CN116274548A - 一种带双侧凸筋板料及其电辅助滚压成型设备和工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带双侧凸筋板料及其电辅助滚压成型设备和工艺，该板料的横截面形状呈“工”字型，包括主体和位于主体两端的凸筋，待成型的板料夹持于V型槽块内，且板料的顶部突出于左电极板和右电极板的顶面，安装架板的顶部通过外部的施压装置对成型滚轮施加垂向压力并实现成型滚轮的垂向定位，脉冲电源发生器对板料的顶端进行分区导电，滚轮驱动装置推动成型滚轮水平移动，成型滚轮在行进过程中通过成型槽连续咬合板材的顶部并进行滚压镦挤成型。本发明带双侧“T”形凸筋的板制结构，可以将焊接结构中的角焊缝替换为平面对接焊缝，提高焊接界面结合强度，解决大尺寸薄板焊接结构焊接可靠性与变形控制问题，显著增加焊接结构承载能力。
Description
技术领域
本发明涉及金属塑性加工及成型技术领域，特别是涉及一种带双侧凸筋板料及其电辅助滚压成型设备和工艺。
背景技术
化工压力容器、压水堆外壳、燃料组件定位格架等结构大量使用不锈钢、钛合金、锆合金为代表的难变形材料板制焊接结构关键构件，此类构件长期承受着高温、高压、强腐蚀和中子辐射，在压力容器、燃料组件等整个寿命期间必须保证绝对安全、不可更换。这类构件通常采用基于钨极氩弧焊、电子束焊等方法的组装焊接工艺进行制造，在具体焊接过程中，常采用大尺寸板料90°对接，沿对接边缘直接进行长直角焊缝焊接，极易出现焊缝外观缺陷、未焊透、接头组织劣化与强度损失等问题，焊缝质量与焊接变形难以控制。特别是对于一些复杂焊接结构（如十字焊接结构）需要在中心区域进行多条长直角焊缝焊接，焊缝区域与焊接热影响区热力历史更加复杂，极易出现焊接变形与焊缝失效。
传统的难变形材料板结构焊接工艺多采用TIG焊、激光焊、等离子束焊等熔焊方法和薄板角焊缝对接的焊接结构，其焊接装配难度较大、焊接可靠性与焊缝质量较差，特别对于大尺寸薄壁结构进行焊接时的焊接变形难以控制。但是由于钛合金、锆合金等难变形材料变形抗力大、工艺塑性差，其带凸筋板料是薄壁变截面弱刚度复杂构件，属于易失稳难成型结构，加之该类焊接结构的高可靠服役对其凸筋成型精度与凸筋区域组织质量提出极高的要求，故这一薄板焊接结构双侧凸筋成型制造问题是先进制造领域的前沿性技术难题。
因此，亟需研发可实现高性能、高可靠焊接的板制结构。然而在长直薄壁板材两侧成型“T形”凸筋是塑性成型领域的难题，采用传统的加热顶镦/局部镦锻方法成型，极易出现板材失稳弯折、开裂、组织劣化，且成型精度控制极为困难。
发明内容
面对以上瓶颈问题，本发明设计一种带双侧“T”形凸筋的板制结构，可以将焊接结构中的角焊缝替换为平面对接焊缝，提高焊接界面结合强度，解决大尺寸薄板焊接结构焊接可靠性与变形控制问题，显著增加焊接结构的承载能力。并提出一种带双侧凸筋板料电辅助滚压成型设备及工艺，为解决难变形板料边缘凸筋成型制造瓶颈问题提供极具潜力的技术方案。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：
一种带双侧凸筋板料电辅助滚压成型设备，包括机体、成型滚轮、脉冲电源发生器，所述机体的顶面开设有V型槽，V型槽内活动设置有用于装夹板料的V型槽块，所述V型槽块包括相对设置的左楔形块和右楔形块，左楔形块和右楔形块的外侧斜面分别与V型槽的两侧斜面滑动贴合，且V型槽块的底面与V型槽的底面之间留有空隙；
所述左楔形块和右楔形块的顶面上分别固定连接有贴合于板料顶部两侧侧面上的左电极板和右电极板，所述左电极板和右电极板通过导线与脉冲电源发生器的其中一个输出电极端电性连接，成型滚轮的外圆面中部开设有至少一个道次并位于板料顶端上方的成型槽，且成型滚轮通过导线与脉冲电源发生器的另一个输出电极端电性连接；
所述机体的顶部活动设置有可垂向移动的安装架板，所述安装架板的两侧内壁上活动连接有分别抵压在左电极板和右电极板顶面两端位置的压紧块，安装架板的下方滑动设置有移动块，所述成型滚轮转动安装于移动块内，安装架板的侧面固定设置有驱动移动块水平往复移动的滚轮驱动装置；
待成型的板料夹持于V型槽块内，且板料的顶部突出于左电极板和右电极板的顶面，安装架板的顶部通过外部的施压装置对成型滚轮施加垂向压力并实现成型滚轮的垂向定位，脉冲电源发生器对板料的顶端进行分区导电，滚轮驱动装置推动成型滚轮水平移动，成型滚轮在行进过程中通过成型槽连续咬合板材的顶部并进行滚压镦挤成型。
进一步的，所述左楔形块和右楔形块的外侧斜面上均设置有与外侧倾斜面倾斜方向一致的导向凸起或导向凹槽，所述V型槽的斜面上设置有与导向凸起相匹配的对位凹槽或与导向凹槽相匹配的对位凸起。
