CN213496776U - 双工具头局部加热加压渐进成形装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双工具头局部加热加压渐进成形装置，其特征在于：包括安装在铣床主轴上的连接臂环和与连接臂环固定连接的倒置U形支撑架，所述铣床主轴的下端连接有成形工具头，所述倒置U形支撑架上设有位于成形工具头正下方的加热工具头，所述成形工具头与加热工具头之间顶置有待加工的板材坯料。该双工具头局部加热加压渐进成形装置可降低非成形区域出现较大的有害变形，提高零件整体加工精度。

Description

双工具头局部加热加压渐进成形装置

技术领域：

本实用新型涉及一种金属材料加工装置，特别是一种双工具头局部加热加压渐进成形装置。

背景技术：

板材渐进成形作为一种柔性无模成形加工工艺，基于快速原型制造中的“分层制造”思想，通过对板材逐次局部变形代替整体成形以提高板材成形性能，广泛应用于产品试制、小批量、个性化定制生产，是当今先进制造技术的重要发展方向之一。

针对特殊领域个性化小批量结构件的迫切需求,该技术无模成形的优势能替代传统成形工艺成形出结构复杂、外形灵活度高的复杂薄壁结构件；金属板料渐进成形在常温条件下材料的成形性能明显优于普通成形，但是对于一些常温下塑性较差的材料，如镁合金、钛合金等，常温下成形仍然较困难，在加热条件下这些材料的塑性可以得到极大提高，因此渐进成形过程中通常需要进行加热辅助。

热成形和渐进成形相结合是近年来镁合金、钛合金等常温下难成形材料的常用成形方式，传统渐进成形的加热方式主要分为两种，整体加热和局部加热；其中，整体加热容易导致渐进成形过程中起支撑作用的非成形区域材料塑性提高，刚度下降，非成形区域出现较大的有害变形，导致误差增大，降低零件整体精度；而现有的局部加热渐进成形常采用的方式有激光加热、感应加热等，这些加热方式通常操作繁琐，需要软件、硬件的配合，需要比较昂贵的同步配套控制设备， 因此存在较多缺陷。

同时在渐进成形的过程中，由于其特有的无模成形的特点，板料底部缺少支撑体，板料在加工过程中并非纯粹的剪切变形，成形部分在一定范围内会对已成形部位产生一定的拉延减薄作用，存在牵连效应，使实际加工的板件厚度分布不均匀，容易出现裂纹或导致破裂，因此在一定程度上限制了渐进成形技术的发展与应用。

发明内容：

鉴于现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种双工具头局部加热加压渐进成形装置，该双工具头局部加热加压渐进成形装置可降低非成形区域出现较大的有害变形，提高零件整体加工精度。

本实用新型双工具头局部加热加压渐进成形装置，其特征在于：包括安装在铣床主轴上的连接臂环和与连接臂环固定连接的倒置U形支撑架，所述铣床主轴的下端连接有成形工具头，所述倒置U形支撑架上设有位于成形工具头正下方的加热工具头，所述成形工具头与加热工具头之间顶置有待加工的板材坯料。

进一步的，上述倒置U形支撑架包括横向连接臂、竖向连接臂、支撑杆和支撑板，所述连接臂环呈抱箍状，其通过4组螺栓螺母锁紧固定在铣床主轴上，同时通过连接臂环侧部两组螺栓使连接臂环与横向连接臂第一端部固定连接，横向连接臂第二端部上设置有两个横向滑槽，竖向连接臂上端部上设置有一个竖向滑槽，横向滑槽与竖向滑槽垂直贴近设置，在横向连接臂与竖向连接臂的相贴部位表面设有连接滑块，所述连接滑块上设置有装配固定横向滑槽与竖向滑槽的矩形通孔，横向连接臂、竖向连接臂与连接滑块之间通过两组螺栓螺母连接固定，竖向连接臂的下端与固定连接块通过两组螺栓螺母固定连接，固定连接块、支撑杆与支撑板形成一体，在支撑板上设有所述的加热工具头。

