CN113171926B - 一种渐进-涂覆形表一体成形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种渐进‑涂覆形表一体成形装置及方法，包括：刀柄，由上刀柄和下刀柄组成，上刀柄通过机床内部的负压吸附在机床主轴上；下刀柄用于安装组装刀具；送丝装置，其设置在刀柄一侧，将制备涂层的材料以丝线的方式送入组装刀具中；组装刀具，由加热装置、刀具主体、滚珠和滚珠帽组成；刀具主体与下刀柄配合，加热装置安装在刀具主体内，对丝线进行加热；刀具主体下部连接滚珠帽，滚珠放置在滚珠帽内；在刀具主体内设有导流孔，在刀具主体与滚珠接触的位置设有导流槽，所述导流槽和导流孔使得熔融材料可顺利留出。

Description

一种渐进-涂覆形表一体成形装置及方法

技术领域

本发明涉及板材成形加工领域，尤其涉及一种渐进-涂覆形表一体成形装置及方法。

背景技术

渐进成形工艺是一种新兴的柔性无模成形技术，在板材加工过程中可以实现不依赖模具，只利用成形工具头实现板材三维形状的成形，能够大大降低小批量板材成形的成本，适应现代社会个性化发展的趋势。

但是，随着现代社会的发展，对零部件的性能提出了更高、更多的要求，往往需要在零件表面上制备耐磨层、耐腐蚀层或者各种功能层，以达到提高工件表面性能、延长寿命、节约材料或者节约能源的目的。

发明人发现，传统的板材成形过程，几乎都是成形后再在板材表面喷涂保护涂层，不但需要更多的时间，并且很难在已成形板材的内部喷涂保护涂层，喷涂过程费时费力。另一方面，板材渐进成形过程中会产生加工硬化现象，板材成形极限提升是该领域的共性难题，表面涂覆材料可以一定程度提高成形极限。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种渐进-涂覆形表一体成形装置及方法，能够在板材渐进成形的同时在板材表面涂覆保护/功能涂层，既降低了板材单独制备涂层的时间和难度，又通过原位制备涂层加热软化板材，降低了板材加工硬化的程度，有利于提高板材渐进成形极限与质量和降低已成形板材内表面涂层制备的难度，从而实现零件几何形状和表面涂层的一体化制备。

本发明采用下述技术方案：

第一方面，本发明提出了一种渐进-涂覆形表一体成形装置，包括：

刀柄，由上刀柄和下刀柄组成，上刀柄用于与机床主轴相连，下刀柄用于安装组装刀具；

送丝装置，其设置在刀柄一侧，将制备涂层的材料以丝线的方式送入组装刀具中；

组装刀具，由加热装置、刀具主体、滚珠和滚珠帽组成；刀具主体与下刀柄配合，加热装置安装在刀具主体内，对丝线进行加热；刀具主体下部连接滚珠帽，滚珠放置在滚珠帽内；在刀具主体内设有导流孔，在刀具主体与滚珠接触的位置设有导流槽，所述导流槽和导流孔使得熔融材料可顺利留出。

进一步的，所述刀具主体内部的导流孔内壁上加工出超疏水的表面微纳复合结构，以确保丝线熔融后顺利流向滚珠，不会残留于导流孔内壁，有利于板材加工之后的清理。

进一步的，所述滚珠帽与刀具主体通过螺纹副连接在一起，滚珠置于滚珠帽和刀具主体之间。

进一步的，所述滚珠工作时，滚珠受力与刀具主体紧密接触，滚珠与滚珠帽之间出现一定的间隙，制备涂层的材料从间隙中顺着滚珠留出。

进一步的，所述组装刀具内的安置孔中安装有加热装置，加热装置可以加热从送丝装置输送来的丝线，形成制备涂层所需的熔融材料。

进一步的，所述加热装置与温度调节装置相连，所述加热装置可以后台调节加热温度，能够满足不同材料熔融的温度要求，以制备不同的功能涂层。

进一步的，所述加热装置上安装有温度传感器，可以感知加热装置的加热温度。

进一步的，所述送丝装置可以调节送丝的时间和速度，改变制备涂层的速率和厚度等，满足不同功能涂层制备的需要。

进一步的，所述送丝装置包括送丝箱，其安装于上刀柄上，送丝箱内部有多个滚轮，除丝线入口处一对滚轮上下相对，其余滚轮上下错开均匀分布，所述滚轮用来确保丝线运输的顺利。

