專利名稱：具有補(bǔ)充熱量的拉伸成型設(shè)備以及方法
具有補(bǔ)充熱量的拉伸成型設(shè)備以及方法相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本專利申請(qǐng)是國(guó)際PCT申請(qǐng)，要求2009年11月30日提交的部分繼續(xù)專利申請(qǐng)No. 12/627,837 的優(yōu)先權(quán)。技術(shù)領(lǐng)域和
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及成型金屬部件，并且更具體地說，涉及通過在拉伸成型工藝的選定階段期間施加補(bǔ)充熱量來進(jìn)行鈦及其合金的熱拉伸成型和蠕變成型。拉伸成型是用于當(dāng)在模具上形成工件時(shí)通過將工件預(yù)拉伸至其屈服點(diǎn)而在金屬部件中形成彎曲形狀的公知工藝。該工藝通常用于制造大的鋁和鋁合金部件，并且具有低的工具裝設(shè)成本和卓越的可重復(fù)性。
在某些部件中鈦或者鈦合金替代鋁，特別是在航天應(yīng)用中。這樣做的原因包括鈦具有更高的強(qiáng)度與重量比率、更高的最終強(qiáng)度、以及更好的與合成材料的冶金兼容性。然而，因?yàn)槠淝c(diǎn)非常接近其極限抗拉強(qiáng)度(具有最小百分比伸長(zhǎng)值)，所以在環(huán)境溫度下拉伸成型鈦是有困難的。因此，鈦部件通常是用大坯件成型和機(jī)加工而成的突起，這是耗資且耗時(shí)的工藝。已知在拉伸成型期間通過使鈦部件電絕緣、然后通過使該電流經(jīng)過部件導(dǎo)致電阻加熱對(duì)所述部件進(jìn)行加熱，從而將熱施加到鈦部件。然而，存在該工藝不足以實(shí)現(xiàn)期望結(jié)果的應(yīng)用。因此，存在對(duì)于拉伸成型鈦及其合金的設(shè)備和方法的需要。已經(jīng)確定，通過近端電阻元件對(duì)部件施加輻射熱為鈦成型工藝提供了進(jìn)一步的增強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于在高溫(elevated temperature,升溫)下拉伸成型和/或蠕變成型鈦的方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于在高溫下拉伸成型和/或蠕變成型鈦的設(shè)備。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于在成型工藝期間將補(bǔ)充的熱施加至工件的設(shè)備。本發(fā)明的這些及其它目的在拉伸成型的方法中實(shí)現(xiàn)，所述方法包括以下步驟提供具有預(yù)選的橫截面輪廓的細(xì)長(zhǎng)金屬工件和具有與所述橫截面輪廓互補(bǔ)的工作面的模具，其中至少所述工作面包括隔熱材料。通過使電流經(jīng)過所述工件而將所述工件電阻加熱至工作溫度，并且在工件處于工作溫度下時(shí)通過致使工件和模具相對(duì)于彼此移動(dòng)而抵靠工作面使工件成型，從而導(dǎo)致工件的塑性延伸和彎曲并且使工件成型為預(yù)選的最終形狀。在工件的與模具相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定位置處，輻射熱被施加到工件的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定部分以在所述一個(gè)或多個(gè)預(yù)定部分處增加工件的塑性延伸。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，所述工件包括鈦，并且向工件施加輻射熱的步驟包括將來自被施以熱量的位置處的輻射熱施加至所述工件的與所述工件的工作面接合側(cè)部相對(duì)的側(cè)部的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，將輻射熱施加到工件的步驟包括將來自被施以熱量的位置處的輻射熱施加至所述工件的與所述工件的工作面接合側(cè)部大致垂直的側(cè)部的步驟。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，將輻射熱施加到工件的步驟包括將來自被施以熱量的位置處的輻射熱施加至工件的相對(duì)側(cè)部的步驟，所述相對(duì)側(cè)部均大致垂直于所述工件的工作面接合側(cè)部。