申请/专利权人：西安科技大学

申请日：2018-03-08

公开（公告）日：2024-04-30

公开（公告）号：CN108380737B

主分类号：B21D31/06

分类号：B21D31/06;B21D37/16;C21D1/78

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.30#授权;2018.09.04#实质审查的生效;2018.08.10#公开

摘要：本发明公开了一种动态点加热渐进成形装置及成形方法，涉及金属材料热加工制造装备及工艺技术领域。动态点加热渐进成形装置包括：运动系统、加热系统、加载系统、密封真空系统和控制系统；所述加热系统用于发射高能粒子，以对工件进行加热；所述加载系统用于提供工件成形所需要的加载力；动态点加热渐进成形方法包括制备工件、装夹工件、编制程序、动态点加热渐进成形、固溶处理、无相变淬火、取出工件、时效强化、检验。本发明工艺性能优异，可实现难加工材料以及复杂形状的工件的精确成形，成形过程高效、灵活、节能、环保，工人劳动强度低，成形工件强度高，残余应力小，回弹变形小，工艺稳定性好。

主权项：1.一种利用动态点加热渐进成形装置的成形方法，其特征在于：动态点加热渐进成形装置包括：运动系统，所述运动系统用于提供加热系统、加载系统与工件9之间的相对运动；加热系统，所述加热系统用于发射高能粒子以对所述工件9进行加热；加载系统，所述加载系统用于提供所述工件9成形所需要的加载力，对所述工件9表面进行冲击，实现材料的局部变形；密封真空系统，所述密封真空系统用于为所述工件9提供加热渐进成形所需要的真空环境或惰性气氛环境；以及控制系统，所述控制系统用于控制所述加热系统、所述加载系统与所述工件9之间的相对运动、所述加热系统的启停和功率大小、所述加载系统的进给量与加载力大小和所述密封真空系统启停；所述运动系统包括：龙门底座2，在所述龙门底座2内沿Y轴设有第一直线滑动导轨4，所述第一直线滑动导轨4上滑动连接有第一滑块3，所述第一滑块3由第一伺服电机驱动以在所述第一直线滑动导轨4上往复滑动，所述第一滑块3上固定连接有龙门立柱21；固定连接于所述龙门立柱21上第二直线滑动导轨13，所述第二直线滑动导轨13沿X轴设置，所述第二直线滑动导轨13上滑动连接有第二滑块16，所述第二滑块16由第二伺服电机驱动以在所述第二直线滑动导轨13上往复滑动；固定连接于所述第二滑块16上第三直线滑动导轨17，所述第三直线滑动导轨17沿Z轴设置，所述第三直线滑动导轨17上滑动连接有第三滑块15，所述第三滑块15由第三伺服电机驱动以在所述第三直线滑动导轨17上往复滑动，所述第三滑块15固定连接加载-加热装置箱14；以及立式支架23，所述立式支架上设有由X轴转动驱动系统驱动的能够绕X轴转动的U型摇臂平台24，所述U型摇臂平台24上设有由Z轴转动驱动系统驱动的能够绕Z轴转动的旋转工作台20，所述旋转工作台20上设有用于安装工件的夹具8；所述加热系统包括高能粒子发生器18和高能粒子发射管19，所述高能粒子发生器18安装在所述加载-加热装置箱14内，所述高能粒子发射管19安装在所述高能粒子发生器18上；所述加载系统包括加载工具10和直线式伺服电动缸11，所述高能粒子发生器18为激光发生器或电子束发生器，所述高能粒子发射管19轴线与所述加载工具10轴线的交点为工件待成形点；成形方法包括：步骤一：制备工件：根据目标产品的外形特征，设计所述工件9的初始坯料形状和尺寸，并按照该形状和尺寸要求将锻造和轧制的金属板材切割制成所述工件9；步骤二：装夹工件：根据所述工件9的外形特征，设计结构合理的夹具8，并将所述夹具8安装在所述运动系统上，使所述密封真空系统为所述工件9提供加热渐进成形所需要的真空环境或惰性气氛环境；步骤三：编制程序：通过在所述控制系统的软件平台上为以下动作编制程序来实现自动化运行：所述加热系统的启停和功率大小、所述加载系统进给量与加载力大小、所述运动系统的启停和进给量、所述密封真空系统的启停；步骤四：动态点加热渐进成形：通过所述控制系统使加热系统发射高能粒子，利用高能粒子将所述工件9的有效成形区域加热到再结晶温度附近，使所述工件9上的有效成形区域的金属材料塑性提高，随后关闭加热系统，通过所述控制系统使所述