CN109940080B - 自阻电加热板材拉深成形装置和方法 - Google Patents

自阻电加热板材拉深成形装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种自阻电加热板材拉深成形装置和方法,该装置包括机床基座、凹模、限位模块、绝缘凸模、高频低压脉冲电源和绝缘压边圈。本发明解决了常温下钛及钛合金、镁合金和铝锂合金等难变形材料拉深成形时所表现出的成形深度浅、法兰起皱和壁部开裂等难题,也适合变形抗力较大的厚板料拉深成形。

Description

自阻电加热板材拉深成形装置和方法
技术领域
本发明涉及金属板材拉深成形领域,具体是一种自阻电加热板材拉深成形装置和方法。
背景技术
板料拉深成形是利用模具使平板坯料变成为开口的空心零件的冲压加工方法。拉深工艺可以制成筒形、阶梯形、球形、锥形、抛物面形、盒形和其他不规则形状的薄壁零件。如果与其他冲压成形工艺配合,还可以制造出形状更为复杂的零件。因此拉深成形工艺广泛地应用在汽车、飞机、拖拉机、电器、仪表、电子、轻工等工业生产中。
专利CN103743622A申请授权了一种电子万能试验机用板材拉深装置,用于拉深实验和板材拉深极限系数测定。该发明基于电子万能试验机,电机驱动提供拉深力,由压边螺母旋进压边锁扣的内螺纹孔的深度来调节压边力,压边力不会随着拉深位移增加而发生变化。因此,本发明的拉深压边力是恒定的,以解决现有的拉深过程压边力不易控制及拉深件不易取出等问题。
CN105665510A公布了一种基于电流变液的板材拉深成形装置及方法,装置:凹模与电极板形成封闭的液室型腔,凸模端子与电源控制单元的正极电性连接,电极板与电源控制单元的负极电性连接,柱塞与柱塞控制单元相连接。解决了现有板材柔性介质加压成形过程中因工艺自身特点所限,不可避免地存在密封困难、传力效果差或需增加后续清理工序的问题,而提供一种基于电流变液的板材拉深成形装置及方法。
钛及钛合金塑性变形能力差,变形回弹较大,对裂纹敏感易开裂,加工成形范围较窄。因此钛及钛合金热成形是主要的成形方式,液压拉深成形由于受限于油液温度不高的限制,温液成形并不是理想的成形方式。而钛及钛合金和镁合金等难熔性金属具有较高的电阻率和较低的热导率,焦耳热效应显著且热扩散现象不明显,因此非常适合钛及钛合金板材自阻电加热拉深成形,且加热速度快,操作简单易行。
发明内容
本发明为了解决常温下钛及钛合金、镁合金和铝锂合金等难变形材料拉深成形时所表现出的成形深度浅、法兰起皱和壁部开裂等难题,提供了一种自阻电加热板材拉深成形装置和方法,也适合变形抗力较大的厚板料拉深成形。
本发明包括机床基座、凹模、限位模块、绝缘凸模、高频低压脉冲电源和绝缘压边圈。
所述的凹模包括顶盖、壁筒和底盖,其中壁筒为绝缘材料,顶盖和底盖为导电材料,底盖可在壁筒内滑动;所述的壁筒通过绝缘销与机床基座固定,底盖和机床基座之间设置有压缩弹簧,压缩弹簧一端与机床基座固定,另一端通过电木绝缘层与底盖连接。压缩弹簧用于调节受力大小,保证板材和底盖接触。
所述的限位模块设置在凹模的壁筒之间,包括液压升降柱和定位档圈,定位档圈通过液压升降柱与机床基座连接。定位档圈根据板材拉深成形深度设定,通过液压升降柱来上下移动定位档圈。
所述的高频低压脉冲电源和顶盖、板材、底盖和导线组成电流回路,顶盖和底盖分别与高频低压脉冲电源的正负极相连接。
所述的绝缘压边圈和顶盖沿板材上下两侧对称分布,所述的绝缘凸模和底盖沿板材上下两侧对称分布,绝缘凸模连接有液压主缸,液压主缸带动绝缘凸模上下运动。
所述的绝缘凸模、绝缘压边圈、底盖、顶盖和绝缘壁筒中心轴线重合。
所述的绝缘凸模与液压主缸通过螺纹连接。
所述的高频低压脉冲电源的输出电压为10-24V连续可调,输出频率为1-20KHZ可调,输出脉冲电流1-5KA连续可调。
所述的顶盖与底盖接触处倒有圆角,圆角处内埋有接触式热电偶,接触式热电偶通过温度控制器与高频低压脉冲电源连接。接触式热电偶将实时测量的温度信息反馈至温度控制器,温度控制器调节输出电流大小来控制温度保持不变。
本发明还提供了一种自阻电加热板材拉深成形方法,包括以下步骤:
1)安装自阻电加热板材拉深成形装置:自阻电加热板材拉深成形装置安装过程具体为,将绝缘壁筒固定在机床底座上,将限位模块和底盖安装在绝缘壁筒内部,底盖和机床底座上安装压缩弹簧;将顶盖通过绝缘螺栓连接在绝缘壁筒上,绝缘凸模通过螺纹连接在液压立柱上。
