CN113245415A - 一种超薄壁波纹板电流辅助辊弯成形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种超薄壁波纹板电流辅助辊弯成形装置及方法，属于辊弯成形加工领域，其设计要点在于：包括：电源、微结构工作辊组；微结构工作辊组包括第一辊、第二辊；第一辊、第二辊的表面设置有波纹微结构；电源的一端与第一辊连接，另一端与第二辊连接；或者电源的一端与第一辊连接，另一端与薄板连接。本申请旨在提供一种超薄壁波纹板电流辅助辊弯成形装置及方法，提升超薄板塑性成形极限、抑制超薄壁微结构成形回弹，提高波纹微结构深宽比、尺寸精度等，避免现有模压成形技术效率低、面积小以及常规辊弯成形深宽比小、回弹大需要二次校形等缺点。

Description

一种超薄壁波纹板电流辅助辊弯成形装置及方法

技术领域

本申请涉及辊弯成形加工领域，更具体地说，尤其涉及一种超薄壁波纹板电流辅助辊弯成形装置及方法。

背景技术

超薄板波纹微结构组成的蜂窝结构，有着极大的表面积，是催化剂的理想载体，成为汽车尾气处理的关键器件。然而，燃油汽车数量不断增加，2018年仅中国汽车保有量达到2.4亿辆，2019年消耗汽油达到1.4亿吨，不少地区已经陆续实行了“国六”排放标准，减少了有害气体排放量，但是大气环境污染、雾霾和温室效应等环境问题依然严峻，减排降碳任重道远。因此，面向“国七”甚至更高的尾气排放标准，开展新型、多功能催化转化器研制成为当务之急，对超薄壁波纹微结构制造提出了更高的要求。

新型汽车尾气催化转化器主要由自阻加热蜂窝体、催化剂涂层蜂窝体等部分组成，其中要求最高的是自阻加热蜂窝体，将汽车冷启动阶段、有害气体含量超过80％的尾气迅速加热到250℃以上，同时满足振动、长寿命等使用要求，对蜂窝结构要求极为苛刻。

1)为满足尾气加热均匀性、有害气体催化高转化率等需求，蜂窝孔要求为400目以上，其蜂窝结构尺寸小于1.0mm、深宽比接近1.0、壁厚30-100μm；

2)波纹微结构精度优于±20μm，以满足焊接可靠性等严苛要求(焊合率优于99％)；

3)制造效率要求高，以满足巨大的汽车市场需求。

受超薄板自身成形极限制约，以胀形为主要变形方式的模压成形难以制备大深宽比薄板微结构(一般为0.3-0.5)，而且成形面积相对较小、效率较低。传统的辊弯成形能够显著提高深宽比(最大可达1.27)，而且，能够连续、成本低制备超薄微结构。然而，常用的辊弯成形工艺中，薄板的变形方式是弯曲和胀形，辊齿与薄板以线接触为主，约束较小，导致弯曲回弹、翘曲等较大，薄壁微结构精度差，难以满足使用要求，必须通过模压等方式进行校形，限制了薄板微结构辊弯成形优势的发挥；薄板在弯曲后进入咬合齿，变形方式转变为胀形，易产生局部减薄甚至破裂，深宽比受到了极大的限制；蜂窝目数高，微结构尺寸小于1.0mm、壁厚30-100μm，属于介观尺度范畴，弯曲回弹、成形极限等尺度效应影响显著，更加剧了超薄壁波纹微结构制造难度。

发明内容

本申请的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种面向硅冷却臂的装配方法。

本申请的技术方案如下：

一种超薄壁波纹板电流辅助辊弯成形装置包括：电源、微结构工作辊组；

微结构工作辊组包括第一辊、第二辊；第一辊、第二辊的表面设置有波纹微结构；

电源的一端与第一辊连接，另一端与第二辊连接；或者电源的一端与第一辊连接，另一端与薄板连接。

进一步，第一辊、第二辊之间的竖向间距能够通过工作辊间隙调整装置调节；

工作辊间隙调整装置是通过移动第一辊、固定第二辊的方式，来调节工作辊之间的间隙；工作辊间隙调整装置包括：第一辊轴承、升降板、升降装置；第一辊的两端设置在第一辊轴承上，第一辊轴承固定设置在升降板上，在地面或其他固定结构与升降板之间安装有升降装置；第二辊的两端设置在第二辊轴承上；第二辊轴承固定在固定板上。

