[发明专利]一种拼焊板坯板材侧边凸台成形装置及方法

说明书

本发明公开了一种拼焊板坯板材侧边凸台成形装置及方法，装置包括机床、夹具和成形系统，机床上设置有移动工作台，夹具固定在移动工作台上，用于固定板材，并带动板材移动；成形系统包括成形模、框架和加载油缸，框架固定在加载油缸的前端，成形模通过转轴转动设置于框架上，成形模上开设有变形约束沟槽；成形系统设置有若干个，若干个成形系统并排设置在机床上。本发明设置若干个成形系统，对板材施加多次模具约束下的渐进变形，实现超出原始坯料厚度的凸台的成形，可避免失稳；后续机加工去除凸台多余材料，利于流体压力成形过程中高压的建立及控制，同时使搅拌摩擦焊接超薄壁厚板材成为可能。

技术领域

本发明涉及板材拼焊技术领域，特别是涉及一种拼焊板坯板材侧边凸台成形装置及方法。

背景技术

大型铝合金复杂曲面板材构件在航空航天、交通运输、石油化工等领域应用广泛，构件两维尺寸在2000mm以上，部分构件达到3500mm-4000mm。为提高可靠性及承载能力，采用整体成形方法进行制造。目前，现有铝合金板材最大宽度3400mm，已经不能满足大型铝合金板材构件成形需要，需要通过焊接制备成形板坯。搅拌摩擦焊接作为一种新型的固相连接技术，其在焊接铝合金等低熔点高性能轻金属材料时，能够避免熔焊方法容易引起的气孔、裂纹等焊接缺陷，具有接头质量高、成形性能好、焊接变形小和焊接过程绿色环保等优点，在航空航天领域应用的铝合金焊接中应用广泛。然而，由于搅拌摩擦焊接依靠搅拌头与工件之间的摩擦产热和材料塑性变形，产热软化、形成连接，需要对搅拌头施加很大的轴向压力和旋转扭矩才能产生足够的热量和软化，搅拌头在轴向压力作用下会在板料表面产生飞边、一定宽度的凹槽。另外，由于搅拌摩擦焊接本身受工艺原理的限制，焊接板材的最小厚度1.5mm左右。

通过高压流体介质驱动或者辅助成形的流体高压成形技术可使构件壁厚均匀、型面精度高，避免易于起皱、破裂等成形缺陷，对于铝合金等低塑性难成形材料、大型整体、超薄壁厚、型面复杂的板材构件成形具有显著的优势。但是，在实际应用过程中，搅拌摩擦焊接的板坯在流体高压成形时，坯料法兰区由于存在凹槽，法兰区坯料厚度不一致，在压边力作用下法兰区无法实现密封及流体介质压力的建立，难以产生变形所需的高压；板材厚度较小时，受搅拌头旋转剪切摩擦的作用，因板材刚度不足焊缝会发生扭曲，1.5mm以下的薄板焊接受收到限制，焊缝质量差，薄板直接大压下量容易失稳。

因此，提供一种拼焊板坯板材侧边凸台成形装置及方法，以解决现有技术所存在的上述缺点，成为现在亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种拼焊板坯板材侧边凸台成形装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，在薄板直侧边多次变形形成凸台，便于后续搅拌摩擦焊接，获得无凹槽、厚度一致的板坯，利于流体压力成形过程中高压的建立及控制，同时使搅拌摩擦焊接超薄壁厚板材成为可能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种拼焊板坯板材侧边凸台成形装置，包括机床、夹具和成形系统，所述机床上设置有移动工作台，所述夹具固定在所述移动工作台上，用于固定板材，并带动板材移动；所述成形系统包括成形模、框架和加载油缸，所述框架固定在所述加载油缸的前端，所述成形模通过转轴转动设置于所述框架上，所述成形模上开设有变形约束沟槽；所述成形系统设置有若干个，若干个所述成形系统并排设置在所述机床上。

优选的，所述成形系统设置有三个，包括一次成形系统、二次成形系统和三次成形系统，所述一次成形系统、二次成形系统和三次成形系统并排设置在所述机床上。

优选的，所述一次成形系统的成形模为一次成形模，所述一次成形模上开设有一次变形约束沟槽；所述二次成形系统的成形模为二次成形模，所述二次成形模上开设有二次变形约束沟槽；所述三次成形系统的成形模为三次成形模，所述三次成形模上开设有三次变形约束沟槽。