进一步的，所述送丝装置还包括导向管和导向塞，导向塞安装于导向管下方，导向塞的内径小于导向管且导向塞可依据制备涂层所需的丝线直径更换。

第二方面，本发明还提出了一种渐进-涂覆形表一体成形装置的使用方法，包括以下步骤：

将丝线顺着送丝装置预先运输至导向塞中；

将所述形表一体成形装置安装在数控机床主轴上；

将待加工板材装夹在机床夹具上；

加热装置开始加热，等待加热温度合适后缓慢送丝；

熔融材料稳定制备后，启动预制程序，工具头按照预定设计轨迹运动，实现零件几何形状和表面涂层的一体化制备；

加工完成后取下板材，设备关机。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过对刀具、加热装置和送丝装置的有效组合，使得板材可以同时进行渐进成形和涂层制备，降低了板材单独制备涂层的时间和难度，又通过涂层加热软化板材，降低了板材加工硬化的程度，提高了板材渐进成形的极限与质量，实现零件几何形状和表面涂层的一体化制备；

(2)本发明在刀具主体与滚珠接触的位置加工出多个均匀分布的导流槽，工作时，滚珠与刀具主体的球面紧密接触，熔融材料可以顺利从导流槽中流出；

(3)本发明滚珠帽与刀具主体通过螺纹副连接在一起，滚珠置于滚珠帽与刀具主体之间，工作时，滚珠受力与刀具主体的球面紧密接触，滚珠与滚珠帽之间出现一定的间隙，制备涂层的熔融材料从间隙中顺着滚珠流出；

(4)本发明的送丝装置可以根据涂层制备的需要，调节丝线输送的节奏；送丝箱的丝线入口处一对滚轮相对分布，之后安装了导向管和导向塞，可以确保丝线运输方向的正确；

(5)本发明的加热装置上安装有温度传感器，加热装置可以依据温度传感器显示的数值调节加热温度，以满足不同材料熔融的温度要求，制备不同的功能涂层。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明实施例的总体结构示意图；

图2为本发明实施例的核心装置剖视图；

图3为本发明实施例的核心装置爆炸图；

图4为本发明实施例的刀具主体结构示意图；

图5为本发明实施例的组装刀具剖视图；

图6为本发明实施例的送丝箱结构示意图；

图7为本发明实施例的送丝装置剖视图；

其中，1、自动送丝机；2、机床主轴；3、丝线；4、送丝箱；401、开口槽；5、上刀柄；6、加热装置；7、下刀柄；8、刀具主体；801、导流孔；802、螺纹；803、导流槽；804、安置孔；9、滚珠帽；10、滚珠；1001、间隙；11、板材；12、滚轮；13、导向管；14、导向塞；15、温度传感器。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

下面结合附图1-图7对本发明进行详细说明，具体的，结构如下：

本实施例提供了一种渐进-涂覆形表一体成形装置，如图1所示，包括刀柄、送丝装置和组装刀具；所述的刀柄通过机床内部的负压吸附在机床主轴上，刀柄内通电线和丝线，为制备涂层提供能量支持及原料供应。送丝装置位于上刀柄5的一侧，为涂层制备提供丝线材料，所用丝线材料根据功能涂层性能要求可以是但不限于金属、高分子材料；组装刀具安装于刀柄下方，由加热装置、刀具主体、滚珠和滚珠帽组成；在板材成形时，滚珠与板材直接接触。其中，所述组成组装刀具的刀具主体与滚珠接触的位置加工出多个均匀分布的导流槽，工作时，滚珠与刀具主体的球面紧密接触，熔融材料可以顺利从导流槽中留出。本发明通过对刀具、加热装置和送丝装置的有效组合，使得板材可以同时进行渐进成形和涂层制备，降低了板材单独制备涂层的时间和难度，又通过涂层加热软化板材，降低了板材加工硬化的程度，提高了板材渐进成形的极限与质量，实现零件几何形状和表面涂层的一体化制备。

如图2、图3所示，以图3和图2所示的方位为例，上述的刀柄包括上刀柄5和下刀柄7，上刀柄5和下刀柄7通过螺纹副连接在一起，上刀柄5的下部外圈设有外螺纹，且下部中空，用于插装下刀柄7；下刀柄7上设有内螺纹，且下刀柄7的中心设有一个通孔，该通孔与刀具主体8配合，用于安装固定组装刀具的刀具主体8；刀柄的主要作用是为了实现刀具与机床之间的连接。当然不难理解的，在其他实施例中，刀柄还可以采用其他连接方式实现可拆卸式连接，之所以将刀柄设计成可拆卸式连接，主要是为了方便加热装置以及送丝装置中部分元器件的安装。

