CN107570585A - 一种纤维金属层板成形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种纤维金属层板成形装置及方法，采用液压支撑及辅助加热的数控渐进成形技术加工纤维金属层板。在数控渐进成形机床上，框形的上成形夹具、下成形夹具上方有预先设置机械程序控制的成形工具头。下成形夹具空腔中加装一个开口向上的箱体，层板夹持在上成形夹具和下成形夹具中间。箱体通过管路和压力控制***、温度控制***连接。在渐进成形的同时，采用液压***控制液压油的进出，加热以及冷却来保证在成形过程中层板所受的压力、温度均匀恒定，从而保证层板良好的力学性能，提高制品的成形质量。

Description

一种纤维金属层板成形装置及方法

技术领域

本发明属于纤维金属层板的成形技术领域，具体涉及一种纤维金属层板成形装置及方法，适用于不同类型的纤维金属层板成形。

背景技术

渐进成形技术采用分层制造的思想，将整体成形划分为等高线分出的多个层加工，每个层上按照一定的轨迹成形，逐层加工出最后形状。成形过程中成形压头与板料局部接触，在成形压头作用力的作用下，接触点周围很小区域处于受压状态而发生塑性变形，在此层上按照一定的运动轨迹产生此层的加工形状，完成一层加工，成形工具下降到另一层继续加工直至完成加工。渐进成形就是靠逐次变形积累产生整体的变形。

渐进成形负成形可成形一些形状比较简单的零件，它不需要支撑模型，只需要简单夹具。渐进成形正成形需要支撑模型，支撑模型的轮廓形状要与所成形的零件形状一致，在加工中起到支撑的作用。

实际加工中存在如下问题，

无支撑模成形时精度不高；普通渐进成形过程中出现层板变形不均的问题；现有温热渐进成形中存在加热不均，温度难以保持的问题；有的层板，在室温下难加工或室温下加工成形性能不稳定需在一定温度下加工。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种纤维金属层板成形装置及方法，该装置采用液压支撑及辅助加热的数控渐进成形加工纤维金属层板。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种纤维金属层板成形装置，在数控渐进成形机床上，框形的上成形夹具和下成形夹具的上方有预先设置机械程序控制的成形工具头，下成形夹具空腔中加装一个开口向上的箱体，层板夹持在上成形夹具和下成形夹具中间；

所述箱体内装有液压油，通过管路依次连接有加热器、压力表、单向阀一、电磁换向阀、液压泵、油箱一；

所述箱体通过另一管路依次连接有单向阀二、冷却器、溢流阀、油箱二；

所述箱体通过管路和压力控制***、温度控制***连接；

所述压力控制***控制箱体内压力，所述温度控制***控制箱体内液压油的温度。

进一步的，所述压力控制***包括,压力表、单向阀、电磁换向阀、液压泵、溢流阀。

液压泵，用于抽取油箱中的液压油；电磁换向阀，通过管道连通液压泵和所述箱体，用于将油箱的液压油导入所述箱体或回流至液压泵中；单向阀和压力表，分别串联于电磁换向阀与所述箱体连通的管道上，压力表的数值变化超过设定范围能够使电磁换向阀换位。

进一步的，所述温度控制***，包括：电源、温度控制器、开关和加热电阻组成导电回路；加热电阻设置于所述箱体内的液压油中，电源、温度控制器和开关均设置于所述箱体外。

压力控制***，用于将液体导入容器中，并控制容器中液压油的设定压力值。

通过管路与容器内部液体相通的溢流阀，溢流阀用来控制容器中液压油的流速，保持容器内的压力恒定，溢流阀的出口连通至液压箱。

待成形板料固定在箱体上，油温加热与冷却***运转，液压油在液压环路内形成一定的压力，该压力使板料在变形前产生一定程度的预胀。

液压控制***将液压油注入到箱体中直至液压油接触到层板，通过加热装置和冷却装置对液压油加热保温冷却，确保层板达到所需温度以及层板各处温度均匀，然后选择合适的渐进成形工艺进行渐进成形，在成形过程中，通过油液面压力检测与控制***，实时测量液压油液面的压力，并实现液面高度动态调整，使未成形的部分始终接触导热油液面而处于加热状态，而已成形部分则脱离导热油液面而进行在线冷却。***运转一定时间后，箱体以及层板在液压油的加热作用下产生温升，并逐步达到一定的平衡温度。