进一步的，所述V型槽的斜面上开设有弹簧嵌槽，所述左楔形块和右楔形块的斜面上均开设有与弹簧嵌槽相匹配的弹簧滑槽，所述弹簧嵌槽和弹簧滑槽内嵌装有第一弹簧。
进一步的，所述安装架板的两侧侧壁底端固定设置有导向杆，所述机体的两侧外壁上设置有凸缘，凸缘上开设有与导向杆相匹配的导向孔，导向杆的底端分别对应地活动插入导向孔内，且导向杆的外侧套设有第二弹簧。
进一步的，所述安装架板的两侧侧壁之间固定设置有至少一根导向套杆，所述移动块滑动套接于导向套杆的外侧，安装架板的顶壁底面上固定设置有与导向套杆平行设置的V型导轨，所述移动块的顶面上固定设置有与V型导轨滑动配合的V型凸起。
进一步的，所述滚轮驱动装置包括液压供给系统和固定安装于安装架板外侧面上的液压缸，所述液压缸的输出轴端与移动块的侧面固定连接。
进一步的，所述成型槽包括三个道次成型腔，三个道次成型腔的横截面形状分依次为等腰梯形、等腰梯形和矩形，三个道次成型腔的横截面积均相同，且三个道次成型腔的横截面高度依次减小、宽度依次增大。
进一步的，所述成型滚轮的转轴在移动块内可轴向移动，成型滚轮的转轴两端分别固定安装有导向滚轮，导向滚轮的圆周面上设置有与成型槽的三个道次相对应的三道滚轮卡口，所述机体的外侧面顶端固定设置有与导向滚轮的三道滚轮卡口对应卡接的侧边卡轨。
进一步的，所述导向滚轮的外侧面上固定设置有把手。
还提供了一种带双侧凸筋板料电辅助滚压成型工艺，包括以下步骤：
（1）设置工艺参数：根据待成型的板材的成型工艺参数设置脉冲电源发生器和滚轮驱动装置的参数；
（2）样品装配：将待滚压成型的板料装入左、右对称设置的V型槽块的中间夹持间隙内，并保证板料夹持时伸出模具顶部上方的长度达到预设的高度，通过施压装置的动力输出端对安装支架施加垂直向下的压力，进而通过压紧块对V型槽块顶部的左电极板和右电极板施加垂直向下的压力，使V型槽块在机体内同步向下移动并相互靠近，从而完成限位并将板料夹紧；
（3） 一道次成型：调整成型滚轮的轴向位置，使待成型的板料端部对应位于一道次成型腔的正下方位置，启动脉冲电源发生器持续工作预设的时长，使板料顶部局部升温软化，通过施压装置的动力输出端下压安装架板，随后启动滚轮驱动装置驱动成型滚轮水平移动，成型滚轮正向行进并滚压板材的顶端完成一道次一次成型，成型滚轮反向行进并复位，完成一道次二次成型，而后关闭所有电源；
（4）二道次成型：调整成型滚轮的轴向位置，使待成型的板料端部对应位于二道次成型腔的正下方位置，启动脉冲电源发生器持续工作预设的时长，使板料顶部局部升温软化，通过施压装置的动力输出端下压安装架板，随后启动滚轮驱动装置驱动成型滚轮水平移动，成型滚轮正向行进并滚压板材的顶端完成二道次一次成型，成型滚轮反向行进并复位，完成二道次二次成型，而后关闭所有电源；
（5）三道次成型：调整成型滚轮的轴向位置，使待成型的板料端部对应位于三道次成型腔的正下方位置，启动脉冲电源发生器持续工作预设的时长，使板料顶部局部升温软化，通过施压装置的动力输出端下压安装架板，随后启动滚轮驱动装置驱动成型滚轮水平移动，成型滚轮正向行进并滚压板材的顶端完成三道次一次成型，成型滚轮反向行进并复位，完成三道次二次成型，而后关闭所有电源；
（6）另一边成型：施压装置的动力输出端向上移动并复位，安装架板和成型滚轮向上移动并复位，将单边凸筋成型完成后的板料从端部中卸载下来，将板料围绕板料侧面法线旋转180°，重复步骤（2）~（5）过程，完成板料另一端凸筋的滚压成型；
（7）取出样品：施压装置的动力输出端向上移动并复位，安装架板和成型滚轮向上移动并复位，将成型完成的板料从V型槽块的中间装夹间隙中取出。
进一步的，在步骤（1）之前检查设备状态，确保脉冲电源发生器和滚轮驱动装置功能正常，以及测量板料的厚度，根据体积不变原理计算出凸筋成型所需的板料高度，同时对板料与V型槽块进行油污处理与光整处理，以确保后续装夹效果。
进一步的，在步骤（7）之后需要对成型后的板料进行尺寸测量、均匀腐蚀性能测试、残余应力测试和金相组织观察并测得晶粒度大小。
同时还提出了一种带双侧凸筋板料，该板料的横截面形状呈“工”字型，包括主体和位于主体两端的凸筋，通过脉冲电流对板料坯料的端部进行局部通电实现局部区域升温加热，进而利用具有不同型槽结构的成型滚轮对该局部区域进行多道次连续局部加载滚压镦挤成型制得所述凸筋。
与现有技术相比较，本发明的有益效果如下：