进一步的，在上刀柄5下部中空部分的外壁上左右对称的加工有凹坑，在左右凹坑上加工有贯穿上刀柄5的孔，按照图2的方位分别命名为左孔和右孔；其中，左孔用于加热装置6的连线引出，右孔用于自动送丝机丝线的送入；当然在其他实施例中，送丝装置的丝线还可以从右孔送入，加热装置6的引线从左孔送入。更进一步的，上刀柄5的中空结构内设有导向管13和导向塞14，导向管13和导向塞14用于对丝线3进行导向。

如图5所示，本实施例中公开的组装刀具包括滚珠帽9、滚珠10、刀具主体8和加热装置6；所述滚珠帽9安装在刀具主体的底部，与刀具主体8底部通过螺纹副连接在一起，滚珠10置于滚珠帽9与刀具主体8之间，本实施例中的滚珠帽9的作用主要是为了固定滚珠10，滚珠10的主要是用于成型加工；在主体刀具8上部内加工出安置孔804，用于安装加热装置6，加热装置6放置在安置孔内，用于对丝线进行加热，丝线一直被送丝装置送入到安置孔804内。

进一步的，本实施例中的加热装置6上安装有温度传感器15，加热装置6可以依据温度传感器15显示的数值调节加热温度，以满足不同材料熔融的温度要求，制备不同的功能涂层。加热装置6使用电力驱动，加热装置6的电线经过上刀柄5加工出的左孔与机床主轴2相连，电力从机床主轴2中传输到加热装置6中；需要说明的是，由于对丝线进行加热的装置在现有技术中很多，因此，本实施不再对加热装置的具体结构进行赘述了。

如图4所示，所述刀具主体8下部内加工出导流孔801，本实施例中的导流孔801与刀具主体8同轴设置，且仅仅设置了一个，不难理解的，在其他实施例中，导流孔801还可以设置多个，导流孔的主要作用是为了导流熔融材料，因此只要能满足这个功能，导流孔的设置形状、位置以及个数等不受限制，具体可以根据实际需要进行设置。

进一步的，本实施例中的导流孔801内壁上加工出超疏水的表面微纳复合结构，当来自加热装置6的熔融材料经过导流孔801时，熔融材料在超疏水结构的作用下不会残留于导流孔801内壁上，有利于板材11加工之后的清理及不同种类丝线的更换。

进一步的，本实施例中的刀具主体8下方的球面上加工有导流槽803，导流槽803与上述的导流孔连通，优选的，导流槽803均匀分布于刀具主体8下方的球面上。组装刀具工作时，滚珠10受力与刀具主体8下方的球面紧密接触，丝线3加热后形成的熔融材料可以顺利从导流槽803中流出，确保不会因为滚珠10与刀具主体8接触过于紧密导致熔融材料无法顺利流出。

在滚珠10受力与刀具主体8下方的球面紧密接触时，滚珠10与滚珠帽9之间会出现一定的间隙1001，制备涂层的熔融材料能够顺利从间隙1001中顺着滚珠10流出。由此，丝线3加热后形成的熔融材料可以沿导流孔801—导流槽803—间隙1001这条线路顺着滚珠10涂覆在板材11上。

如图1、图2所示，本实施例中的送丝装置包括自动送丝机1、送丝箱4、滚轮12、导向管13和导向塞14，所述送丝箱4安装在上刀柄5的右侧，其一端与上刀柄的右孔外侧固定在一起，导向管13的一端安装在上刀柄5右孔中，另一端延伸到上刀柄与下刀柄形成的空腔内，导向塞14安装在导向管13下方。自动送丝机1为丝线3的运输提供动力，自动送丝机1将丝线3经由送丝箱4、滚轮12、导向管13和导向塞14送入加热装置6中，为一体成形装置供应材料。所述自动送丝机1可以按照加工需要调节送丝节奏(例如时间和速度)，从而改变制备涂层的速率和厚度等，满足不同功能涂层制备的需要。

如图6和图7所示，本实施例中的所述送丝箱4内部安装有多个滚轮12，送丝箱4的右侧丝线3入口处一对滚轮12上下相对分布，其余滚轮12上下错开均匀分布于送丝箱4内部，滚轮12中间直径小，两端直径大，丝线3可以沿滚轮12的中间部位运输，由上下相对或者错开分布的多个滚轮12控制运动方向，确保顺利进入导向管13中。