进一步，升降装置采用伸缩杆；或者，升降装置采用丝杆-螺母结构，即升降杆上设置有2个以上的螺纹孔，在地面或其他固定结构上固定有电机，电机带动丝杆转动，丝杆穿过升降板的螺纹孔。

进一步，所述第一辊通过联轴器与减速器、驱动电机连接，即第一辊由驱动电机驱动旋转。

进一步，超薄壁波纹板电流辅助辊弯成形装置，还包括：薄板预紧力施加装置；起始工作时，带状金属薄板一端通过托盘送入工作辊之间，托盘上表面带有凹槽，该凹槽宽度与薄板宽度一致、深度略大于板厚，并采用有一定刚度的薄板盖住凹槽；薄板另一端采用薄板预紧力施加装置，给薄板施加一定预紧力。

一种超薄壁波纹板电流辅助辊弯成形装置的成型方法，其包括如下步骤：

S1，通过工作辊间隙调整装置，调节第一辊与第二辊之间的间距；

S2，调整好工作辊间隙后，启动驱动电机，第一辊开始旋转；

S3，将薄板通过托盘送入第一辊与第二辊之间，在第一辊与第二辊的作用力下，薄板开始变形且向前移动；

然后，启动薄板预紧力施加装置，薄板所受的拉力范围为(0-10]kN；

S4，打开设置好参数的电源，将电流通过工作辊施加薄板变形区，从而开始波纹微结构电流辅助辊弯成形。

本申请的有益效果在于：

第一，提供一种电流场焦耳热效应、电致塑性效应等，提升超薄板塑性成形极限、抑制超薄壁微结构成形回弹，提高波纹微结构深宽比、尺寸精度等，避免现有模压成形技术效率低、面积小以及常规辊弯成形深宽比小、回弹大需要二次校形等缺点。

第二，本申请提出了薄壁波纹微结构电流场辊弯成形工艺，利用电流场焦耳热效应、电致塑性效应等，提升超薄板塑性变形性能、抑制回弹，高效率、低成本、连续制备高精度波纹微结构阵列，从而提升高标准汽车尾气处理用蜂窝结构制造质量、降低制造成本，推动“国七”等尾气排放标准尽快实施，降低有害物质排放量、提升空气质量，具有重要的经济效益和社会效益。

第三，本申请采用辊弯成形方式制造超薄壁波纹微结构板，高效率、低成本、连续的制备大面积微结构阵列；电流场施加到工作辊-板-工作辊或者工作辊-板等方式，直接作用到辊弯变形区，利用电流场焦耳热效应、电致塑性效应等，提高超薄板变形性能、抑制回弹，实现大深宽比微结构高精度一次成形；薄板牵引预紧力施加装置，避免超薄板辊弯成形时出现翘曲、起皱等失稳，影响波纹微结构成形精度；接触电阻增加技术，采用施加电阻较大的粉末、涂层、表面粗糙化处理等方法，提高工作辊与薄板之间的接触电阻，进一步提升电流场焦耳热效应等，从而提高波纹微结构精度。

附图说明

下面结合附图中的实施例对本申请作进一步的详细说明，但并不构成对本申请的任何限制。

图1是本申请的第一种超薄壁波纹板电流辅助辊弯成形装置的设计图。

图2是本申请的第二种超薄壁波纹板电流辅助辊弯成形装置的设计图。

图3是本申请的超薄壁波纹板电流辅助辊弯成形装置的在另一视角下的图。

图4是本申请的第一辊和第二辊的波纹微结构的d、w2、t的示意图。

图5是本申请的第一辊和第二辊的波纹微结构的w1、l的示意图。

图1-5附图标记说明如下：

电源1、微结构工作辊组2、工作辊间隙调整装置3；

第一辊2-1、第二辊2-2；

第二辊轴承2-2-1；

第一辊轴承3-1、升降板3-2、升降装置3-3。

具体实施方式

从图1可知，一种超薄壁(厚度100μm)波纹板电流辅助辊弯成形装置(电流场辅助超薄壁波纹微结构辊弯成形装置)包括：

电源1(小电压、大电流功率电源)、微结构工作辊组2、工作辊间隙调整装置3；

微结构工作辊组2包括第一辊2-1、第二辊2-2；第一辊2-1、第二辊2-2的表面设置有波纹微结构；第一辊2-1、第二辊2-2之间的竖向间距能够通过工作辊间隙调整装置调节，满足辊弯成形需要；