本发明提出的一种带双侧“T”形凸筋的板制结构，可以将焊接结构中的角焊缝替换为平面对接焊缝，提高焊接界面结合强度，解决大尺寸薄板焊接结构焊接可靠性与变形控制问题，显著增加焊接结构的承载能力。带凸筋的薄板结构可以以平面对接焊缝与其他板料焊接，焊接结构角部的弱连接状态得到改善，焊接装夹更加简单，焊接变形更易于控制，从而使得焊件的焊接质量、效率、可靠性得到显著提高。
（2）本发明提出的带双侧凸筋板料电辅助滚压成型工艺方法是采用电辅助成型技术，利用导电回路设计，在滚轮压下局部区域内的金属板料端部通入脉冲电流，利用脉冲电流的焦耳热效应和电致塑性效应加热被成型的局部区域并改善材料的成型性，通过分区导电来控制电流的空间分布，实现成型区局部软化条件，进而利用具有不同型槽结构的滚轮在板材上端进行多道次连续局部加载滚压镦挤成型，实现板料端部单侧“T”形凸筋的成型，从而降低成型载荷，解决了薄壁变截面带筋复杂构件成型力大、难成型的技术问题。该成型工艺过程，通过与相应设备中间的配合，高可靠性地实现了工艺方法与设备的时空集成，实现高效、高质量、高精度成型。
（3）采用了多道次成型方案，在成型过程中通过控制局部凸模内多道次顶镦条件，逐步改变滚轮型腔截面形状，从而实现大增厚比“T”型槽的增厚成型。
（4）采用底部无约束的楔形模块和V型槽来夹持板料，当正压力较大时，板料侧面夹紧力显著增大，既保证了板料不发生窜动，又保证了已成型凸筋不会受压破坏，解决了带筋复杂构件凸筋成型过程中易出现失稳现象的技术问题。
（5）在滚轮加载装置上方设计了带有V型导轨的安装架板，并采用施压装置对安装架板施加压力以使其垂向限位，保证成型滚轮滚压过程中高度方向上无尺寸超差，从而保证凸筋厚度方向的质量与精度。
附图说明
图1是本发明的带双侧凸筋板料电辅助滚压成型设备的立体结构示意图。
图2是本发明的带双侧凸筋板料电辅助滚压成型设备的主体剖面结构示意图。
图3是所述机体的立体结构示意图。
图4是所述V型槽的立体结构示意图。
图5是板料在机体内夹持状态的结构示意图。
图6是板料底端在V型槽槽底支撑状态的示意图。
图7是已成型的凸筋在V型槽槽体悬置状态的示意图。
图8是安装架板上各个组成部件的结构示意图之一。
图9是安装架板上各个组成部件的结构示意图之二。
图10是所述移动块的立体结构示意图。
图11是所述安装架板的顶板立体结构示意图。
图12是所述成型滚轮和导向滚轮的结构示意图；
图13是成型槽的局部放大结构示意图；
图14为本发明的带双侧凸筋板料的截面形状示意图。
图中：1机体、101 V型槽、102对位凹槽、103弹簧嵌槽、104导向孔、2成型滚轮、201成型槽、3安装架板、301导向杆、302导向套杆、303 V型导轨、304进出料口、4移动块、401 V型凸起、5左电极板、6右电极板、7脉冲电源发生器、8 V型槽块、801左楔形块、802右楔形块、803弹簧滑槽、804导向凸起、9第一弹簧、10导向滚轮、1001把手、11侧边卡轨、12第二弹簧、13液压供给系统、14液压缸、15压紧块、16标尺、17第三弹簧、100板料。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图14，一种带双侧凸筋板料，该板料的横截面形状呈“工”字型，即双侧带“T”形凸筋，包括主体和位于主体两端的凸筋。通过脉冲电流对板料坯料的端部进行局部通电实现局部区域升温加热，进而利用具有不同型槽结构的成型滚轮对该局部区域进行多道次连续局部加载滚压镦挤成型制得所述凸筋。该种双侧带“T”形凸筋的难变形材料薄板结构，凸筋由薄板通过局部塑性成型制造，其用于多种形式结构的组装焊接，可以将焊接结构中的角焊缝替换为平面对接焊缝，提高焊接界面结合强度，解决大尺寸薄板焊接结构焊接可靠性与变形控制问题，显著增加焊接结构的承载能力。
板料坯料为矩形金属板材，厚度为L0、高度为H0（如图中所示的两端的虚线部分及其之间等宽部分），长度根据焊接件的实际焊接长度而定，或根据带双侧凸筋板料电辅助滚压成型设备的额定成型长度而定，而后依据焊接长度将成型件切割形成所需长度的焊接件。滚压镦挤成型后制得的焊件（如图中所示的剖面线部分）的高度为H，制得的凸筋规格为：单侧厚度为s、高度为h，主体部分的厚度保持L0不变。由于两侧的“T”形凸筋采用相同的成型设备和工艺加工而成，因而两侧的“T”形凸筋在主体的两端为对称分布，且“T”形凸筋两侧对称成型。因此，根据体积不变原理，计算板料坯料与成型焊件之间的尺寸关系如下：单侧坯料压缩高度h0=（H0-H）/2，单侧坯料滚压镦挤高度（即坯料夹持后突出于夹持模具外侧的尺寸）为（h+h0），“T”形凸筋的整体厚度L=L0+2s，且满足等式：L0·h0=2h·s。根据前述关系，可根据坯料和成型工件的成型尺寸预先计算出单侧坯料的滚压镦挤高度，并根据坯料自身的导电性能、热塑性等物理特性，选择对应适合的成型模具和设定对应的滚压速度、镦挤压力、脉冲电流值等成型工艺参数。
