一種航空輕合金板材差溫漸進(jìn)成形方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種航空輕合金板材差溫漸進(jìn)成形方法及裝置，該方法的具體步驟如下：首先將航空輕合金板材固定在含有導(dǎo)熱油槽的支撐底座上，導(dǎo)熱油槽包括管路、加熱裝置、溫控裝置和油液面高度檢測與控制系統(tǒng)，將導(dǎo)熱油注入到導(dǎo)熱油槽中直至導(dǎo)熱油接觸到板材，通過加熱裝置和溫控裝置將導(dǎo)熱油加熱，確保板材溫度達(dá)到所需溫度及溫度均勻，然后選擇合適的漸進(jìn)成形工藝進(jìn)行溫漸進(jìn)成形，在成形過程中，通過油液面高度檢測與控制系統(tǒng)，實時測量導(dǎo)熱油液面的高度，并實現(xiàn)液面高度動態(tài)調(diào)整，使未成形的部分始終接觸導(dǎo)熱油液面而處于加熱狀態(tài)，而已成形部分則脫離導(dǎo)熱油液面而進(jìn)行在線冷卻。
【專利說明】
一種航空輕合金板材差溫漸進(jìn)成形方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于金屬復(fù)雜鈑金構(gòu)件先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及航空輕合金板材漸進(jìn)成形方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]漸進(jìn)成形是一種新興的板材柔性快速成形方法，漸進(jìn)成形具有較大的柔性，易于實現(xiàn)設(shè)計與制造一體化，它無需模具或者只需要簡單的支撐模，生產(chǎn)周期短、成本低，適合多品種、小批量以及新產(chǎn)品開發(fā)前的樣品制作。漸進(jìn)成形基于“分層制造”思想，將復(fù)雜的制件三維數(shù)學(xué)模型沿高度方向離散成許多斷面層，成形工具在計算機(jī)控制下沿該等高線層上的加工軌跡運(yùn)動，對板材進(jìn)行漸進(jìn)塑性加工。漸進(jìn)成形技術(shù)成形極限大、成形質(zhì)量高，它通過對板材進(jìn)行局部的點壓變形累積最終達(dá)到整體變形，比傳統(tǒng)成形技術(shù)能更充分地利用材料的成形性能，采用漸進(jìn)成形技術(shù)已經(jīng)解決了航空航天領(lǐng)域一些零件的難成形或現(xiàn)有成形方法無法成功成形的問題，因此漸進(jìn)成形技術(shù)在航空航天領(lǐng)域?qū)⒂袕V泛的應(yīng)用前景。
[0003]對于航空航天領(lǐng)域來說，輕質(zhì)零件有著至關(guān)重要的好處，輕合金材料具備高強(qiáng)度與低密度的特征，用輕合金材料制作零件能達(dá)到減輕結(jié)構(gòu)重量、提高飛機(jī)性能的目標(biāo)，對航空航天工程領(lǐng)域有重要意義。但是在常溫下，輕合金材料的塑性差，不能對其進(jìn)行常溫加工，即使通過升高溫度來成形，傳統(tǒng)加工方法也不能成形成功，漸進(jìn)成形相對沖統(tǒng)成形方法能顯著提高成形性能，所以可以通過溫漸進(jìn)成形來加工輕質(zhì)合金板材，已滿足航空航天領(lǐng)域的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有制備方法的弊端，提出了新的成形方法。采用時刻動態(tài)調(diào)整導(dǎo)熱油液面高度的方法制備高成形質(zhì)量高成形精度的輕合金制件，有效地解決了整體成形質(zhì)量低、成形精度低和變形不均勻的熱漸進(jìn)成形問題。
