[發明專利]電流和摩擦輔助加熱的異質疊層板復合成形裝置及方法

有效

• 申請號: 202010595385.6
• 申請日: 2020-06-27
• 公開（公告）號: CN111672990B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 劉欣梅;吳仁豪;李猛;陳軍
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B21D39/03
• 分類號: B21D39/03;B21D31/00;B21D37/00;B21D37/16;B21D37/18
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 吳文濱

本發明涉及一種電流和摩擦輔助加熱的異質疊層板復合成形裝置及方法，屬于機械制造加工技術領域。裝置包括與第一金屬板旋轉接觸的第一工具頭組件、與第二金屬板旋轉接觸的第二工具頭組件以及可調式時變電源，該可調式時變電源分別與第一工具頭組件、第二工具頭組件及異質疊層板的端部電連接。成形時，主動工具頭與板料壓力接觸并高速旋轉，通過摩擦生熱和電流輔助加熱的方式完成兩塊異質金屬板料的連接及漸進同步復合成形。與現有技術相比，本發明中的成形裝置及成形方法具有加工效率高、節約能源、提高零件的表面質量和輪廓精度等優點。

技術領域

本發明屬于機械制造加工技術領域，涉及一種異質金屬板料固態連接和塑性成形技術，尤其是涉及一種電流和摩擦輔助加熱的異質疊層板雙點漸進及同步連接復合成形方法及其相應裝置。

背景技術

板料漸進成形技術是一種塑性成形研究領域的新型柔性無模制造工藝，可提高材料的成形極限，適用于原型制造、中小批量、高附加值或者傳統成形技術無法加工的零件生產。目前，板料漸進成形工藝已經從一般的單點漸進成形發展到雙點漸進成形，可以應用于鋼、鋁合金甚至鈦合金單層板的成形。但是單層板性能單一，且加工后厚度減薄嚴重，限制其工業應用。而復合異質疊層板可以克服單一材料物理化學性能不足的缺陷，且具有相對密度低、彎曲剛度高、比強度高等特性，因此在航空航天、汽車車身開發和醫療定制等工業領域有極大的應用前景。

復合異質金屬疊層板傳統上可由多種方法獲得，比如爆炸焊接法、輥軋法、熱壓擴散焊、熔融焊等，這些工藝方法的本質都是利用熱效應在金屬界面間實現機械和冶金連接。近年來國內外對異質金屬疊層板連接和板料漸進成形的研究越發深入，對不同服役工況下的目標零件的加工技術取得了一定進步，從而推動了這種工藝在工業預制成形領域的復合制造工藝的應用前景。

公開號為CN209613950U的中國實用新型專利提出了一種金屬板料多自由度激光加熱漸進成形設備，該裝置成形工具頭和激光加熱頭分布在板料的兩側，保持激光束與加熱區域切線方向垂直，避免激光器與待加熱以外的區域發生干涉，最大化利用激光束的能量。該裝置主要針對單層板的漸進成形提供輔助加熱，可以調節激光加熱的功率值，滿足不同厚度不同材料的板料加熱要求，它所能達到的加熱溫度能夠使金屬產生相變，提高了金屬板料漸進成形的力學性能。但該裝置的缺陷在于激光加熱頭無法起到背壓反頂作用，只能應用于單點漸進成形，降低了異質疊層板連接的輪廓精度。

公開號為CN109249118A的中國發明專利公開了一種基于電阻焊的疊層板同步復合雙點漸進成形裝置，將可調式時變電源的一極連接至第一壓頭，另一極連接至第二壓頭，并與第一壓頭、疊層板、第二壓頭構成閉合回路。第一壓頭和第二壓頭分別與兩個背壓氣缸相連，以補償工具頭的位移，避免第一壓頭和第二壓頭與板料失去接觸。但該裝置的主要缺陷在于兩個工具頭只能是對頂式的接觸方式，加工零件底部容易出現鼓形，輪廓精度較低。雖然有背壓氣缸提供位移補償，但仍然無法實現穩定可控的實時接觸，同時在雙點漸進成形加工過程的后期背壓反頂工具頭會和板料失去接觸，此時會使得回路斷電，因此仍有尚待改進之處。

發明內容

本發明的目的就是為了提供一種電流和摩擦輔助加熱的異質疊層板復合成形裝置及方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

電流和摩擦輔助加熱的異質疊層板復合成形裝置，所述的異質疊層板包括堆疊設置且材質不同的第一金屬板及第二金屬板，所述的裝置包括與第一金屬板旋轉接觸的第一工具頭組件、與第二金屬板旋轉接觸的第二工具頭組件以及可調式時變電源，該可調式時變電源分別與第一工具頭組件、第二工具頭組件及異質疊層板的端部電連接。第一工具頭組件、第二工具頭組件分別對第一金屬板、第二金屬板施加壓力，從兩側成形異質疊層板。

進一步地，所述的可調式時變電源包括兩個正極及一個負極，所述的兩個正極分別與第一工具頭組件、第二工具頭組件電連接，所述的負極與異質疊層板的端部電連接，以構成閉合回路，在板面形成電流熱場。每個工具頭組件都與可調式時變電源裝配使用，也可根據加工狀態，只設置其中一個與可調式時變電源裝配。