CN113042618A - 大型构件增量成形方法 - Google Patents

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华林
胡志力
李岩
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Wuhan University of Technology WUT
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D31/00—Other methods for working sheet metal, metal tubes, metal profiles
    • B21D31/005—Incremental shaping or bending, e.g. stepwise moving a shaping tool along the surface of the workpiece

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种大型构件增量成形方法，在板料下面放置板状的辅助成形工具，成形工具头按照预定轨迹对板料进行逐层成形的同时辅助成形工具为板料提供背压且与板料共同成形，成形时板料的加热热量来自于与成形工具头的摩擦热和辅助成形工具的热量传递。本发明采用具有辅助成形工具柔性支撑的增量成形，相比于无支撑的增量成形，成形过程中辅助成形工具不仅可以提供热量使得板料的温度更加均匀、尺寸误差更小、表面质量更好，成形过程中辅助成形工具为板料提供背压，可改变法向和切向应力状态，使得成形中不易产生起皱和破裂等缺陷，提高板料的成形性能。

Description

大型构件增量成形方法
技术领域
本发明属于板料加工成形领域，具体涉及一种大型构件增量成形方法。
背景技术
增量成形是一种局部动态加载、逐层累积不均匀变形的新型无模无拘束柔性板料成形技术，通过特定的成形工具，按照预定成形轨迹对板料进行逐层成形，最终累积得到所需的零件形状，成形过程无需专用模具，相比于传统板料冲压成形具有快速、柔性、绿色、低成本等优势，适合定制化和小批量零件的制造。目前的增量成形大多采用无支撑增量成形，表面成形质量差，几何误差大，易出现起皱、破裂等缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种大型构件增量成形方法，本发明采用具有辅助成形工具柔性支撑的增量成形，表面质量好，不易产生起皱破裂等缺陷，操作便捷，成本较低。
本发明所采用的技术方案是：
一种大型构件增量成形方法，将板状的辅助成形工具置于板料底部，成形工具头按照预定轨迹对板料进行逐层成形的同时辅助成形工具为板料提供背压且与板料共同成形，成形时板料的加热热量来自于与成形工具头的摩擦热和辅助成形工具的热量传递。
进一步地，板料尺寸较小时，辅助成形工具为底板，底板采用导电金属薄板，底板与板料装夹在一起，底板在成形时加热。
优选地，成形时底板通过通电产生的电阻热加热。
优选地，成形时底板通过感应器产生的感应热加热，成形时感应器随成形工具头运动。
优选地，成形时底板通过激光发生器产生的激光加热，成形时激光发生器随成形工具头运动。
优选地，底板采用薄钢板。
进一步地，板料尺寸较大时，辅助成形工具为底板，底板采用弹性绝热材料，底板与板料装夹在一起，底板在成形前预热，底板成形后重复使用。
进一步地，辅助成形工具为底座，底座独立固定，底座的体积大于板料成形后成形区域的体积，底座采用弹性绝热材料，板料装夹固定，底座在成形前预热，底座成形后重复使用。
优选地，弹性绝热材料采用聚氨酯板。
本发明的有益效果是：
本发明采用具有辅助成形工具柔性支撑的增量成形，相比于无支撑的增量成形，成形过程中辅助成形工具提供的热量使得板料的温度更加均匀、尺寸误差更小、表面质量更好，成形过程中辅助成形工具为板料提供背压可改变其法向和切向应力状态，使得成形中不易产生起皱破裂等缺陷；本发明采用的设备结构简单，操作便捷，成本较低。
附图说明
图1是本发明实施例一中大型构件增量成形装置的结构示意图。
图2是本发明实施例二中大型构件增量成形装置的结构示意图。
图3是本发明实施例三中大型构件增量成形装置的结构示意图。
图4是本发明实施例四中大型构件增量成形装置的结构示意图。
图5是本发明实施例五中大型构件增量成形装置的结构示意图。
图中：1-成形工具头；2-板料；3-夹具；4-电源；5-底板；6-感应器；7-激光发生器；8-底座。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一
如图1所示，大型构件增量成形装置包括成形工具头1、底板5、夹具3和电源4，由于板料2尺寸较小，底板5采用导电金属薄板(此处优选为薄钢板，如果成形效果合适，也可以采用其它类型的导电金属薄板)。工作时，将底板5置于板料2底部，通过夹具3将底板5和板料2一起装夹在台架上，然后开启电源4，底板5通过通电产生的电阻热加热，当底板5将板料2加热到指定温度后，成形工具头1按照预定轨迹对板料2进行逐层成形，同时底板5为板料2提供背压且与板料2共同成形，成形时板料2的加热热量来自于与成形工具头1的摩擦热和底板5的热量传递。
实施例二
如图2所示，大型构件增量成形装置包括成形工具头1、底板5、夹具3、电源4和感应器6，由于板料2尺寸较小，底板5采用导电金属薄板(此处优选为薄钢板，如果成形效果合适，也可以采用其它类型的导电金属薄板)。工作时，将底板5置于板料2底部，通过夹具3将底板5和板料2一起装夹在台架上，然后开启电源4，感应器6工作并随成形工具头1运动，底板5通过感应器6产生的感应热加热，成形工具头1按照预定轨迹对板料2进行逐层成形，同时底板5为板料2提供背压且与板料2共同成形，成形时板料2的加热热量来自于与成形工具头1的摩擦热和底板5的热量传递。
实施例三
如图3所示，大型构件增量成形装置包括成形工具头1、底板5、夹具3、电源4和激光发生器7，由于板料2尺寸较小，底板5采用导电金属薄板(此处优选为薄钢板，如果成形效果合适，也可以采用其它类型的导电金属薄板)。工作时，将底板5置于板料2底部，通过夹具3将底板5和板料2一起装夹在台架上，然后开启电源4，激光发生器7工作并随成形工具头1运动，底板5通过激光发生器7产生的激光加热，成形工具头1按照预定轨迹对板料2进行逐层成形，同时底板5为板料2提供背压且与板料2共同成形，成形时板料2的加热热量来自于与成形工具头1的摩擦热和底板5的热量传递。
实施例四
如图4所示，大型构件增量成形装置包括成形工具头1、底板5、夹具3和加热设备，由于板料2尺寸较大，底板5采用弹性绝热材料(此处优选为聚氨酯板，如果成形效果合适，也可以采用其它类型的弹性绝热材料)。工作时，加热设备将底板5预热到设定温度后，将底板5置于板料2底部，通过夹具3将底板5和板料2一起装夹在台架上，成形工具头1按照预定轨迹对板料2进行逐层成形，同时底板5为板料2提供背压且与板料2共同成形，成形时板料2的加热热量来自于与成形工具头1的摩擦热和底板5的热量传递，底板5成形后重复使用，成本低。
实施例五
如图5所示，大型构件增量成形装置包括成形工具头1、底座8、夹具3和加热设备，板料2尺寸较大或较小时均可使用该工艺。底座8独立固定在机架上，底座8的体积大于板料成形后成型区域的体积。底座8采用弹性绝热材料(此处优选为聚氨酯，如果成形效果合适，也可以采用其它类型的弹性绝热材料)。工作时，加热设备将底座8预热到设定温度后，成形工具头1按照预定轨迹对板料2进行逐层成形，同时底座8为板料2提供背压且自身会产生相应的压缩变形，成形时板料2的加热热量来自于与成形工具头1的摩擦热和底座8的热量传递，待成形结束后底座8可恢复原有形状，因此可重复利用，成本低。
本发明采用具有辅助成形工具柔性支撑的增量成形，相比于无支撑的增量成形，成形过程中辅助成形工具提供的热量使得板料2的温度更加均匀、尺寸误差更小、表面质量更好，成形过程中底板5为板料2提供背压可改变其法向和切向应力状态，使得成形中不易产生起皱破裂等缺陷；本发明采用的设备结构简单，操作便捷，成本较低。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，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。

