CN111774472B - 浮动支撑单点渐进热成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浮动支撑单点渐进热成形装置，其包括支撑体装置，支撑体装置包括底板、下滑动板和上滑动板，底板上固定安装有至少两根导柱，上滑动板和下滑动板滑动安装于导柱上；上滑动板上固定安装有用于夹持待加工板料的加热夹持装置，底板上固定安装有穿过上滑动板和下滑动板、延伸至加热夹持装置内与待加工板料接触的浮动加热支撑模装置；加热夹持装置和浮动加热支撑模装置与待加工板料接触处均设置有与控制器电连接的加热部；底板和下滑动板上固定有用于调节浮动加热支撑模装置的浮动力的调节装置。

Description

浮动支撑单点渐进热成形装置

技术领域

本发明涉及金属材料加工技术领域，具体涉及一种浮动支撑单点渐进热成形装置。

背景技术

板料单点渐进成形技术是依据分层制造思想，把三维薄壁零件二维化，利用编制好的数控代码控制机床驱动成形工具头沿着加工轨迹运动，工具头逐点逐层的对材料施压，使材料发生塑性变形，最终得到所需零件形状，具有成形装置简单和低成本等优点，特别适用于小批量薄壁零件的快速制造。其原理如图1所示，图1中序号1为待加工板料，2为压边圈，3为工具。

在加工圆筒、方盒形、圆锥台及方锥台等带有平底特征的薄壁零件时，采用单点渐进成形工艺成形零件时，在成形后期，零件底部有时会发生变形异常，产生“枕头效应”，从而会引起相应的误差，降低了成形精度，如图2所示。

对于某些在常温下塑性差，所需成形力大的材料，如某些铝合金、镁合金和钛合金等。在加热条件下，材料塑性有较大的提高，变形抗力减小明显。针对此类金属材料，在渐进成形过程中，进行加热辅助十分必要。传统渐进成形加热可分为整体加热和局部加热，传统加热方式存在很多不足：

a)整体加热渐进成形能有效提高材料的整体塑性，降低成形力。目前已有的电热炉加热、整体自阻电加热等装置，电热炉加热装置设计复杂，温度分布不均匀，成形制件质量较差。整体自阻电加热电流与坯料形成回路，电流流经工具头、板料及加持装置，对成形工具，夹持装置绝缘性能要求高，系统复杂，所得制件常出现因电流波动造成烧蚀严重甚至烧穿的缺陷。

b)局部加热渐进成形常采用的方式有激光加热、自阻电加热、感应加热及燃气加热等，加热工具常常联接在渐进成形工具头上，伴随成形工具头移动实现局部加热。局部加热装置常常系统复杂，价格昂贵。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的浮动支撑单点渐进热成形装置能够实现不同材料、结构待加工板材的四边和中心成形区域同时加热。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种浮动支撑单点渐进热成形装置，其包括支撑体装置，支撑体装置包括底板、下滑动板和上滑动板，底板上固定安装有至少两根导柱，上滑动板和下滑动板滑动安装于导柱上；

上滑动板上固定安装有用于夹持待加工板料的加热夹持装置，底板上固定安装有穿过上滑动板和下滑动板、延伸至加热夹持装置内与待加工板料接触的浮动加热支撑模装置；

加热夹持装置和浮动加热支撑模装置与待加工板料接触处均设置有与控制器电连接的加热部；底板和下滑动板上固定有用于调节浮动加热支撑模装置的浮动力的调节装置。

本发明的有益效果为：本方案通过在待加工板料接触处，即待加工板料四边和中心成形区域同时加热，提高温度分布均匀从而提高材料成形性，与传统方式相比，可以成形结构更为复杂零件薄壁零件。

通过温度传感器采集的温度，控制器能够通过采集的温度对加热部的加热温度进行调整，保证待加工板料四边和中心成形区域在加工阶段处于恒定状态，以实现精确调控材料性能，以提高成形零件的性能。

本方案针对不同材料及形状的零件，可以通过调节装置调节浮动加热支撑模装置的浮动力，以满足多种零件的压力需求；同时，还可以实现单点渐进成形中的整体加热，始终使成形区域受到加热，提高板料塑性，提高产品的成形性能和尺寸精度。

