阅读说明：本技术 一种脉冲微波辅助动态支撑柔性成形装置及方法 (A kind of pulse microwave auxiliary dynamic support flexible forming apparatus and method ) 是由 苏春建 吕始鹏 鲁先宝 张帅 李震 刘加珍 于 2019-07-31 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种脉冲微波辅助动态支撑柔性成形装置及方法,该装置括托板、夹板、成形刀具头和脉冲微波辅助成形装置；夹板位于托板的上方,用以将板材固定在托板上；所述脉冲微波辅助成形装置包括脉冲微波发生器、同轴电缆、支撑杆、支撑头、滑杆、滑轨和用以支撑滑轨的滑轨支架,滑轨和滑轨支架共有两组,对称设置在滑杆的两端,滑杆的两端分别与两滑轨滑动相连,支撑杆的一端与滑杆滑动相连,另一端与支撑头转动相连,成形刀具头与支撑头分别位于板材的上下两端,支撑头内设有电磁线圈,电磁线圈通过同轴电缆与脉冲微波发生器电连。本发明利用该装置可显著提高室温下材料的成形极限,有效提高变形铝合金的平面应变值,完成板材的柔性成形。(The present invention provides a kind of pulse microwave auxiliary dynamic support flexible forming apparatus and method, the device to include supporting plate, clamping plate, forming tool head and pulse microwave assist formation device；Clamping plate is located at the top of supporting plate, plate to be fixed on supporting plate；The pulse microwave assist formation device includes pulse microwave generator, coaxial cable, support rod, branch fastener, slide bar, sliding rail and the sliding rail rack to support sliding rail, sliding rail and sliding rail rack share two groups, it is symmetricly set on the both ends of slide bar, the both ends of slide bar are connected with the sliding of two sliding rails respectively, one end of support rod is connected with sliding bar, the other end is rotatedly connected with branch fastener, forming tool head and branch fastener are located at the upper and lower ends of plate, electromagnetic coil is equipped in branch fastener, electromagnetic coil is electrically connected by coaxial cable and pulse microwave generator.The present invention is remarkably improved the forming limit of material at room temperature using the device, effectively improves the plane strain value of wrought aluminium alloy, completes the flexible forming of plate.)

一种脉冲微波辅助动态支撑柔性成形装置及方法

技术领域

本发明涉及板材加工技术领域，具体涉及一种脉冲微波辅助动态支撑柔性成形装置及方法。

背景技术

铝合金在室温下的变形能力较差，当用一般的冲压工艺对铝合金进行准静态变形加工时，其成形极限较低，在较高应变区易产生破裂，而且板材回弹较大，且容易产生扭曲现象，这些因素导致铝合金板材成形精度较低。

热成形较室温下成形具有一定的优势，可以提高零件的成形性和零件的尺寸精度，有效提高零件的表面硬度及其耐磨性，但是对于无镀层板热冲压过程会产生氧化皮，需要后续增加抛丸及涂油线，有镀层板在加热炉中会污染陶瓷辊筒，需要较高的清理费用。

单点渐进成形技术是一种新型的板材柔性成形技术，其原理是靠逐次变形累积产生整体的变形，可以实现板材的柔性成形，板材变轨迹和路径成形，由数控机床控制刀头运动，成形零件的重复性好，最重要的是可以极大降低产品的制造成本并缩短开发及制造周期，然而，现有的铝合金板材柔性单点渐进成形工艺材料成形极限低，当板材成形角较大时会发生破裂，成形精度低，发生回弹效应的技术问题，而回弹效应和零件精度问题也是制约该技术发展的重要因素。

发明内容

针对上述现有技术问题，本发明提供了一种脉冲微波辅助动态支撑柔性成形装置；另外本发明提供了一种脉冲微波辅助动态支撑柔性成形方法。

本发明采用以下的技术方案：

一种脉冲微波辅助动态支撑柔性成形装置，包括托板、夹板、成形刀具头和脉冲微波辅助成形装置；所述夹板位于托板的上方，用以将板材固定在托板上；所述脉冲微波辅助成形装置包括脉冲微波发生器、同轴电缆、支撑杆、支撑头、滑杆、滑轨和用以支撑滑轨的滑轨支架，滑轨和滑轨支架共有两组，对称设置在滑杆的两端，滑杆的两端分别与两滑轨滑动相连，支撑杆的一端与滑杆滑动相连，支撑杆的另一端与支撑头转动相连，成形刀具头与支撑头分别位于板材的上下两端，支撑头内设有电磁线圈，电磁线圈通过同轴电缆与脉冲微波发生器电连。