加载系统运动到所述工件9待成形点上方，通过所述控制系统使所述加载系统对所述工件9上加热的有效成形区域进行冲击加载，使所述工件9产生局部超塑成形，通过所述控制系统使所述加热系统和所述加载系统上升离开所述工件9的表面并沿X轴或Y轴移动水平进给距离至所述工件9下一个待成形点上方；步骤五：重复步骤四，继续利用所述加热系统和所述加载系统按照规划路径对整个所述工件9进行局部点的加热和加载，直至所述工件9完全成形；步骤六：固溶处理：在热处理设备中将所述工件9加热到再结晶温度以上，使第二相全部或最大程度溶入固溶体；步骤七：无相变淬火：把金属材料在高温下的固有状态保持到常温，使第二相来不及从固溶体中析出，形成过饱和固溶体；步骤八：取出所述工件9；步骤九：时效强化：对成形后的所述工件9进行时效热处理，消除残余应力，加速应力松弛和蠕变过程，降低回弹对工件成形精度的影响，改善材料力学性能；步骤十：检验：检验所述工件9的成形质量和材料性能；当所述加载系统的加载头部为半径R的半球结构时，所述X轴或Y轴水平进给距离小于等于R；所述动态点加热渐进成形方法用于对具有时效强化和超塑成形特性的金属工件成形。

全文数据：一种动态点加热渐进成形装置及成形方法技术领域[0001]本发明涉及金属材料热加工制造装备及工艺技术领域，特别是涉及一种动态点加热渐进成形装置及成形方法。背景技术[0002]渐进成形机是一种先进的数控无模成形装备，具有自动化程度高、成形性能好等诸多优点。但传统的渐进成形机不具有加热功能，需要的成形力比较大。此外，成形具有复杂外形的零件或常温难加工材料时容易造成工件破裂或褶皱，给传统渐进成形机带来严重挑战，热加工渐进成形机应运而生。目前已有的热加工渐进成形机有油浴式整体间接加热和自阻电加热两种。前者结构复杂，且整体式加热容易导致材料力学性能由于渐进成形时间较长而降低;后者利用材料自阻进行加热，对于工件外形有严格要求，工件上的尖角区可能因为局部电流过大而熔化，影响设备适用范围。发明内容[0003]本发明的目的是提供一种动态点加热渐进成形装置和成形方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现难加工材料以及复杂形状的工件的精确成形，成形过程高效、灵活、节能、环保，工人劳动强度低，成形工件强度高，残余应力小，回弹变形小，工艺稳定性好。[0004]为实现上述目的，本发明提供了如下方案：[0005]本发明提供一种动态点加热渐进成形装置，包括：[0006]运动系统，所述运动系统用于提供加热系统、加载系统与工件（9之间的相对运动；[0007]加热系统，所述加热系统用于发射高能粒子以对所述工件9进行加热；[0008]加载系统，所述加载系统用于提供所述工件⑶成形所需要的加载力，对所述工件[9]表面进行冲击，实现材料的局部变形；[0009]密封真空系统，所述密封真空系统用于为所述工件9提供加热渐进成形所需要的真空环境或惰性气氛环境;以及[0010]控制系统，所述控制系统用于控制所述加热系统、所述加载系统与所述工件⑶之间的相对运动、所述加热系统的启停和功率大小、所述加载系统的进给量与加载力大小和所述密封真空系统启停。[0011]优选的，所述运动系统包括:龙门底座⑵，在所述龙门底座⑵内沿Y轴设有第一直线滑动导轨（4，所述第一直线滑动导轨（4上滑动连接有第一滑块（3，所述第一滑块3由第一伺服电机驱动以在所述第一直线滑动导轨4上往复滑动，所述第一滑块3上固定连接有龙门立柱21;[0012]固定连接于所述龙门立柱21上第二直线滑动导轨（13，所述第二直线滑动导轨[13]沿X轴设置，所述第二直线滑动导轨（13上滑动连接有第二滑块（16，所述第二滑块16由第二伺服电机驱动以在所述第二直线滑动导轨（13上往复滑动；[0013]固定连接于所述第二滑块（16上第三直线滑动导轨（17，所述第三直线滑动导轨[17]沿Z轴设置，所述第三直线滑动导轨（17上滑动连接有第三滑块（15，所述第三滑块15由第三伺服电机驱动以在所述第三直线滑动导轨（17上往复滑动，所述第三滑块（15固定连接加载-加热装置箱14;以及[00M]立式支架23，所述立式支架上设有由X轴转动驱动系统驱动的能够绕X轴转动的U型摇臂平台（24，所述U型摇臂平台（24上设有由Z轴转动驱动系统驱动的能够绕Z轴转动的旋转工作台（20，所述旋转工作台（20上设有用于安装工件的夹具8。