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，使電流通到工件的步驟包括通過鉗口(jaw)使電流通到工件的步驟。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，該方法包括以下步驟確定工件的最佳溫度、感測(cè)工件的實(shí)際溫度、以及將足以使工件的實(shí)際溫度上升到工件的最佳溫度的輻射熱施加到工件。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，該方法還包括使距工件的待輻射加熱的部分的距 離與被施加到工件的輻射能量相互關(guān)聯(lián)的步驟。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，該方法包括通過將成型的工件保持抵靠工件面并且將其在工作溫度下保持選定停留時(shí)間的工件蠕變成型步驟。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，該方法包括用具有壁的封閉件環(huán)繞所述模具和所述工件的第一部分的步驟，在所述壁上安裝有輻射加熱元件以提供輻射熱。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，該封閉件包括開口，用于允許當(dāng)在所述封閉件內(nèi)部進(jìn)行成型步驟時(shí)所述工件的端部從所述封閉件中突伸出。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種拉伸成型設(shè)備，其包括具有工作面的模具，所述工作面具有適于接收并且使細(xì)長(zhǎng)金屬工件成型的輪廓，其中至少所述工作面包括隔熱材料。提供了電阻加熱器以便將所述工件電阻加熱到工作溫度，并且移動(dòng)元件與工件接合以使所述模具和工件相對(duì)于彼此移動(dòng)以抵靠所述工作面延長(zhǎng)并且彎曲所述工件。提供輻射加熱器以將輻射熱施加至工件的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定部分以在所述一個(gè)或多個(gè)預(yù)定部分處增加工件的塑性延伸。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，該工件包括鈦，并且輻射加熱器被定位為用于將來自被施以熱量的位置處的輻射熱施加至所述工件的與所述工件的工作面接合側(cè)部相對(duì)的側(cè)部。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，輻射加熱器被定位為將輻射熱施加到所述工件的與所述工件的工作面接合側(cè)部大致垂直的側(cè)部。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，輻射加熱器被定位為將輻射熱施加到工件的相對(duì)側(cè)部，所述相對(duì)側(cè)部均大致垂直于所述工件的工作面接合側(cè)部。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，該設(shè)備包括圍繞所述模具且具有內(nèi)壁的封閉件，在所述內(nèi)壁上安裝有輻射加熱元件以便提供輻射熱。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，該封閉件包括得以進(jìn)入所述模具的門、以及底部和頂部，所述門、底部和頂部每個(gè)都具有安裝在其上的至少一個(gè)相應(yīng)的輻射加熱元件以便將輻射熱施加到工件。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，其中門、底部和頂部每個(gè)均限定獨(dú)立的加熱區(qū)域，并且每個(gè)加熱區(qū)均包括至少一個(gè)輻射加熱器，所述至少一個(gè)輻射加熱器適于響應(yīng)于預(yù)定的溫度輸入標(biāo)準(zhǔn)以獨(dú)立于其它加熱區(qū)域的預(yù)定速率(rate)提供輻射熱。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，提供了至少一個(gè)熱電偶，所述熱電偶可釋放地附接至所述工件并且與溫度控制回路通信以便確定實(shí)際工件溫度與最佳工件溫度之間的任何變化。