进一步地，所述电磁线圈、同轴电缆、脉冲微波发生器构成脉冲电磁电路，在通电状态下，电磁线圈产生脉冲电磁，与成形刀具头相互作用。

进一步地，所述支撑头与支撑杆之间为可拆卸连接。

上述技术方案中，支撑头和支撑杆之间为可拆卸连接，根据加工零件的形状可以调整合适型号的成形刀具头和支撑头。

进一步地，所述托板的下方设有底座，所述底座上设置有导柱和可调节高度的支撑装置，导柱和可调节高度的支撑装置将托板固定在底座上，调节可调节高度的支撑装置并配合托板在导柱上的位置能够调节托板的高度。

进一步地，所述导柱的数量为四个，均匀设置在托板的四周。

进一步地，所述可调节高度的支撑装置为气缸。

上述技术方案中，根据加工需要，在成形刀具头的位置调节受限时，可以利用气缸和导柱调整托板进而调整板材至合适高度。

一种脉冲微波辅助动态支撑柔性成形方法，包括以下步骤：

(1)将待加工板材放置在托板上并用夹板将其固定；

(2)分别调整成形刀具头和支撑头的位置，将成形刀具头和支撑头分别置于待加工板材的上下两端；

(3)打开成形刀具头控制开关，同时打开脉冲微波发生器开关，支撑头内的电磁线圈通脉冲电流，支撑头与位于板材上的成形刀具头相互作用，完成板材的成形。

进一步地，脉冲微波辅助动态支撑柔性成形装置还包括控制模块，所述控制模块与成形刀具头、脉冲微波辅助成形装置控制相连，控制模块用以控制成形刀具头的运行轨迹，以及脉冲微波辅助成形装置中支撑杆的运行轨迹，进而控制支撑头的运行轨迹。

进一步地，打开成形刀具头控制开关，板材的成形过程中，成形刀具头为以一定速率自转转动。

上述技术方案中，脉冲微波发生电路工作时，电源变压器将380V工业用电转化为185V输入电，然后利用三相整流调压模块和稳流稳压控制板将电流进行整流调压，控制模块根据反馈电路利用控制模块来控制三相整流调压模块和稳流稳压控制板从而控制进入线圈的电流和电压，线圈绕在硅钢铁芯上产生脉冲微波可对板材产生力的作用从而引起变形。

滑轨安装在滑轨支架上，滑杆和滑轨根据程序控制相对滑动，成形刀具头和支撑头根据预设程序沿加工轨迹进行加工，在此过程中成形刀具头以一定速度自转旋转；

同时脉冲微波发生器不断产生脉冲微波，脉冲微波发生器与电磁线圈用同轴电缆相连，支撑头内部线圈产生脉冲作用力，通过控制模块可以调整对板材的作用力；

板材在成形刀具头压力和脉冲微波作用力的双重作用下发生塑性变形，板材微细特征也因瞬态大应变能而进行加工变形；

成形刀具头和动态支撑头对板材加工完成后得到成形工件，完成板材的脉冲微波柔性成形。

本发明具有的有益效果是：

(1)脉冲微波辅助动态支撑柔性成形技术可显著提高室温下材料的成形极限，有效提高变形铝合金的平面应变值；(2)通过脉冲微波发生电路的控制可以精确控制成形能量，有效提高成形精度；(3)在脉冲力和模具的共同作用下可以有效抑制材料回弹行为；(4)在成形刀具头压力和脉冲微波作用力的双重作用下，非常高的冲击压力足以进行微细特征的加工。

附图说明

图1为脉冲微波辅助动态支撑柔性成形装置结构示意图；

图2为不同型号的成形刀具头及支撑头；

图3为脉冲微波发生电路结构示意图。

附图标记说明：

1.底座，2.导柱，3.滑杆，4.托板，5.夹板，6.板材，7.成形刀具头，8.电磁线圈，9.支撑头，10.支撑杆，11.滑轨，12.气缸，13.滑轨支架，14.同轴电缆，15.脉冲微波发生器，16.380V工业用电，17.电源变压器，18.三相整流调压模块，19.硅钢铁芯，20.反馈电路，21.控制模块，22.稳流稳压控制板，23.单相整流调压模块，24.185V输入电，7-1.通用型成形刀具头，7-2.大平面用成形刀具头，7-3.侧壁用成形刀具头，9-1.通用型支撑头，9-2.大平面用支撑头，9-3.侧壁用支撑头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体的说明：

