[發明專利]預壓力輔助高頻感應熱成形新工藝

在審

• 申請號: 201910323007.X
• 申請日: 2019-04-18
• 公開（公告）號: CN111822554A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 石永軍;郭延闊;王曉崗;趙永盛
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: B21D5/04
• 分類號: B21D5/04;B21D37/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種利用預壓力高效輔助高頻感應熱彎曲金屬板和矯形的方法。首先通過施加預壓力使板處于彈性彎曲范圍之內，然后利用高頻感應線圈以一定的掃描速度沿彈性變形集中區域，使原來預壓力形成的彈性變形向塑性變形更多的轉化。與常規的高頻感應板材成形基于溫度梯度機理彎曲機理不同，預壓力輔助高頻感應成形為溫度梯度的熱應力與施加的外應力兩者的熱力耦合，從而實現更大的彎曲角度。另外，通過預壓力施加可以使高頻感應加熱板實現正負兩個方向的彎曲。該方法不僅適于常規中厚金屬材料彎曲與矯形，而且也可應用于高硬脆難變形材料，在航空航天、醫療機械和微電子等領域有著較大的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種利用預壓力高效輔助高頻感應彎曲率實現金屬板材熱成形新工藝，屬于機械制造技術領域,可應用于小批量、難成形材料或者中厚金屬板材快速彎曲和矯形加工。

技術背景

高頻感應加熱作為一種在熱處理、焊接，板熱成形中，特別是船舶制造中厚板的成形已廣泛應用的加熱方法，其技術、原理等都相當成熟，可成為一種比較理想的熱應力成形加熱熱源。高頻感應加熱成形的原理：根據法拉第電磁感應原理，當金屬體處在變化的磁場中，會在金屬體內產生感應電流，這種感應電流形成閉合的回路，即渦流。金屬材料中的渦流在材料內部產生大量的焦耳-楞次熱，由于渦流具有集膚效應，形成的渦流主要集中在金屬上表面，所以產生的熱量也大部分集中在上表面，從而在鋼板厚度方向上產生大的溫度梯度，致使鋼板上下表面產生不同的塑性變形。高頻感應幾乎集中了水火彎板成形和激光熱應力成形的優點，而且價格便宜，特別適用于中小船廠和單件板材的無模成形，是一種很有實際應用前途的成形方法，完全可以取代水火彎板成形，而且還可以部分代替激光成形，隨著高頻感應加熱成形研究的深入，高頻感應加熱成形技術必將在板材加工特別是造船業中顯示出強大的生命力和廣闊的市場應用前景，一定會產生巨大的經濟效益和社會效益。

目前在高頻感應板熱彎曲成形當中，高頻感應的集膚效應只在金屬表面形成塑性變形。尤其在中厚板中，由于板厚度較大，內部存在更大的彈性內能，高頻感應彎曲成形難以有效將過多的彈性變形轉化成塑性變形，導致板材變形抗力大、成形角度較小。另外由于高頻感應采用的是基于溫度梯度的成形，彎曲方向只能朝向感應加熱的正方向，如果想得到背向感應加熱的彎曲負方向需要調整工件、設備，導致工序增加。因此，有必要采取有效的工藝方案即能提高高頻感應單次成形量，又能根據需求得到正負任意的彎曲方向，尤其對于實際生產當中應用廣泛的中厚板。

發明內容

為了解決高頻感應金屬板加工中變形抗力大、成形量小、彎曲方向單一的問題，本發明公開一種預壓力輔助高頻感應彎曲高效率成形新工藝，包括以下步驟：

1、首先成形工件置于三維數控臺上，用夾具固定成形工件的一端。在工件另一自由端施加壓力F，壓力由壓力輸出系統施加板，并使板處于彈性彎曲范圍之內，高頻感應線圈和壓力施加裝置位置固定不變；

2、通過電力系統輸出電能經過導線傳遞到高頻感應線圈，高頻感應線圈在成形工件表面產生電磁場，工件處在變化的磁場中，會在金屬體內產生感應電流，內部產生大量的焦耳-楞次熱；

3、三維數控臺帶動成形工件移動，使高頻感應線圈相對以一定的掃描速度v沿給定的運動軌跡b加熱成形工件表面；

4、加熱完成后，金屬板材通過自然冷卻、強制對流空冷或強制對流水冷對加熱區域進行冷卻，最后由壓力輸出系統撤去壓力。

與常規的高頻感應板材成形基于溫度梯度機理彎曲機理不同，預壓力輔助高頻感應成形為溫度梯度的熱應力與施加的外應力兩者的熱力耦合。即常規高頻感應的彎曲變形角為溫度梯度梯度形成，而預壓力輔助高頻感應形成角為溫度梯度和壓力加載的綜合形成。另外，預壓力輔助高頻感應成形中的溫度作用除了產生溫度梯度形成熱應力以外，其較高的溫度又會對加熱區中材料性能產生影響，既能降低材料的屈服極限。當施加背向感應線圈方向外壓力，使原來預壓力形成的彈性變形向塑性變形更多的轉化，從而使板材形成較大彎曲角度。