CN110052518B - 一种用于多点三维热拉弯成形的可变形保温装置 - Google Patents
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Abstract
本发明设计了一种用于多点三维热拉弯成形的可变形保温装置，主要由保温箱、插板、下隔板、温控柜、供电箱、三维拉弯装置等构成。通过调整插板和下隔板的参数，提高了箱体的密封性；成形过程中保温箱的几何形状可根据目标成形零件进行变化和调整，进而保证了三维热弯曲成形区域的整体加热和保温；由于本发明设计的保温箱内部加热空间小，温度分布均匀，且通过若干测温热电偶闭环反馈控制保温箱内部温度，因此，本发明装置较于传统保温箱，保温效果较好；此外，难加工材料的自阻式加热方式解决了三维热拉弯成形过程中的温度精确控制问题。本发明的可变形保温装置的保温箱体便于拆卸和装配，且具有柔性可变形特性，大大降低了材料消耗和生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于多点三维热拉弯成形的可变形保温装置，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。金属型材的三维弯曲制件是指型材在相互正交的两个平面内都具有弯曲变形。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，钛合金在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，同时为了防止成形过程中热量的散失，使用封闭的整体保温箱对三维弯曲的金属型材保温。
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。另外，现有热拉弯成形装置均采用独立保温箱或固定式整体保温箱，将工件和模具分成若干部分，分别包覆在保温箱内，单独保温箱内加热空间小，温度虽然均匀，但每个独立保温箱之间的连接材料要求高，且型材安装在模具上的难度较大；此外，还有固定式整体保温箱的成形方式，然而，由于其内部加热空间大，且不能改变形状，所以该保温方式能耗高、成本大、对型材的保温效果较差，并且固定式整体保温箱针对型材在相互正交的两个平面内弯曲实现难度较大。
为解决上述热拉弯成形中存在的问题，本发明提出了一种用于多点三维热拉弯成形的可变形保温装置，实现了难加工金属材料在可变形保温装置中的三维热拉弯成形。此外，通过设计可变形的保温箱结构，内部空间能够实现可变形，使型材各区间温度分布较为均匀且温度易控，较于独立保温装置和固定式整体保温箱，保温效果较好，能耗较低，电阻加热和保温更加简便，型材安装更加方便，整个箱体便于拆卸，实现可变形，大大降低了材料消耗和费用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种用于多点三维热拉弯成形的可变形保温装置，用以解决难加工金属材料型材的三维热拉弯成形过程中的温度精确控制问题，并有效的降低成形过程能耗。本发明设计的可变形保温箱结构可根据目标零件形状和进行调形改变，保温箱内部加热空间小，温度均匀，且通过若干测温热电偶闭环反馈控制保温箱内部温度。可实现难加工材料中如钛合金、高强钢等三维热拉弯成形。
本发明提供了一种用于多点三维热拉弯成形的可变形保温装置，其特点在于，对于垂直方向拉弯与水平方向压弯方式的三维拉弯成形装置，采用了插板式的密封保温箱，其上板与侧板附有电阻丝加热，可根据排列在上板的热电偶采集其内部的温度，实现多点控制的型材拉压复合三维弯曲热成形；采用的插板结构，提高了拉弯装置的灵活度和箱体内部空间的利用率，以实现可变形的箱体的保温效果，并且插板与下隔板的配合，大大增强了可变形保温箱的密封性，此外，通过实时监控保温箱内的温度，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；密封和箱体夹层内的电阻丝的一系列设计，结合三维拉弯装置，最终实现型材在多点三维热拉弯成形的可变形保温装置的热弯曲成形。
