CN218224254U - 局部动态加热与成形一体式渐进成形装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种局部动态加热与成形一体式渐进成形装置，包括框架，框架内安装有主轴，主轴下端伸出框架，形成伸出端，伸出端下安装有工具头夹具，工具头夹具下端中部安装有渐进成形刀具，工具头夹具下端周侧安装有冷却系统，工具头夹具下端于渐进成形刀具设置有热风加热系统。本实用新型设计合理，局部加热时非成形区域可在冷风的作用下仍处于温度较低的状态，提高零件的精度，解决全局加热时零件整体精度低和无法加工大尺寸零件的问题；同时，本装置将局部加热与局部成形同步进行，无需引入额外的控制系统来协调成形与加热的运动；通过冷却、加热系统分别让成形区域得到加热而非成形区域得到冷却，确保加热点周围有足够高的温度梯度。

Description

局部动态加热与成形一体式渐进成形装置

技术领域

本实用新型涉及一种局部动态加热与成形一体式渐进成形装置。

背景技术

渐进成形技术作为一种数字化柔性成形技术，也称增量成形技术，该技术运用“分层制造”的思想，将复杂形状零件的三维特征分解成一系列二维平面的加工轨迹，再利用通用CAD/CAM软件把加工轨迹转变成数控机床能识别的编程指令，利用机床主轴带动渐进成形刀具沿预先设计的加工轨迹对板料施加连续局部塑性变形来加工板料，最终获得所需零件。由于该技术无需模具，开发成本低，拥有改善零件成形性和减少成形力等优点，因此在制造业领域有着极大的应用，目前，在这些领域里用到的材料大多是的合金材料和聚合物，这些材料室温下难成形或成形后产品的成形精度低而成为制约渐进成形技术推广的主要因素，但这些材料可以通过加热提高塑性变形能力，且在渐进成形过程中加热板材已被证明可以改善成形板材的延展性和增强其可成形性。

局部动态加热时，加热区域处于高温状态，属于局部低屈服强度区域，具有更好的延展性；非加热区域仍处于低温，保持高刚度，板料温度梯度大。且加热有助于降低成形力，零件加工后回弹减小，表明零件成形精度提高。

热辅助渐进成形技术利用施加外部热量来改善成形性。提供热量的方式多样，包括摩擦、激光、感应加热和焦耳效应。但目前已有的局部加热的方法存在适用性低或设备昂贵的问题，例如摩擦加热会造成板材磨损从而降低成形精度；激光加热渐进成形装置需要用两个数控系统分别控制机器人和激光定位从而导致该控制系统的硬件和维修的成本较高；感应加热不适合聚合物板料的加工；而局部自阻加热只适合进行电阻率较大的金属材料的加工。而且在局部加热时因为加热点随着刀具在不断移动，所以很难测量成形区的温度，另外随着成形时间的增加，板料的温度也在不断增加，较难在恒温状态下加工。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种局部动态加热与成形一体式渐进成形装置，解决上述技术方案存在的问题。

本发明采用以下方案实现：一种局部动态加热与成形一体式渐进成形装置，包括框架，所述框架内安装有主轴，所述主轴下端伸出框架，形成伸出端，所述伸出端下安装有工具头夹具，所述工具头夹具下端中部安装有渐进成形刀具，所述工具头夹具下端周侧安装有冷却系统，所述工具头夹具下端于渐进成形刀具设置有热风加热系统。

进一步的，所述工具头夹具为柱形，工具头夹具的上端通过法兰与主轴连接，所述工具头夹具的下端中部设置有刀具固定座，所述工具头夹具的柄部通过螺栓锁固于刀具固定座内。

进一步的，所述冷却系统的输入端与热风加热系统的输入端经一三通管并连至一风源上，所述风源的输出端经管路与三通管的输入端连接，所述三通管的两个输出端分别与冷却系统的输入端与热风加热系统的输入端连接，所述三通管上对应冷却系统的输出端上设置有止风夹。

进一步的，所述冷却系统包括环形出风座，所述环形出风座的内环面螺固于工具头夹具的下端外周侧，所述环形出风座的底面上开设有环形出风槽，所述环形出风座的外周上开设有与环形出风槽连通的冷风进口，所述冷风进口经管路与三通管的输出端连接。

进一步的，所述工具头夹具内部设置热风流动腔，所述工具头夹具的下端面上于刀具固定座周侧圆周均布有若干热风出口，所述热风加热系统包括加热装置，所述加热装置安装于框架上，所述加热装置的输入端经管路与三通管的输出端连接，所述工具头夹具上部周侧上开设有与热风流动腔连通的热风进口，所述热风进口与加热装置的输出端经热风保温管连接。

