專利名稱：利用材料熱膨脹性能進(jìn)行板材成形的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于板材成形領(lǐng)域，具體涉及一種利用材料熱膨脹性能進(jìn)行板 材成形的方法及裝置。
背景技術(shù)：
近些年對(duì)單件或小批量的復(fù)雜型面板材工件的需求越來(lái)越大，現(xiàn)在傳
統(tǒng)的成形方法不僅需要通過(guò)壓力機(jī)施加成形力，還需要凸、凹兩個(gè)金屬模 具來(lái)進(jìn)行工件成形，這使單件或小批量的工件制造成本增加。特別在微小 工件成形過(guò)程中，其成形力不宜控制，微型模具的加工費(fèi)用也很昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用材料熱膨脹性能進(jìn)行板材成形的方 法及裝置。采用本發(fā)明能夠顯著降低單件或小批量工件的制造成本，使板 材在沒(méi)有壓力機(jī)的情況下成形，成形力通過(guò)改變熱膨脹材料的溫度來(lái)精確 控制。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的裝置包括包括用于加工板材的凹模具以 及與凹模具相配合的料筒，在料筒內(nèi)設(shè)置有熱膨脹材料，料筒的外側(cè)套裝
有加熱筒，加熱筒內(nèi)設(shè)置有加熱電阻絲，且在料筒側(cè)壁上設(shè)置有用于監(jiān)測(cè) 熱膨脹材料的溫度熱電偶，在凹模具上設(shè)置有用于監(jiān)控板材貼模程度的位 移傳感器。
本發(fā)明的凹模具與料筒通過(guò)緊固螺栓及螺母相連；板材為金屬材料或 非金屬材料，金屬材料為鋼、鋁合金或鎂合金，非金屬材料為塑料或復(fù)合材料。
本發(fā)明的板材成形方法如下
1) 首先，將熱膨脹材料放入料筒內(nèi)部；
2) 然后，將料筒放入到設(shè)置有加熱電阻絲的加熱筒內(nèi)部；
3) 用緊固螺栓及螺母將板材、凹模具與料筒緊密連接，并對(duì)螺栓施 加預(yù)緊力；
4) 給加熱電阻絲通電，使加熱筒的溫度升高，進(jìn)行工件成形；
5) 通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)熱電偶和位移傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)的處理結(jié)果，來(lái)調(diào)節(jié) 加熱電阻絲的電流，進(jìn)而調(diào)節(jié)熱膨脹材料的溫度，直至成形結(jié)束。
本發(fā)明利用材料熱膨脹性能進(jìn)行板材成形，不需要成形設(shè)備以及只需 要一個(gè)模具，可以顯著降低單件或小批量工件的制造成本。由于成形中進(jìn) 入凹模具中熱膨脹材料的體積可以受到溫度的精確控制，因此可以做到小 的成形速度和高的加工精度，并且可以顯著降低微小工件的制造費(fèi)用。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
參見(jiàn)圖l，本發(fā)明的裝置包括凹模具l、熱膨脹材料3、料筒4、加熱 筒5、緊固螺栓6、加熱電阻絲7、熱電偶8和位移傳感器9，凹模具l與 料筒4中間放置板材2，在凹模具1和料筒4的法蘭部位加工出多個(gè)螺栓 孔，采用緊固螺栓6及螺母6-l將凹模具l、料筒4和板材2緊密連接在 一起。板材為鋼、鋁合金或鎂合金，非金屬材料為塑料或復(fù)合材料，緊固 螺栓6所施加的預(yù)緊力為板材2的法蘭部位提供壓邊力。在料筒4內(nèi)設(shè)置有熱膨脹材料3，熱膨脹材料3為熱膨脹系數(shù)高的材料，如聚四氟乙烯、 熱膨脹橡膠及石蠟。當(dāng)溫度升高時(shí)，熱膨脹材料3向料筒4出口處流動(dòng)， 然后和板材2相接觸，并推動(dòng)板材2和凹模具1相貼。料筒4的外側(cè)套裝 有加熱筒5，加熱筒5內(nèi)設(shè)置有加熱電阻絲7，加熱筒5用來(lái)調(diào)節(jié)料筒4 和熱膨脹材料3的溫度增加量和增加速度，且在料筒4的側(cè)壁上設(shè)置有用 于監(jiān)測(cè)熱膨脹材料3的溫度熱電偶8，在凹模具1上設(shè)置有用于監(jiān)控板材 2貼模程度的位移傳感器9。通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)溫度和位移數(shù)據(jù)的分析處理， 來(lái)控制熱膨脹材料3的溫度，以及熱膨脹材料3的體積，進(jìn)而成形工件。 本發(fā)明的成形方法如下
1) 首先，將熱膨脹材料3放入料筒4內(nèi)部；
2) 然后，將料筒4放入到設(shè)置有加熱電阻絲7的加熱筒5內(nèi)部；
3) 用緊固螺栓6及螺母6-1將板材2、凹模具1與料筒4緊密連接， 并對(duì)螺栓施加預(yù)緊力；