参阅图1，一种脉冲微波辅助动态支撑柔性成形装置，包括托板、夹板、成形刀具头和脉冲微波辅助成形装置；所述夹板位于托板的上方，用以将板材固定在托板上；所述脉冲微波辅助成形装置包括脉冲微波发生器、同轴电缆、支撑杆、支撑头、滑杆、滑轨和用以支撑滑轨的滑轨支架，滑轨和滑轨支架共有两组，对称设置在滑杆的两端，滑杆的两端分别与两滑轨滑动相连，支撑杆的一端与滑杆滑动相连，支撑杆的另一端与支撑头转动相连，成形刀具头与支撑头分别位于板材的上下两端，支撑头内设有电磁线圈，电磁线圈通过同轴电缆与脉冲微波发生器电连。

作为其中的一个实施例，进一步地，所述电磁线圈、同轴电缆、脉冲微波发生器构成脉冲电磁电路，在通电状态下，电磁线圈产生脉冲电磁，与成形刀具头相互作用。

进一步地，所述电磁线圈采用的是内铜外钢的复合线圈，绕制时无交错重叠，层间用0.06～0.075mm厚绝缘纸绝缘，内部结构绕好后浸电工绝缘漆并烘干，外层加青壳纸与黄蜡绸，并二次浸漆烘干，外包纱布带。

当脉冲微波辅助动态支撑柔性成形装置用于大批量生产时，电磁线圈需加装冷却系统进行冷却。

作为其中的一个实施例，进一步地，所述支撑头与支撑杆之间为可拆卸连接。

支撑头和支撑杆之间为可拆卸连接，根据加工零件的形状可以调整合适型号的成形刀具头和支撑头，不同型号的成形刀具头及支撑头参阅图2所示。

根据走刀轨迹和工件加工形状更换合适型号的支撑头和成形刀具头。

图2给出了三种不同型号的成形刀具头和支撑头，其中，通用型成形刀具头和通用型支撑头用于一般加工情况，大平面用成形刀具头和大平面用支撑头用于加工较大平面，侧壁用成形刀具头和侧壁用支撑头用于板材侧壁的加工。

作为其中的一个实施例，进一步地，所述托板的下方设有底座，所述底座上设置有导柱和可调节高度的支撑装置，导柱和可调节高度的支撑装置将托板固定在底座上，调节可调节高度的支撑装置并配合托板在导柱上的位置能够调节托板的高度。

作为其中的一个实施例，进一步地，所述导柱的数量为四个，均匀设置在托板的四周。

作为其中的一个实施例，进一步地，所述可调节高度的支撑装置为气缸。

根据加工需要，在成形刀具头的位置调节受限时，利用气缸和导柱调整托板进而调整板材至合适高度。

需要注意的是，气缸需要外接空气压缩机、换向阀、空滤等气压传动辅助元件。

一种脉冲微波辅助动态支撑柔性成形方法，包括以下步骤：

(1)将待加工板材放置在托板上并用夹板将其固定；

(2)分别调整成形刀具头和支撑头的位置，将成形刀具头和支撑头分别置于待加工板材的上下两端；

(3)打开成形刀具头控制开关，同时打开脉冲微波发生器开关，支撑头内的电磁线圈通脉冲电流，支撑头与位于板材上的成形刀具头相互作用，完成板材的成形。

作为其中的一个实施例，进一步地，脉冲微波辅助动态支撑柔性成形装置还包括控制模块，所述控制模块与成形刀具头、脉冲微波辅助成形装置控制相连，控制模块用以控制成形刀具头的运行轨迹，以及脉冲微波辅助成形装置中支撑杆的运行轨迹，进而控制支撑头的运行轨迹。

所述控制模块还用以控制脉冲微波发生器的发生电路的电流、电压。

脉冲微波辅助动态支撑柔性成形装置需要与数控机床配合使用，数控机床用于控制成形刀具头的转速、转向、进给量等参数。

参阅图3，脉冲微波发生器的发生电路工作时，电源变压器将380V工业用电转化为185V输入电，然后利用三相整流调压模块和稳流稳压控制板将电流进行整流调压，控制模块根据反馈电路利用控制模块来控制三相整流调压模块和稳流稳压控制板从而控制进入线圈的电流和电压，线圈绕在硅钢铁芯上产生脉冲微波可对板材产生力的作用从而引起变形。

滑轨安装在滑轨支架上，滑杆和滑轨根据程序控制相对滑动，成形刀具头和支撑头根据预设程序沿加工轨迹进行加工，在此过程中成形刀具头以一定速度自转旋转；

同时脉冲微波发生器不断产生脉冲微波，脉冲微波发生器与电磁线圈用同轴电缆相连，支撑头内部线圈产生脉冲作用力，通过控制模块可以调整对板材的作用力；

板材在成形刀具头压力和脉冲微波作用力的双重作用下发生塑性变形，板材微细特征也因瞬态大应变能而进行加工变形；

成形刀具头和动态支撑头对板材加工完成后得到成形工件，完成板材的脉冲微波柔性成形。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。