进一步的，所述工具头夹具的底部上安装有导流罩，所述导流罩包括环形固定板，环形固定板螺固于工具头夹具的底部上，热风出口位于环形固定板内环内侧，所述环形固定板的外周上设置有向外倾斜的冷风导罩，所述环形固定板的内环边缘上设置有向内倾斜的倒锥形热风导罩，倒锥形热风导罩的中部设置有供渐进成形刀具伸出以及热风输出的开口。

进一步的，所述框架上设置有温控器，所述环形出风座外周上竖直安装有支撑杆，支撑杆的下端朝向成型点，支撑杆的下端安装有红外测温探头，所述支撑杆的上端与温控器连接。

进一步的，所述环形出风座外周上设置有导向座，导向座内对应支撑杆开设有竖直导向孔，所述支撑杆套装于竖直导向孔内。

进一步的，所述温控器分别与红外测温探头、加热装置电连。

与现有技术相比，本实用新型有以下有益效果：设计合理，局部加热时非成形区域可在冷风的作用下仍处于温度较低的状态，提高零件的精度，解决全局加热时零件整体精度低和无法加工大尺寸零件的问题；同时，本装置将局部加热与局部成形同步进行，无需引入额外的控制系统来协调成形与加热的运动，而且利用热风局部加热的方法也解决了现有的一些局部加热装置能耗高的问题；通过红外测温探头测出板料加热区域温度并将信号反馈到温控器，温控器再控制加热装置，进而使板料加热区域温度恒定；导流罩的结构让成形区域得到加热而非成形区域得到冷却，确保加热点周围有足够高的温度梯度。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的局部剖视图；

图3为本实用新型实施例的热风保温管细节图；

图4为本实用新型实施例的环形出风座剖视图；

图5为本实用新型实施例的导流罩剖视图；

图6为本实用新型实施例的冷热风流动轨迹图。

图中：1-框架；2-主轴；3-工具头夹具；4-渐进成形刀具；5-冷却系统；6-热风加热系统；7-法兰；8-刀具固定座；9-三通管；10-风源；11-止风夹；12-环形出风座；13-环形出风槽；14-冷风进口；15-热风流动腔；16-热风出口；17-加热装置；18-热风进口；19-热风保温管；20-导流罩；21-环形固定板；22-冷风导罩；23-倒锥形热风导罩；24-温控器；25-支撑杆；26-红外测温探头；27-导向座；28-板料；29-工装夹具。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，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。

如图1-6所示，本实施例提供了一种局部动态加热与成形一体式渐进成形装置，包括框架1，所述框架内安装有主轴2，所述主轴下端伸出框架，形成伸出端，所述伸出端下安装有工具头夹具3，所述工具头夹具下端中部安装有渐进成形刀具4，所述工具头夹具下端周侧安装有冷却系统5，所述工具头夹具下端于渐进成形刀具设置有热风加热系统6。

在本实施例中，所述工具头夹具为柱形，工具头夹具的上端通过法兰7与主轴连接，即主轴的端部上螺固有法兰套，法兰套的下端周侧设置有法兰，法兰与工具头夹具的上端周侧螺固，所述工具头夹具的下端中部设置有刀具固定座8，所述工具头夹具的柄部通过螺栓锁固于刀具固定座内，即刀具固定座侧壁内横置有至少一个用于卡住工具头夹具的柄部的螺栓。

在本实施例中，所述冷却系统的输入端与热风加热系统的输入端经一三通管9并连至一风源10上，所述风源的输出端经管路与三通管的输入端连接，所述三通管的两个输出端分别与冷却系统的输入端与热风加热系统的输入端连接，所述三通管上对应冷却系统的输出端上设置有止风夹11，止风夹的开合，进而控制冷却系统的开启与关闭，风源可以是鼓风机等多种进风装置。

在本实施例中，所述冷却系统包括环形出风座12，所述环形出风座的内环面螺固于工具头夹具的下端外周侧，所述环形出风座的底面上开设有环形出风槽13，所述环形出风座的外周上开设有与环形出风槽连通的冷风进口14，所述冷风进口经管路与三通管的输出端连接，使冷风连贯地进入环形出风座，环形出风槽内环侧设置有内螺纹，工具头夹具的外端周侧对应内螺纹设置有外螺纹，实现螺接。