附图说明
图1：一种用于多点三维热拉弯成形的可变形保温装置轴测图。
图2：本发明的保温箱外部结构示意图。
图3：本发明的保温箱内部结构示意图。
图4：本发明的插板与石棉隔板结构示意图。
图5：本发明的上板轴测图。
图6：本发明的上板仰视图。
图7：本发明的侧板前视图。
图8：本发明的侧板后视图。
图9：本发明的热电偶结构示意图。
图10：本发明的多点控制的拉压复合弯曲热成形装置轴测图。
其中：1、保温箱，2、三维拉弯装置，3、下隔板，4、温控柜，5、供电箱，6、热电偶，7、上板保温回路箱，8、上板电阻加热电缆，9、侧门，10、侧板电阻加热电缆，11、侧板保温回路箱，12、插板，13、侧板，14、上板，15、热电偶头体，16、横板，17、石棉隔板，18、T型槽，19、插板侧槽，20、温度采集口，21、上板连接点，22、上板电阻丝，23、圆形孔，24、侧门把手，25、侧板电阻丝，26、侧板连接点，27、导线，28、支架，29、矩形通孔，30、绝缘夹钳，31、电阻加热电缆，32、型材，33、模具单元体，34、凹槽，35、基本体支架，36、横板导向键，37、半圆凸台，38、导轨，39、举升油缸，40、底板，41、石棉。
具体实施方式
结合附图与实施例对本实施方式进行说明。
一种用于多点三维热拉弯成形的可变形保温装置，如图1，其特征在于，由保温箱（1）、三维拉弯装置（2）、下隔板（3）、温控柜（4）、供电箱（5）构成。它们的连接关系如下：整个保温箱（1）通过插板（12）安装在三维拉弯装置（2）上，实现保温箱（1）内部保温空间的可变形，插板（12）的具体使用数量应该根据三维拉弯装置（2）上基本体支架（35）的具体使用数量来确定；下隔板（3）通过支架（28）上的矩形通孔（29）安装在三维拉弯装置（2）上，实现保温箱下侧的密封，可根据基本体支架（35）之间的间隔大小和数量来确定下隔板（3）的厚度和数量；温控柜（4）和供电箱（5）分别安装在三维拉弯装置（2）的两侧，通过成型设备和保温箱（1）的联动，实现金属难加工材料的三维热拉弯成形和可变形保温装置的温度控制。
保温箱（1），如图2~3所示，主要由上板（14）、侧板（13）、横板（16）、插板（12）、石棉隔板（17）、侧门（9）、上板保温回路箱（7）、侧板保温回路箱（11）以及若干热电偶（6）组成。上板电阻加热电缆（8）安装在上板（14）外侧的上板保温回路箱（7）两端，上板电阻丝（22）安装在上板内侧夹层中，并且上板电阻加热电缆（8）和上板电阻丝（22）分别与上板连接点（21）配合，实现保温箱（1）顶部的电加热保温效果；若干热电偶（6）通过温度采集口（20）安装在上板（14），实现保温箱（1）内部温度的实时监测；上板（14）安装在保温箱（1）的顶部，实现保温装置的顶部密封；侧板电阻加热电缆（10）安装在侧板（13）外侧的侧板保温回路箱（11）两端，侧板电阻丝（25）安装在侧板内侧夹层中，且侧板电阻加热电缆（10）和侧板电阻丝（25）分别与侧板连接点（26）配合，实现保温箱（1）两侧的电加热保温效果；侧门（9）上圆形孔（23）塞入石棉（41），且侧门（9）通过侧门把手（24）安装在侧板（13）上，实现型材（32）的便利安装和侧板（13）的密封；侧板（13）安装在保温箱（1）与三维拉弯装置（2）的两侧，实现保温装置的两侧密封；横板（16）的两端与上端分别固定安装在侧板（13）上半部和上板（14）的端部，实现保温箱前后侧的半密封；插板（12）中的T型槽（18）与横板导向键（36）配合安装在横板（16）上，控制插板（12）在垂直方向上的滑动，实现保温箱（1）内部的保温空间的可变形；石棉隔板（17）通过插板侧槽（19）和凹槽（34）的配合安装在插板（12）与半圆凸台（37）中，并且石棉隔板（17）下端有下隔板（3）支撑，从而实现保温装置前后两侧的整体密封。密封与加热保温的紧密配合，实现型材在拉压复合式可变形保温装置上的热弯曲成形。