[0015]优选的，所述加热系统包括高能粒子发生器（18和高能粒子发射管（19，所述高能粒子发生器（18安装在所述加载-加热装置箱（14内，所述高能粒子发射管（19安装在所述高能粒子发生器18上。[0016]优选的，所述加载系统包括加载工具（10和直线式伺服电动缸（11，所述直线式伺服电动缸（11安装在所述加载-加热装置箱（14内，所述直线式伺服电动缸（11的输出轴上安装所述加载工具（10，所述直线式伺服电动缸（11带动所述加载工具（10在Z轴方向上做往复运动。[0017]优选的，所述密封真空系统包括底板⑴、密封仓（12、玻璃活动门（22和真空栗29，所述密封仓（12安装在所述底板（1上，所述玻璃活动门（22安装在所述密封仓（12上，所述底板（1、所述密封仓（12和所述玻璃活动门（22组成密闭空间，所述真空栗29通过管道与所述密封仓12连接并与密闭空间连通；[0018]所述龙门底座⑵和所述立式支架23固定连接在所述底板⑴上。[0019]优选的，所述X轴转动驱动系统包括第四伺服电机26、第一减速小齿轮27和第一减速大齿轮25，所述第四伺服电机26安装在所述立式支架23上，所述第四伺服电机26输出轴上固定连接所述第一减速小齿轮27，所述第一减速小齿轮27与所述第一减速大齿轮25啮合，所述第一减速大齿轮25连接所述U型摇臂平台（24的长端；[0020]所述Z轴转动驱动系统包括第五伺服电机5、第二减速小齿轮6和第二减速大齿轮7，所述第五伺服电机⑶安装在所述旋转工作台（20内，所述第五伺服电机⑶输出轴上固定连接所述第二减速小齿轮¢，所述第二减速小齿轮6与所述第二减速大齿轮7啮合，所述第二减速大齿轮⑵自由套设于轴28上，所述轴28固定连接在所述U型摇臂平台（24上，所述第二减速大齿轮7与所述旋转工作台（20同轴固定连接。[0021]优选的，所述高能粒子发生器（18为激光发生器或电子束发生器，所述高能粒子发射管19轴线与所述加载工具10轴线的交点为工件待成形点。[0022]本发明还提供一种动态点加热渐进成形装置的成形方法，包括：[0023]步骤一：制备工件:根据目标产品的外形特征，设计所述工件9的初始坯料形状和尺寸，并按照该形状和尺寸要求将锻造和乳制的金属板材切割制成所述工件9;[0024]步骤二:装夹工件:根据所述工件9的外形特征，设计结构合理的夹具8，并将所述夹具⑶安装在所述运动系统上，使所述密封真空系统为所述工件9提供加热渐进成形所需要的真空环境或惰性气氛环境；[0025]步骤二:编制程序:通过在所述控制系统的软件平台上为以下动作编制程序来实现自动化运行:所述加热系统的启停和功率大小、所述加载系统进给量与加载力大小、所述运动系统的启停和进给量、所述密封真空系统的启停；[0026]步骤四：动态点加热渐进成形:通过所述控制系统使加热系统发射高能粒子，利用高能粒子将所述工件⑶有效成形区域加热到再结晶温度附近，使所述工件⑶上有效成形区域的金属材料塑性提高，随后关闭加热系统，通过所述控制系统使所述加载系统运动到所述工件⑶待成形点上方，通过所述控制系统使所述加载系统对所述工件⑶上加热的有效成形区域进行冲击加载，使所述工件⑶产生局部超塑成形，通过所述控制系统使所述加热系统和所述加载系统上升离开所述工件9的表面并沿X轴或Y轴移动水平进给距离至所述工件⑶下一个待成形点上方；[0027]步骤五:重复步骤四，继续利用所述加热系统和所述加载系统按照规划路径对整个所述工件9进行局部点的加热和加载，直至所述工件9完全成形；[0028]步骤六：固溶处理:在热处理设备中将所述工件9加热到再结晶温度以上，使第二相全部或最大程度溶入固溶体；[0029]步骤七:无相变淬火:把金属材料在高温下的固有状态保持到常温，使第二相来不及从固溶体中析出，形成过饱和固溶体；[0030]步骤八:取出所述工件9;[0031]步骤九:时效强化:对成形后的所述工件9进行时效热处理，消除残余应力，加速应力松弛和蠕变过程，降低回弹对工件成形精度的影响，改善材料力学性能；[0032]步骤十:检验:检验所述工件9的成形质量和材料性能。[0033]优选的，所述动态点加热渐进成形方法用于对具有时效强化和超塑成形特性的金属工件成形。