[0005]—種航空輕合金板材差溫漸進(jìn)成形方法，步驟如下:首先將航空輕合金板材固定在含有導(dǎo)熱油槽的支撐底座上，導(dǎo)熱油槽包括管路、加熱裝置、溫控裝置和油液面高度檢測與控制系統(tǒng)，將導(dǎo)熱油注入到導(dǎo)熱油槽中直至導(dǎo)熱油接觸到板材，通過加熱裝置和溫控裝置將導(dǎo)熱油加熱，確保板材溫度達(dá)到所需溫度及溫度均勻，然后選擇合適的漸進(jìn)成形工藝進(jìn)行溫漸進(jìn)成形，在成形過程中，通過油液面高度檢測與控制系統(tǒng)，實時測量導(dǎo)熱油液面的高度，并實現(xiàn)液面高度動態(tài)調(diào)整，使未成形的部分始終接觸導(dǎo)熱油液面而處于加熱狀態(tài)，而已成形部分則立即脫離導(dǎo)熱油液面而進(jìn)行在線冷卻。
[0006]所述的航空輕合金板材差溫漸進(jìn)成形方法，具體步驟如下:
[0007]第一步，設(shè)置一套含有導(dǎo)熱油槽的支撐底座，導(dǎo)熱油槽包括管路、加熱裝置、溫控裝置和油液面高度檢測與控制系統(tǒng)，將航空輕合金板材放在含有導(dǎo)熱油槽的支撐底座的墊板上，并用壓板將板材四周壓緊，即將板材固定在支撐底座上；
[0008]第二步，將導(dǎo)熱油注入所述支撐底座的導(dǎo)熱油槽中，直至導(dǎo)熱油與板材直接接觸，通過加熱裝置對油槽中的導(dǎo)熱油加熱，導(dǎo)熱油溫度升高并達(dá)到所需溫度，且保持在這個溫度，導(dǎo)熱油與板材直接接觸，板材也隨著升溫并保持在這個溫度；
[0009]第三步:待板材達(dá)到所需溫度，在板材上表面成形位置添加潤滑油，減少摩擦；
[0010]第四步:選擇合適的漸進(jìn)成形工藝，成形工具在G代碼的控制下按照預(yù)定的軌跡運(yùn)動，對板材進(jìn)行成形;在成形過程中，通過油液面高度檢測與控制系統(tǒng)，實時測量導(dǎo)熱油液面高度，并且控制導(dǎo)熱油液面高度與成形工具頭頂端的高度一致，使未成形的部分始終接觸導(dǎo)熱油液面而處于加熱狀態(tài)，而已成形部分則立即脫離導(dǎo)熱油液面而進(jìn)行在線冷卻，減少已成形部分的隨動變形缺陷，增加成形的精度；
[0011]第五步:成形結(jié)束后，開啟壓板，取出成形的零件。
[0012]所述的航空輕合金板材差溫漸進(jìn)成形方法，第一步中，導(dǎo)熱油槽外緣的高度要高于壓板，從而避免壓板將板材壓緊時密封不嚴(yán)，造成導(dǎo)熱油溢流出導(dǎo)熱油槽。
[0013]采用任一所述方法的差溫漸進(jìn)成形裝置，包括導(dǎo)熱油槽，所述導(dǎo)熱油槽包括管路、加熱裝置、溫控裝置和油液面高度檢測與控制系統(tǒng)，導(dǎo)熱油槽內(nèi)注入導(dǎo)熱油，直至導(dǎo)熱油接觸到板材，通過加熱裝置和溫控裝置將導(dǎo)熱油加熱，確保板材溫度達(dá)到所需溫度及溫度均勻，然后選擇合適的漸進(jìn)成形工藝進(jìn)行溫漸進(jìn)成形，在成形過程中，通過油液面高度檢測與控制系統(tǒng)，實時測量導(dǎo)熱油液面的高度，并實現(xiàn)液面高度動態(tài)調(diào)整，使未成形的部分始終接觸導(dǎo)熱油液面而處于加熱狀態(tài)，而已成形部分則脫離導(dǎo)熱油液面而進(jìn)行在線冷卻。
[0014]有益效果:
[0015]1、本發(fā)明采用差溫漸進(jìn)成形方法，通過油液面檢測與控制系統(tǒng)實現(xiàn)在成形過程中時刻動態(tài)調(diào)整導(dǎo)熱油液面高度，將未成形部分一直處于加熱狀態(tài)，保持高溫環(huán)境，同時由于未成形部分始終接觸導(dǎo)熱油和導(dǎo)熱油的熱傳導(dǎo)，板材的未成形部分會與導(dǎo)熱油一樣保持在一個精確的溫度，提高變形均勻性，已成形部分則遠(yuǎn)離高溫環(huán)境，實現(xiàn)在線冷卻，從而降低已成形部分的變形的可能性，提高整體成形質(zhì)量，從而制造出高精度的零件；
[0016]2、本發(fā)明有效地解決了航空輕合金板材溫?zé)釢u進(jìn)成形整體成形質(zhì)量低、成形精度低和加熱不均勻的問題，同時對于提高航空輕合金板材的成形性能、壁厚均勻等具有重要的指導(dǎo)意義；
[0017]3、本發(fā)明方法簡單可行，生產(chǎn)效率高，成本低，可在航空航天、軍工等工程領(lǐng)域具有重要的工程應(yīng)用價值和明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