附图说明

图1为单点渐进成形的原理图。

图2为待加工板料在加工成零件时顶部出现变形的示意图。

图3为浮动支撑单点渐进热成形装置的立体图。

图4为浮动支撑单点渐进热成形装置本体半剖立体图。

图5为浮动支撑单点渐进热成形装置的俯视图。

图6为图5中A-A方向的剖视图。

图7为去除上夹板、上个热垫板后的加热夹持装置半剖的立体图。

图8为浮动加热支撑体装置半剖的立体图。

其中，1、待加工板料；2、压边圈；3、工具头；4、支撑体装置；41、底板；42、下滑动板；43、上滑动板；44、导柱；45、导套；5、加热夹持装置；51、下隔热板；511、安装槽；52、上夹板；53、下夹板；531、加工孔；532、加热部；533、温度传感器；54、上隔热板；6、浮动加热支撑模装置；61、固定座；611、槽体；612、弹性件芯轴；62、弹性件；63、连接板；64、支撑筒；65、隔热连接板；651、导向柱；652、导向套；66、支撑模；7、控制器；8、调节装置；81、丝杆；82、轴承；83、手柄；9、保温装置；91、隔热罩；92、隔热垫板。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图3至图6所示，本方案提供的浮动支撑单点渐进热成形装置包括支撑体装置4，支撑体装置包括底板41、下滑动板42和上滑动板43，底板41上固定安装有至少两根导柱44，上滑动板43和下滑动板42滑动安装于导柱44上。

具体地，上滑动板43和下滑动板42上供导柱44穿过的孔的直径略大于导柱44的直径，为了降低上滑动板43和下滑动板42滑动过程中与导柱44之间的摩擦力，本方案优选在上滑动板43和/或下滑动板42的孔内安装有导套45。

上滑动板43上固定安装有用于夹持待加工板料1的加热夹持装置5，底板41上固定安装有穿过上滑动板43和下滑动板42、延伸至加热夹持装置5内与待加工板料1接触的浮动加热支撑模装置6。

加热夹持装置5和浮动加热支撑模装置6与待加工板料1接触处均设置有与控制器7电连接的加热部532；底板41和下滑动板42上固定有用于调节浮动加热支撑模装置6的浮动力的调节装置8。

采用上述支撑体装置4后，支撑体装置4的工作原理为：加热夹持装置5固定于上滑动板43上，待加工板料1夹持在加热夹持装置5上，并加热至预定温度后，成形工具头3施力于待加工板料，作用力通过待加工板料传递至安装在底板41的浮动加热支撑模装置6上，按照数控机床的程序逐渐成形制件。下滑动板42在压力调节装置8的调节作用下，可以通过安装在上滑动板43上的导套45沿着导柱44上下移动。

实施时，本方案优选加热夹持装置5和浮动加热支撑模装置6与待加工板料1接触处均安装有与控制器7电连接的温度传感器533。在本方案中，温度传感器533通过导线与控制器7内的双路温控器相连，加热部532与控制器2内部的交流接触器相连双路温控器与交流接触器在控制器7内相连接，控制器7与电源相连接提供整个装置所需的电能，温控器通过控制交流接触器来实现加热通断控制。

如图6和图7所示，加热夹持装置5包括固定安装在上滑动板43顶面上的下隔热板51，下隔热板51上的安装槽511内放置有两者可拆卸连接的上夹板52和下夹板53；上夹板52上可拆卸连接有上隔热板54，其中安装槽511的尺寸优选与上夹板52和下夹板53的尺寸相匹配，不过也可以略大于上夹板52和下夹板53的尺寸；可拆卸连接可以为螺钉/螺栓等连接方式。

在上夹板52和下夹板53上相对的位置开设有用于加工待加工板料1的加工孔531，下夹板53与下隔热板51固定连接；加热夹持装置5内的加热部532布置于下夹板53内，且沿着与待加工板料1夹持处布置，温度传感器533位于下夹板53内、且临近加热部532。

