CN111545649A - 一种基于自阻加热的金属塑性成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于自阻加热的金属塑性成形方法，包括：在金属件两端非绝缘部位分别连接第一电极和第二电极；将所述第一电极连接至电源一端，将所述第二电极连接至所述电源另一端；打开所述电源，使所述第一电极、所述第二电极和所述金属件形成闭合回路，利用所述第一电极和第二电极使所述金属件进行自加热；将模具进行合模，使金属件发生变形，得到金属成形件。通过本发明的上述方法能有效提高金属成形件质量，简化工艺流程。

Description

一种基于自阻加热的金属塑性成形方法

技术领域

本发明涉及塑性成形技术领域，特别是涉及一种基于自阻加热的金属塑性成形方法。

背景技术

金属的热成形工艺主要是先通过环境加热、电阻丝加热或者自阻加热等方式将金属成形件的温度升高至一定的温度，然后再施加成形力使金属成形件产生塑性变形。然而现有的热成形工艺由于需要提前将工件加热至较高温度，金属表面会存在氧化现象，且还存在成形设备复杂、成形质量低等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于自阻加热的金属塑性成形方法，有效提高成形质量，简化工艺流程。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于自阻加热的金属塑性成形方法，所述基于自阻加热的金属塑性成形方法包括：

在金属件两端非绝缘部位分别连接第一电极和第二电极；

将所述第一电极连接至电源一端，将所述第二电极连接至所述电源另一端；

打开所述电源，使所述第一电极、所述第二电极和所述金属件形成闭合回路，利用所述第一电极和所述第二电极使所述金属件进行自加热；

将模具进行合模，使所述金属件发生变形，得到金属成形件。

可选的，所述打开所述电源，使所述第一电极、所述第二电极和所述金属件形成闭合回路，利用所述第一电极和所述第二电极使所述金属件进行自加热，之前还包括：

调节所述电源的输出参数，对所述金属件的加热时间和加热电流进行调节。

可选的，所述将模具进行合模，使所述金属件发生变形，得到金属成形件，具体包括：

调节模具成形压力，利用动力装置将所述模具进行合模，使所述金属件发生变形，得到金属成形件。

可选的，所述打开所述电源，使所述第一电极、所述第二电极和所述金属件形成闭合回路，利用所述第一电极和所述第二电极使所述金属件进行自加热，之前还包括：

对所述模具和/或所述金属件表面进行绝缘处理。

可选的，所述打开所述电源，使所述第一电极、所述第二电极和所述金属件形成闭合回路，利用所述第一电极和所述第二电极使所述金属件进行自加热，之前还包括：

对所述模具和/或所述金属件表面进行隔热处理。

可选的，所述金属塑性成形方法还包括：

所述金属件发生变形后，对所述金属成形件进行保温、冷却和保压；

将所述模具卸载，并将所述金属成形件取出。

可选的，所述模具为凹模和/或凸模。

可选的，所述动力装置为液压缸、电动缸、机械螺旋加载或多连杆机构压力机。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种基于自阻加热的金属塑性成形方法，是针对金属材料的一种新的塑性成形工艺，对具有导电能力的金属件进行快速自阻加热，在成形过程中对被加工的金属件进行升温，实现金属的快速塑性成形，具有回弹小，成形效率高，绿色节能的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的基于自阻加热的金属塑性成形方法的流程图；

图2为本发明实施例所提供的双模具成形结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的单模具成形结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的双模具下金属塑性成形方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于自阻加热的金属塑性成形方法，有效提高成形质量，简化工艺流程。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例所提供的基于自阻加热的金属塑性成形方法的流程图，如图1所示，本发明所述金属塑性成形方法包括：

S101，在金属件两端非绝缘部位分别连接第一电极和第二电极。具体的，金属件的导电部位根据目标件即金属成形件的结构特点进行预留，其与第一电极和第二电极之间的连接满足装夹容易且接触电阻小的特点。

S102，将所述第一电极连接至电源一端，将所述第二电极连接至所述电源另一端。

S103，打开所述电源，使所述第一电极、所述第二电极和所述金属件形成闭合回路，利用所述第一电极和所述第二电极使所述金属件进行自加热。

S104，将模具进行合模，使所述金属件发生变形，得到金属成形件。

作为一种可选的实施方式，本发明在所述打开所述电源，使所述第一电极、所述第二电极和所述金属件形成闭合回路，利用所述第一电极和所述第二电极使所述金属件进行自加热，之前还包括：调节所述电源的输出参数，对所述金属件的加热时间和加热电流进行调节。

具体的，电源可根据需要选择多种方式的加载方式，包括但不限于单向脉冲直流电、双向脉冲直流电、交流电源。根据材料属性和金属加工件选择合理的电流方式和相关参数。所述输出参数包括但不限于加载电流类型、电压值、加热时间。加热时间根据材料的电热学参数与选择的加载方式决定，一般加热时间在30S内。