一种纤维金属层板成形方法，其特征在于,包括以下步骤：

A.准备工作

A1.选定纤维金属层板各组分材料,金属材料、纤维预浸料、胶粘剂；

A2.表面处理，金属表面除污及化学热处理，纤维预浸料的表面预处理；

A3.将层板下料，使层板的几何中心与上成形夹具和下成形夹具的几何中心重合，压住层板四周装夹；

A4.建立层板CAD三维模型，利用CAM功能将CAD模型沿加工路径方向离散，生成加工轨迹文件；

B.设定温度和压力参数，包括压力表的上限和下限，溢流阀的溢流压力，用温度控制器设定加热电阻温度的上限值和下限值；

C.接通液压回路，使液压回路内的压力达到预定值；

D.接通加热器和冷却器温度控制电路，使流进箱体内的液体温度达到预定值，不同的纤维金属层板会有不同的温度设定值；

E.成形工具头在机床的控制下进行逐点渐进成形，成形工具头按照生成的加工轨迹数据，进行逐点渐进成形；

F.成形完成后，关闭液压泵停止液体输送。

采用数控单点渐进成形，在渐进成形的同时，采用液压***控制液压油的进出，加热以及冷却来保证在成形过程中层板所受的压力、温度均匀恒定，从而保证层板良好的力学性能。

本发明的有益效果在于：

1.本发明采用液压油支撑辅助加热板料，实现了用具有一定压力的液体代替支撑模型，同时保证层板各处的支撑压力相同，且处于合理的温度范围内。

2.改善了无支撑模成形时精度不够的问题，又省略了支撑模渐进成形时制造支撑模的过程，可以节省巨额的模具制造费用,降低制造成本和缩短开发周期,实现无模渐进成形层板。能够实现层板的数控渐进成形，可大幅改善普通渐进成形过程中所出现的层板变形不均的问题。

3.有效控制层板成形过程中的温度,利用液压油热惯性好且温度分布均匀的特点，解决了现有温热渐进成形中所出现的加热不均，温度难以保持的问题，提高室温下难加工层板的成形性能，提高制品的成形质量。

4.重复性好,由于数控机床控制成形压头的运动，可以保证成型零件的重复性，可以控制金属的流动性。

5.保证在渐进成形时给层板提供持续稳定可靠的支撑，而且通过液体提供给层板准确的支撑，从而减少了误差因素的产生。

附图说明

图1液压支撑及辅助加热冷却的层板渐进成形装置示意图。

图中，1.上成形夹具，2.下成形夹具，3.成形工具头，4.箱体，5.层板(未变形)，6.加热器，7.压力表，8.单向阀一，9.电磁换向阀，10.液压泵，11.油箱一，12.单向阀二，13.冷却器，14.溢流阀，15.油箱二，16.层板(已变形)，17.液压油，18.油箱三

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细说明。

1.准备工作

⑴选定纤维金属层板各组分材料,金属材料、纤维预浸料、胶粘剂；本实施例层板5为用于飞机机翼材料的芳纶纤维铝合金层板和用于机身材料的玻璃纤维铝合金层板；

⑵表面处理，金属表面除污，化学热处理，纤维预浸料的表面预处理；

⑶将层板5下料，使层板的几何中心与上成形夹具1和下成形夹具2的几何中心重合，压住层板5四周装夹；

⑷建立层板CAD三维模型，利用CAM功能将CAD模型沿加工路径方向离散，生成加工轨迹文件。

2.设定温度和压力参数，包括压力表7的上限和下限，溢流阀14的溢流压力，用温度控制器设定加热电阻温度的上限值和下限值。

3.接通液压回路，使液压回路内的压力达到预定值；初始加工时，回路内液体压力低于压力表7下限值，电磁换向阀9通电换位，液压泵10将油箱一11中的液压油向液压回路泵油，使箱体4内液面升高至储满；继续泵油，回路内压力迅速升高，至压力表7上限值时，电磁换向阀9断电换位，液压泵10所泵出的油不再送入液压回路，直接泄入油箱三18。

