一種用於飛機型材的感應加熱拉彎成形裝置製造方法
2023-10-30 15:35:37
一種用於飛機型材的感應加熱拉彎成形裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於飛機型材的感應加熱拉彎成形裝置，包括拉彎模具、感應加熱系統、線圈進給機構、絕緣絕熱墊層，絕緣絕熱墊層用於拉彎模具與工作檯之間的絕緣絕熱處理,拉彎模具安裝在絕緣絕熱墊層上，感應加熱系統位於拉彎成形裝置的外側，感應線圈位於型材外側，通電後感應線圈周圍產生磁場，型材位於磁場中，通過切割磁力線而溫度升高；線圈進給機構安裝在拉彎機夾頭處，用於完成感應線圈的進給運動；溫度傳感器採用非接觸式溫度傳感器，實時測量型材的溫度，根據溫度反饋信號，調整電源輸出功率，穩定型材的加熱溫度。通過成形裝置實現飛機型材零件的熱拉彎成形，提高了成形精度和組織穩定性，保證成形加工件的表面質量。
【專利說明】—種用於飛機型材的感應加熱拉彎成形裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於金屬型材拉彎成形【技術領域】，具體地說，涉及一種用於飛機型材的感應加熱拉彎成形裝置。
【背景技術】
[0002]型材零件應用於建築、機械製造、交通運輸及日常用品製造的各個領域時，考慮到結構力學、空氣動力學以及產品美觀等方面的要求，型材通常都需要彎曲成一定的弧度。拉彎成形的原理是對型材施加切向拉力，通過改變內部中性層的位置，從而使型材發生彎曲。拉彎工藝對於屈服強度比較大的彎曲零件具有很好的成形效果，並且彎曲質量高、回彈量小。型材拉彎成形在飛機製造中得到了非常廣泛的應用，主要用於成形機身、隔框、肋條、發動機架的連接件，採用拉彎工藝可以使零件獲得合理的校形餘量，提高零件的製造精度，降低零件的製造成本。然而隨著產品加工精度要求的日益提高，現有型材拉彎成形過程中的回彈、起皺和外層破裂等缺陷越發凸顯，限制了傳統拉彎成形的應用。因此，對材料毛坯進行加熱的熱拉彎成形工藝得到了更多的應用。
[0003]隨著科技的發展，出現了熱輻射加熱、電爐加熱、氧乙炔焰加熱和電阻加熱等各種的材料熱成形加熱方法。電阻加熱成形工藝是利用材料的導熱性能低、電阻係數大的特性通過向待加工零件自身通電，加熱到成形溫度而成形的工藝。電阻加熱的優點是工件處在高溫下的時間短，可減少氧汙染且不需要酸洗清除氧化皮工序，而且可避免加工材料受到氫汙染。在熱拉彎研究中，發明專利CN102814368A中公開了一種型材熱拉彎蠕變複合成形工裝系統及其使用方法。該型材熱拉彎蠕變複合成形工裝系統，包括張臂式型材拉彎機、加熱箱、自阻加熱系統、電氣控制櫃及夾鉗；實現了型材熱拉彎和蠕變過程的複合，降低了型材的塑性變形抗力，減小了型材加工後的殘餘應力，從而減小回彈，提高成形精度和組織穩定性，獲得的最終產品較傳統拉彎方法具有更好的質量並提高了生產效率；但是，由於這種電阻加熱方式主要靠輻射傳熱，加熱面積大，難以使熱量集中並在局部獲得大的熱流密度，因而溫度梯度很低，並且電阻加熱過程中型材的加熱和冷卻速率很慢，並且裝置結構複雜。
【發明內容】