[0034]优选的，当所述加载系统的加载头部为半径R的半球结构时，所述X轴或Y轴水平进给距离小于等于#及。[0035]本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：[0036]动态点加热渐进成形装置采用运动系统，提供加热系统、加载系统与工件之间的相对运动，采用加热系统发射高能粒子以对工件进行加热，可以有效避免材料由于加热时间过长而导致材料力学性能下降，采用加载系统提供工件成形所需要的加载力，对工件表面进行冲击，实现材料的局部变形，可以加工成形不同结构形状的工件，实现难加工材料以及复杂形状的工件的精确成形，专门面向多品种、小批量产品制造，在密封真空环境中进行点加热和渐进成形，具有无污染、无辐射、耗电量小和对工作人员无害等优点，采用数控编程控制加热过程和加载过程，成形效率高、工人劳动强度低。[0037]动态点加热渐进成形方法包括制备工件、装夹工件、编制程序、动态点加热渐进成形、固溶处理、无相变淬火、取出工件、时效强化、检验，利用高能粒子精确控制材料变形区的温度，可以有效避免材料由于加热时间过长而导致材料力学性能下降，可以实现难加工材料以及复杂形状的工件的精确成形，经热处理后工件强度高，残余应力小，回弹变形小，工艺稳定性好。[0038]本发明将材料软化和分层制造理念结合起来，最大程度实现材料在成形过程中的均匀流动，保证材料减薄率一致，是工艺性能优良的塑性成形装置和方法。附图说明[0039]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0040]图1为本发明实施例1的一种动态点加热渐进成形装置的结构示意图；[0041]图2为本发明实施例2的一种动态点加热渐进成形方法路线图；[0042]图3为本发明实施例2的一种动态点加热渐进成形方法加热过程以及加载过程路线图；[0043]图4为本发明实施例3的一种动态点加热渐进成形装置的进给过程示意图。[0044]图5为本发明实施例3的一种动态点加热渐进成形装置的加热系统和加载系统水平进给路线示意图。[0045]图中：1-底板，2-龙门底座，3-第一滑块，4-第一直线滑动导轨，5-第五伺服电机，6-第二减速小齿轮，7-第二减速大齿轮，8-夹具，9-工件，10-加载工具，11-直线式伺服电动缸，12-密封仓，13-第二直线滑动导轨，14-加载-加热装置箱，15-第三滑块，16-第二滑块，17-第三直线滑动导轨，18-高能粒子发生器，19-高能粒子发射管，20-旋转工作台，21-龙门立柱，22-玻璃活动门，23-立式支架，24-U型摇臂平台，25-第一减速大齿轮，26-第四伺服电机，27-第一减速小齿轮，28-轴，29-真空栗具体实施方式[0046]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0047]本发明的目的是提供一种动态点加热渐进成形装置和成形方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现难加工材料以及复杂形状的工件的精确成形，成形过程高效、灵活、节能、环保，工人劳动强度低，成形工件强度高，残余应力小，回弹变形小，工艺稳定性好。[0048]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。[0049]实施例1[0050]本实施例提供一种动态点加热渐进成形装置，如图1所示，包括运动系统，用于提供加热系统、加载系统与工件9之间的相对运动;加热系统，用于发射高能粒子以对工件9进行加热；加载系统，用于提供工件9成形所需要的加载力，对工件9表面进行冲击，实现材料的局部变形;密封真空系统，用于为工件9提供加热渐进成形所需要的真空环境或惰性气氛环境；以及控制系统，用于控制加热系统、加载系统与工件9之间的相对运动、加热系统的启停和功率大小、加载系统的进给量与加载力大小和密封真空系统启停；[0051]动态点加热渐进成形装置通过运动系统提供加热系统、加载系统与工件之间的相对运动，通过加热系统发射高能粒子以对工件进行加热，可以有效避免材料由于加热时间过长而导致材料力学性能下降，通过加载系统提供工件成形所需要的加载力，可以加工成形不同结构形状的工件，实现难加工材料以及复杂形状的工件的精确成形，专门面向多品种、小批量产品制造，在密封真空环境中进行点加热和渐进成形，具有无污染、无辐射、耗电量小和对工作人员无害等优点，采用数控编程控制加热过程和加载过程，成形效率高、工人劳动强度低。