[發明專利]基于自發熱的攪拌摩擦成形裝置及工藝

有效

• 申請號: 201510335053.3
• 申請日: 2015-06-17
• 公開（公告）號: CN105013939B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: 胡志力;華林;嚴勇;吳超
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B21D31/00
• 分類號: B21D31/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 唐萬榮,王淳景

技術領域

本發明屬于板料成形技術領域，尤其涉及一種基于自發熱的攪拌摩擦成形裝置及工藝。

背景技術

汽車覆蓋件(以下簡稱覆蓋件)是指構成汽車車身或駕駛室、覆蓋發動機和底盤的異形體表面和內部的汽車零件。汽車覆蓋件既是外觀裝飾性的零件，又是封閉薄殼狀的受力零件。覆蓋件具有曲面多、尺寸大、材料薄、結構形狀復雜、精度要求高等特點，而且表面不允許有波紋、皺折、邊緣拉痕和其他破壞表面美感的缺陷，對成形質量要求較高，是汽車車身制造的關鍵環節，其制造技術難度大，成本高，開發周期和質量都難以控制。

漸進成形是近年來出現的一種新型板材柔性數控加工方法，它將快速成形技術和塑性成形技術有機結合，實現板材的柔性生產。漸進成形技術的基本原理是通過計算機程序控制形狀簡單的成形工具，基于“分層制造”的思想，使工具沿著垂直方向或水平方向的軌跡運動，逐層形成零件的三維包絡面，從而實現金屬板料連續局部的塑性成形。

現有板料漸進成形方法主要分為兩大類，即冷成形和熱成形。

冷成形一般適用于塑性較好的鋼材。加工過程中成形工具一般不旋轉，直接漸進沖擊板料成形；此外也有成形工具旋轉加工板料的方式，但轉速一般在1000-2000r/min間，成形工具進行旋轉主要是為了降低板料與工具間的摩擦力，同時在板料上需要不斷添加潤滑劑，補充成形工具與板料間由于旋轉導致的潤滑劑損耗，防止板料與成形工具摩擦生熱，損傷工件表面；成形過程中摩擦會浪費成形中的能耗，需要盡量避免。此外，大量文獻表明單點漸進成形過程隨著加工角度的增加，板料的變形范圍減少，變形會集中于板料某個點，造成板料局部變形過大，致使板料破裂。

熱成形一般適用于塑性較差的板料，如鋁，鎂及鈦合金等材料。為了擴大板料變形區域，一般通過對加工點附近不變形區板料加熱，使其強度下降，強迫擴大板料變形區域，使不變形區板料也變形，避免變形集中于板料某個點，提高成形能力，完成板料成形。加工過程中成形工具一般不旋轉，直接在熱輔助下漸進沖擊板料成形；此外也有成形工具旋轉加工板料的方式，但轉速一般不超過2000r/min。目前使用的熱成形加熱方式有多種：有的將支撐底座安裝放置在一定溫度的溫箱內，溫箱成形裝置體積龐大，工具頭和機床運轉空間受溫箱口部尺寸局限，在整個成形過程中，需要始終保持整個板料(一般分為成形區、待成形區和未成形區)達到一定的溫度；有的采用局部跟隨工具頭加熱的成形方式，比如激光加熱和電自阻加熱等，激光加熱等裝置設備成本高。這些熱成形都采用的是外部輔助加熱方式。同時，在熱成形過程中，板料和成形工具間也需要不斷添加潤滑劑，補充熱成形過程中潤滑劑的損耗，降低摩擦節約成形能耗，也避免成形工具對板料表面的損傷。

針對傳統漸進成形過程中成形工具與板料摩擦損耗的缺點，有學者提出了高能率漸進成形工藝，來盡量避免成形過程中的出現摩擦損耗，其中比較典型是激光沖擊漸進成形和電磁脈沖漸進成形。

激光沖擊漸進成形基本原理是利用高功率密度、短脈沖的強激光作用于覆蓋在金屬板料表面上的能量轉換體，使其汽化電離形成等離子體，產生向金屬內部傳播的強沖擊波。由于沖擊波壓力達到GPa數量級，遠遠大于材料的動態屈服強度，從而使材料產生屈服和冷塑性變形，并在計算機控制下實現漸進成形。激光沖擊漸進成形技術成形表面質量差、只能產生較小變形量，對于大型零件的成形還存在較大不足，因此在實際生產中還沒得到廣泛應用。

電磁漸進成形的基本原理是物理學中的電磁感應定律，脈沖磁場穿過工件而在工件上產生感應電流，產生的磁場與初始電場、磁場相互間產生了巨大的作用力，當沖擊壓力值達到工件材料的屈服強度時，工件將發生塑性變形，利用電磁力對工件實施分層塑性變形達到成形金屬零件目的。電磁漸進成形由于受設備能量的限制，對板材有一定的要求，如材料的導電率、厚度等；而且由于平板毛坯磁脈沖力分布不均勻，從而影響成形質量。對于自由成形零件而言，其外形難控制，而對于有模成形而言，又存在零件的貼膜性差等問題。

上述兩種漸進成形工藝都是屬于高能率的成形工藝，雖然較好的避免了傳統漸進成形過程中的摩擦問題，但它們在成形過程中有著共性的缺點：由于板材的成形平面受力不均，局部成形區域易出現失穩，極易出現破裂、壓痕、凹陷、起皺和回彈等成形缺陷，嚴重影響成形件的尺寸精度和表面質量。

發明內容