【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种钛合金板材的渐进成形装置及其使用方法。
技术介绍
1、渐进成形是一种采用柔性加载和局部塑性变形实现板材变形的金属板材塑性加工技术。该技术结合了数控和计算机技术，从建模到成形加工都可以融合数字技术实现产品设计与制造的一体化，并无需模具，从而大幅度减少制造成本。渐进成形可以实现复杂形状壳体构件的高度自动化制造，产品表面质量高，开发周期短，尤其是对于定制化、小批量产品的制造具有明显优势，因而该技术在运载交通、航空航天、能源装备等制造领域具有广泛的应用前景。
2、对于钛合金板材的渐进成形，由于材料室温变形抗力大，塑性不足，室温条件下渐进成形钛合金构件十分困难，通常需要进行加热成形。在热场辅助渐进成形中，整体加热板材的方法加热速度相对较慢，耗能高，需要的加热设备较大也较复杂，而局部加热可以实现快速加热，节约设备能耗。另一方面，单一热场辅助渐进成形在成形复杂形状构件时，由于塑性变形程度较大，仍会不可避免地造成严重局部减薄、起皱、翘曲、失稳破裂等缺陷，导致构件合格率下降。因此，如何进一步改善单一热场下渐进成形的成形极限是提高渐进成形制造复杂形状钛合金构件的质量的关键。
技术实现思路
1、本专利技术是要解决现有的钛合金板材的渐进成形方法加热速度相对较慢，耗能高、成品质量差的技术问题，而提供一种钛合金板材局部热/电/超声多场耦合辅助渐进成形装置及其使用方法。
2、本专利技术的钛合金板材局部热/电/超声多场耦合辅助渐进成形装置是由成形台架1、运动控制系统2、加
3、所述的成形台架1是由底板1-1、4个支柱1-3和顶板1-2固定组成一体结构；底板1-1和顶板1-2平行设置，4个支柱1-3平均分布在底板1-1和顶板1-2之间；所述的顶板1-2的中心为空心结构；
4、所述的压边板7的中心为空心结构，压边板7通过多个压边螺栓6固定在顶板1-2的正上方，压边板7与顶板1-2之间留有空隙，4个第一绝缘块8设置在压边板7和顶板1-2之间的空隙中，4个第一绝缘块8分为上下两层均匀放置；
5、所述的活动电极头15为柱体结构，是由对称的第一子部件15-3和第二子部件15-4通过机械连接方式固定组成，活动电极头15的内部为空腔结构，电阻加热器16放置在空腔中，第一子部件15-3设置两个通孔15-2用来穿过导线，导线的两端分别与电阻加热器16和加热电源3连接，加热电源3设置在活动电极头15的外部；活动电极头15的顶部为内凹球面结构，接触球部件15-1放置在内凹球面结构中且为滚动连接；
6、所述的电极头承载器19的底部设置有滑轮，电极头承载器19设置在底板1-1上且为滑动连接，电极头承载器19中设置有电控的运动机构；电极头承载器19的上方固定弹簧18，弹簧18的上方固定绝缘板17，绝缘板17的上方固定活动电极头15，红外温度传感器20的测试探头设置在活动电极头15上；
7、所述的加载工具头11的侧壁上固定第二绝缘块10，第二绝缘块10的另一端与机械臂5的活动端连接，加载工具头11设置在压边板7和顶板1-2的中心空心结构中，加载工具头11的顶部固定隔热板12，隔热板12的顶部固定振动器13，振动器13与超声发生器14用导线连接；
8、所述的运动控制系统2的信号输出端分别与机械臂5的信号输入端和电极头承载器19中电控的运动机构的信号输入端连接；所述的运动控制系统2为一种现有设备，不是本申请的专利技术点。
9、所述的脉冲电流发生器4的一端电极与加载工具头11连接，另一端电极与活动电极头15连接。
10、本专利技术的装置设计原理为：
11、预成形的板料9夹在4个第一绝缘块8之间，板料9的上方和下方各设置两个第一绝缘块8，通过压边螺栓6将板料9夹紧固定，第一绝缘块8用于防止板料9和顶板1-2以及压边板7之间发生导电；
12、加载工具头11的底端与板料9的上表面紧密接触，接触球部件15-1与板料9的下表面紧密接触，且加载工具头11的中轴线与接触球部件15-1的中轴线重合；
13、本专利技术通过安装在活动电极头15内的电阻加热器16提供热场，实现板料9的加载变形区的非接触加热；
14、本专利技术通过脉冲电流发生器4、加载工具头11、板料9和活动电极头15的相互连接形成的闭合回路，在板料9加载变形区内建立起电场提供脉冲电流；一方面，脉冲电流可使材料产生通过电流“焦耳热效应”进行自阻加热提供热场，辅助电阻加热器16的加热，实现两级加热，提高板料9局部加载变形区的加热速率；另一方面，板料9内可通过脉冲电流产生“电致塑性”效应，使材料的成形极限得到提高。
15、活动电极头15的上端具有内凹球面结构使接触球部件15-1嵌入其中，实现接触球部件15-1的自由滑动；第一子部件15-3和第二子部件15-4采用螺栓连接等机械连接方式进行连接组合，可以实现电阻加热器16的嵌入装配和取出；