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，至少一個(gè)紅外線溫度探測(cè)器被定位為與所述工件光學(xué)通信并且與溫度控制回路通信以便確定實(shí)際工件溫度與最佳工件溫度之間的任何變化。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，該門包括至少一個(gè)端口(port)，以及紅外線溫度探測(cè)器，所述紅外線溫度探測(cè)器安裝成通過所述端口光學(xué)地觀察所述工件并且與溫度控制回路通信以便確定實(shí)際工件溫度與最佳工件溫度之間的任何變化。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種拉伸成型設(shè)備，包括具有工作面的模 具，工作面適于接收細(xì)長(zhǎng)金屬工件并且使之成型，其中至少所述工作面包括隔熱材料。提供加熱器以將工件電阻加熱到工作溫度。提供封閉件以便在成型操作期間圍繞所述模具和所述細(xì)長(zhǎng)工件的第一部分，并且允許工件的第二部分從所述封閉件突伸出。提供相對(duì)的擺臂，工件的相對(duì)端安裝至所述擺臂以使模具和工件相對(duì)于彼此移動(dòng)以促成工件抵靠所述工作面的延長(zhǎng)和彎曲。提供輻射加熱器以將來自于被施以熱量的位置的輻射熱施加到所述工件的與所述工件的工作面接合側(cè)部相對(duì)的側(cè)部。另一個(gè)輻射加熱器被定位為將輻射熱施加到所述工件的與所述工件的工作面接合側(cè)部大致垂直的側(cè)部。選自包括紅外線溫度傳感器和熱電偶溫度傳感器的組中的溫度傳感器與溫度控制回路通信以確定實(shí)際工件溫度與最佳工件溫度之間的任何變化。提供伺服反饋回路以便將輻射熱施加到工件，其中所述工件的最佳溫度、所述工件的實(shí)際溫度和所述工件距所述輻射加熱器距離是相關(guān)的，并且不管工件與輻射加熱器之間的距離如何，足夠的熱量從輻射加熱器被供給到所述工件以使工件的溫度保持在最佳溫度下。


通過參照下面的描述結(jié)合參照附圖可以最好地理解本發(fā)明，在附圖中圖I是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的示例性拉伸成型設(shè)備的立體圖；圖2是圖I拉伸成型設(shè)備的鉗口組件的俯視橫截面圖；圖3是形成圖I中所示設(shè)備的一部分的模具封閉件的立體圖，它的門處于打開位置；圖4是圖3中所示模具封閉件的橫截面圖，示出了其內(nèi)部構(gòu)造；圖5示出了圖3模具封閉件的俯視平面圖；圖6是模具封閉件的一部分的分解圖，示出它的側(cè)門的構(gòu)造；圖7是圖I中示出的拉伸成型設(shè)備的立體圖，工件裝載于其中并且準(zhǔn)備成型；圖8是拉伸成型設(shè)備的另一個(gè)立體圖，工件已完全成型；圖9A是示出了使用該拉伸成型設(shè)備的示意性成型方法的框圖；圖9B是圖9A框圖的繼續(xù)部分；圖10是示出該成型方法的加熱控制/溫度反饋監(jiān)控功能的示意性工藝流程圖的框圖；以及
圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的一個(gè)成型周期的時(shí)間/溫度圖表。
具體實(shí)施例方式參照附圖，其中在各個(gè)視圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，圖I示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的示例形拉伸成型設(shè)備10以及示例性工件“W”。如圖10中所示，示例性工件“W”是具有L狀橫截面輪廓的壓出件(extrusion)。根據(jù)本發(fā)明可以拉伸成型出任何期望的形狀。本發(fā)明適合用于多種類型的工件，包括但不限于輥軋平坦或者輥軋形狀、棒材、壓彎成型輪廓、壓出輪廓、機(jī)加工輪廓等。對(duì)于具有非長(zhǎng)方形橫截面輪廓的工件來說，以及對(duì)于具有長(zhǎng)寬比約為20或更小的橫截面輪廓的工件來說本發(fā)明特別地有用。如圖10中所示，長(zhǎng)寬比是圍繞橫截面輪廓的外部范圍的長(zhǎng)方形盒“B”的長(zhǎng)度“LI”與“L2”的比率。當(dāng)然，該橫截面形狀和縱橫比不是旨在限定，而僅是作為實(shí)例被提供。 設(shè)備10包括大致剛性的主框架12，該主框架限定模具安裝表面14并且支撐設(shè)備的主要操作部件。