采用上述加热夹持装置5后，加热夹持装置5的工作原理为：加热夹持装置5通过紧固螺栓穿过下隔热板51与上滑动板43连接。工作时，先将上隔热板54取下，再将连接上夹板52和下夹板53的夹紧螺栓取下，此时取下上夹板52，将四周预先钻好相应圆孔的待加工板料1放在下夹板53上对正孔位，将上夹板52置于待加工板料1上对正孔位后锁紧夹紧螺栓，将上隔热板54放于上夹板52上，并通过螺栓与上夹板52锁紧。

打开控制器开关，接通电源，电流经加热部532引出线流入内置于下夹板53的加热部532，开始加热，热量经下夹板53均温后传至待加工板料1，下夹板53内的温度传感器533将检测到的温度信号通过导线传至控制器7中双路温控器，当温度达到设定温度时，成形工具头3可以开始单点渐进成形加工。

其中，上隔热板54和下隔热板51优先采用石棉或石英材料，可隔绝热量向外传散。

如图4、图6和图8所示，浮动加热支撑模装置6包括固定安装在底板41上的固定座61及安装于固定座61上并向上延伸的弹性件62，实施时，本方案优选固定座61包括中部具有槽体611的连接座，在槽体611内安装有一个弹性件芯轴612，弹性件62下端位于弹性件芯轴612与固定座61之间的间隙内；弹性件芯轴612的设置，使得弹性件62的下端套于弹性件芯轴612上，将弹性件62下端限定在只能在竖直方向运动。

弹性件62的顶端安装在连接板63上，优选连接板63为一套筒，套筒的剖面近似“π”形；连接板63采用这样的结构后，弹性件62的上端可以位于套筒内，在浮动时，可以限制弹性件62上端仅在竖直方向产生位移，避免出现歪斜，以保证单点渐进成形加工的加工精度。

连接板63上紧固有穿过下滑动板42、并与下滑动板42间隙配合的支撑筒64；连接板63的最大尺寸大于下滑动板42上供支撑筒64穿过的安装孔的尺寸；安装孔尺寸的设置，可以保证单点渐进成形加工时的力快速地经支撑筒64传递至弹性件62，以保证弹性件62出现竖直上的变形，以快速响应单点渐进成形加工。

支撑筒64的顶端通过隔热连接板65与支撑模66固定连接，浮动加热支撑模装置6的加热部532布置于支撑模66内，且沿着与待加工板料1接触面布置，此处的加热部532至少均布于正对加工孔531的支撑模66内，温度传感器533位于支撑模66内、且临近加热部532。

采用上述浮动加热支撑模装置6后，浮动加热支撑模装置6的工作原理为：

加热夹持装置5夹持板料后，启动控制器开关，接通电源，支撑模66内的加热部532引出导线流入内置于支撑模66的加热部532，支撑模66的温度传感器533将检测到的温度信号通过温度传感器533检测线传递给控制器7中双路温控器，当温度达到设定温度时，双路温控器控制下夹板53和支撑模66内的加热部532温度恒定，以保证待加工板料1的恒温加工。

支撑模66通过连接螺栓与隔热连接板65连接，隔热连接板65与通过紧固螺栓与支撑筒64连接，支撑筒64与连接板63通过紧固螺栓连接，连接板63与弹性件62垂直接触。弹性件62放置在固定座61与弹性件芯轴612之间的空间内。

在成形力作用下，浮动加热支撑模装置6通过安装在隔热连接板65上的导向柱651与安装在下滑动板42上的导向套652进行导向上下滑动。

实施时，本方案隔热连接板65优先采用石棉或石英材料，可隔绝热量向外传散。弹性件62可以为弹簧，也可以为具有一定厚度、且弹性较大的橡胶套筒。

如图6所示，调节装置8包括与下滑动板42螺纹配合的丝杆81，丝杆81穿过下滑动板42的端部通过轴承82固定在底板41上。为了方便调节丝杆81，丝杆81位于下滑动板42上端的端部上可以设置一个手柄83。

上述压力调节装置8的工作原理为：旋转连接在丝杆81上的手柄83，通过下滑动板42上加工好的螺纹进行传动，施加作用力于弹簧，来调节浮动力的大小。

再次参考图6，浮动支撑单点渐进热成形装置还包括保温装置9，保温装置9包括放置于下滑动板42上表面并与浮动加热支撑模装置6接触的隔热垫板92及分别与隔热垫板92与上滑动板43固定连接的隔热罩91，上滑动板43和下滑动板42之间的浮动加热支撑模装置6位于隔热罩91内。