本实施例中，坯料采用厚度为L0=2mm的矩形不锈钢板料，“T”形凸筋的单侧厚度为s=1mm、高度为h=2mm，则“T”形凸筋的整体厚度L=L0+2s=4mm，单侧坯料压缩高度h0=2h·s/L0=2mm，单侧坯料滚压镦挤高度为（h+h0）=4mm。
请参阅图1至图13，一种带双侧凸筋板料电辅助滚压成型设备，包括机体1、成型滚轮2、脉冲电源发生器7。机体1的顶面开设有V型槽101，V型槽101内活动设置有用于装夹板料100的V型槽块8。机体1为立方体状的基台，V型槽101沿机体1的顶面中心纵向设置（如图3所示），V型槽块8包括相对设置的左楔形块801和右楔形块802（如图4所示），左楔形块801和右楔形块802的外侧斜面分别与V型槽101的两侧斜面滑动贴合，且V型槽块8的底面与V型槽101的底面之间留有空隙（如图2和图5所示）。
具体的，左楔形块801和右楔形块802的外侧斜面上均设置有与外侧倾斜面倾斜方向一致的导向凸起804，V型槽101的斜面上设置有与导向凸起804相匹配的对位凹槽102。通过导向凸起804与对位凹槽102的配合，使得左楔形块801和右楔形块802均只能沿各自所在侧的V型槽101的斜面上、下移动而不会在机体1的纵向方向发生位置移动，以保证V型槽块8对多个板料100进行反复夹持过程中夹持位置的准确性和可靠性。在左楔形块801和右楔形块802的顶部同时施加相同的垂向压力时，左楔形块801和右楔形块802沿V型槽101的斜面同步向下移动，从而使二者相对的垂直侧面（板料夹持面）相互靠近，从而可将放置于夹持面内的板料100以垂直状态被夹持，在板料100的顶部进行滚压镦挤过程中，位于夹持面内的板料夹持段不发生镦粗和滑动。
显然地，也可在左楔形块801和右楔形块802的外侧斜面上设置导向凹槽，在V型槽101的斜面上设置导向凹槽相匹配的对位凸起，通过导向凹槽与对位凸起的滑动配合，实现左楔形块801和右楔形块802在V型槽内的导向限制。
如图6和图7所示，V型槽101的底部截面为梯形状，可使V型槽101的底部不发生应力集中，且V型槽101的底面中心开设有矩形截面的凹槽。在板料100首次进行滚压镦挤成型前的装夹过程中，可通过该凹槽作为板料100的底端支撑面和定位面，以使板料100可快速准确地夹持在V型槽块8中（如图6所示）；在板料100完成单侧滚压镦挤成型后，翻转板料并再次进行滚压镦挤成型前的二次装夹过程中，已成型的凸筋机构悬置于凹槽内上方（如图7所示），可对已成型的凸筋结构起到一定的防护作用。为此，左楔形块801和右楔形块802的底端截面也为梯形状，且各自的底面与V型槽101的槽底面之间留有一定的距离而形成一定的容纳空间，使已成型的凸筋可被容纳在该容纳空间内。
优选的，V型槽101的斜面上开设有弹簧嵌槽103（如图3所示，每个斜面上设置2个），弹簧嵌槽103的截面为半圆形。左楔形块801和右楔形块802的斜面上均开设有与弹簧嵌槽103相匹配的弹簧滑槽803（如图4所示），弹簧滑槽803的截面也为半圆形，且半径与弹簧嵌槽103相同，弹簧滑槽803的底端贯通至左楔形块801或右楔形块802的底面。弹簧嵌槽103和弹簧滑槽803内嵌装有第一弹簧9。在非加载状态下，左楔形块801和右楔形块802在自身重力作用下沿V型槽101的斜面下滑而相互靠近，当弹簧滑槽803的顶部侧壁下滑至第一弹簧9的顶端时，第一弹簧9发生轻微压缩而使左楔形块801和右楔形块802停留在V型槽101斜面上，使左楔形块801和右楔形块802之间的夹持面保持不小于板料100厚度的距离，以便板料100可从V型槽块8的侧面插入夹持面内并调整夹持位置；在加载状态下，左楔形块801和右楔形块802被下压而沿V型槽101的斜面继续向下移动，两个夹持面相互靠近而将板料100可靠夹持，第一弹簧9被进一步压缩。当滚压镦挤成型过程结束，左楔形块801和右楔形块802顶部的加载移除后，在第一弹簧9恢复力作用下，左楔形块801和右楔形块802被向上推动至初始的自然装配状态，板料100的两侧夹持面相互远离，便于板料100从V型槽块8的侧面取出。