第一和第二相對(duì)的擺臂16A和16B樞轉(zhuǎn)地安裝至主框架12并且分別地耦接至液壓成型缸體18A與18B。擺臂16A和16B承載液壓張緊缸體20A和20B，所述液壓張緊缸體又具有安裝在其上的可液壓操作的鉗口組件22A和22B。張緊缸體20可以以固定定向附接至擺臂16，或者它們可以相對(duì)于擺臂16圍繞豎直軸線能夠樞轉(zhuǎn)。在下面更加詳細(xì)描述的模具封閉件24被安裝到鉗口組件22A和22B之間的模具安裝表面14。提供適當(dāng)?shù)谋?、閥和控制部件(未示出)，以將加壓的液壓流體供給至成型缸體18、張緊缸體20和鉗口組件22?？商鎿Q地，上述液壓部件可用其它類型的致動(dòng)器(諸如電或者機(jī)電裝置)替代。設(shè)備10的控制和排序可以是手動(dòng)或者是自動(dòng)的(例如通過PLC或者PC-型電腦)。本發(fā)明的原理同等地適合于與所有類型的拉伸成型機(jī)一起使用，其中工件和模具相對(duì)于彼此移動(dòng)以產(chǎn)生成型動(dòng)作。已知類型的這種成型機(jī)可以具有固定的或者移動(dòng)的模具并且可以水平地或豎直地定向。圖2示出了鉗口組件22A的構(gòu)造，其是另一鉗口組件22B的代表。鉗口組件22A包括間隔開的鉗口 26，該鉗口適于夾緊工件“W”的端部并且安裝在楔形夾頭(collet)28之間，所述夾頭本身布置在環(huán)形框架30內(nèi)部。液壓缸體32布置為在鉗口 26和夾頭28上施加軸向力，致使夾頭28將鉗口 26緊密地夾持成抵靠工件“W”。鉗口組件22A (或者其主要部分)與工件“W”電絕緣。這可以通過將絕緣層或涂層(諸如氧化物類型的涂層)涂覆至鉗口 26、夾頭28或者鉗口與夾頭兩者而實(shí)現(xiàn)。如果涂層34被涂覆至鉗口 26各處(包括它的面36)，那么鉗口組件22A將完全絕緣。如果期望通過鉗口 26施加熱流，那么它們的面36應(yīng)保持裸露并且它們將會(huì)設(shè)有適當(dāng)?shù)碾娺B接?？商鎿Q地，鉗口 26或者夾頭28可以由如下相對(duì)于模具58所述的絕緣材料(諸如陶瓷材料)構(gòu)成。可以使用絕緣緊固件59安裝鉗口26和夾頭28以避免通向鉗口組件22A其余部分的任何電或者熱泄漏路徑?，F(xiàn)在還參照?qǐng)D3-圖5，模具封閉件24是具有頂壁38和底壁40、后壁42、側(cè)壁44A和44B，以及前門46的盒狀結(jié)構(gòu)，所述前門可以從圖I和圖3中示出的打開位置擺動(dòng)到圖7和圖8中示出的關(guān)閉位置。具體的形狀和尺寸當(dāng)然會(huì)根據(jù)待成型工件的尺寸和比例而變化。模具封閉件24由諸如鋼的材料制成，并且大致構(gòu)造為使得從工件“W”的空氣泄漏和熱輻射最小。如果期望的話，模具封閉件24可以隔熱。模具58布置在模具封閉件24的內(nèi)部。模具58是較大的本體，該本體具有工作面60，所述工作面被成形為當(dāng)工件“W”圍繞模具58彎曲時(shí)使得選定的曲線或者輪廓被施加至所述工件。工作面60的橫截面大致與工件“W”的橫截面形狀相符，并且可以包括凹槽62以容納工件“W”的凸出部分(諸如凸緣或者軌道)。如果期望的話，模具58或者它的一部分可以被加熱。例如，模具58的工作面62可以由一層鋼或者可以適于電阻加熱的另一種導(dǎo)熱材料制成。如圖3和圖4中最佳示出的，門46包括電阻線圈49A、49B。線圈49A、49B部分地嵌入在內(nèi)絕緣層70 (諸如陶瓷材料)中，并且，當(dāng)門關(guān)閉并且拉伸成型設(shè)備10處于操作中時(shí)，線圈49A、49B被電阻地加熱到足以將補(bǔ)充的輻射熱投射到工件“W”上的溫度，如下面進(jìn)一步描述的。現(xiàn)在參照?qǐng)D3和圖5，頂壁38和底壁40包括各自的陶瓷頂部插入件和底部插入件72、74，所述陶瓷頂部插入件和底部插入件是電阻線圈72A-72F和74A-74F的部分地嵌入的組。如可看到的，頂部插入件和底部插入件72、74被成形為存在于封閉件24中，位于門46與模具58的工作面之間。為了清楚起見，頂部插入件72中的線圈72A-72F以虛線示出，并且向下面向到封閉件中并且朝向底部插入件74的線圈74A-74F將熱量輻射到封閉件中。線圈72A-72F和74A-74F優(yōu)選獨(dú)立地受控以輻射精確且改變數(shù)量的熱量，從而，與門46中的門49A、49B中的電阻線圈相互合作，工件“W”的預(yù)定區(qū)域可以獨(dú)立于工件“W”其它區(qū)域的溫度而被加熱到精確的溫度。