上述的导向管13的右侧笔直，左侧呈圆弧状，丝线3从导向管13右侧进入导向管13中，经由左侧圆弧变向，向下伸入导向塞14中，导向塞14的内径小于导向管13的内径，导向塞14可以使丝线3竖直向下伸入加热装置6中，并且导向塞14可以依据制备涂层所需的丝线直径更换，满足不同功能涂层制备的需要。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

进一步的，本实施例基于上述的渐进-涂覆形表一体成形装置，还提供了一种加工板材的方法，包括以下步骤：

1)将丝线顺着送丝装置预先运输至导向管和导向塞中；

2)将所述一体成形装置安装在数控机床主轴上；

3)将待加工板材装夹在机床夹具上；

4)加热装置开始加热，等待加热温度合适后缓慢送丝；

5)熔融材料稳定制备后，启动预制程序，工具头按照预定设计轨迹运动，实现零件几何形状和表面涂层的一体化制备；

6)加工完成后取下板材，设备关机。

本发明提供的渐进-涂覆形表一体成形装置及方法，能够在板材渐进成形的同时在板材表面涂覆保护/功能涂层，既降低了板材单独制备涂层的时间和难度，又通过原位制备涂层加热软化板材，降低了板材加工硬化的程度，有利于提高板材渐进成形极限与质量和降低已成形板材内表面涂层制备的难度，从而实现零件几何形状和表面涂层的一体化制备。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种渐进-涂覆形表一体成形装置，其特征在于，包括：

刀柄，由上刀柄和下刀柄组成，上刀柄用于与机床主轴相连，下刀柄用于安装组装刀具；

送丝装置，其设置在刀柄一侧，将制备涂层的材料以丝线的方式送入组装刀具中；

组装刀具，由加热装置、刀具主体、滚珠和滚珠帽组成；刀具主体与下刀柄配合，加热装置安装在刀具主体内的安置孔中，对丝线进行加热；刀具主体下部连接滚珠帽，滚珠放置在滚珠帽内；在刀具主体内设有导流孔，在刀具主体与滚珠接触的位置设有导流槽，所述导流槽和导流孔使得熔融材料可顺利留出；

通过对刀具、加热装置和送丝装置的有效组合，使得板材可以同时进行渐进成形和涂层制备，降低了板材单独制备涂层的时间和难度，又通过涂层加热软化板材，降低了板材加工硬化的程度，提高了板材渐进成形的极限与质量，实现零件几何形状和表面涂层的一体化制备；

所述滚珠与滚珠帽之间具有一定的间隙，制备涂层的材料从间隙中顺着滚珠留出；

所述丝线加热后形成的熔融材料可以沿导流孔—导流槽—间隙这条线路顺着滚珠涂覆在板材上；

所述送丝装置还包括导向管和导向塞，导向塞安装于导向管下方，导向塞的内径小于导向管且导向塞可依据制备涂层所需的丝线直径更换。

2.如权利要求1所述的渐进-涂覆形表一体成形装置，其特征在于，所述导流孔内壁上加工出超疏水的表面微纳复合结构。

3.如权利要求1所述的渐进-涂覆形表一体成形装置，其特征在于，所述滚珠帽与刀具主体通过螺纹副连接在一起，滚珠置于滚珠帽和刀具主体之间。

4.如权利要求1所述的渐进-涂覆形表一体成形装置，其特征在于，所述加热装置与温度调节装置相连，温度调节装置对加热装置的温度进行调节。

5.如权利要求1所述的渐进-涂覆形表一体成形装置，其特征在于，所述加热装置上安装有温度传感器，用于感知加热装置的加热温度。

6.如权利要求1所述的渐进-涂覆形表一体成形装置，其特征在于，所述送丝装置的送丝速度以及时间可控。

7.如权利要求1所述的渐进-涂覆形表一体成形装置，其特征在于，所述送丝装置包括送丝箱，送丝箱内部有多个滚轮，除丝线入口处一对滚轮上下相对，其余滚轮上下错开均匀分布。

8.如权利要求1-7任一所述的渐进-涂覆形表一体成形装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

将丝线顺着送丝装置预先运输至导向塞中；

将所述形表一体成形装置安装在数控机床主轴上；

将待加工板材装夹在机床夹具上；

加热装置开始加热，等待加热温度合适后缓慢送丝；

熔融材料稳定制备后，启动预制程序，工具头按照预定设计轨迹运动，实现零件几何形状和表面涂层的一体化制备；

加工完成后取下板材，设备关机。

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