本发明所述将模具进行合模，使所述金属件发生变形，得到金属成形件，具体包括：调节模具成形压力，利用动力装置将所述模具进行合模，使金属件发生变形，得到金属成形件。

作为一种可选的实施方式，本发明所述打开所述电源，使所述第一电极、所述第二电极和所述金属件形成闭合回路，利用所述第一电极和所述第二电极使所述金属件进行自加热，之前还包括：

对所述模具和/或所述金属件表面进行绝缘处理。具体的，方法一，将金属件表面喷涂第一绝缘物质，第一绝缘物质可以为绝缘漆或绝缘涂料，但不限于此。方法二，在金属件与模具间添加第二绝缘物质，第二绝缘物质可以为绝缘布等柔性绝缘材料，但不限于此。方法三，直接采用水泥、陶瓷等绝缘材料制作模具。采用上述三种方法中的至少一种进行绝缘处理。

作为一种可选的实施方式，本发明所述打开所述电源，使所述第一电极、所述第二电极和所述金属件形成闭合回路，利用所述第一电极和所述第二电极使所述金属件进行自加热，之前还包括：

对所述模具和/或所述金属件表面进行隔热处理。具体的，方法一，在金属件表面添加耐高温与隔热涂层。方法二，在模具表面添加耐高温与隔热涂层。方法三，采用耐高温材料制作模具。采用上述三种方法中的至少一种进行隔热处理。

作为一种可选的实施方式，本发明所述金属塑性成形方法还包括：

所述金属件发生变形后，对所述金属成形件进行保温、冷却和保压。将所述模具卸载，并将所述金属成形件取出。

具体的，保温和冷却是通过调整电源电流大小和间隔通断电进行控制，保压有两种方式：一是控制模具成形压力，二是控制模具的位置。控制方式的选择和保压时间由成形温度、材料属性、成形件大小等决定。

作为一种可选的实施方式，本发明所述模具为凹模和/或凸模。具体的，凸凹模具可以成对使用，也可以由单个凸模或凹模单独使用。在单独使用时，采用其它外加作用载荷作用于金属件；还可以多个凸模和多个凹模同时作用，凸模、凹模放置方式需要根据环境和成形条件调整。凸凹模具成对使用即为双模具如图2所示，单个凸模或凹模单独使用即为单模具如图3所示。

作为一种可选的实施方式，本发明，所述动力装置为液压缸、电动缸、机械螺旋加载或多连杆机构压力机。具体的，模具合模的动力装置为液压缸、电动缸、机械螺旋加载、多连杆机构等多种方式。下压过程中可以根据需要由传感器和配套的控制***进行压力控制和位置控制，以保证合模的精度。

具体实施案例：

本发明所采取的技术方案是：采用一种基于自阻加热的金属塑性成形方法。金属件通过绝缘、隔热处理之后先进行合模成形，然后再通入大电流使得金属件温度升高屈服强度降低，同时提高金属的拉伸率便于成形。同时模具与金属件之间加上绝缘隔热处理，进行快速成形，能显著提高金属件的成形效率与成形质量。如图4所示，本发明所述方法具体包含以下过程：

S1、将金属件表面与模具之间进行绝缘、隔热处理。其目的是防止模具受到电流与温度的影响，绝缘和隔热需要同时满足。

S2、将金属件放置在凸凹模之间，如图2中初始位置所示。

S3、金属件非绝缘部位分别连接电极两端，形成闭合回路。

S4、将凸凹模具进行合模，使金属件发生变形，如图2中成形位置所示。

S5、根据金属件材料属性与形状尺寸对加热电源设置不同参数。

S6、通过加热电源对金属件进行快速加热一定时间后，从而改变金属件的材料性能，使金属件发生塑性变形。

S7、保温冷却。

S8、保持模具成形压力或位置一定时间。

S9、将模具卸载，并将金属成形件取出。

所述S1中金属件表面与模具之间的绝缘处理方法有以下几种：其一，将金属件表面喷涂绝缘物质，不限于绝缘漆、涂料等；其二，在金属件与模具间添加绝缘物质，不限于绝缘布等柔性绝缘材料；其三，也可以直接采用水泥、陶瓷等绝缘材料制作模具。

自阻加热时仅对金属件进行加热，因此需要对金属件表面与模具接触之间进行绝缘处理；为防止模具温度过高因此对模具进行隔热处理隔消除安全隐患实现可持续加工的要求。

所述S2中的凸凹模具的形状在合模状态时需要与被加工金属件的形状完全贴合，并根据模具的具体形状分割成若干个模块，方便金属件放置在被加工位置，金属件在放置方式可以根据模具的形状特点与空间情况灵活安排，并且根据成形温度进行空间位置的调整以保证成形过程的安全。

所述S3金属件的导电部位根据目标成形件的结构特点进行选取预留，以保证形成闭合回路，电流均匀地通过被加工金属件，其与电极之间的连接通过快速装夹的结构连接，并采用电阻小的材料作为电极材料。