[0004]為了避免現有技術存在的不足，克服電阻加熱難以使熱量集中並在局部獲得大的電流密度以及加熱過程中型材的加熱和冷卻速率較慢的問題；本發明提出一種用於飛機型材的感應加熱拉彎成形裝置，通過成形裝置實現飛機型材零件的熱拉彎成形，改善材料的成形性能，減小型材在成形過程中的回彈、起皺，提高其成形精度和組織穩定性，保證成形加工件的表面質量。
[0005]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:包括拉彎機工作檯、拉彎模具、感應加熱系統、線圈進給機構、絕緣絕熱墊層，其中，絕緣絕熱墊層位於拉彎機工作檯上，拉彎模具固定在絕緣絕熱墊層上面，通過高強度絕緣螺栓固連；感應加熱系統位於拉彎機的外側，線圈進給機構安裝在拉彎機夾頭部位，用於完成感應線圈的進給運動；
[0006]所述拉彎模具包括上模具、下模具，上模具與下模具結構相同，上模具與下模具扣合一側為圓弧形面，上模具與下模具之間圓弧面一側形成弧形凹槽，上模具與下模具上均布多個螺孔；
[0007]所述絕緣絕熱墊層包括絕緣墊、絕熱墊，絕熱墊與絕緣墊均為矩形，絕熱墊位於拉彎模具與絕緣墊之間，絕緣墊位於絕熱墊下面與拉彎機工作檯固定貼合；
[0008]所述線圈進給機構包括二個支架、二根絲槓、二個電機，二個支架分別固定在二個拉彎機夾頭的同側對稱安裝，絲槓安裝在支架上，電機固定在支架的一端，電機輸出軸與絲槓一端通過皮帶傳動，絲槓另一端連接在感應線圈上；
[0009]所述感應加熱系統由電源、二個感應線圈、二個導磁套和溫度傳感器組成，感應線圈位於型材外側，感應線圈為銅管螺線形結構，當加熱功率較大時，在通電過程中須對銅管內通入冷卻水；導磁套位於感應線圈外側，用於改變磁力線方向，使磁力線限制在型材周圍；溫度傳感器採用非接觸式溫度傳感器，實時測量型材的溫度，根據溫度反饋信號，調整電源的輸出功率，穩定型材的加熱溫度；電源採用高頻脈衝開關電源。
[0010]所述絕熱墊材料採用耐高溫高強度石棉板。
[0011]所述絕緣墊材料採用高強度環氧玻璃纖維板。
[0012]所述導磁套材料採用氧化鐵磁石。
[0013]本發明的工作流程為:
[0014]首先將拉彎模具及絕緣絕熱墊層固定安裝在拉彎機工作檯上，通過絕緣絕熱墊層完成拉彎模具與拉彎機工作檯之間的絕緣絕熱處理，保證設備安全。將型材穿過感應線圈，並且型材的兩端通過拉彎機夾頭進行夾緊，完成整根型材的裝夾，其中，在型材的夾持端以及夾頭內表面噴塗絕緣塗層。開通感應加熱系統給感應線圈通電，直至型材溫度達到設定的熱拉彎成形溫度值。然後，啟動拉彎機進行熱拉彎成形，使型材發生彎曲並包覆模具，直到貼合模具表面成形出合格零件，在熱拉彎成形過程中同時啟動線圈進給機構的電機，帶動感應線圈移動，從而完成型材待成形部分的加熱。
[0015]有益效果
[0016]本發明提出的用於飛機型材的感應加熱拉彎成形裝置，成形裝置對型材進行電磁感應加熱，加熱到規定溫度之後進行拉彎成形，使材料塑性提高、變形抗力降低，大大改善材料的成形性能；本發明中採用的電磁感應加熱方法與傳統電阻加熱方法相比較具有加熱速度快、功率高、節能效果顯著的特點，而且金屬氧化燒損率低，至少比傳統電阻加熱方式減少10%以上的金屬燒損。感應加熱拉彎成形裝置可使熱量集中，並在局部獲得大的熱流密度，在加熱過程中型材的加熱速率較快。感應加熱拉彎成形裝置能較好地解決常溫下難成形材料在傳統拉彎成形中所遇到回彈、起皺和外層破裂的質量問題，提高零件生產質量和生產效率，提高成形精度和組織穩定性，保證加工零件的表面質量。感應加熱拉彎成形裝置結構簡單、易於加工製造、方便實用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]下面結合附圖和實施方式對本發明一種用於飛機型材的感應加熱拉彎成形裝置作進一步詳細說明。