所述第一辊2-1通过联轴器与减速器、驱动电机连接，即第一辊2-1由驱动电机驱动旋转；(第二辊2-2可以为从动辊，亦或第二辊2-2与第一辊2-1类似，也作为1个主动辊)。

工作辊间隙调整装置的设计

工作辊间隙调整装置3是通过移动第一辊、固定第二辊的方式，来调节工作辊之间的间隙；工作辊间隙调整装置3包括：第一辊轴承3-1、升降板3-2、升降装置3-3；第一辊2-1的两端设置在第一辊轴承3-1上，第一辊轴承3-1固定设置在升降板3-2上，在地面或其他固定结构与升降板3-2之间安装有升降装置3-3；升降装置3-3可以采用伸缩杆、也可以采用丝杆-螺母结构(即升降杆上设置有2个以上的螺纹孔，在地面或其他固定结构上固定有电机，电机带动丝杆转动，丝杆穿过升降板的螺纹孔)。

第二辊2-2的两端设置在第二辊轴承2-2-1上；第二辊轴承2-2-1固定在固定板上。

电源的设计

电源1根据波纹微结构材料、薄板宽度等条件来进行选择，如为了提高焦耳热效应可选择直流电源；如为了减小热效应影响可选择脉冲电源，比如兰州精密定制脉冲功率电源JX5KA/30V，输出电压0-30V、电流0-6000A、输出频率5-1kHz、脉宽2-800μs，控制方式采用恒电压或恒电流两种模式。

电源1的输出端与两个工作辊(即第一辊和第二辊)或者薄板采用截面积10mm²的紫铜导线或紫铜带连接。

微结构工作辊组的设计

第一辊和第二辊的波纹微结构采用铁铬合金或钛合金，厚度t为30-100μm，宽度w1大于10mm，长度l大于300mm；微结构宽w2范围0.5-10mm、深度d大于0.3mm，最大深宽比(w2/d)1.5。

微结构工作辊组的旋转速度为：1-100mm/min。

电源、微结构工作辊组的配合设计

如图1所示：第一种方案：电源1的一端与第一辊2-1通过大横截面铜导线连接，另一端通过同样的铜导线与第二辊连接；

如图2所示：第二种方案：电源1的一端与第一辊2-1通过大横截面铜导线连接，另一种方案是与薄板连接。

电源1输出的低电压、大电流通过工作辊直接作用到变形区，金属薄板在电流作用下，依靠自身电阻、接触电阻等迅速产生焦耳热效应、电致塑性效应等，变形性能得到提升，成形极限增加、回弹减小。

薄板在通过第一辊与第二辊之间时，在第一辊与第二辊的波形微结构、电流场等综合作用下发生塑性变形，从而成形出所需要的波纹微结构。

需要说明的是：本申请的超薄壁波纹板电流辅助辊弯成形装置，还包括：薄板预紧力施加装置；

起始工作时，带状金属薄板一端通过托盘送入工作辊之间，托盘上表面带有凹槽，该凹槽宽度与薄板宽度一致、深度略大于板厚，并采用有一定刚度的薄板盖住凹槽，起到导向等作用。

薄板另一端采用牵引装置(即薄板预紧力施加装置)，给薄板施加一定预紧力，以减小超薄板辊弯成形失稳等缺陷。

薄板预紧力(薄板受拉)根据成形材料、微结构尺寸等调整，范围为0-10kN。

需要说明的是：在波纹微结构要求很高时，两个工作辊可以分别连接不同的减速器和驱动电机，从而实现主动和被动工作辊的分别驱动和旋转控制。

对于采用钛等材料制成的自身电阻较大的薄板，焦耳热效应等明显，成形效果好；但对于紫铜等材料制成的自身电阻小的薄板，为了提升电流场作用效应，对紫铜薄板表面处理，如喷涂电阻较大的氮化硼涂层等。