[0052]进一步的，运动系统，包括:龙门底座2,龙门底座2为2个，左右对称固定设置在底板1上，在每个龙门底座2内沿Y轴设有第一直线滑动导轨4，每个第一直线滑动导轨4上滑动连接有第一滑块3,第一滑块3由第一伺服电机驱动以在所述第一直线滑动导轨4上往复滑动，每个第一滑块3上固定连接有龙门立柱21;[0053]2个龙门立柱21另一端分别固定连接第二直线滑动导轨13的两端，第二直线滑动导轨13沿X轴设置，第二直线滑动导轨13上滑动连接有第二滑块16,第二滑块16由第二伺服电机驱动以在第二直线滑动导轨13上往复滑动；[0054]第二滑块16的底部固定连接第三直线滑动导轨17的上端，第三直线滑动导轨17沿Z轴设置，第三直线滑动导轨17上滑动连接有第三滑块15,第三滑块15由第三伺服电机驱动以在第三直线滑动导轨17上往复滑动，第三滑块15固定连接加载-加热装置箱14;第一滑块3、第二滑块16、第三滑块15分别提供加载系统、加热系统与工件在Y轴、X轴和Z轴3个方向的直线相对运动；[0055]立式支架23为2个，左右对称固定在底板1上并设置在2个龙门底座2内侧，立式支架23上设有由X轴转动驱动系统驱动的能够绕X轴转动的U型摇臂平台24，U型摇臂平台24两端安装在2个立式支架23轴承孔内，U型摇臂平台24长端伸出立式支架23轴承孔固定连接X轴转动驱动系统，U型摇臂平台24上设有由Z轴转动驱动系统驱动的能够绕Z轴转动的旋转工作台20，旋转工作台20上设有用于安装工件的夹具8;[0056]X轴转动驱动系统包括第四伺服电机26、第一减速小齿轮27和第一减速大齿轮25，第四伺服电机26安装在立式支架23上，第四伺服电机26输出轴上固定连接第一减速小齿轮27,第一减速小齿轮27与第一减速大齿轮25啮合，第一减速大齿轮25连接U型摇臂平台24的长端，由第四伺服电机26驱动，经第一减速小齿轮27与第一减速大齿轮25传动，U型摇臂平台24绕立式支架23轴承孔轴线转动；[0057]Z轴转动驱动系统包括第五伺服电机5、第二减速小齿轮6和第二减速大齿轮7,第五伺服电机5安装在所述旋转工作台20内，第五伺服电机5输出轴上固定连接第二减速小齿轮6，第二减速小齿轮6与第二减速大齿轮7啮合，第二减速大齿轮7自由套设于轴28上，轴28固定连接在U型摇臂平台24上，第二减速大齿轮7与旋转工作台20同轴固定连接，由第五伺服电机5驱动，经第二减速小齿轮6与第二减速大齿轮7传动，旋转工作台20绕轴28转动；[0058]旋转工作台20放置在U型摇臂平台24上，夹具8安装在旋转工作台20上，工件9安装在夹具8上，工件9的中心线与立式支架23的轴承孔轴线保持共线状态，保证U型摇臂平台24在转动时，工件9尽量保证在同一位置，避免重新调整加载工具10与工件9的相对位置；[0059]U型摇臂平台24能够绕立式支架23轴承孔轴线做360度转动，旋转工作台20能够绕轴28做360度转动，当U型摇臂平台24水平放置时，成形工件9上表面；当U型摇臂平台24转动90度和旋转工作台转动360度时，成形工件9的全部侧面，当U型摇臂平台24转动超过90度和旋转工作台转动360度时，成形工件9的全部底面；[0060]运动系统采用5轴联动设计，通过控制第一滑块3在Y轴方向的直线运动、第二滑块16在X轴方向的直线运动、第三滑块15在Z轴方向的直线运动、U型摇臂平台24绕X轴的转动以及旋转工作台20绕Z轴的转动，提供加载系统、加热系统与工件的相对运动，结构灵活。[0061]进一步的，加热系统，包括，高能粒子发生器18和高能粒子发射管19,高能粒子发生器18安装在加载-加热装置箱14内，高能粒子发生器18为激光发生器或电子束发生器等，高能粒子发射管19安装在高能粒子发生器18上，高能粒子经高能粒子发射管19喷出，对工件表面的材料进行加热，高能粒子发射管19轴线与加载工具10轴线的交点为工件9待成形点，即加载工具10端部的行程末端位置。