[0018]圖1為本發明感應加熱拉彎成形裝置結構示意圖。
[0019]圖2為本發明感應加熱拉彎成形裝置主視圖。
[0020]圖3為本發明感應加熱拉彎成形裝置的拉彎模具示意圖。
[0021]圖4為本發明感應加熱拉彎成形裝置的感應線圈與導磁套結構示意圖。
[0022]圖5為本發明感應加熱拉彎成形裝置的線圈進給機構示意圖。
[0023]圖中:
[0024]1.型材2.拉彎模具3.導磁套4.支架5.電機6.絲槓7.電源8.絕熱墊9.絕緣墊10.拉彎機工作檯11.感應線圈12.拉彎機夾頭13.上模具14.下模具
【具體實施方式】
[0025]本實施例是一種用於飛機型材的感應加熱拉彎成形裝置。
[0026]參閱圖1?圖5，本實施例是用於飛機T型截面的型材感應加熱拉彎成形。拉彎成形裝置包括拉彎機工作檯、拉彎模具、感應加熱系統、線圈進給機構、絕緣絕熱墊層，其中，絕緣絕熱墊層位於拉彎機工作檯上，拉彎模具固定在絕緣絕熱墊層上面，通過高強度絕緣螺栓固連；感應加熱系統位於拉彎機的外側，線圈進給機構安裝在拉彎機夾頭部位，用於完成感應線圈的進給運動。
[0027]絕緣絕熱墊層用於拉彎模具2與拉彎機工作檯10之間的絕緣絕熱處理。絕緣絕熱墊層安裝在拉彎機工作檯10上，絕緣絕熱墊層包括絕緣墊9、絕熱墊8，絕熱墊8與絕緣墊9均為矩形，絕熱墊8固定在拉彎模具2與絕緣墊9之間，絕緣墊9安裝在絕熱墊8下面與拉彎機工作檯10固定貼合；絕熱墊8材料採用耐高溫高強度石棉板，最大耐熱溫度可達1000°C。絕緣墊9材料採用高強度環氧玻璃纖維板。拉彎模具2安裝在絕緣絕熱墊層上方，拉彎模具2包括上模具13、下模具14，上模具13與下模具14結構相同，上模具13與下模具14扣合一側面為圓弧形面，上模具13與下模具14之間圓弧面一側形成弧形凹槽，上模具13與下模具14上均布多個螺孔，通過高強度絕緣螺栓固定安裝在拉彎機工作檯10上。線圈進給機構包括二個支架4、二根絲槓6、二個電機5，二個支架4分別固定在二個拉彎機夾頭12的同一側，對稱安裝，絲槓6安裝在支架4上，電機5固定在支架4的一端，電機5輸出軸與絲槓6 —端通過皮帶傳動，絲槓6另一端連接在感應線圈11上，隨著電機5的轉動帶動感應線圈11移動，通過線圈進給機構完成進給運動。
[0028]感應加熱系統由電源7、二個感應線圈11、二個導磁套3和溫度傳感器組成，感應線圈11安裝在型材I外側，感應線圈11為銅管螺線形結構，當加熱功率較大時，在通電過程中須對銅管內通入冷卻水。導磁套3安裝在感應線圈11外側，導磁套3材料採用氧化鐵磁石，用於改變磁力線方向，使磁力線限制在型材I周圍。溫度傳感器採用非接觸式溫度傳感器，實時測量型材的溫度，根據溫度反饋信號，調整電源的輸出功率，穩定型材的加熱溫度。電源7採用高頻脈衝開關電源，輸入電壓為380V，最大輸出功率為30KW，輸出直流電流:0?ΙΟΑ,ΙΟΟΑ……30000Α任選，輸出直流電壓:O?6V，12V，24V……600V任選，脈衝佔空比:0?100%連續可調，脈衝頻率:0?20000Hz連續可調。