2)在板材表面喷涂二硫化钼滑剂,将板材放置顶盖和绝缘压边圈之间,绝缘压边圈下降压住板材,用导线将顶盖和底盖分别连接在高频低压脉冲电源的正负极上;
3)接通回路电流,板材温度上升,接触式热电偶检测顶盖圆角处的温度达到板材成形温度时,绝缘凸模冲压板材成形,温度控制器根据接触式热电偶反馈的温度信息调节输出脉冲电流使板材成形区温度保持一致;
4)底盖移动至限位高度时,关闭回路电流,绝缘凸模和绝缘压边圈上移,取出拉深成形构件。
由于不同的材料对应的成形温度不同,温度控制器通过调节输出电流大小来控制板材温度保持平衡。
本发明有益效果在于:
1、解决了常温下钛及钛合金、镁合金等难熔性金属以及变形抗力较大的厚板材的拉深成形难题。
2、自阻电加热板材拉深成形装置结构简单,安全可靠,电流输出可调,能适应不同厚度和材质的板材加热旋压成形。
3、板材高温软化现象降低了板材的所需成形力,降低了旋压机床的输出功率要求,该成形装置和方式适用范围广,便于该技术的快速推广。
附图说明
图1为本发明的板材成形前装置剖视图。
图2为本发明的板材成形后装置剖视图。
1 机床基座,2 壁筒,3 定位挡圈,4 底盖,5 绝缘螺栓,6 板材,7 绝缘压边圈,8绝缘凸模,9 液压主缸,10 接触式热电偶,11 顶盖,12 高频低压脉冲电源,13 温度控制器,14 压缩弹簧,15 液压升降柱,16 绝缘销。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明提供了一种自阻电加热板材拉深成形装置,结构如图1和图2所示,包括机床基座1、凹模、限位模块、绝缘凸模8、高频低压脉冲电源12和绝缘压边圈7。
所述的凹模包括顶盖11、壁筒2和底盖4,其中壁筒2为绝缘材料,顶盖11和底盖4为导电材料,底盖4可在壁筒2内滑动;所述的壁筒2通过绝缘销16与机床基座1固定,底盖4和机床基座1之间设置有压缩弹簧14,压缩弹簧14一端与机床基座1固定,另一端通过电木绝缘层与底盖4连接。压缩弹簧14用于调节受力大小,保证板材6和底盖4接触。
所述的限位模块设置在凹模的壁筒2之间,包括液压升降柱15和定位档圈3,定位档圈3通过液压升降柱15与机床基座1连接。定位档圈3根据板材拉深成形深度设定,通过液压升降柱15来上下移动定位档圈3。
所述的高频低压脉冲电源12和顶盖11、板材、底盖4和导线组成电流回路,顶盖11和底盖4分别与高频低压脉冲电源的正负极相连接。
所述的绝缘压边圈7和顶盖11沿板材6上下两侧对称分布,所述的绝缘凸模8和底盖4沿板材6上下两侧对称分布,绝缘凸模8连接有液压主缸9,液压主缸9带动绝缘凸模8上下运动。
所述的绝缘凸模、绝缘压边圈、底盖、顶盖和绝缘壁筒中心轴线重合。
所述的绝缘凸模与液压主缸通过螺纹连接。
所述的高频低压脉冲电源的输出电压为10-24V连续可调,输出频率为1-20KHZ可调,输出脉冲电流1-5KA连续可调。
所述的顶盖与底盖接触处倒有圆角,圆角处内埋有接触式热电偶10,接触式热电偶10通过温度控制器13与高频低压脉冲电源12连接。接触式热电偶10将实时测量的温度信息反馈至温度控制器13,温度控制器13调节输出电流大小来控制温度保持不变。
本发明还提供了一种自阻电加热板材拉深成形方法,包括以下步骤:
1)安装自阻电加热板材拉深成形装置,如图1所示:自阻电加热板材拉深成形装置安装过程具体为,将绝缘壁筒固定在机床底座上,将限位模块和底盖安装在绝缘壁筒内部,底盖和机床底座上安装压缩弹簧;将顶盖通过绝缘螺栓连接在绝缘壁筒上,绝缘凸模通过螺纹连接在液压主缸上。
2)在板材表面喷涂二硫化钼滑剂,将板材放置顶盖和绝缘压边圈之间,绝缘压边圈下降压住板材,用导线将顶盖和底盖分别连接在高频低压脉冲电源的正负极上;
3)接通回路电流,板材温度上升,接触式热电偶检测顶盖圆角处的温度达到板材成形温度时,绝缘凸模冲压板材成形,如图2所示,温度控制器根据接触式热电偶反馈的温度信息调节输出脉冲电流使板材成形区温度保持一致;
4)底盖移动至限位高度时,关闭回路电流,绝缘凸模和绝缘压边圈上移,取出拉深成形构件。
由于不同的材料对应的成形温度不同,温度控制器通过调节输出电流大小来控制板材温度保持平衡。