【附圖說明】
[0018]圖1為航空輕合金板材差溫漸進(jìn)成形方法原理示意圖；
[0019]1、支撐底座2、導(dǎo)熱油液面檢測與控制系統(tǒng)3、壓板4、板材5、成形工具6、加熱電阻7、測溫?zé)犭娕?、出油控制端9、冷卻裝置10、油箱11、進(jìn)油控制端12、管道13、導(dǎo)熱油；
【具體實施方式】
[0020]下面通過具體的實施例子，詳細(xì)說明2017鋁合金、鎂合金和純鈦差溫漸進(jìn)成形的成形工藝。
[0021]實施例1
[0022]第一步，將邊長為150mm、厚度為Imm的2017鋁合金板材通過壓板固定到支撐底座上；
[0023]第二步，向?qū)嵊筒壑凶⑷雽?dǎo)熱油，直至導(dǎo)熱油與板材接觸；
[0024]第三步，利用支撐底座中的加熱電阻對導(dǎo)熱油加熱到250°C并保溫一段時間；
[0025]第四步，將編好的圓錐形軌跡G代碼導(dǎo)入到數(shù)控漸進(jìn)成形機(jī)床，待板材溫度達(dá)到250°C后，在成形位置添加潤滑油，對板材進(jìn)行差溫漸進(jìn)成形;在成形過程中，通過油液面高度檢測與控制系統(tǒng)，實時測量導(dǎo)熱油液面的高度，并實現(xiàn)液面高度動態(tài)調(diào)整，使未成形的部分始終接觸導(dǎo)熱油液面而處于加熱狀態(tài)，而已成形部分則立即脫離導(dǎo)熱油液面而進(jìn)行在線冷卻。
[0026]第五步，取下壓板，取出成形的零件，得到2017鋁合金圓錐形零件。
[0027]實施例2
[0028]第一步，將邊長為150mm、厚度為Imm的鎂合金板材通過壓板固定到支撐底座上；
[0029]第二步，向?qū)嵊筒壑凶⑷雽?dǎo)熱油，直至導(dǎo)熱油與板材接觸；
[0030]第三步，利用支撐底座中的加熱電阻對導(dǎo)熱油加熱到280°C并保溫一段時間；
[0031]第四步，將編好的方錐形軌跡G代碼導(dǎo)入到數(shù)控漸進(jìn)成形機(jī)床，待板材溫度達(dá)到280°C后，在成形位置添加潤滑油，對板材進(jìn)行差溫漸進(jìn)成形;在成形過程中，通過油液面高度檢測與控制系統(tǒng)，實時測量導(dǎo)熱油液面的高度，并實現(xiàn)液面高度動態(tài)調(diào)整，使未成形的部分始終接觸導(dǎo)熱油液面而處于加熱狀態(tài)，而已成形部分則立即脫離導(dǎo)熱油液面而進(jìn)行在線冷卻。
[0032]第五步，取下壓板，取出成形的零件，得到鎂合金方錐形零件。
[0033]實施例3
[0034]第一步，將邊長為150mm、厚度為Imm的純鈦板材通過壓板固定到支撐底座上；
[0035]第二步，向?qū)嵊筒壑凶⑷雽?dǎo)熱油，直至導(dǎo)熱油與板材接觸；
[0036]第三步，利用支撐底座中的加熱電阻對導(dǎo)熱油加熱到300°C并保溫一段時間；
[0037]第四步，將編好的母線為圓弧的旋轉(zhuǎn)形軌跡G代碼導(dǎo)入到數(shù)控漸進(jìn)成形機(jī)床，待板材溫度達(dá)到300°C后，在成形位置添加潤滑油，對板材進(jìn)行差溫漸進(jìn)成形;在成形過程中，通過油液面高度檢測與控制系統(tǒng)，實時測量導(dǎo)熱油液面的高度，并實現(xiàn)液面高度動態(tài)調(diào)整，使未成形的部分始終接觸導(dǎo)熱油液面而處于加熱狀態(tài)，而已成形部分則立即脫離導(dǎo)熱油液面而進(jìn)行在線冷卻。
[0038]第五步，取下壓板，取出成形的零件，得到純鈦的母線為圓弧的旋轉(zhuǎn)形零件。
