[发明专利]电流和摩擦辅助加热的异质叠层板复合成形装置及方法

说明书

本发明涉及一种电流和摩擦辅助加热的异质叠层板复合成形装置及方法，属于机械制造加工技术领域。装置包括与第一金属板旋转接触的第一工具头组件、与第二金属板旋转接触的第二工具头组件以及可调式时变电源，该可调式时变电源分别与第一工具头组件、第二工具头组件及异质叠层板的端部电连接。成形时，主动工具头与板料压力接触并高速旋转，通过摩擦生热和电流辅助加热的方式完成两块异质金属板料的连接及渐进同步复合成形。与现有技术相比，本发明中的成形装置及成形方法具有加工效率高、节约能源、提高零件的表面质量和轮廓精度等优点。

技术领域

本发明属于机械制造加工技术领域，涉及一种异质金属板料固态连接和塑性成形技术，尤其是涉及一种电流和摩擦辅助加热的异质叠层板双点渐进及同步连接复合成形方法及其相应装置。

背景技术

板料渐进成形技术是一种塑性成形研究领域的新型柔性无模制造工艺，可提高材料的成形极限，适用于原型制造、中小批量、高附加值或者传统成形技术无法加工的零件生产。目前，板料渐进成形工艺已经从一般的单点渐进成形发展到双点渐进成形，可以应用于钢、铝合金甚至钛合金单层板的成形。但是单层板性能单一，且加工后厚度减薄严重，限制其工业应用。而复合异质叠层板可以克服单一材料物理化学性能不足的缺陷，且具有相对密度低、弯曲刚度高、比强度高等特性，因此在航空航天、汽车车身开发和医疗定制等工业领域有极大的应用前景。

复合异质金属叠层板传统上可由多种方法获得，比如爆炸焊接法、辊轧法、热压扩散焊、熔融焊等，这些工艺方法的本质都是利用热效应在金属界面间实现机械和冶金连接。近年来国内外对异质金属叠层板连接和板料渐进成形的研究越发深入，对不同服役工况下的目标零件的加工技术取得了一定进步，从而推动了这种工艺在工业预制成形领域的复合制造工艺的应用前景。

公开号为CN209613950U的中国实用新型专利提出了一种金属板料多自由度激光加热渐进成形设备，该装置成形工具头和激光加热头分布在板料的两侧，保持激光束与加热区域切线方向垂直，避免激光器与待加热以外的区域发生干涉，最大化利用激光束的能量。该装置主要针对单层板的渐进成形提供辅助加热，可以调节激光加热的功率值，满足不同厚度不同材料的板料加热要求，它所能达到的加热温度能够使金属产生相变，提高了金属板料渐进成形的力学性能。但该装置的缺陷在于激光加热头无法起到背压反顶作用，只能应用于单点渐进成形，降低了异质叠层板连接的轮廓精度。

公开号为CN109249118A的中国发明专利公开了一种基于电阻焊的叠层板同步复合双点渐进成形装置，将可调式时变电源的一极连接至第一压头，另一极连接至第二压头，并与第一压头、叠层板、第二压头构成闭合回路。第一压头和第二压头分别与两个背压气缸相连，以补偿工具头的位移，避免第一压头和第二压头与板料失去接触。但该装置的主要缺陷在于两个工具头只能是对顶式的接触方式，加工零件底部容易出现鼓形，轮廓精度较低。虽然有背压气缸提供位移补偿，但仍然无法实现稳定可控的实时接触，同时在双点渐进成形加工过程的后期背压反顶工具头会和板料失去接触，此时会使得回路断电，因此仍有尚待改进之处。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种电流和摩擦辅助加热的异质叠层板复合成形装置及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

电流和摩擦辅助加热的异质叠层板复合成形装置，所述的异质叠层板包括堆叠设置且材质不同的第一金属板及第二金属板，所述的装置包括与第一金属板旋转接触的第一工具头组件、与第二金属板旋转接触的第二工具头组件以及可调式时变电源，该可调式时变电源分别与第一工具头组件、第二工具头组件及异质叠层板的端部电连接。第一工具头组件、第二工具头组件分别对第一金属板、第二金属板施加压力，从两侧成形异质叠层板。

进一步地，所述的可调式时变电源包括两个正极及一个负极，所述的两个正极分别与第一工具头组件、第二工具头组件电连接，所述的负极与异质叠层板的端部电连接，以构成闭合回路，在板面形成电流热场。每个工具头组件都与可调式时变电源装配使用，也可根据加工状态，只设置其中一个与可调式时变电源装配。