其中，隔热罩91通过锁紧螺栓、锁紧螺栓分别与上滑动板43及下滑动板42连接；隔热罩91及隔热垫板92优先采用石棉或石英材料，可隔绝热量向外传散。

综上所述，本方案采用待加工板料四边和中心成形区域同时加热，温度分布均匀，有利于提高材料成形性；通过温度传感器533采集实时温度信号，并由控制器7控制供电，保持温度恒定，可以实现精确调控材料性能；采用绝热材料作为保温装置9可以减少对流及热传导造成的热量损失，提高热效率，减少能量消耗。

浮动加热支撑模装置6和调节装置8的相互配合可以实现弹性件62浮动力的调整，以满足不同材料、结构零件的压力需求，提高零件成型精度；从结构上讲，本方案结构简单、紧凑，动作简洁，而且制作方便，成本低廉等优点。

Claims (6)

1.浮动支撑单点渐进热成形装置，其特征在于，包括支撑体装置，所述支撑体装置包括底板、下滑动板和上滑动板，所述底板上固定安装有至少两根导柱，所述上滑动板和下滑动板滑动安装于所述导柱上；

所述上滑动板上固定安装有用于夹持待加工板料的加热夹持装置，所述底板上固定安装有穿过所述上滑动板和下滑动板、延伸至加热夹持装置内与待加工板料接触的浮动加热支撑模装置；

所述加热夹持装置和浮动加热支撑模装置与待加工板料接触处均设置有与控制器电连接的加热部；所述底板和下滑动板上固定有用于调节所述浮动加热支撑模装置的浮动力的调节装置；

所述加热夹持装置和浮动加热支撑模装置与待加工板料接触处均安装有与控制器电连接的温度传感器；

所述浮动加热支撑模装置包括固定安装在所述底板上的固定座及安装于所述固定座上并向上延伸的弹性件；所述弹性件的顶端安装在连接板上，连接板上紧固有穿过所述下滑动板、并与下滑动板间隙配合的支撑筒；

所述连接板的最大尺寸大于下滑动板上供支撑筒穿过的安装孔的尺寸；所述支撑筒的顶端通过隔热连接板与支撑模固定连接，所述浮动加热支撑模装置的加热部布置于支撑模内，且沿着与待加工板料接触面布置，温度传感器位于所述支撑模内、且临近所述加热部；

所述调节装置包括与所述下滑动板螺纹配合的丝杆，所述丝杆穿过下滑动板的端部通过轴承固定在底板上。

2.根据权利要求1所述的浮动支撑单点渐进热成形装置，其特征在于，还包括保温装置，所述保温装置包括放置于所述下滑动板上表面并与浮动加热支撑模装置接触的隔热垫板及分别与所述隔热垫板和所述上滑动板固定连接的隔热罩，上滑动板和下滑动板之间的浮动加热支撑模装置位于所述隔热罩内。

3.根据权利要求1所述的浮动支撑单点渐进热成形装置，其特征在于，所述加热夹持装置包括固定安装在所述上滑动板顶面上的下隔热板，所述下隔热板上的安装槽内放置有两者可拆卸连接的上夹板和下夹板；

所述上夹板上可拆卸连接有上隔热板，下夹板与下隔热板固定连接，在上夹板和下夹板上相对的位置开设有用于加工待加工板料的加工孔；所述加热夹持装置内的加热部布置于下夹板内，且沿着与待加工板料夹持处布置，温度传感器位于所述下夹板内、且临近所述加热部。

4.根据权利要求1所述的浮动支撑单点渐进热成形装置，其特征在于，所述加热部为电加热管。

5.根据权利要求1所述的浮动支撑单点渐进热成形装置，其特征在于，所述弹性件为弹簧。

6.根据权利要求1-5任一所述的浮动支撑单点渐进热成形装置，其特征在于，所述温度传感器与控制器内的双路温控器相连，交流接触器与电加热管相连；双路温控器与交流接触器在控制器内相连接。

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