在本实施例中，所述工具头夹具内部设置热风流动腔15，所述工具头夹具的下端面上于刀具固定座周侧圆周均布有若干热风出口16，热风出口可以是弧形环状，本装置采用4个热风出口，所述热风加热系统包括现有的加热装置17，所述加热装置安装于框架上，所述加热装置的输入端经管路与三通管的输出端连接，所述工具头夹具上部周侧上开设有与热风流动腔连通的热风进口18，所述热风进口与加热装置的输出端经热风保温管19连接，加热装置可以是现有的带电热丝的通道，也可以是其他任一用于加热风的加热装置，只要可以实现加热即可。

在本实施例中，所述工具头夹具的底部上安装有导流罩20，所述导流罩包括环形固定板21，环形固定板螺固于工具头夹具的底部上，热风出口位于环形固定板内环内侧，环形固定板不超出工具头夹具底端周侧，所述环形固定板的外周上设置有向外倾斜的冷风导罩22，冷风通过冷风导罩对非成形区域进行冷却，所述环形固定板的内环边缘上设置有向内倾斜的倒锥形热风导罩23，倒锥形热风导罩使得热风可以更加集中于加工的点上，倒锥形热风导罩的中部设置有供渐进成形刀具伸出以及热风输出的开口。

在本实施例中，所述框架上设置有现有的温控器24，所述环形出风座外周上竖直安装有支撑杆25，支撑杆的下端朝向成型点，支撑杆的下端安装有现有的红外测温探头26，所述支撑杆的上端与温控器连接，支撑杆内部可以放置相连红外测温探头与温控器的电线。

在本实施例中，所述环形出风座外周上设置有导向座27，导向座内对应支撑杆开设有竖直导向孔，所述支撑杆套装于竖直导向孔内。

在本实施例中，所述温控器分别与红外测温探头、加热装置电连，温控器接受红外测温探头的反馈，然后通过控制加热装置的发热元件进而控制热风的温度。

在本实施例中，使用时，板料28夹持固定于工作台或工装夹具29上，工作台或工装夹具位于本装置正下方，框架与主轴位于工作台上方的主机下。

在本实施例中，使用时，首先将成形板材安装于于工作台；单点渐进成形局部热风加热装置开始工作时，开启风源、加热装置和温控器的电源，可调节风源可以根据要求来调节风速，可调节风源产生的冷风从经过三通管进而变成两股冷风。一股冷风进入加热装置被加热，然后通过热风保温管传输到工具头夹具，最终从导流罩的向里的锥形面吹向板料并加热，导流罩的结构可以使板料的加热区域的温度达到均匀且集中的效果；另一股冷风运输到冷风环形出风座，导流罩的向外的锥形面向板料扩散，起到了冷却非成形区域的作用，从而使得加热点周围有较高的温度梯度（冷热风流动方向如附图6里箭头所示）。

待热风温度和速度达到设定值后，开启渐进成形机床，安装在渐进成形机床主轴的成形工具头开始工作，此时吹向板料的热风与渐进成形刀具同步运动，使板料局部加热与局部成形同步。在加工过程中，热风加热系统可以对板料进行温度测量和控制热风温度，当渐进成形刀具移动时，通过红外测温探头测出板料加热区域温度并将温度输送到温控器，温控器再控制加热装置，通过相应地调整热风温度进而控制板材表面的温度，进而使板料加热区域温度恒定，以此来改善热风与板料的传热。随着加热与成形时间的增加，输入到板料的热量也在不断增加，此时冷却系统的存在可以保证非成形区域的刚度，提高了成形板材的成形精度。成形板材加工完成后，成形工具头停止运动，先关闭加热装置开关，此时热风的传输停止，等待一段时间后再关闭可调节风源，目的是冷却加热装置里的发热元件，至此，渐进成形加工过程全部结束。

本装置具有以下优点：

1）吹向成形板料的热风与渐进成形刀具同步运动，因此成形板材只有成形区域被加热，该区域塑性较好，非成形区域在冷却系统的作用下仍处于较低温度，刚度较大，这样可以使零件的成形精度提高，对提高热辅助渐进成形技术的商业应用价值具有重大意义；

2）将红外测温探头安装在成形工具头上，当渐进成形刀具移动时，能够精确测量板料上成形区域温度，解决局部加热很难测量成形区域的温度的问题，本装置还可以通过相应地调整热风供热来调节板材表面的温度，使板料加热区域温度较恒定，以此来改善热风与板料的传热；

3）相比与其他加热方式的装置，本装置的成本更低，整体功能更全面，且集冷风冷却与热风加热功能于一体。能实现的功能如下：首先是可以达到板料局部成形与局部加热的目的；其次是可以满足成形过程中的板料温度的实时测量与调控；最后，本装置可以实现非成形区域的冷却功能，让成形点与周围非成形区域有大的温度梯度，实现局部加热的优势；