[0062]进一步的，加载系统，包括，加载工具10和直线式伺服电动缸11，直线式伺服电动缸11安装在加载-加热装置箱14内，加载工具10安装在直线式伺服电动缸11的输出轴上，直线式伺服电动缸11带动加载工具10在Z轴方向上做往复运动，通过精确控制直线式伺服电动缸11输出轴的行程，可以调节加载工具10在渐进成形过程中的加载力。[0063]加载系统和加载系统位于工件待成形面的同一侧，工件待成形面的另一侧可以设计夹具支撑结构，用于支撑工件和提高工件的最终外形的成形精度。[0064]进一步的，密封真空系统，包括，底板1、密封仓12、玻璃活动门22和真空栗29，密封仓12安装在底板1上，玻璃活动门22安装在密封仓12上，底板1、密封仓12和玻璃活动门22组成密闭空间，真空栗29通过管道与密封仓12连接并与密闭空间连通，活动门22方便用于安装或拆卸夹具8和工件9,真空栗29用于抽真空或填充惰性气氛，防止工件9在加热成形过程中氧化，龙门底座2和立式支架23固定连接在底板1上。[0065]进一步的，控制系统，用于控制加热系统、加载系统与工件之间的相对运动、加热时间和温度、加热系统的启停和功率大小、加载系统的进给量与加载力大小和密封真空系统启停等动作。[0066]实施例2[0067]本实施例提供一种动态点加热渐进成形方法，如图2-3所示：[0068]步骤一:制备工件:根据目标产品的外形特征，设计工件9的初始坯料形状和尺寸，并按照该形状和尺寸要求将锻造和乳制的金属板材切割制成工件9;[0069]步骤二:装夹工件:根据工件9的外形特征，设计结构合理的夹具8，并将所述夹具8安装在运动系统上，将工件9安装在夹具8上，使密封真空系统为工件9提供加热渐进成形所需要的真空环境或惰性气氛环境；[0070]步骤二:编制程序:通过在控制系统的软件平台上为以下动作编制程序来实现自动化运行:加热系统的启停和功率大小、加载系统进给量与加载力大小、运动系统的启停和进给量、密封真空系统的启停等；[0071]步骤四：动态点加热渐进成形:关闭玻璃活动门22,打开真空栗29,使密封仓12处于真空环境;通过控制系统控制第一滑块3、第二滑块16、第三滑块15、第四伺服电机26和第五伺服电机5使加热系统和加载系统运动到工件9待成形点上方，并保证高能粒子发射管19轴线与加载工具10轴线的交点为工件9待成形点；控制系统控制高能粒子发生器18发射电子束或激光等高能粒子，控制系统控制第一滑块3、第二滑块16、第三滑块15、第四伺服电机26和第五伺服电机5使加热系统将工件9有效成形区域加热到再结晶温度附近，使工件9上有效成形区域的金属材料塑性提高，随后关闭高能粒子发生器18;控制系统控制第一滑块3、第二滑块16、第三滑块15、第四伺服电机26和第五伺服电机5使加载工具10回位至工件9待成形点上方，并控制直线式伺服电动缸11使加载工具10对工件9待成形点进行一次冲击加载，使其发生局部超塑性变形;控制系统控制加热系统和加载系统上升离开所述工件9的表面并沿X轴或Y轴移动水平进给距离至工件9下一个待成形点上方，并保证高能粒子发射管19轴线与加载工具10轴线的交点为工件9下一个待成形点；[0072]步骤五:重复步骤四，继续利用加热系统和加载系统按照规划路径对整个工件9进行局部点的加热和加载，直至工件9完全成形，打开玻璃活动门22，取出工件9;[0073]步骤六：固溶处理:在热处理设备中将工件9加热到再结晶温度以上，使第二相全部或最大程度溶入固溶体；[0074]步骤七:无相变淬火:把金属材料在高温下的固有状态保持到常温，使第二相来不及从固溶体中析出，形成过饱和固溶体；[0075]步骤八:取出工件9;[0076]步骤九:时效强化:对成形后的工件9进行时效热处理，消除残余应力，加速应力松弛和蠕变过程，降低回弹对工件成形精度的影响，改善材料力学性能；[0077]步骤十:检验:检验工件9的成形质量和材料性能。[0078]本实施例提供的动态点加热渐进成形方法包括制备工件、装夹工件、编制程序、动态点加热渐进成形、固溶处理、无相变淬火、取出工件、时效强化、检验，利用高能粒子精确控制材料变形区的温度，可以有效避免材料由于加热时间过长而导致材料力学性能下降，可以实现难加工材料以及复杂形状的工件的精确成形，经热处理后工件强度高，残余应力小，回弹变形小，工艺稳定性好，动态点加热渐进成形方法用于对具有时效强化和超塑成形特性的金属工件成形，例如钛合金、镁合金或铝合金等。