进一步的，上述加热工具头包括设在支撑板上表面上的导柱、套设在导柱上的加热头和设在加热头下部与导柱之间的弹簧，加热头的下部具有缩径导套，该缩径导套体内具有凹槽孔，该凹槽孔套在导柱上，弹簧套在缩径导套外围，该弹簧使加热头与支撑板之间具有压缩间隙。

进一步的，上述加热工具头内装有U形加热电阻丝，用于实现对加热工具头所顶置的板材坯料的局部加热，加热工具头上位于U形加热电阻丝下方设置有隔热板，加热工具头外表面通过耐高温胶布连接有热电偶，用于测量和反馈加热工具头的加热温度，热电偶与U形加热电阻丝通过引线与温度控制器相连。

进一步的，上述铣床主轴是普通铣床主轴或数控铣床主轴。

进一步的，上述待加工的板材坯料的厚度为0.1-30mm，竖向滑槽的长度大于30mm。

本实用新型双工具头局部加热加压渐进成形装置的工作方法，其特征在于：所述双工具头局部加热加压渐进成形装置包括安装在铣床主轴上的连接臂环和与连接臂环固定连接的倒置U形支撑架，所述铣床主轴的下端连接有成形工具头，所述倒置U形支撑架上设有位于成形工具头正下方的加热工具头，所述成形工具头与加热工具头之间顶置有待加工的板材坯料；工作时，将倒置U形支撑架安装在连接臂环上，使倒置U形支撑架上的加热工具头正对成形工具头，并且使待加工的板材坯料顶置在成形工具头与加热工具头之间，加热工具头持续加热，使加热工具头所顶置的待加工的板材坯料受热软化，随着铣床主轴沿x、y、z三向移动，即使成形工具头推动受热软化板材坯料相应区域产生变形，实现板材坯料的渐进加工成形。

进一步的，上述加热工具头内装有U形加热电阻丝，用于实现对加热工具头所顶置的板材坯料的局部加热，加热工具头上位于U形加热电阻丝下方设置有隔热板，加热工具头外表面通过耐高温胶布连接有热电偶，用于测量和反馈加热工具头的加热温度，热电偶与U形加热电阻丝通过引线与温度控制器相连；接触式热电偶在整个加工过程中监测加热工具头表面的温度，将温度信息传输给温度控制器，温度控制器接收到热电偶的反馈信号，控制U形加热电阻丝的功率、通断电、温度使加热工具头附近板材坯料的温度稳定在一定温度区间。

本实用新型创造解决了现有技术存在的以下问题:1)避免传统渐进成形整体加热容易导致非成形区域出现较大的有害变形，以及避免了对零件整体精度的降低，以及避免现有局部加热方式存在设备昂贵，操作复杂等缺陷；2）避免渐进成形过程中板料底部缺少支撑体，易使加工后的板件厚度分布不均匀和存在牵连效应导致裂纹出现影响成形质量等问题。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

附图说明：

图1是本实用新型的主视构造示意图；

图2是连接臂环的俯视图；

图3是加热工具头的局部剖面图；

图4是加热工具头的局部剖面图。

具体实施方式：

为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

本实用新型双工具头局部加热加压渐进成形装置包括安装在铣床主轴1上的连接臂环2和与连接臂环2固定连接的倒置U形支撑架A，所述铣床主轴1的下端连接有成形工具头3，所述倒置U形支撑架A上设有位于成形工具头正下方的加热工具头11，所述成形工具头3与加热工具头11之间顶置有待加工的板材坯料4，上述倒置U形支撑架A包括横向连接臂5、竖向连接臂7、支撑杆9和支撑板10，连接臂环2呈抱箍状，其通过4组螺栓螺母锁紧固定在铣床主轴1上，同时通过连接臂环2侧部两组螺栓使连接臂环2与横向连接臂5第一端部固定连接，横向连接臂第二端部上设置有两个横向滑槽501，竖向连接臂7上端部上设置有一个竖向滑槽701，横向连接臂5和竖向连接臂7均呈扁杆状，横向滑槽501与竖向滑槽701垂直贴近设置，在横向连接臂与竖向连接臂的相贴部位表面设有连接滑块6，所述连接滑块6上设置有装配固定横向滑槽与竖向滑槽的矩形通孔601，横向连接臂5、竖向连接臂7与连接滑块6之间通过两组螺栓螺母连接固定，竖向连接臂7的下端与固定连接块8通过两组螺栓螺母固定连接，固定连接块8、支撑杆9与支撑板10形成一体，在支撑板上设有所述的加热工具头11。