4）装置安全性和适用性高，在安装成形工具头时无需改装机床，待空气在加热装置加热完毕后再通入成形工具头内，改善成形工具头的受热情况和温度分布情况，提高了系统稳定性，也提高工作人员的操作安全性和灵活性；

5）热风保温管的应用可以减少热风在整个装置运输时的热量损失，V形保护及导流罩的结构既可以让热风沿着锥形面流动从而使热风更加集中，减少热风与室温空气的对流传热，从而减少热量损失，起到热风保护罩的作用；又可以让从环形出风器吹出来的冷风沿着向外的锥形面吹向非成形区域并对其冷却；

6）该装置不用单独引进的冷却控制系统就可以实现对非成形区域的冷却，该装置的可调节风源既可以满足热风对风源的需求，又可以为冷却系统提供冷风，通过采用比较特殊的局部加热和冷却方式，使得装置的能耗少，且适用性好，冷却系统与热风加热及温控系统互不干扰，可以根据加工要求来选择是否开启这两个系统，满足不同工况。

上述本实用新型所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本实用新型才公开部分数值以举例说明本实用新型的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本实用新型创造保护范围的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

本实用新型如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系例如“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制，且上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的形状。

本实用新型提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

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 (9)

1.一种局部动态加热与成形一体式渐进成形装置，其特征在于，包括框架，所述框架内安装有主轴，所述主轴下端伸出框架，形成伸出端，所述伸出端下安装有工具头夹具，所述工具头夹具下端中部安装有渐进成形刀具，所述工具头夹具下端周侧安装有冷却系统，所述工具头夹具下端于渐进成形刀具设置有热风加热系统。

2.根据权利要求1所述的局部动态加热与成形一体式渐进成形装置，其特征在于，所述工具头夹具为柱形，工具头夹具的上端通过法兰与主轴连接，所述工具头夹具的下端中部设置有刀具固定座，所述工具头夹具的柄部通过螺栓锁固于刀具固定座内。

3.根据权利要求2所述的局部动态加热与成形一体式渐进成形装置，其特征在于，所述冷却系统的输入端与热风加热系统的输入端经一三通管并连至一风源上，所述风源的输出端经管路与三通管的输入端连接，所述三通管的两个输出端分别与冷却系统的输入端与热风加热系统的输入端连接，所述三通管上对应冷却系统的输出端上设置有止风夹。

4.根据权利要求3所述的局部动态加热与成形一体式渐进成形装置，其特征在于，所述冷却系统包括环形出风座，所述环形出风座的内环面螺固于工具头夹具的下端外周侧，所述环形出风座的底面上开设有环形出风槽，所述环形出风座的外周上开设有与环形出风槽连通的冷风进口，所述冷风进口经管路与三通管的输出端连接。

5.根据权利要求4所述的局部动态加热与成形一体式渐进成形装置，其特征在于，所述工具头夹具内部设置热风流动腔，所述工具头夹具的下端面上于刀具固定座周侧圆周均布有若干热风出口，所述热风加热系统包括加热装置，所述加热装置安装于框架上，所述加热装置的输入端经管路与三通管的输出端连接，所述工具头夹具上部周侧上开设有与热风流动腔连通的热风进口，所述热风进口与加热装置的输出端经热风保温管连接。

6.根据权利要求5所述的局部动态加热与成形一体式渐进成形装置，其特征在于，所述工具头夹具的底部上安装有导流罩，所述导流罩包括环形固定板，环形固定板螺固于工具头夹具的底部上，热风出口位于环形固定板内环内侧，所述环形固定板的外周上设置有向外倾斜的冷风导罩，所述环形固定板的内环边缘上设置有向内倾斜的倒锥形热风导罩，倒锥形热风导罩的中部设置有供渐进成形刀具伸出以及热风输出的开口。

7.根据权利要求5所述的局部动态加热与成形一体式渐进成形装置，其特征在于，所述框架上设置有温控器，所述环形出风座外周上竖直安装有支撑杆，支撑杆的下端朝向成型点，支撑杆的下端安装有红外测温探头，所述支撑杆的上端与温控器连接。

8.根据权利要求7所述的局部动态加热与成形一体式渐进成形装置，其特征在于，所述环形出风座外周上设置有导向座，导向座内对应支撑杆开设有竖直导向孔，所述支撑杆套装于竖直导向孔内。

9.根据权利要求7所述的局部动态加热与成形一体式渐进成形装置，其特征在于，所述温控器分别与红外测温探头、加热装置电连。

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