热处理和成形过程同步有序进行，实现金属材料的形性协同制造。[0079]实施例3[0080]本实施例提供一种动态点加热渐进成形装置的加热系统和加载系统进给距离的确定方法，如图4_5所不：[0081]加热系统和加载系统的进给运动分为Z轴的垂直进给运动和X轴或Y轴的水平进给运动。Z轴的垂直进给运动为工件9的变形提供加载力，Z轴垂直进给距离决定工件9在加载工具10单次冲击作用下的变形量大小，Z轴垂直进给距离越大，需要加载工具10提供的加载力越大，直线式伺服电动缸11功率也越大;X轴或Y轴的水平进给运动提供加热系统和加载系统相对于工件9运动所需要的力，X轴或Y轴水平进给距离与加载工具10单次加载作用下的工件9的有效变形区大小有关，X轴或Y轴水平进给距离越大则成形效率越高，X轴或Y轴水平进给距离越小则成形质量越好，因此X轴或Y轴水平进给距离应在综合考虑成形效率和成形质量的情况下选取一个折中最优值。[0082]如图4-5所示，A、B、C、D为四个相邻的待成形点，即加载工具10冲击加载点，也为高能粒子发射管19轴线与加载工具10轴线的交点。当加载工具10的头部为半球结构时，则有效的成形区域为圆形。假设有效成形区域的半径为R，以A、B、C、D为圆心的四个圆为四个相邻的有效成形区域，半径R的大小与Z轴的垂直进给距离、材料属性和加热温度等因素有关，只有当加热系统和加载系统的X轴或Y轴水平进给距离小于等于AB、BC、CD或AD时，才能保证工件9表面各点均匀成形。因此加热系统和加载系统的X轴或Y轴水平进给距离上限为VIR3[0083]需要说明的是，本发明中的加载工具10头部的具体结构设计并不以本实施例为限，只要能实现工件待加工面的加载即可，当加载工具10头部为圆锥形或方锥形等其它结构时，加热系统和加载系统的X轴或Y轴水平进给距离上限有类似计算方法。[0084]本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

权利要求：1.一种动态点加热渐进成形装置，其特征在于:包括：运动系统，所述运动系统用于提供加热系统、加载系统与工件⑼之间的相对运动；加热系统，所述加热系统用于发射高能粒子以对所述工件⑼进行加热；加载系统，所述加载系统用于提供所述工件9成形所需要的加载力，对所述工件9表面进行冲击，实现材料的局部变形；密封真空系统，所述密封真空系统用于为所述工件9提供加热渐进成形所需要的真空环境或惰性气氛环境;以及控制系统，所述控制系统用于控制所述加热系统、所述加载系统与所述工件9之间的相对运动、所述加热系统的启停和功率大小、所述加载系统的进给量与加载力大小和所述密封真空系统启停。2.根据权利要求1所述的动态点加热渐进成形装置，其特征在于:所述运动系统包括：龙门底座（2，在所述龙门底座（2内沿Y轴设有第一直线滑动导轨4，所述第一直线滑动导轨4上滑动连接有第一滑块3，所述第一滑块3由第一伺服电机驱动以在所述第一直线滑动导轨⑷上往复滑动，所述第一滑块3上固定连接有龙门立柱21;固定连接于所述龙门立柱21上第二直线滑动导轨（13，所述第二直线滑动导轨（13沿X轴设置，所述第二直线滑动导轨（13上滑动连接有第二滑块（16，所述第二滑块（16由第二伺服电机驱动以在所述第二直线滑动导轨（13上往复滑动；固定连接于所述第二滑块（16上第三直线滑动导轨（17，所述第三直线滑动导轨（17沿Z轴设置，所述第三直线滑动导轨（17上滑动连接有第三滑块（15，所述第三滑块（15由第三伺服电机驱动以在所述第三直线滑动导轨（17上往复滑动，所述第三滑块（15固定连接加载-加热装置箱14;以及立式支架（23，所述立式支架上设有由X轴转动驱动系统驱动的能够绕X轴转动的U型摇臂平台（24，所述U型摇臂平台（24上设有由Z轴转动驱动系统驱动的能够绕Z轴转动的旋转工作台（20，所述旋转工作台（20上设有用于安装工件的夹具8。3.根据权利要求2所述的动态点加热渐进成形装置，其特征在于：所述加热系统包括高能粒子发生器（18和高能粒子发射管（19，所述高能粒子发生器18安装在所述加载-加热装置箱（14内，所述高能粒子发射管（19安装在所述高能粒子发生器18上。4.