如图5所示，左楔形块801和右楔形块802的顶面上分别通过螺栓固定连接有贴合于板料100顶部两侧侧面上的左电极板5和右电极板6，左电极板5和右电极板6通过导线与脉冲电源发生器7的其中一个输出电极端电性连接，成型滚轮2的外圆面中部开设有至少一个道次并位于板料100顶端上方的成型槽201，且成型滚轮2通过导线与脉冲电源发生器7的另一个输出电极端电性连接。当板料100被V型槽块8夹持后，左电极板5和右电极板6的内侧面分别与板料100的两个侧边贴合，当成型滚轮2的成型槽201滚压在板料100的顶端时，由脉冲电源发生器7产生的脉冲电流则通入板料100位于两个电极板上方的部分（被成型区域），通过脉冲电流的焦耳热效应和电致塑性效应加热被成型的局部区域并改善材料的成型性。由于在滚压镦挤成型过程中，左电极板5和右电极板6的侧面对板料100起到夹持作用、顶面对“T”形凸筋的侧边起到支撑作用，因此左电极板5和右电极板6采用具有高硬度、高耐磨性和高导电率的Al2O3/Cu电触头复合材料制成。同时，为避免100位于两个电极板下方的部分（非成型区域）被通入脉冲电流，且左楔形块801和右楔形块802具备高硬度和高耐磨性的性能和绝缘性能，因此左楔形块801和右楔形块802采用复合陶瓷耐磨材料制成。
机体1的顶部活动设置有可垂向移动的安装架板3，如图8和图9所示，安装架板3为由位于机体1纵向两端外侧的侧板和固定设置于两个侧板顶端的顶板组成的拱形架板。安装架板3的两侧内壁上活动连接有分别抵压在左电极板5和右电极板6顶面两端位置的压紧块15。具体的，压紧块15为长条矩形板，其顶面一体设置有活动杆，安装架板3的侧板内壁上固定设置有凸块，凸块内开设有垂向设置的轴孔，活动杆活动插设于轴孔内，且活动杆的外侧套设有第三弹簧17。第三弹簧17位于压紧块15和凸块之间。本设备在使用时，需要使用外部的施压装置对安装架板3的顶板施加垂向压力，以完成滚压镦挤成型过程。
优选的，安装架板3的两侧侧壁底端固定设置有导向杆301，机体1的两侧外壁上设置有凸缘，凸缘上开设有与导向杆301相匹配的导向孔104，导向杆301的底端分别对应地活动插入导向孔104内，且导向杆301的外侧套设有第二弹簧12。本实施例中，施压装置采用压力机，压力机的动力输出端对顶板的顶面施加垂向压力，使安装架板3垂直向下移动，此时第二弹簧12被压缩。进而从而使安装架板3内的四个压紧块15同步下降并同时分别紧压在左电极板5和右电极板6的顶面端部，进而同步地下压左楔形块801和右楔形块802，活动杆相对凸块上移，第三弹簧17处于压缩状态，通过反作用力使板料100侧面的夹紧力显著增大，进而使板料100被可靠夹持。通过导向杆301于导向孔104的配合，可保证安装架板3在机体1的顶部垂向移动。当安装架板3顶部的压力载荷撤去后，第二弹簧12恢复而使安装架板3垂直向上移动，进而第三弹簧17恢复。
安装架板3的两个侧板中下部开设有进出料口304，进出料口304位于左楔形块801和右楔形块802之间的夹持面正外侧，待滚压镦挤的板料100可从该进出料口304送入左楔形块801和右楔形块802之间进行夹持，滚压镦挤完成后的工件可由左楔形块801和右楔形块802的侧端及该进出料口304取出。进出料口304的顶端设置有标尺16，在板料100进行滚压镦挤成型前的装夹过程中，可通过V型槽101底部的凹槽作为板料100的底端支撑面和定位面，或通过标尺16对板料100的顶端进行定位，以使板料100可快速准确地夹持在V型槽块8中（如图6和图7所示所示）。
安装架板3的下方滑动设置有移动块4，成型滚轮2转动安装于移动块4内，安装架板3的侧面固定设置有驱动移动块4水平往复移动的滚轮驱动装置。本实施例中，滚轮驱动装置包括液压供给系统13和固定安装于安装架板3外侧面上的液压缸14，液压缸14的输出轴端与移动块4的侧面固定连接。通过液压供给系统13可驱动液压缸14的活塞杆按照既定的位移速度直线移动，从而推动移动块4水平往复移动，进而驱动成型滚轮2同步水平移动。成型滚轮2在水平移动过程中，其上的成型槽201将板料100的顶部侧端咬入，并在压力机施加在安装架板3顶面上的载荷作用下，与板料100的顶端因摩擦力而相对滚动，在相对滚动过程中，通过成型槽201的槽型对板料100的顶端进行滚压镦挤而实现塑形变形。
如图8和图9所示，安装架板3的两侧侧壁之间固定设置有2根均与板料100长度方向相平行的导向套杆302，移动块4滑动套接于导向套杆302的外侧。通过设置导向套杆302，可保证移动块4及成型滚轮2平移过程中的平行度，以使板料100的顶端两侧所受滚压镦挤的变形力均匀。优选的，安装架板3的顶壁底面上固定设置有与导向套杆302平行设置的V型导轨303（如图9所示），移动块4的顶面上固定设置有与V型导轨303滑动配合的V型凸起401（如图10所示）。通过V型凸起401与V型导轨303之间的配合，既可进一步保证移动块4的平移直线度，又可在压力机通过安装架板3给成型滚轮2提供滚压载荷时，防止板料100的顶部边缘凸筋成型时高度方向尺寸超差。