Claims (9)

1.一种大型构件增量成形方法，其特征在于：在板料下面放置板状的辅助成形工具，成形工具头按照预定轨迹对板料进行逐层成形的同时辅助成形工具为板料提供背压且与板料共同成形，成形时板料的加热热量来自于与成形工具头的摩擦热和辅助成形工具的热量传递。
2.如权利要求1所述的大型构件增量成形方法，其特征在于：板料尺寸较小时，辅助成形工具为底板，底板采用导电金属薄板，底板与板料装夹在一起，底板在成形时加热。
3.如权利要求2所述的大型构件增量成形方法，其特征在于：成形时底板通过通电产生的电阻热加热。
4.如权利要求2所述的大型构件增量成形方法，其特征在于：成形时底板通过感应器产生的感应热加热，成形时感应器随成形工具头运动。
5.如权利要求2所述的大型构件增量成形方法，其特征在于：成形时底板通过激光发生器产生的激光加热，成形时激光发生器随成形工具头运动。
6.如权利要求2所述的大型构件增量成形方法，其特征在于：底板采用薄钢板。
7.如权利要求1所述的大型构件增量成形方法，其特征在于：板料尺寸较大时，辅助成形工具为底板，底板采用弹性绝热材料，底板与板料装夹在一起，底板在成形前预热，底板成形后重复使用。
8.如权利要求1所述的大型构件增量成形方法，其特征在于：辅助成形工具为底座，底座独立固定，底座的体积大于板料成形后成型区域的体积，底座采用弹性绝热材料，板料装夹固定，底座在成形前预热，底座成形后重复使用。
9.如权利要求7或8所述的大型构件增量成形方法，其特征在于：弹性绝热材料采用聚氨酯。
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