该成形工具头3与加热工具头11相对的端部均呈球面形，该球面形的表面有利于加热加压渐进成形。

为了满足不同的压力需要，防止牵连效应导致裂纹出现影响成形质量等问题，

上述加热工具头11包括设在支撑板上表面上的导柱16、套设在导柱上的加热头18和设在加热头18下部与导柱16之间的弹簧13，加热头18的下部具有缩径导套19，该缩径导套体内具有凹槽孔20，该凹槽孔20套在导柱16上，弹簧13套在缩径导套19外围，该弹簧使加热头与支撑板之间具有压缩间隙，该压缩间隙可以在10-50mm，即弹簧的压缩行程在10-50mm，在受到外力作用时，加热头可更加靠近支撑板10，通过该弹簧，可以缓冲成形工具头3与加热工具头11相对的作用力。

为了实现较好的加热，该加热工具头11内装有U形加热电阻丝12，该U形加热电阻丝12的加热功率可以在500-3000瓦，用于实现对加热工具头所顶置的板材坯料4的局部加热，加热工具头11上位于U形加热电阻丝下方设置有隔热板17，加热工具头外表面通过耐高温胶布连接有热电偶14，用于测量和反馈加热工具头的加热温度，热电偶与U形加热电阻丝通过引线与温度控制器相连；接触式热电偶在整个加工过程中监测加热工具头表面的温度，将温度信息传输给温度控制器，温度控制器接收到热电偶的反馈信号，控制U形加热电阻丝的功率、通断电、温度使加热工具头附近板材坯料的温度稳定在一定温度区间。

为了满足不同设备上的使用，上述铣床主轴是普通铣床主轴或数控铣床主轴，即连接臂环2和倒置U形支撑架A可以安装在普通铣床主轴或数控铣床主轴上，当为普通铣床主轴时，需要操作员来操作，当为数控铣床主轴时，即可由数控自动完成，无论是普通铣床或数控铣床，其横向或纵向的行进速度均需要较慢，可以控制在10-30mm/分钟。

为了满足加工需要，上述待加工的板材坯料的厚度可以为0.1-30mm，竖向滑槽的长度大于30mm，通过调节连接滑块6在纵向滑槽中的连接位置可以控制弹簧13的压紧程度，从而控制加热工具头11对坯料4施加的背压力大小，还可以控制加热工具头11与成形工具头3之间的相对距离，因此横向滑槽501、竖向滑槽701和连接滑块6连接位置的构造起到重要调节作用。

本实用新型双工具头局部加热加压渐进成形装置的使用过程：

首先将所需成形坯料4装夹在工作台上，通过螺栓连接使连接装置固定在铣床主轴1上，调节连接滑块6在竖向滑槽701上的位置，使坯料4下方的加热工具头11对准成形工具头3，并且压紧坯料4，对坯料4施加背压，打开温度控制器15，设置目标温度，温度控制器15控制U形加热电阻丝12工作，将加热工具头11加热到目标温度，铣床主轴1带动成形工具头3开始按照加工轨迹运动，成形过程中坯料4下方的加热工具头11伴随成形工具头3运动，对坯料4的成形区域局部加热，远离加热工具头11的坯料4非成形区域自然冷却，并且加热工具头11始终压紧坯料4对其施加背压，直到成形工具头3加工轨迹完成，成形过程结束，关闭温度控制器15，U形加热电阻丝12电源断开。

本产品是在传统单点渐进成形加热装置的基础上进行结构创新设计，利用可移动调节的连接装置与加热工具头相结合，利用压缩弹簧的作用对板料施加背压，结合U形加热电阻丝对板料进行局部加热，始终使成形区域受到加热提高塑性，使非成形区域远离热源提高刚度，它具有以下几个优点：

1）该装置中的加热工具头随主轴运动对板料进行局部加热，使得板料塑性成形区域集中在成形工具头附近，解决了整体加热渐进成形过程中起支撑作用的非成形区域材料塑性也得到提高，刚度下降导致非成形区域在成形过程中出现较大的有害变形，误差增大，降低零件整体精度。