例如，當(dāng)“W”形成在模具58周圍且在這些線圈下面移動(dòng)時(shí)，可以使線圈72A、72E和74A、74E進(jìn)入操作，或者被供以額外的電流。類似地，在成型過程中當(dāng)工件“W”的端部移動(dòng)遠(yuǎn)離門46時(shí)，流至線圈49A、49B的電流可以增加以便向工件“W”的端部投射更多的輻射熱并且使工件“W”的端部保持在期望的溫度。這些條件優(yōu)選地通過伺服反饋回路控制并且通過在門46中提供端口 80A-80D可以實(shí)時(shí)地來確定工件“W”的溫度，安裝在門46外部的紅外線溫度探測(cè)器(未示出)通過該端口感測(cè)工件“W”的溫度并且將該信息傳送到控制器。除了紅外線探測(cè)器以外(或者作為其替代)，一個(gè)或多個(gè)熱電偶可以在期望的位置處物理地附接至工件“W”以確定工件“W”在那些位置處的溫度。可以使用插值法或者平均程序以達(dá)到精確的溫度輪廓，以及對(duì)于實(shí)現(xiàn)精確可重復(fù)工件“W”形狀所需的可重復(fù)溫度變化。圖6示出了其中一個(gè)側(cè)壁44A，其更詳細(xì)地代表了另一側(cè)壁44B。側(cè)壁44A包括限定較大側(cè)部開口 50A的固定面板48A。側(cè)門52A例如通過Z-支架54A被安裝至固定面板48A，從而在成型工藝期間該側(cè)門可在保持與固定面板48A緊密接觸的同時(shí)與工件“W”一起向前和向后滑動(dòng)。側(cè)門52A具有穿通其形成的基本小于側(cè)部開口 50A的工件開口 56A，并且理想地僅大到足以允許工件“W”從中穿過。能夠允許工件端部移動(dòng)同時(shí)使得工件暴露最小化的其它結(jié)構(gòu)可以替代側(cè)壁44，而不影響該模具封閉件24的基本原理。在拉伸成型操作過程中，工件“W”將被加熱到480° C. (900° F.)至700° C.(1300° F.)或者更高的溫度。因此，模具58由隔熱材料或者隔熱材料的組合構(gòu)成。這些材料的關(guān)鍵特征是它們耐受由于與工件“W”接觸而施加的熱量，在高溫下尺寸保持穩(wěn)定，并且使從工件“W”傳送的熱量最小。還優(yōu)選的是模具58是電絕緣件，以使得來自工件“W” 的電阻熱電流將不會(huì)流入到模具58中。在示出的實(shí)例中，模具58由陶瓷材料(諸如石英)的多個(gè)片件構(gòu)成。模具也可以由其它耐火材料制成，或者由非絕緣材料制成，然后用絕緣層進(jìn)行涂覆或者封裝。因?yàn)楣ぜ癢”與拉伸成型設(shè)備10電絕緣，因此可以利用電阻加熱來加熱工件“W”。來自電流源的連接器64 (參見圖7)可以布置在工件“W”的每個(gè)端部上?？商鎿Q地，如上所述，加熱電流連接可以直接地通過鉗口 26。通過利用熱電偶或者紅外線探測(cè)器，電流源可以是利用溫度反饋信號(hào)的PLC控制的。這將允許適當(dāng)?shù)纳郎厮俾室员憧焖俚鶆虻丶訜?，并且一旦工件“W”到達(dá)目標(biāo)溫度便允許電流的延遲。可以提供已知類型的PID控制回路以允許成型循環(huán)期間當(dāng)工件溫度變化時(shí)自動(dòng)地做出調(diào)節(jié)。在成型循環(huán)期間該控制可以是主動(dòng)的 并且可編程的。下面參照?qǐng)D7和圖8以及包含在圖9A和圖9B中的框圖，描述使用拉伸成型設(shè)備10的示例成型工藝。首先，在框68處，工件“W”被裝載在模具封閉件24中，其端部從工件開口 56中突伸出，并且前門關(guān)閉。側(cè)門52位于它們最向前的位置中。附圖7中示出了這種情形。如上所述，該過程對(duì)于由鈦或其合金制成的工件“W”特別地有用。然而，也可以與期望熱成型的其它材料結(jié)合使用。一些工件輪廓要求使用柔性背襯件或者“蛇形件”以防止工件橫截面在成型循環(huán)過程中變得扭曲。在本申請(qǐng)中，在實(shí)踐中所使用的蛇形件將可以由高溫柔性絕緣材料制成。如果需要的話，該蛇形件可以由高溫加熱材料制成以避免從工件“W”的熱損失。在該步驟期間，任何連接件被連接至用于控制系統(tǒng)的熱電偶或者附加反饋裝置。在框70處，一旦位于模具封閉件24的內(nèi)部，工件“W”的端部便定位在鉗口 26中并且鉗口26關(guān)閉。如果要使用獨(dú)立的電加熱連接件64，那么它們便利用所需要的導(dǎo)熱和導(dǎo)電膏附接至工件“W”以實(shí)現(xiàn)良好的接觸。