳(45)铰链连接；弯曲油缸活塞杆(42)与夹钳(45)底部铰链连接，实现了夹钳(45)旋转角度的控制；通过拉伸油缸(47)、旋转油缸(50)和弯曲油缸(43)的联动，实现了型材(7)在垂直平面上的拉伸和弯曲变形。

3.根据权利要求1所述的一种基于独立保温方式的多点三维电热拉-压复合弯曲成形装置，其特征在于，所述的基本体(6)主要由模具单元体(2)、压弯油缸活塞杆(3)、压弯油缸(4)、单元体导轨(15)、举升油缸(8)、基本体支架(14)组成，模具单元体(2)通过单元体T型槽(38)安装在单元体导轨(15)上，单元体导轨(15)固定安装在基本体支架(14)上，成形过程中模具单元体(2)在单元体导轨(15)上的位置由压弯油缸活塞杆(3)的位移控制；压弯油缸螺栓(13)安装在压弯油缸(4)上；压弯油缸活塞杆(3)端部安装在模具单元体(2)的导向滑块(22)上，通过控制压弯油缸活塞杆(3)的位移量，实现型材在水平面上的弯曲成形；举升油缸螺栓(16)安装在举升油缸(8)上，举升油缸(8)下端固定在底板(10)上；垂直方向的成形过程中，举升油缸(8)通过活塞杆将各个基本体推到指定的高度，实现垂直平面上的弯曲成形。