本发明一种具体实施办法如下:
以拉深成形直径120mm,壁厚1mm和深度150mm的纯钛拉深构件的为例说明该成形方法。
根据体积不变原理和延伸率计算板材的尺寸和厚度,利用线切割机床切割出厚度为1.5mm、直径为450mm的纯钛板材。
自阻电加热板材拉深成形装置安装:将绝缘壁筒通过绝缘销固定在机床底座上,将限位挡圈和液压升降柱安装在绝缘壁筒内部,底盖刚好能移动到距离顶盖上表面151.5mm处,底盖和机床底座上安装压缩弹簧;将顶盖通过绝缘螺栓连接在绝缘壁筒上,绝缘凸模通过螺纹连接在液压主缸上。
在纯板材两侧表面喷涂氮化硼润滑剂,将纯板材对心放置顶盖和绝缘压边圈之间,绝缘压边圈下降压住板材,用导线将顶盖和底盖分别连接在高频低压脉冲电源的正负极上。将温度控制器与高频低压脉冲电源和接触式热电偶连接起来。
接通回路电流,将电压设置为15V,输出电流1000A,频率10KHZ,纯钛板材温度上升,接触式热电偶检测顶盖圆角处的温度达到450℃时,绝缘凸模向下冲压纯钛板材成形,温度控制器根据接触式热电偶反馈的温度信息调节输出脉冲电流使板材成形区温度保持在450℃-550℃。
绝缘凸模以5mm/s的速度向下移动150mm后停止,关闭高频低压脉冲电源和温度控制器,绝缘凸模和绝缘压边圈上移200mm,取出纯钛拉深构件。
本发明具体应用途径很多,以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以作出若干改进,这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种自阻电加热板材拉深成形装置,其特征在于:包括机床基座、凹模、限位模块、绝缘凸模、高频低压脉冲电源和绝缘压边圈;
所述的凹模包括顶盖、壁筒和底盖,其中壁筒为绝缘材料,顶盖和底盖为导电材料,底盖可在壁筒内滑动;所述的壁筒通过绝缘销与机床基座固定,底盖和机床基座之间设置有压缩弹簧,压缩弹簧一端与机床基座固定,另一端通过电木绝缘层与底盖连接;所述的顶盖与底盖接触处倒有圆角,圆角处内埋有接触式热电偶,接触式热电偶通过温度控制器与高频低压脉冲电源连接;
所述的限位模块设置在凹模的壁筒内,包括液压升降柱和定位挡圈,定位挡圈通过液压升降柱与机床基座连接;
所述的高频低压脉冲电源和顶盖、板材、底盖和导线组成电流回路,顶盖和底盖分别与高频低压脉冲电源的正负极相连接;
所述的绝缘压边圈和顶盖沿板材上下两侧对称分布,所述的绝缘凸模和底盖沿板材上下两侧对称分布,绝缘凸模连接有液压主缸,液压主缸带动绝缘凸模上下运动;
所述的绝缘凸模、绝缘压边圈、底盖、顶盖和壁筒中心轴线重合。
2.根据权利要求1所述的自阻电加热板材拉深成形装置,其特征在于:所述的绝缘凸模与液压主缸通过螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的自阻电加热板材拉深成形装置,其特征在于:所述的高频低压脉冲电源的输出电压为10-24V连续可调,输出频率为1-20KHZ可调,输出脉冲电流1-5KA连续可调。
4.一种权利要求1所述的自阻电加热板材拉深成形装置的拉深成形方法,其特征在于包括以下步骤:
1)安装自阻电加热板材拉深成形装置;
2)在板材表面喷涂二硫化钼滑剂,将板材放置顶盖和绝缘压边圈之间,绝缘压边圈下降压住板材,用导线将顶盖和底盖分别连接在高频低压脉冲电源的正负极上;
3)接通回路电流,板材温度上升,接触式热电偶检测顶盖圆角处的温度达到板材成形温度时,绝缘凸模冲压板材成形,温度控制器根据接触式热电偶反馈的温度信息调节输出脉冲电流使板材成形区温度保持一致;
4)底盖移动至限位高度时,关闭回路电流,绝缘凸模和绝缘压边圈上移,取出拉深成形构件。
5.根据权利要求4所述的拉深成形方法,其特征在于:自阻电加热板材拉伸成形装置安装过程具体为,将壁筒固定在机床基座上,将限位模块和底盖安装在壁筒内部,底盖和机床基座上安装压缩弹簧;将顶盖通过绝缘螺栓连接在壁筒上,绝缘凸模通过螺纹连接在液压主缸上。
6.根据权利要求4所述的拉深成形方法,其特征在于:温度控制器通过调节输出脉冲电流大小控制板材温度保持一致。
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