[0029]本實施例加熱拉彎成形裝置進行拉彎成形時，具體工作步驟如下:
[0030]第一步，型材裝夾；將型材穿過感應線圈，並且型材的兩端通過拉彎機夾頭進行夾緊，完成整根型材的裝夾，同時，調整好感應線圈的位置。
[0031]第二步，通電加熱；開通感應加熱系統給感應線圈通電，電源頻率設定在16KHz?19KHz，通電後感應線圈周圍產生磁場，型材位於磁場中，通過切割磁力線而產生感應電流，使型材溫度升高，依靠溫度傳感器實時測量型材的溫度，根據溫度反饋信號，調整電源的輸出功率，從而穩定型材的加熱溫度，使型材的升溫速率達到100?160°C /S，直至型材溫度達到設定的熱拉彎成形溫度值。
[0032]第三步，拉彎成形；啟動拉彎機進行熱拉彎成形，使型材發生彎曲並包覆模具，直到貼合模具表面成形出合格零件，在熱拉彎成形過程中同時啟動線圈進給機構的電機，帶動感應線圈移動，從而完成型材待成形部分的加熱。並且在整個拉彎過程中控制型材的溫度保持在設定的拉彎成形溫度。
[0033]第四步，拆卸零件；拉彎結束，切斷電源，停止對感應線圈供電，待零件冷卻後拆卸零件。
【權利要求】
1.一種用於飛機型材的感應加熱拉彎成形裝置，包括拉彎機工作檯、拉彎模具、感應加熱系統、線圈進給機構、絕緣絕熱墊層，其特徵在於:絕緣絕熱墊層位於拉彎機工作檯上，拉彎模具固定在絕緣絕熱墊層上面，通過高強度絕緣螺栓固連；感應加熱系統位於拉彎機的外側，線圈進給機構安裝在拉彎機夾頭部位，用於完成感應線圈的進給運動； 所述拉彎模具包括上模具、下模具，上模具與下模具結構相同，上模具與下模具扣合一側為圓弧形面，上模具與下模具之間圓弧面一側形成弧形凹槽，上模具與下模具上均布多個螺孔； 所述絕緣絕熱墊層包括絕緣墊、絕熱墊，絕熱墊與絕緣墊均為矩形，絕熱墊位於拉彎模具與絕緣墊之間，絕緣墊位於絕熱墊下面與拉彎機工作檯固定貼合； 所述線圈進給機構包括二個支架、二根絲槓、二個電機，二個支架分別固定在二個拉彎機夾頭的同側對稱安裝，絲槓安裝在支架上，電機固定在支架的一端，電機輸出軸與絲槓一端通過皮帶傳動，絲槓另一端連接在感應線圈上； 所述感應加熱系統由電源、二個感應線圈、二個導磁套和溫度傳感器組成，感應線圈位於型材外側，感應線圈為銅管螺線形結構，當加熱功率較大時，在通電過程中須對銅管內通入冷卻水；導磁套位於感應線圈外側，用於改變磁力線方向，使磁力線限制在型材周圍；溫度傳感器採用非接觸式溫度傳感器，實時測量型材的溫度，根據溫度反饋信號，調整電源的輸出功率，穩定型材的加熱溫度；電源採用高頻脈衝開關電源。
2.根據權利要求1所述的用於飛機型材的感應加熱拉彎成形裝置，其特徵在於:所述絕熱墊材料採用耐高溫高強度石棉板。
3.根據權利要求1所述的用於飛機型材的感應加熱拉彎成形裝置，其特徵在於:所述絕緣墊材料採用高強度環氧玻璃纖維板。
4.根據權利要求1所述的用於飛機型材的感應加熱拉彎成形裝置，其特徵在於:所述導磁套材料採用氧化鐵磁石。
【文檔編號】B21D37/10GK104259272SQ201410390409
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年8月11日 優先權日:2014年8月11日
【發明者】孫寶龍, 王永軍, 劉天驕 申請人:西北工業大學