在框72和框74處示出的回路中，電流穿過工件“W”，致使其電阻加熱。工件“W”的閉合回路控制加熱繼續(xù)利用來自熱電偶或者其它溫度傳感器的反饋直到到達(dá)期望的工作溫度設(shè)定點(diǎn)。結(jié)合考慮工件橫截面和長(zhǎng)度以及熱電偶反饋來確定工件到設(shè)定點(diǎn)的加熱速率。一旦達(dá)到工作溫度，便可以開始工件的成型。在達(dá)到那個(gè)設(shè)定點(diǎn)之前，工件“W””的閉合回路加熱繼續(xù)。在框76和框78處示出的回路中，在根據(jù)需要控制工作溫度的同時(shí)，張緊缸體20縱向地將工件“W”拉伸到期望點(diǎn)，并且主缸體18使擺臂16向內(nèi)樞轉(zhuǎn)以抵靠模具58纏繞工件“W”。側(cè)門52向后滑動(dòng)以適應(yīng)工件端部的運(yùn)動(dòng)。圖8中示出了這種情形。在成型工藝期間可通過到控制系統(tǒng)的反饋來控制拉伸率、不同位置處的停留時(shí)間、以及溫度變化。一旦來自擺臂16的位置反饋指示出工件“W”已經(jīng)到達(dá)其最終位置，該控制就保持位置和/或張緊力直到工件“W”準(zhǔn)備被釋放。在達(dá)到設(shè)定點(diǎn)之前，控制將繼續(xù)加熱并且在模具周圍形成工件“W”。在根據(jù)需要控制溫度的同時(shí)，通過使工件“W”保持抵靠模具58選定的停留時(shí)間可以促使蠕變成型。在框80和82中示出的回路中，通過經(jīng)由電流源增加補(bǔ)充熱量而允許工件“W”以比自然冷卻更慢的速率冷卻。該溫度下降的速率是編好程的，并且將允許通過溫度反饋對(duì)工件“W”進(jìn)行監(jiān)控的同時(shí)冷卻所述工件。一旦溫度達(dá)到其最終設(shè)定點(diǎn)，在工件“W”上的力便被釋放并且來自電流源的電流的流動(dòng)便停止。在到達(dá)該最終設(shè)定點(diǎn)之前，該控制將保持閉環(huán)加熱，該閉環(huán)加熱足以繼續(xù)在特定的速率下冷卻工件“W”。在力從工件“W”移除以后，鉗口 26可以打開并且電夾具移除(框84)。在打開鉗口26并且移除電連接器64以后，可以打開模具封閉件24并且移除工件“W”。然后工件“W”準(zhǔn)備進(jìn)行其它的處理步驟，諸如機(jī)加工、熱處理等。上述工藝允許通過鈦部件實(shí)現(xiàn)拉伸成型和蠕變成型的益處，包括成本低廉的加工與良好的可重復(fù)性。與鈦零件成型的其它方法相比，這將極大地減少涉及的時(shí)間和成本。此夕卜，使工件與外部環(huán)境隔離有助于均勻的加熱并且使到周圍環(huán)境的熱損失最小，從而減小整體的能量要求。此外，模具封閉件24的使用通過在循環(huán)期間保護(hù)工人不與工件“W”接觸而提高了安全性。如圖11中圖解地示出的，成型和蠕變成型均發(fā)生在最大溫度下。在典型的成型工藝中，可以在大約20分鐘內(nèi)完成預(yù)加熱階段，隨后是花費(fèi)約3分鐘的初級(jí)成型步驟。蠕變成型可花費(fèi)約十分鐘，隨后是大約I小時(shí)的受控冷卻步驟，在該冷卻步驟期間允許該零件 緩慢地冷卻。然后自然地發(fā)生冷卻到周圍環(huán)境溫度。上面描述了用于鈦的拉伸成型的設(shè)備和方法。在不偏離本發(fā)明范圍的前提下可以對(duì)本發(fā)明的多個(gè)細(xì)節(jié)作出改變。此外，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的上述描述和用于實(shí)踐本發(fā)明的最佳方式僅為了說明的目的而提出的，并且不在于限定的目的。
權(quán)利要求
1.一種拉伸成型的方法，包括 Ca)提供具有預(yù)選橫截面輪廓的細(xì)長(zhǎng)金屬工件； (b)提供具有與所述橫截面輪廓互補(bǔ)的工作面的模具，其中至少所述工作面包括隔熱材料； (c)通過使電流從中通過而將所述工件電阻加熱到工作溫度； (d)在所述工件處于工作溫度時(shí)，通過使得所述工件和所述模具相對(duì)于彼此移動(dòng)而抵靠所述工作面使所述工件成型，從而促成所述工件的塑性延伸和彎曲并且使所述工件成形為預(yù)選的最終形狀； 以及 (e)在所述工件的與所述模具相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定位置處，將輻射熱施加到所述工件的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定部分處，以增加所述工件在所述一個(gè)或多個(gè)預(yù)定部分處的塑性延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述工件包括鈦。