所述S4模具合模的动力装置有液压缸、电动缸、机械结构等几种方式。下压过程中由压力传感器与位置传感器进行压力值与位置的实时监测，并将数据传送至控制程序中，控制程序在处理后将信号传递给执行机构进行压力和位置控制，合模的精度可根据控制程序给出的精度范围进行自动或手动调整。

所述S5中加热电源可根据需要选择多种方式的加载方式，包括但不限于恒定直流电、定周期交流电和其他形式的电流类型。上述各种加载方式存在各自的特点，在选择电流方式时可以根据成产品精度要求、生产效率、材料属性和和金属加工件的大小形状；电流大小、通电时间等相关参数需要根据材料的不同温度对应的屈服强度、成形温度、保压时间、散热数据等参数进行最终确定。根据金属件材料属性与形状尺寸对加热电源设置不同参数，设置的参数包括但不限于加载电流类型、电压值、加热时间。

S6中的加热时间根据材料的电热学参数与选择的加载方式决定。加载时间在30S之内。具体的，通过加热电源将电载荷通过电极传递到对金属件上，使金属件温度迅速升高，根据需求设定温升时间，当需要提高成形效率且对成形效果要求不高时可采用更大载荷以减小温升时间；增大温升时间会增大能源与时间成本，降低成形效率，但是可获得更好的成形效果，可视实际情况与需求调整温升时间。

S7中保温和冷却通过调整加热电源进行控制。具体的，通过传感器反馈的温度数据，通过加热电源进行实时控制保温时间，并根据需求进行金属件的冷却。

S8中保压有控制成形压力和模具的位置两种方式。两种控制方式可根据实际加工的成形效果，选择回弹量小、成形效果好的方式；其中保压时间的确定受到成形温度、材料属性、成形件大小等情况的影响，可通过设置不同的保压时间进行试生产，最终确定出成形效果好，生产效率高的保压时间。

S9中待试件冷却至一定温度后通过液压缸、电动缸、机械结构等动力装置施加与合模过程中相反的力使模具分开，暴露出金属成形件，取出金属成形件。将模具卸载，即卸载成形力留出目标成形件的空间将目标金属成形件从模具中取出，完成最后的金属塑性成形。

采用本发明所述的一种基于自阻加热的金属成形方法，与现有的成形方法相比，其有益效果是：可以简化工艺流程，大大降低金属弯曲成形的制造成本并且提高成品率。同时由于采用自阻加热的方式进行金属成形件部位的精准快速加热，因此可以有效节约能源从而降低生产成本。

本发明针对背景技术中存在的问题提供一种基于自阻加热的金属成形方法，即在金属弯曲成形的工艺中在常温状态下进行模具合模成形，然后再直接向金属通入短时间的大电流并且保压一段时间，使金属件成形。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种基于自阻加热的金属塑性成形方法，其特征在于，所述基于自阻加热的金属塑性成形方法包括：

在金属件两端非绝缘部位分别连接第一电极和第二电极；

将所述第一电极连接至电源一端，将所述第二电极连接至所述电源另一端；

打开所述电源，使所述第一电极、所述第二电极和所述金属件形成闭合回路，利用所述第一电极和所述第二电极使所述金属件进行自加热；

将模具进行合模，使所述金属件发生变形，得到金属成形件。

2.根据权利要求1所述的基于自阻加热的金属塑性成形方法，其特征在于，所述打开所述电源，使所述第一电极、所述第二电极和所述金属件形成闭合回路，利用所述第一电极和所述第二电极使所述金属件进行自加热，之前还包括：

调节所述电源的输出参数，对所述金属件的加热时间和加热电流进行调节。

3.根据权利要求1所述的基于自阻加热的金属塑性成形方法，其特征在于，所述将模具进行合模，使所述金属件发生变形，得到金属成形件，具体包括：

调节模具成形压力，利用动力装置将所述模具进行合模，使金属件发生变形，得到金属成形件。

4.根据权利要求1所述的基于自阻加热的金属塑性成形方法，其特征在于，所述打开所述电源，使所述第一电极、所述第二电极和所述金属件形成闭合回路，利用所述第一电极和所述第二电极使所述金属件进行自加热，之前还包括：

对所述模具和/或所述金属件表面进行绝缘处理。

5.根据权利要求1所述的基于自阻加热的金属塑性成形方法，其特征在于，所述打开所述电源，使所述第一电极、所述第二电极和所述金属件形成闭合回路，利用所述第一电极和所述第二电极使所述金属件进行自加热，之前还包括：

对所述模具和/或所述金属件表面进行隔热处理。

6.根据权利要求1所述的基于自阻加热的金属塑性成形方法，其特征在于，所述金属塑性成形方法还包括：

所述金属件发生变形后，对所述金属成形件进行保温、冷却和保压；

将所述模具卸载，并将所述金属成形件取出。

7.根据权利要求1所述的基于自阻加热的金属塑性成形方法，其特征在于，所述模具为凹模和/或凸模。

8.根据权利要求3所述的基于自阻加热的金属塑性成形方法，其特征在于，所述动力装置为液压缸、电动缸、机械螺旋加载或多连杆机构压力机。

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