三维拉弯装置（2），如图10所示，由绝缘夹钳（30）、支架（28）、型材（32）、基本体支架（35）、模具单元体（33）、电阻加热电缆（31）组成。它们的连接关系如下：电阻加热电缆（31）安装在型材（32）的近端部，实现型材（32）的电阻加热，绝缘夹钳（30）通过加紧装置安装在型材（32）的两端，实现型材的预拉伸成形；型材（32）安装在三维拉弯装置（2）的模具上，实现垂直合模与水平弯曲，模具单元体（33）通过导轨（38）安装在基本体支架（35）上，基本体支架（35）安装在支架（28）上，基本体支架（35）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来确定；举升油缸（39）固定在底板（40）上，控制基本体支架（6）在垂直方向上的上升和下降；基本体支架（35）的两端安装执行机构，可根据目标成形零件的形状确定执行机构的使用位置，可单侧使用或双侧使用；通过控制成形装备各个部位的联动，实现金属型材三维拉弯成形。
所述的温控柜（4）与供电箱（5），如图1所示，其特征在于，供电箱（4）放置于本发明的成形装置的左侧，电阻加热电缆（31）安装在型材（32）上，与供电箱（5）连接，从而对型材（32）进行电加热；绝缘材料安装在型材（32）的端部，绝缘夹钳（30）夹住型材（32）绝缘端，防止能量传到绝缘夹钳（30）；上板电阻加热电缆（8）和上板电阻丝（22）分别安装在上板（14）内外侧，上板保温回路箱（7）与供电箱（5）连接，为上板保温回路箱（7）通电，实现上板（14）的保温功能；侧板电阻加热电缆（10）和侧板电阻丝（25）分别安装在侧板（13）内外侧，侧板保温回路箱（11）与供电箱（5）连接，为侧板保温回路箱（11）通电，实现侧板（13）的保温功能；热电偶（6）安装在上板（14）的温度采集口（20）中，通过导线（27）与温控柜（4）连接，热电偶触头（15）在保温箱（1）内感应温度，从而能够接收到箱体内实时温度的变化。温控柜（5）和供电箱（4）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支架数量、基本体支架高度位置参数、各执行机构的运动位移以及插板和石棉隔板的数量。首先，通过举升油缸将各基本体支架调形至同一水平面上，并通过控制各水平执行机构将各模具单元体在基本体支架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，使用侧门把手打开侧门，将金属型材从保温箱穿入，并将其带有绝缘材料的两端通过绝缘夹钳夹紧，随后，开启型材自阻加热和保温箱的电阻加热丝进行加热，并通过热电偶实时监测保温箱体内的温度。
第三步，当保温箱体内温度升高至目标温度后，将型材拉伸至塑性状态，通过绝缘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，且各执行机构运动至指定位置后，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，根据计算模具单元体的位移，使水平执行机构推动模具单元体在导轨上滑动，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，松开绝缘夹钳，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 (2)