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，將輻射熱施加到所述工件的步驟包括將來自被施以熱量的位置處的輻射熱施加至所述工件的與所述工件的工作面接合側(cè)部相對(duì)的側(cè)部的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，將輻射熱施加到所述工件的步驟包括將來自被施以熱量的位置處的輻射熱施加至所述工件的與所述工件的工作面接合側(cè)部大致垂直的側(cè)部的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，將輻射熱施加到所述工件的步驟包括將來自被施以熱量的位置處的輻射熱施加至所述工件的相對(duì)側(cè)部的步驟，所述相對(duì)側(cè)部均大致垂直于所述工件的工作面接合側(cè)部。
6.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，使電流流至所述工件的步驟包括使所述電流通過鉗口流至所述工件的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，包括以下步驟確定所述工件的最佳溫度、感測(cè)所述工件的實(shí)際溫度、以及將足以使所述工件的實(shí)際溫度上升到所述工件的最佳溫度的輻射熱施加至所述工件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括使距所述工件的待輻射加熱的部分的距離與被施加到所述工件的輻射能量相互關(guān)聯(lián)的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括通過將所成型的所述工件保持抵靠所述工作面并且將所述工件在工作溫度下保持選定停留時(shí)間而進(jìn)行的工件蠕變成型步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括用具有壁的封閉件環(huán)繞所述模具和所述工件的第一部分的步驟，在所述壁上安裝有輻射加熱元件以提供輻射熱。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述封閉件包括開口，用于允許當(dāng)進(jìn)行成型步驟時(shí)所述工件的端部從所述封閉件中突伸出。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述模具的所述工作面被加熱。
13.—種拉伸成型設(shè)備,包括 (a)具有工作面的模具，所述工作面具有適于接收細(xì)長(zhǎng)金屬工件并且使所述細(xì)長(zhǎng)金屬工件成型的輪廓，其中至少所述工作面包括隔熱材料； (b)用于將所述工件電阻加熱到工作溫度的電阻加熱器；(C)與所述工件接合的移動(dòng)元件，用于使所述模具和工件相對(duì)于彼此移動(dòng)以使所述工件抵靠所述工作面延長(zhǎng)且彎曲；以及 (d)輻射加熱器，用于向所述工件的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定部分施加輻射熱以增加所述工件在所述一個(gè)或多個(gè)預(yù)定部分處的塑性延伸。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的拉伸成型設(shè)備，其中，所述工件包括鈦。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的拉伸成型設(shè)備，其中，所述輻射加熱器被定位為用于將來自被施以熱量的位置處的輻射熱施加至所述工件的與所述工件的工作面接合側(cè)部相對(duì)的側(cè)部。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的拉伸成型設(shè)備，其中，所述輻射加熱器被定位為將輻射熱施加到所述工件的與所述工件的工作面接合側(cè)部大致垂直的側(cè)部。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的拉伸成型設(shè)備，其中，所述輻射加熱器被定位為將輻射熱施加到所述工件的相對(duì)側(cè)部，所述相對(duì)側(cè)部均大致垂直于所述工件的工作面接合側(cè)部。