16、电极头承载器19中设置有电控的运动机构，电极头承载器19通过运动控制系统2实现其运动轨迹的控制，可以在底板1-1上进行各个方向的直线运动，从而带动活动电极头15随着加载工具头11的运动在板料9的下方进行运动，始终保持加载工具头11的中轴线与接触球部件15-1的中轴线重合；弹簧18始终处于压缩状态，使接触球部件15-1顶紧板料9实现板料9的通电。具体地，需要保证弹簧18在活动电极头15处于其最高点位置时处于压缩状态，在活动电极头15处于其最低点位置时不超过弹性极限。活动电极头15上安装有红外温度传感器20来监测板料9中加载变形区的温度。
17、所述的运动控制系统2可以分别控制机械臂5和电极头承载器19的运动，实现加载工具头11和活动电极头15的同步运动。
18、超声发生器14和振动器13构成的超声场发射系统与加载工具头11连接，为与加载工具头11接触的板料9的变形区提供超声场，使板料9在变形过程中通过“超声软化”降低流动应力，从而提高成形性；振动器13通过隔热板12与加载工具头11连接。
19、本专利技术的钛合金板材局部热/电/超声多场耦合辅助渐进成形装置的使用方法如下：
20、一、在加载工具头11和活动电极头15的接触球头部件15-1表面均匀涂抹导电润滑油；裁切钛合金板料9固定于成形台架上1，板料9夹在4个第一绝缘块8之间，板料9的上方和下方各设置两个第一绝缘块8，通过压边螺栓6将板料9夹紧固定；加载工具头11的底端与板料9的上表面紧密接触，接触球部件15-1与板料9的下表面紧密接触，且加载工具头11的中轴线与接触球部件15-1的中轴线始终重合；
21、先开启加热电源3利用电阻加热器16将活动电极头15预先加热至400℃～45本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种钛合金板材局部热/电/超声多场耦合辅助渐进成形装置，其特征在于钛合金板材局部热/电/超声多场耦合辅助渐进成形装置是由成形台架(1)、运动控制系统(2)、加热电源(3)、脉冲电流发生器(4)、机械臂(5)、压边螺栓(6)、压边板(7)、第一绝缘块(8)、第二绝缘块(10)、加载工具头(11)、隔热板(12)、振动器(13)、超声发生器(14)、活动电极头(15)、电阻加热器(16)、绝缘板(17)、弹簧(18)、电极头承载器(19)和红外温度传感器(20)组成；
2.根据权利要求1所述的一种钛合金板材局部热/电/超声多场耦合辅助渐进成形装置，其特征在于所述的活动电极头(15)的材质为合金钢。
3.根据权利要求1所述的一种钛合金板材局部热/电/超声多场耦合辅助渐进成形装置，其特征在于所述的加载工具头(11)的材质为合金钢。
4.根据权利要求1所述的一种钛合金板材局部热/电/超声多场耦合辅助渐进成形装置，其特征在于所述的第一绝缘块(8)的材质为云母。
5.根据权利要求1所述的一种钛合金板材局部热/电/超声多场耦合辅助渐进成形装置，
6.根据权利要求1所述的一种钛合金板材局部热/电/超声多场耦合辅助渐进成形装置，其特征在于所述的隔热板(12)的材质为聚酰亚胺。
7.根据权利要求1所述的一种钛合金板材局部热/电/超声多场耦合辅助渐进成形装置，其特征在于所述的接触球部件(15-1)的材质为合金钢。
8.根据权利要求7所述的一种钛合金板材局部热/电/超声多场耦合辅助渐进成形装置，其特征在于所述的接触球部件(15-1)为实心球结构。
9.如权利要求1所述的一种钛合金板材局部热/电/超声多场耦合辅助渐进成形装置的使用方法，其特征在于钛合金板材局部热/电/超声多场耦合辅助渐进成形装置的使用方法如下：
10.根据权利要求9所述的一种钛合金板材局部热/电/超声多场耦合辅助渐进成形装置的使用方法，其特征在于所述的板料(9)为TA牌号系列钛合金板材，固定在成形台架上(1)之前先去除表面氧化皮以保证导电性。
...【技术特征摘要】
1.一种钛合金板材局部热/电/超声多场耦合辅助渐进成形装置，其特征在于钛合金板材局部热/电/超声多场耦合辅助渐进成形装置是由成形台架(1)、运动控制系统(2)、加热电源(3)、脉冲电流发生器(4)、机械臂(5)、压边螺栓(6)、压边板(7)、第一绝缘块(8)、第二绝缘块(10)、加载工具头(11)、隔热板(12)、振动器(13)、超声发生器(14)、活动电极头(15)、电阻加热器(16)、绝缘板(17)、弹簧(18)、电极头承载器(19)和红外温度传感器(20)组成；
2.根据权利要求1所述的一种钛合金板材局部热/电/超声多场耦合辅助渐进成形装置，其特征在于所述的活动电极头(15)的材质为合金钢。
3.根据权利要求1所述的一种钛合金板材局部热/电/超声多场耦合辅助渐进成形装置，其特征在于所述的加载工具头(11)的材质为合金钢。
4.根据权利要求1所述的一种钛合金板材局部热/电/超声多场耦合辅助渐进成形装置，其特征在于所述的第一绝缘块(8)的材质为云母。
5.根据权利要求1所述...
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