1.一种用于多点三维热拉弯成形的可变形保温装置，其特征在于，本装置由保温箱（1）、三维拉弯装置（2）、下隔板（3）、温控柜（4）、供电箱（5）构成，它们的连接关系如下：保温箱（1）安装在三维拉弯装置（2）上，插板（12）安装在保温箱（1）上，实现保温箱（1）内部的保温空间的可变形，插板（12）的具体使用数量应该根据三维拉弯装置（2）上基本体支架（35）的具体使用数量来确定；下隔板（3）通过矩形通孔（29）安装在三维拉弯装置（2）上，实现保温箱（1）下侧的密封，可根据基本体支架（35）之间的间隔大小和数量来确定下隔板（3）的厚度和数量；温控柜（4）和供电箱（5）分别安装在三维拉弯装置（2）的两侧；
保温箱（1）主要由上板（14）、侧板（13）、横板（16）、插板（12）、石棉隔板（17）、侧门（9）、上板保温回路箱（7）、侧板保温回路箱（11）以及若干热电偶（6）组成，上板电阻加热电缆（8）安装在上板保温回路箱（7）两端，上板电阻丝（22）安装在上板（14）内侧夹层中，并且上板电阻加热电缆（8）和上板电阻丝（22）分别与上板连接点（21）配合，实现保温箱（1）顶部的上板电阻丝（22）的通电与保温；若干热电偶（6）安装在上板（14）的温度采集口（20）中，实现保温箱（1）内部温度的实时监测；上板（14）安装在保温箱（1）的顶部，实现保温装置的顶部密封；侧板电阻加热电缆（10）安装在侧板（13）外侧的侧板保温回路箱（11）两端，侧板电阻丝（25）安装在侧板（13）内侧夹层中，且侧板电阻加热电缆（10）和侧板电阻丝（25）分别与侧板连接点（26）配合，实现保温箱（1）两侧的电加热保温效果；侧门（9）上圆形孔（23）塞入石棉（41），且侧门（9）通过侧门把手（24）安装在侧板（13）上，实现型材（32）的便利安装和侧板（13）的密封；侧板（13）安装在保温箱（1）的两侧，实现密封；横板（16）的两端与上端分别固定安装在侧板（13）上半部和上板（14）的端部，实现保温箱（1）前后侧的半密封；插板（12）中的T型槽（18）与横板导向键（36）配合安装在横板（16）上，控制插板（12）在垂直方向上的滑动，实现保温箱（1）内部空间大小的可变形；石棉隔板（17）通过插板侧槽（19）和凹槽（34）的配合安装在插板（12）与半圆凸台（37）中，并且石棉隔板（17）下端有下隔板（3）支撑，从而实现前后两侧的整体密封；密封与加热保温的紧密配合，实现型材在可变形保温装置中的热弯曲成形；
三维拉弯装置（2）由绝缘夹钳（30）、支架（28）、基本体支架（35）、模具单元体（33）、电阻加热电缆（31）组成，它们的连接关系如下：电阻加热电缆（31）安装在型材（32）的近端部，实现型材（32）的电阻加热，绝缘夹钳（30）安装在型材（32）的两端，实现型材的预拉伸成形；型材（32）安装在模具单元体（33）上，实现垂直合模与水平弯曲，模具单元体（33）通过导轨（38）安装在基本体支架（35）上，基本体支架（35）安装在支架（28）上，基本体支架（35）的具体使用数量应该根据所成形的型材（32）的长度尺寸和型材厚度来确定；举升油缸（39）固定在底板（40）上，控制基本体支架（35）在垂直方向上的上升和下降；基本体支架（35）的两端需要安装执行机构，可根据目标成形零件的形状确定执行机构的使用位置，可单侧使用或双侧使用。
2.根据权利要求1所述的一种用于多点三维热拉弯成形的可变形保温装置，其特征在于，电阻加热电缆（31）安装在型材（32）上，与供电箱（5）连接，从而对型材（32）进行电加热；采用绝缘夹钳（30）夹住型材（32）两端；上板电阻加热电缆（8）和上板电阻丝（22）分别安装在上板（14）内外侧，上板保温回路箱（7）与供电箱（5）连接，为上板保温回路箱（7）通电，实现上板（14）的保温功能；侧板电阻加热电缆（10）和侧板电阻丝（25）分别安装在侧板（13）内外侧，侧板保温回路箱（11）与供电箱（5）连接，为侧板保温回路箱（11）通电，实现侧板（13）的保温功能；热电偶（6）安装在上板（14）的温度采集口（20）中，通过导线（27）与温控柜（4）连接，保温箱（1）内接收热电偶触头（15）反馈回来的实时温度。
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