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的拉伸成型設(shè)備，包括圍繞所述模具且具有內(nèi)壁的封閉件，在所述內(nèi)壁上安裝有輻射加熱元件以便提供輻射熱。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的拉伸成型設(shè)備，其中，所述封閉件包括得以接近所述模具的門、以及底部和頂部，所述門、底部和頂部每個(gè)都具有安裝在其上的至少一個(gè)相應(yīng)的輻射加熱元件以便將輻射熱施加到所述工件。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的拉伸成型設(shè)備，其中，所述門、底部和頂部中的每個(gè)均限定獨(dú)立的加熱區(qū)域，并且每個(gè)加熱區(qū)均包括至少一個(gè)輻射加熱器，所述至少一個(gè)輻射加熱器適于響應(yīng)于預(yù)定的溫度輸入標(biāo)準(zhǔn)以獨(dú)立于其它加熱區(qū)域的預(yù)定速率提供輻射熱。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的拉伸成型設(shè)備，包括至少一個(gè)熱電偶，所述熱電偶可釋放地附接至所述工件并且與溫度控制回路通信以便確定實(shí)際工件溫度與最佳工件溫度之間的任何變化。
22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的拉伸成型設(shè)備，包括至少一個(gè)紅外線溫度探測(cè)器，所述紅外線溫度探測(cè)器被定位為與所述工件光學(xué)通信并且與溫度控制回路通信以便確定實(shí)際工件溫度與最佳工件溫度之間的任何變化。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的拉伸成型設(shè)備，其中，所述門包括至少一個(gè)端口，以及紅外線溫度探測(cè)器，所述紅外線溫度探測(cè)器安裝成通過所述至少一個(gè)端口光學(xué)地觀察所述工件并且與溫度控制回路通信以便確定實(shí)際工件溫度與最佳工件溫度之間的任何變化。
24.一種拉伸成型設(shè)備，該拉伸成型設(shè)備包括 (a)具有工作面的模具，所述工作面適于接收細(xì)長(zhǎng)金屬工件并且使所述細(xì)長(zhǎng)金屬工件成型，其中至少所述工作面包括隔熱材料； (b)用于將所述工件電阻加熱到工作溫度的加熱器； (C)封閉件，用于在成型操作期間圍繞所述模具和細(xì)長(zhǎng)工件的第一部分，并且允許所述工件的第二部分從中突伸出； (d)相對(duì)的擺臂，所述工件的相對(duì)端安裝至所述擺臂以使所述模具和工件相對(duì)于彼此移動(dòng)以促成所述工件抵靠所述工作面的延長(zhǎng)和彎曲； (e)輻射加熱器，所述輻射加熱器定位為用于將來自于被施以熱量的位置的輻射熱施加到所述工件的與所述工件的工作面接合側(cè)部相對(duì)的側(cè)部；(f)輻射加熱器，被定位為將輻射熱施加到所述工件的與所述工件的工作面接合側(cè)部大致垂直的側(cè)部； (g)溫度傳感器，選自包括紅外線溫度傳感器和熱電偶溫度傳感器的組中，所述溫度傳感器與溫度控制回路通信以確定實(shí)際工件溫度與最佳工件溫度之間的任何變化；以及 (h)伺服反饋回路 電路，用于將輻射熱施加至所述工件，其中，所述工件的最佳溫度、所述工件的實(shí)際溫度和所述工件距所述輻射加熱器的距離是相互關(guān)聯(lián)的，并且不管所述工件與所述輻射加熱器之間的距離如何，足夠的熱量從所述輻射加熱器被提供給所述工件以使所述工件的溫度保持在最佳溫度下。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種拉伸成型設(shè)備，該設(shè)備包括將模具封閉件承載在鉗口組件之間的主框架。該模具封閉件包括用于將熱量供給到工件的輻射加熱器，所述工件抵靠所述模具被拉伸成型。
文檔編號(hào)B21D31/00GK102834196SQ201080062242
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者賴?yán)啔v山大·波廉, 湯瑪斯·桑迪·休斯頓, 約翰·E·歐文斯 申請(qǐng)人:西瑞爾貝茲公司