4) 給加熱電阻絲7通電，使加熱筒5的溫度升高，進(jìn)行工件成形；
5) 通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)熱電偶8和位移傳感器9測(cè)量數(shù)據(jù)的處理結(jié)果，來(lái) 調(diào)節(jié)加熱電阻絲7的電流，進(jìn)而調(diào)節(jié)熱膨脹材料3的溫度，直至成形結(jié)束。
本發(fā)明的成形方法和裝置可以使板材在沒(méi)有壓力機(jī)的情況下成形，并 且成形中只需要一個(gè)模具，成形力通過(guò)改變熱膨脹材料的溫度來(lái)控制。該 成形方法是一種柔性很高的板材零件先進(jìn)制造技術(shù)。
本發(fā)明提出的利用材料熱膨脹性能進(jìn)行板材成形的方法及裝置的優(yōu) 點(diǎn)如下1)板材成形力由材料受熱所產(chǎn)生的熱膨脹力提供，成形中不需 要壓力機(jī)；2)采用熱膨脹材料作為板材成形中的凸模，只需要加工一個(gè) 凹模，制造費(fèi)用低；3)可以通過(guò)熱膨脹材料的溫度來(lái)控制其體積的增加量，進(jìn)而得出熱膨脹材料流入凹模具的體積，從而提高板材工件的成形精
度；4)在裝置中采用緊固螺栓將凹模和料筒法蘭部分連接并施加預(yù)緊力， 用來(lái)提供抑制板材成形過(guò)程中法蘭部起皺的壓邊力；5)通過(guò)對(duì)熱電偶來(lái) 測(cè)量熱膨脹材料溫度的數(shù)據(jù)，以及位移傳感器測(cè)量工件成形情況的數(shù)據(jù)進(jìn) 行計(jì)算機(jī)處理，進(jìn)而來(lái)調(diào)節(jié)加熱電阻絲的電流使成形過(guò)程實(shí)時(shí)可控。
權(quán)利要求
1、一種利用材料熱膨脹性能進(jìn)行板材成形的裝置，其特征在于包括用于加工板材(2)的凹模具(1)以及與凹模具(1)配合連接的料筒(4)，在料筒(4)內(nèi)設(shè)置有熱膨脹材料(3)，料筒(4)的外側(cè)套裝有加熱筒(5)，加熱筒(5)內(nèi)設(shè)置有加熱電阻絲(7)，且在料筒側(cè)壁上設(shè)置有用于監(jiān)測(cè)熱膨脹材料(3)的溫度熱電偶(8)，在凹模具(1)上設(shè)置有用于監(jiān)控板材(2)貼模程度的位移傳感器(9)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用材料熱膨脹性能進(jìn)行板材成形的裝置， 其特征在于所說(shuō)的凹模具(1)與料筒(4)通過(guò)緊固螺栓(6)及螺母(6-1)相連。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用材料熱膨脹性能進(jìn)行板材成形的裝置， 其特征在于所說(shuō)的板材(2)為金屬材料或非金屬材料，金屬材料為鋼、 鋁合金或鎂合金，非金屬材料為塑料或復(fù)合材料。
4、 一種基于權(quán)利要求1所述的利用材料熱膨脹性能進(jìn)行板材成形裝置的板材成形方法，其特征在于1) 首先，將熱膨脹材料(3)放入料筒(4)內(nèi)部；2) 然后，將料筒(4)放入到設(shè)置有加熱電阻絲(7)的加熱筒(5) 內(nèi)部；3) 用緊固螺栓(6)及螺母(6-1)將板材(2)、凹模具(1)與料筒 (4)緊密連接，并對(duì)螺栓施加預(yù)緊力；4) 給加熱電阻絲(7)通電，使加熱筒(5)的溫度升高，進(jìn)行工件 成形；5)通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)熱電偶(8)和位移傳感器(9)測(cè)量數(shù)據(jù)的處理結(jié)果，來(lái)調(diào)節(jié)加熱電阻絲(7)的電流，進(jìn)而調(diào)節(jié)熱膨脹材料(3)的溫度，直至成形結(jié)束。
全文摘要
利用材料熱膨脹性能進(jìn)行板材成形的方法及裝置。該方法使用可流動(dòng)且熱膨脹系數(shù)大的材料作為板材成形中的凸模(3)，當(dāng)凸模(3)溫度增加時(shí)，其增大的體積將推動(dòng)板材(2)和凹模(1)相貼，成形出工件。該成形方法的特點(diǎn)是不需要板材成形所用壓力機(jī)，只需要加工一個(gè)凹模，材料受熱體積膨脹所產(chǎn)生的力大，并且是一種綠色無(wú)污染的新型加工方法。
文檔編號(hào)B21D22/00GK101456045SQ20091002083
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2009年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月8日
發(fā)明者琦 張, 王玉柱, 趙升噸, 趙學(xué)成 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)