4.接通加热器6和冷却器13温度控制电路，使流进箱体4内的液体温度达到预定值,不同的纤维金属层板会有不同的温度设定值。液压油进入加热器6，加热器6中温度控制电路接通，使液压油17温度达到预定值；接通电源后，若液压油温度低于温度控制器所设定的温度下限值，则通过加热电阻为液体加热，待其温度升高至温度控制器所设定的上限值时，由温度控制器自动断开电路，加热电阻停止加热。

5.加工工具头3在机床的控制下进行逐点渐进成形，成形工具头3按照生成的加工轨迹数据，进行逐点渐进成形。

6.液压油进入冷却器13，液压油得到冷却并流回油箱二15再次循环使用。

加工过程中，由温度控制电路控制成形过程中液体温度，若液体温度降到温度下限值以下，则温度控制器自动重新接通回路，进行电阻加热；若温度升高至温度上限值，温度控制器自动断开电路，停止加热。

加工过程中，由压力控制***控制成形过程中箱体4内的压力，由于层板(已变形)16导致箱体4可储存液体的空间变小，液体压力急剧增加，若液体压力高于溢流阀14所设定的压力值，则箱体4内的液体通过溢流阀14泄流；即液体压力保持在不高于液流阀14所设定的压力值内。

若加工过程中液体压力降低，低于压力表7规定的下限值，则通过电磁换向阀9换位，使液压泵10重新接通液压回路，补充液体达到设定压力值；

7.成形完成后，关闭液压泵10停止液体输送。

以上实施例为本申请的优选实施例，本领域的普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本申请总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本申请要求保护的范围之内。

Claims (4)

1.一种纤维金属层板成形装置，在数控渐进成形机床上，框形的上成形夹具⑴和下成形夹具⑵的上方有预先设置机械程序控制的成形工具头⑶，其特征在于，

下成形夹具⑵空腔中加装一个开口向上的箱体⑷，层板⑸夹持在上成形夹具⑴和下成形夹具⑵中间；

所述箱体⑷内装有液压油⒄，通过管路依次连接有加热器⑹、压力表⑺、单向阀一⑻、电磁换向阀⑼、液压泵⑽、油箱一⑾；

所述箱体⑷通过另一管路依次连接有单向阀二⑿、冷却器⒀、溢流阀⒁、油箱二⒂；

所述箱体⑷通过管路和压力控制***、温度控制***连接；

所述压力控制***控制箱体⑷内压力，所述温度控制***控制箱体⑷内液压油⒄的温度。

2.根据权利要求1所述的一种纤维金属层板成形装置，其特征在于，所述压力控制***包括：压力表⑺、单向阀一⑻、电磁换向阀⑼、液压泵⑽、溢流阀⒁。

3.根据权利要求1所述的一种纤维金属层板成形装置，其特征在于，所述温度控制***包括：电源、温度控制器、开关和加热电阻组成导电回路；加热电阻设置于所述箱体⑷内的液压油⒄中，电源、温度控制器和开关均设置于所述箱体⑷外。

4.一种基于如权利要求1所述装置的纤维金属层板成形方法，其特征在于,包括以下步骤：

A.准备工作

A1.选定纤维金属层板各组分材料,金属材料、纤维预浸料、胶粘剂；

A2.表面处理，金属表面除污及化学热处理，纤维预浸料的表面预处理；

A3.将层板⑸下料，使层板的几何中心与上成形夹具⑴和下成形夹具⑵的几何中心重合，压住层板⑸四周装夹；

A4.建立层板⑸机械程序CAD三维模型，利用CAM功能将CAD模型沿加工路径方向离散，生成加工轨迹文件；

B.设定温度和压力参数，包括压力表⑺的上限和下限，溢流阀⒁的溢流压力，用温度控制器设定加热电阻温度的上限值和下限值；

C.接通液压回路，使液压回路内的压力达到预定值；

D.接通加热器⑹和冷却器⒀温度控制电路，使流进箱体⑷内的液体温度达到预定值；

E.成形工具头⑶在机床的控制下进行逐点渐进成形，成形工具头⑶按照生成的加工轨迹数据，进行逐点渐进成形；

F.成形完成后，关闭液压泵⑽停止液体输送。