[0039]應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種航空輕合金板材差溫漸進(jìn)成形方法，其特征在于，步驟如下:首先將航空輕合金板材固定在含有導(dǎo)熱油槽的支撐底座上，導(dǎo)熱油槽包括管路、加熱裝置、溫控裝置和油液面高度檢測與控制系統(tǒng)，將導(dǎo)熱油注入到導(dǎo)熱油槽中直至導(dǎo)熱油接觸到板材，通過加熱裝置和溫控裝置將導(dǎo)熱油加熱，確保板材溫度達(dá)到所需溫度及溫度均勻，然后選擇合適的漸進(jìn)成形工藝進(jìn)行溫漸進(jìn)成形，在成形過程中，通過油液面高度檢測與控制系統(tǒng)，實時測量導(dǎo)熱油液面的高度，并實現(xiàn)液面高度動態(tài)調(diào)整，使未成形的部分始終接觸導(dǎo)熱油液面而處于加熱狀態(tài)，而已成形部分則立即脫離導(dǎo)熱油液面而進(jìn)行在線冷卻。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空輕合金板材差溫漸進(jìn)成形方法，其特征在于: 第一步，設(shè)置一套含有導(dǎo)熱油槽的支撐底座，導(dǎo)熱油槽包括管路、加熱裝置、溫控裝置和油液面高度檢測與控制系統(tǒng)，將航空輕合金板材放在含有導(dǎo)熱油槽的支撐底座的墊板上，并用壓板將板材四周壓緊，即將板材固定在支撐底座上； 第二步，將導(dǎo)熱油注入所述支撐底座的導(dǎo)熱油槽中，直至導(dǎo)熱油與板材直接接觸，通過加熱裝置對油槽中的導(dǎo)熱油加熱，導(dǎo)熱油溫度升高并達(dá)到所需溫度，且保持在這個溫度，導(dǎo)熱油與板材直接接觸，板材也隨著升溫并保持在這個溫度； 第三步:待板材達(dá)到所需溫度，在板材上表面成形位置添加潤滑油，減少摩擦； 第四步:選擇合適的漸進(jìn)成形工藝，成形工具在G代碼的控制下按照預(yù)定的軌跡運(yùn)動，對板材進(jìn)行成形;在成形過程中，通過油液面高度檢測與控制系統(tǒng)，實時測量導(dǎo)熱油液面高度，并且控制導(dǎo)熱油液面高度與成形工具頭頂端的高度一致，使未成形的部分始終接觸導(dǎo)熱油液面而處于加熱狀態(tài)，而已成形部分則立即脫離導(dǎo)熱油液面而進(jìn)行在線冷卻，減少已成形部分的隨動變形缺陷，增加成形的精度； 第五步:成形結(jié)束后，開啟壓板，取出成形的零件。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的航空輕合金板材差溫漸進(jìn)成形方法，其特征在于:第一步中，導(dǎo)熱油槽外緣的高度要高于壓板，從而避免壓板將板材壓緊時密封不嚴(yán)，造成導(dǎo)熱油溢流出導(dǎo)熱油槽。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述方法的差溫漸進(jìn)成形裝置，其特征在于:包括導(dǎo)熱油槽，所述導(dǎo)熱油槽包括管路、加熱裝置、溫控裝置和油液面高度檢測與控制系統(tǒng)，導(dǎo)熱油槽內(nèi)注入導(dǎo)熱油，直至導(dǎo)熱油接觸到板材，通過加熱裝置和溫控裝置將導(dǎo)熱油加熱，確保板材溫度達(dá)到所需溫度及溫度均勻，然后選擇合適的漸進(jìn)成形工藝進(jìn)行溫漸進(jìn)成形，在成形過程中，通過油液面高度檢測與控制系統(tǒng)，實時測量導(dǎo)熱油液面的高度，并實現(xiàn)液面高度動態(tài)調(diào)整，使未成形的部分始終接觸導(dǎo)熱油液面而處于加熱狀態(tài)，而已成形部分則立即脫離導(dǎo)熱油液面而進(jìn)行在線冷卻。
【文檔編號】B21D31/00GK106064199SQ201610365265
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年5月26日 公開號201610365265.0, CN 106064199 A, CN 106064199A, CN 201610365265, CN-A-106064199, CN106064199 A, CN106064199A, CN201610365265, CN201610365265.0
【發(fā)明人】郭訓(xùn)忠, 王輝, 谷巖波, 陶杰
【申請人】南京航空航天大學(xué)