2）通过压紧弹簧使加热工具头对板料下方施加背压解决了目前渐进成形负成形加工板料时缺少下支撑体的问题，同时加热工具头施加在板料下表面的力小于成形工具头的成形力与材料的屈服应力，有益于板料加工过程中壁厚的均匀分布，防止牵连力引发的板料局部区域过度减薄所引发的断裂，并且施加背压对减少板料的回弹具有一定作用。

3）可滑动伸缩调节的连接装置有利于控制支撑板与板料下表面的距离，从而控制弹簧的压紧程度，进一步控制加热工具头对板料施加的背压力大小，同时也可以调节下方加热工具头与成形工具头之间的相对位置，实现非同心加热，可以对非加工点的板料进行提前预热。

4）加热电阻丝采用U形绕制的结构，更贴合加热工具头表面形状，有利于提高加热工具头的加热效率，提高了加热工具头表面温度的均匀性，缩短了加热工具头加热板料时局部加热升温所需时间。

5）接触式热电偶安装在加热工具头的表面，可以随工具头移动，实时对加热工具头的温度进行监测和反馈，同时U形加热电阻丝与热电偶和温度控制器相连，有利于对加热工具头成形温度的控制。

用途：国防装备、航空航天、汽车覆盖件、生物医疗器械等领域常温下难成形复杂薄壁结构件的加工。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (6)

1.一种双工具头局部加热加压渐进成形装置，其特征在于：包括安装在铣床主轴上的连接臂环和与连接臂环固定连接的倒置U形支撑架，所述铣床主轴的下端连接有成形工具头，所述倒置U形支撑架上设有位于成形工具头正下方的加热工具头，所述成形工具头与加热工具头之间顶置有待加工的板材坯料。

2.根据权利要求1所述的双工具头局部加热加压渐进成形装置，其特征在于：所述倒置U形支撑架包括横向连接臂、竖向连接臂、支撑杆和支撑板，所述连接臂环呈抱箍状，其通过4组螺栓螺母锁紧固定在铣床主轴上，同时通过连接臂环侧部两组螺栓使连接臂环与横向连接臂第一端部固定连接，横向连接臂第二端部上设置有两个横向滑槽，竖向连接臂上端部上设置有一个竖向滑槽，横向滑槽与竖向滑槽垂直贴近设置，在横向连接臂与竖向连接臂的相贴部位表面设有连接滑块，所述连接滑块上设置有装配固定横向滑槽与竖向滑槽的矩形通孔，横向连接臂、竖向连接臂与连接滑块之间通过两组螺栓螺母连接固定，竖向连接臂的下端与固定连接块通过两组螺栓螺母固定连接，固定连接块、支撑杆与支撑板形成一体，在支撑板上设有所述的加热工具头。

3.根据权利要求1或2所述的双工具头局部加热加压渐进成形装置，其特征在于：所述加热工具头包括设在支撑板上表面上的导柱、套设在导柱上的加热头和设在加热头下部与导柱之间的弹簧，加热头的下部具有缩径导套，该缩径导套体内具有凹槽孔，该凹槽孔套在导柱上，弹簧套在缩径导套外围，该弹簧使加热头与支撑板之间具有压缩间隙。

4.根据权利要求3所述的双工具头局部加热加压渐进成形装置，其特征在于：所述加热工具头内装有U形加热电阻丝，用于实现对加热工具头所顶置的板材坯料的局部加热，加热工具头上位于U形加热电阻丝下方设置有隔热板，加热工具头外表面通过耐高温胶布连接有热电偶，用于测量和反馈加热工具头的加热温度，热电偶与U形加热电阻丝通过引线与温度控制器相连。

5.根据权利要求1所述的双工具头局部加热加压渐进成形装置，其特征在于：所述铣床主轴是普通铣床主轴或数控铣床主轴。

6.根据权利要求1所述的双工具头局部加热加压渐进成形装置，其特征在于：所述待加工的板材坯料的厚度为0.1-30mm，竖向滑槽的长度大于30mm。

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