如图13所示，本实施例中，成型槽201包括三个道次成型腔（如图中所示型腔a、型腔b、型腔c），三个道次成型腔的横截面形状分依次为等腰梯形（型腔a）、等腰梯形（型腔b）和矩形（型腔c），三个道次成型腔的横截面积均相同，且三个道次成型腔的横截面高度依次减小、宽度依次增大。在滚压镦挤成型过程中，型腔a、型腔b、型腔c三个道次成型腔依次作用于板料100的顶端，且每个道次成型腔在板料100的顶部均往返滚压一次，通过垂向逐渐进给的方式完成板料100顶端的逐次滚压镦挤成型。当压力机对安装架板3的顶面施加垂向压力后，板材100被夹持固定，成型滚轮2也完成垂向定位，板材100（如图13中所示的虚线矩形框）的顶部位于第一道次成型腔（型腔a）内。第一道次成型腔的槽底面位于板材100顶面下方的距离为∆t1（即第一次滚压镦挤成型进给量），第二道次成型腔（型腔b）的槽底面位于第一道次成型腔（型腔a）的槽底面下方的距离为∆t2（即第二次滚压镦挤成型进给量），第三道次成型腔（型腔c）的槽底面位于第二道次成型腔（型腔b）的槽底面下方的距离为∆t3（即第三次滚压镦挤成型进给量），三次滚压镦挤成型进给量满足∆t1+∆t2+∆t3=h0。
成型滚轮2的转轴在移动块4内可轴向移动，成型滚轮2的转轴两端分别固定安装有导向滚轮10，导向滚轮10的圆周面上设置有与成型槽201的三个道次相对应的三道滚轮卡口，机体1的外侧面顶端固定设置有与导向滚轮10的三道滚轮卡口对应卡接的侧边卡轨11（如图5所示）。通过导向滚轮10上的三个滚轮卡口与侧边卡轨11的分别对应卡接，可实现成型滚轮2的三个道次成型腔在板材100顶部成型加工位置的快速切换和精准定位，同时也为成型滚轮2的直线运动起到导向作用。
优选的，导向滚轮10的外侧面上固定设置有把手1001，如图12所示。当滚轮驱动装置将成型滚轮2复位至初始位置时，两端的导向滚轮10位于侧边卡轨11的端部外侧，即与侧边卡轨11处于分离状态，此时可手动拉动把手1001使导向滚轮10及成型滚轮2同时沿轴向平移，切换导向滚轮10的滚轮卡口位置并重新与侧边卡轨11卡接，即可完成成型滚轮2的成型腔位置的切换。
该成型设备的工作原理为：待成型的板料100夹持于V型槽块8内，且板料100的顶部突出于左电极板5和右电极板6的顶面，安装架板3的顶部通过外部的施压装置对成型滚轮2施加垂向压力并实现成型滚轮2的垂向定位，脉冲电源发生器7对板料100的顶端进行分区导电，滚轮驱动装置推动成型滚轮2水平移动，成型滚轮2在行进过程中通过成型槽201连续咬合板料100的顶部并进行滚压镦挤成型。
一种带双侧凸筋板料电辅助滚压成型工艺，包括以下步骤：
设置工艺参数：根据待成型的板材的成型工艺参数设置脉冲电源发生器和滚轮驱动装置的参数；
在此步骤之前需要检查设备状态，确保脉冲电源发生器和滚轮驱动装置功能正常，特别是成型滚轮是否回归初始位置，V型槽的夹持面间隙是否对应成型滚轮成型槽的一道次成型腔位置，脉冲电源发生器与成型滚轮和两个电极板上的螺栓电极是否紧密连接，以及测量板料的厚度，根据体积不变原理计算出凸筋成型所需的板料高度，同时对板料与V型槽块进行油污处理与光整处理，以确保后续装夹效果。
（2）样品装配：将待滚压成型的板料装入左、右对称设置的V型槽块的中间夹持间隙内，并保证板料夹持时伸出模具顶部上方的长度达到预设的高度，通过施压装置的动力输出端对安装支架施加垂直向下的压力，进而通过压紧块对V型槽块顶部的左电极板和右电极板施加垂直向下的压力，使V型槽块在机体内同步向下移动并相互靠近，从而完成限位并将板料夹紧；
（3） 一道次成型：调整成型滚轮的轴向位置，使待成型的板料端部对应位于一道次成型腔的正下方位置，启动脉冲电源发生器持续工作预设的时长，使板料顶部局部升温软化，通过施压装置的动力输出端下压安装架板，随后启动滚轮驱动装置驱动成型滚轮水平移动，成型滚轮正向行进并滚压板材的顶端完成一道次一次成型，成型滚轮反向行进并复位，完成一道次二次成型，而后关闭所有电源；本实施例中，一道次一次成型的滚压镦挤成型进给量为0.8mm。
本步骤中，针对实施例中所述板料的材质及“T”形凸筋的成型参数，相关参数设置如下：脉冲电源发生器的输出稳流电流50A、频率50Hz；成型滚轮的水平进给速度为1mm/s；脉冲电源发生器持续工作预设时长为10s。以下各滚压镦挤成型步骤中采用与本步骤中相同的工艺参数。
（4）二道次成型：调整成型滚轮的轴向位置，使待成型的板料端部对应位于二道次成型腔的正下方位置，启动脉冲电源发生器持续工作预设的时长，使板料顶部局部升温软化，通过施压装置的动力输出端下压安装架板，随后启动滚轮驱动装置驱动成型滚轮水平移动，成型滚轮正向行进并滚压板材的顶端完成二道次一次成型，成型滚轮反向行进并复位，完成二道次二次成型，而后关闭所有电源；本实施例中，一道次一次成型的滚压镦挤成型进给量为0.5mm。