根据权利要求3所述的动态点加热渐进成形装置，其特征在于:所述加载系统包括加载工具（10和直线式伺服电动缸（11，所述直线式伺服电动缸（11安装在所述加载-加热装置箱（14内，所述直线式伺服电动缸（11的输出轴上安装所述加载工具（10，所述直线式伺服电动缸11带动所述加载工具10在Z轴方向上做往复运动。5.根据权利要求2所述的动态点加热渐进成形装置，其特征在于：所述密封真空系统包括底板（1、密封仓（12、玻璃活动门（22和真空栗（29，所述密封仓12安装在所述底板1上，所述玻璃活动门（22安装在所述密封仓12上，所述底板1、所述密封仓（12和所述玻璃活动门（22组成密闭空间，所述真空栗29通过管道与所述密封仓12连接并与密闭空间连通；所述龙门底座⑵和所述立式支架23固定连接在所述底板⑴上。6.根据权利要求2所述的动态点加热渐进成形装置，其特征在于：所述X轴转动驱动系统包括第四伺服电机26、第一减速小齿轮27和第一减速大齿轮25，所述第四伺服电机26安装在所述立式支架23上，所述第四伺服电机26输出轴上固定连接所述第一减速小齿轮27，所述第一减速小齿轮27与所述第一减速大齿轮25啮合，所述第一减速大齿轮25连接所述U型摇臂平台（24的长端；所述Z轴转动驱动系统包括第五伺服电机5、第二减速小齿轮6和第二减速大齿轮7，所述第五伺服电机⑸安装在所述旋转工作台（20内，所述第五伺服电机5输出轴上固定连接所述第二减速小齿轮6，所述第二减速小齿轮6与所述第二减速大齿轮7啮合，所述第二减速大齿轮7自由套设于轴28上，所述轴28固定连接在所述U型摇臂平台（24上，所述第二减速大齿轮7与所述旋转工作台（20同轴固定连接。7.根据权利要求4所述的动态点加热渐进成形装置，其特征在于:所述高能粒子发生器18为激光发生器或电子束发生器，所述高能粒子发射管（19轴线与所述加载工具（10轴线的交点为工件待成形点。8.—种利用权利要求1-7任一项所述动态点加热渐进成形装置的成形方法，其特征在于，包括：步骤一：制备工件:根据目标产品的外形特征，设计所述工件9的初始坯料形状和尺寸，并按照该形状和尺寸要求将锻造和乳制的金属板材切割制成所述工件9;步骤二:装夹工件:根据所述工件9的外形特征，设计结构合理的夹具8，并将所述夹具⑻安装在所述运动系统上，使所述密封真空系统为所述工件⑼提供加热渐进成形所需要的真空环境或惰性气氛环境；步骤三:编制程序:通过在所述控制系统的软件平台上为以下动作编制程序来实现自动化运行:所述加热系统的启停和功率大小、所述加载系统进给量与加载力大小、所述运动系统的启停和进给量、所述密封真空系统的启停；步骤四：动态点加热渐进成形:通过所述控制系统使加热系统发射高能粒子，利用高能粒子将所述工件⑼的有效成形区域加热到再结晶温度附近，使所述工件⑼上的有效成形区域的金属材料塑性提高，随后关闭加热系统，通过所述控制系统使所述加载系统运动到所述工件⑼待成形点上方，通过所述控制系统使所述加载系统对所述工件⑼上加热的有效成形区域进行冲击加载，使所述工件⑼产生局部超塑成形，通过所述控制系统使所述加热系统和所述加载系统上升离开所述工件9的表面并沿X轴或Y轴移动水平进给距离至所述工件⑼下一个待成形点上方；步骤五:重复步骤四，继续利用所述加热系统和所述加载系统按照规划路径对整个所述工件9进行局部点的加热和加载，直至所述工件9完全成形；步骤六：固溶处理:在热处理设备中将所述工件（9加热到再结晶温度以上，使第二相全部或最大程度溶入固溶体；步骤七:无相变淬火:把金属材料在高温下的固有状态保持到常温，使第二相来不及从固溶体中析出，形成过饱和固溶体；步骤八:取出所述工件9;步骤九:时效强化:对成形后的所述工件9进行时效热处理，消除残余应力，加速应力松弛和蠕变过程，降低回弹对工件成形精度的影响，改善材料力学性能；步骤十:检验:检验所述工件⑼的成形质量和材料性能。9.根据权利要求8所述的动态点加热渐进成形方法，其特征在于:所述动态点加热渐进成形方法用于对具有时效强化和超塑成形特性的金属工件成形。10.根据权利要求8或9所述的动态点加热渐进成形方法，其特征在于：当所述加载系统的加载头部为半径R的半球结构时，所述X轴或Y轴水平进给距离小于等于

百度查询： 西安科技大学 一种动态点加热渐进成形装置及成形方法

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