一种薄壁波纹板电流辅助辊弯成形装置的成型方法，其包括如下步骤：

S1，通过工作辊间隙调整装置，调节第一辊2-1与第二辊2-2之间的间距；

S2，调整好工作辊间隙后，启动驱动电机，第一辊开始旋转；

S3，将薄板通过托盘送入第一辊2-1与第二辊2-2之间，在第一辊2-1与第二辊2-2的作用力下，薄板开始变形且向前移动；

然后，启动薄板预紧力施加装置，薄板所受的拉力范围为(0-10]kN；

S4，打开设置好参数的电源1，将电流通过工作辊施加薄板变形区，从而开始波纹微结构电流辅助辊弯成形。

对于成型方法而言，一定要先将薄板送入工作辊，后打开功率电源1开关，否则，先打开功率电源，薄板和工作辊接近时会产生火花放点，对工作辊产生烧蚀，破坏工作辊表面质量，严重时会导致工作辊报废。

在薄板完全进入工作辊之前，关闭功率电源开关，待薄板完全通过工作辊后，波纹微结构辊弯成形结束，关闭工作辊驱动电机电源。

以上所举实施例为本申请的较佳实施方式，仅用来方便说明本申请，并非对本申请作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本申请所提技术特征的范围内，利用本申请所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本申请的技术特征内容，均仍属于本申请技术特征的范围内。

Claims (6)

1.一种超薄壁波纹板电流辅助辊弯成形装置，其特征在于，包括：电源、微结构工作辊组；

微结构工作辊组包括第一辊、第二辊；第一辊、第二辊的表面设置有波纹微结构；

电源的一端与第一辊连接，另一端与第二辊连接；或者电源的一端与第一辊连接，另一端与薄板连接。

2.根据权利要求1所述的一种超薄壁波纹板电流辅助辊弯成形装置，其特征在于，第一辊、第二辊之间的竖向间距能够通过工作辊间隙调整装置调节；

工作辊间隙调整装置是通过移动第一辊、固定第二辊的方式，来调节工作辊之间的间隙；工作辊间隙调整装置包括：第一辊轴承、升降板、升降装置；第一辊的两端设置在第一辊轴承上，第一辊轴承固定设置在升降板上，在地面或其他固定结构与升降板之间安装有升降装置；第二辊的两端设置在第二辊轴承上；第二辊轴承固定在固定板上。

3.根据权利要求2所述的一种超薄壁波纹板电流辅助辊弯成形装置，其特征在于，，升降装置采用伸缩杆；或者，升降装置采用丝杆-螺母结构，即升降杆上设置有2个以上的螺纹孔，在地面或其他固定结构上固定有电机，电机带动丝杆转动，丝杆穿过升降板的螺纹孔。

4.根据权利要求3所述的一种超薄壁波纹板电流辅助辊弯成形装置，其特征在于，所述第一辊通过联轴器与减速器、驱动电机连接，即第一辊由驱动电机驱动旋转。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的一种超薄壁波纹板电流辅助辊弯成形装置，其特征在于，超薄壁波纹板电流辅助辊弯成形装置，还包括：薄板预紧力施加装置；起始工作时，带状金属薄板一端通过托盘送入工作辊之间，托盘上表面带有凹槽，该凹槽宽度与薄板宽度一致、深度略大于板厚，并采用有一定刚度的薄板盖住凹槽；薄板另一端采用薄板预紧力施加装置，给薄板施加一定预紧力。

6.一种超薄壁波纹板电流辅助辊弯成形装置的成型方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，通过工作辊间隙调整装置，调节第一辊与第二辊之间的间距；

S2，调整好工作辊间隙后，启动驱动电机，第一辊开始旋转；

S3，将薄板通过托盘送入第一辊与第二辊之间，在第一辊与第二辊的作用力下，薄板开始变形且向前移动；

然后，启动薄板预紧力施加装置，薄板所受的拉力范围为(0-10]kN；

S4，打开设置好参数的电源，将电流通过工作辊施加薄板变形区，从而开始波纹微结构电流辅助辊弯成形。

Images