（5）三道次成型：调整成型滚轮的轴向位置，使待成型的板料端部对应位于三道次成型腔的正下方位置，启动脉冲电源发生器持续工作预设的时长，使板料顶部局部升温软化，通过施压装置的动力输出端下压安装架板，随后启动滚轮驱动装置驱动成型滚轮水平移动，成型滚轮正向行进并滚压板材的顶端完成三道次一次成型，成型滚轮反向行进并复位，完成三道次二次成型，而后关闭所有电源；本实施例中，一道次一次成型的滚压镦挤成型进给量为0.7mm。
（6）另一边成型：施压装置的动力输出端向上移动并复位，安装架板和成型滚轮向上移动并复位，将单边凸筋成型完成后的板料从端部中卸载下来，将板料围绕板料侧面法线旋转180°，重复步骤（2）~（5）过程，完成板料另一端凸筋的滚压成型；
（7）取出样品：施压装置的动力输出端向上移动并复位，安装架板和成型滚轮向上移动并复位，将成型完成的板料从V型槽块的中间装夹间隙中取出。
在本步骤之后需要对成型后的板料进行尺寸测量、均匀腐蚀性能测试、残余应力测试和金相组织观察并测得晶粒度大小，以确保成型工件的最终尺寸和性能符合预设的要求。
本发明基于局部加载板体积成型技术框架，创新地将电辅助成型技术与多道次滚压镦挤成型技术优势进行结合，利用其具有局部高能量密度、高效率、高柔性、高成型极限等优势，为解决难变形板料边缘凸筋成型制造瓶颈问题提供极具潜力的技术方案。针对难变形材料变形抗力大的问题，利用电辅助成型的电致塑性效应，通过分区导电来控制电流的空间分布，实现待成型区局部软化条件，形成了基于带型槽滚轮的连续局部加载复合电辅助成型从而降低成型载荷的成型方案。而针对凸筋板料易失稳难成型的问题，采用了多道次成型方案，在成型过程中通过控制局部凸模内多道次顶镦条件，逐步改变截面形状，从而实现大增厚比“T”型槽的增厚成型。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种带双侧凸筋板料电辅助滚压成型设备，其特征在于：包括机体（1）、成型滚轮（2）、脉冲电源发生器（7），所述机体（1）的顶面开设有V型槽（101），V型槽（101）内活动设置有用于装夹板料（100）的V型槽块（8），所述V型槽块（8）包括相对设置的左楔形块（801）和右楔形块（802），左楔形块（801）和右楔形块（802）的外侧斜面分别与V型槽（101）的两侧斜面滑动贴合，且V型槽块（8）的底面与V型槽（101）的底面之间留有空隙；
所述左楔形块（801）和右楔形块（802）的顶面上分别固定连接有贴合于板料（100）顶部两侧侧面上的左电极板（5）和右电极板（6），所述左电极板（5）和右电极板（6）通过导线与脉冲电源发生器（7）的其中一个输出电极端电性连接，成型滚轮（2）的外圆面中部开设有至少一个道次并位于板料（100）顶端上方的成型槽（201），且成型滚轮（2）通过导线与脉冲电源发生器（7）的另一个输出电极端电性连接；
所述机体（1）的顶部活动设置有可垂向移动的安装架板（3），所述安装架板（3）的两侧内壁上活动连接有分别抵压在左电极板（5）和右电极板（6）顶面两端位置的压紧块（15），安装架板（3）的下方滑动设置有移动块（4），所述成型滚轮（2）转动安装于移动块（4）内，安装架板（3）的侧面固定设置有驱动移动块（4）水平往复移动的滚轮驱动装置；
待成型的板料（100）夹持于V型槽块（8）内，且板料（100）的顶部突出于左电极板（5）和右电极板（6）的顶面，安装架板（3）的顶部通过外部的施压装置对成型滚轮（2）施加垂向压力并实现成型滚轮（2）的垂向定位，脉冲电源发生器（7）对板料（100）的顶端进行分区导电，滚轮驱动装置推动成型滚轮（2）水平移动，成型滚轮（2）在行进过程中通过成型槽（201）连续咬合板材（100）的顶部并进行滚压镦挤成型。
2.根据权利要求1所述的一种带双侧凸筋板料电辅助滚压成型设备，其特征在于：所述左楔形块（801）和右楔形块（802）的外侧斜面上均设置有与外侧倾斜面倾斜方向一致的导向凸起（804）或导向凹槽，所述V型槽（101）的斜面上设置有与导向凸起（804）相匹配的对位凹槽（102）或与导向凹槽相匹配的对位凸起。
3.根据权利要求2所述的一种带双侧凸筋板料电辅助滚压成型设备，其特征在于：所述V型槽（101）的斜面上开设有弹簧嵌槽（103），所述左楔形块（801）和右楔形块（802）的斜面上均开设有与弹簧嵌槽（103）相匹配的弹簧滑槽（803），所述弹簧嵌槽（103）和弹簧滑槽（803）内嵌装有第一弹簧（9）。
4.根据权利要求1所述的一种带双侧凸筋板料电辅助滚压成型设备，其特征在于：所述安装架板（3）的两侧侧壁之间固定设置有至少一根导向套杆（302），所述移动块（4）滑动套接于导向套杆（302）的外侧，安装架板（3）的顶壁底面上固定设置有与导向套杆（302）平行设置的V型导轨（303），所述移动块（4）的顶面上固定设置有与V型导轨（303）滑动配合的V型凸起（401）。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的一种带双侧凸筋板料电辅助滚压成型设备，其特征在于：所述成型槽（201）包括三个道次成型腔，三个道次成型腔的横截面形状分依次为等腰梯形、等腰梯形和矩形，三个道次成型腔的横截面积均相同，且三个道次成型腔的横截面高度依次减小、宽度依次增大。
6.根据权利要求5所述的一种带双侧凸筋板料电辅助滚压成型设备，其特征在于：所述成型滚轮（2）的转轴在移动块（4）内可轴向移动，成型滚轮（2）的转轴两端分别固定安装有导向滚轮（10），导向滚轮（10）的圆周面上设置有与成型槽（201）的三个道次相对应的三道滚轮卡口，所述机体（1）的外侧面顶端固定设置有与导向滚轮（10）的三道滚轮卡口对应卡接的侧边卡轨（11）。
7.一种带双侧凸筋板料电辅助滚压成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）设置工艺参数：根据待成型的板材的成型工艺参数设置脉冲电源发生器和滚轮驱动装置的参数；
（2）样品装配：将待滚压成型的板料装入左、右对称设置的V型槽块的中间夹持间隙内，并保证板料夹持时伸出模具顶部上方的长度达到预设的高度，通过施压装置的动力输出端对安装支架施加垂直向下的压力，进而通过压紧块对V型槽块顶部的左电极板和右电极板施加垂直向下的压力，使V型槽块在机体内同步向下移动并相互靠近，从而完成限位并将板料夹紧；
（3） 一道次成型：调整成型滚轮的轴向位置，使待成型的板料端部对应位于一道次成型腔的正下方位置，启动脉冲电源发生器持续工作预设的时长，使板料顶部局部升温软化，通过施压装置的动力输出端下压安装架板，随后启动滚轮驱动装置驱动成型滚轮水平移动，成型滚轮正向行进并滚压板材的顶端完成一道次一次成型，成型滚轮反向行进并复位，完成一道次二次成型，而后关闭所有电源；
（4）二道次成型：调整成型滚轮的轴向位置，使待成型的板料端部对应位于二道次成型腔的正下方位置，启动脉冲电源发生器持续工作预设的时长，使板料顶部局部升温软化，通过施压装置的动力输出端下压安装架板，随后启动滚轮驱动装置驱动成型滚轮水平移动，成型滚轮正向行进并滚压板材的顶端完成二道次一次成型，成型滚轮反向行进并复位，完成二道次二次成型，而后关闭所有电源；
（5）三道次成型：调整成型滚轮的轴向位置，使待成型的板料端部对应位于三道次成型腔的正下方位置，启动脉冲电源发生器持续工作预设的时长，使板料顶部局部升温软化，通过施压装置的动力输出端下压安装架板，随后启动滚轮驱动装置驱动成型滚轮水平移动，成型滚轮正向行进并滚压板材的顶端完成三道次一次成型，成型滚轮反向行进并复位，完成三道次二次成型，而后关闭所有电源；
（6）另一边成型：施压装置的动力输出端向上移动并复位，安装架板和成型滚轮向上移动并复位，将单边凸筋成型完成后的板料从端部中卸载下来，将板料围绕板料侧面法线旋转180°，重复步骤（2）~（5）过程，完成板料另一端凸筋的滚压成型；
（7）取出样品：施压装置的动力输出端向上移动并复位，安装架板和成型滚轮向上移动并复位，将成型完成的板料从V型槽块的中间装夹间隙中取出。
8.根据权利要求7所述的一种带双侧凸筋板料电辅助滚压成型工艺，其特征在于：在步骤（1）之前检查设备状态，确保脉冲电源发生器和滚轮驱动装置功能正常，以及测量板料的厚度，根据体积不变原理计算出凸筋成型所需的板料高度，同时对板料与V型槽块进行油污处理与光整处理，以确保后续装夹效果。
9.根据权利要求7所述的一种带双侧凸筋板料电辅助滚压成型工艺，其特征在于：在步骤（7）之后需要对成型后的板料进行尺寸测量、均匀腐蚀性能测试、残余应力测试和金相组织观察并测得晶粒度大小。
10.一种带双侧凸筋板料，其特征在于：该板料的横截面形状呈“工”字型，包括主体和位于主体两端的凸筋，通过脉冲电流对板料坯料的端部进行局部通电实现局部区域升温加热，进而利用具有不同型槽结构的成型滚轮对该局部区域进行多道次连续局部加载滚压镦挤成型制得所述凸筋。
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