[发明专利]一种金属箔材超声辅助辊弯成形方法及装置

说明书

本发明公开了一种金属箔材超声辅助辊弯成形方法及装置，以解决现有方法及装置辊弯成形金属箔材时因尺寸效应影响而出现的回弹角度大、成形不均匀的问题。成形时，首先根据金属箔材的厚度调整辊齿间隙；然后将动力参数输送至主动辊齿，将超声振动参数施加于从动辊齿；最后将金属箔材送入成形区进行超声辅助辊弯成形。成形装置包括箱体、动力系统、主动辊齿系统、从动辊齿系统、辊齿间隙调节系统和超声振动系统。本发明适用于金属箔材的精密辊弯成形，可有效提高零件的尺寸精度，形状一致性。

技术领域

本发明属于先进制造技术领域，具体涉及一种金属箔材超声辅助辊弯成形方法及装置。

背景技术

瓦楞板是制造金属蜂窝结构的关键零件。因为具有尺寸精度高的特点，应用在航空航天领域的瓦楞板多采用辊弯成形法制造。

近年来，飞行器的低能耗发展趋势对蜂窝结构提出了苛刻的轻量化要求。为了减小蜂窝结构实体部分的重量和体积，瓦楞板的壁厚设计只有几十微米。但是，金属箔材成形属于微塑性成形，存在尺寸效应影响。当金属箔材厚度与其微观组织尺寸处于同一数量级时，个体晶粒的异质性（取向、位置和形状的特异性）影响剧烈增强，使瓦楞板各成形区域微观组织不均匀性增强，引起回弹离散度增大。尺寸效应的出现导致现有辊弯成形工艺很难制造出符合要求的超薄壁瓦楞板，制约了蜂窝结构轻量化程度的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属箔材超声辅助辊弯成形方法及装置，将超声能场引入到辊弯成形工艺中，利用超声能场的声软化效应降低个体晶粒异质性的影响，提高瓦楞板各成形区域的均匀性，实现超薄壁瓦楞板的精确成形。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种金属箔材超声辅助辊弯成形方法，包括以下步骤：

步骤一、使用丙酮清洗主动辊齿、从动辊齿和金属箔材，晾干；

步骤二、调节主动辊齿与从动辊齿的间隙；

步骤三、开启动力系统，使主、从动辊齿按线速度1~5 mm/s匀速转动；

步骤四、开启超声振动系统，使从动辊齿沿主、从动辊齿轴中心线方向，按超声振动频率为5~100 kHz，振幅为1~50μm振动；

步骤五、将金属箔材送入成形区进行超声辅助辊弯成形。

所述的步骤二中，调节辊齿间隙的方法为：辊齿静止时，松开辊齿间隙调节系统，在两辊齿间放置厚度为0.9~1倍箔材厚度的塞尺，然后锁紧辊齿间隙调节系统，取出塞尺。

所述的步骤四中，超声振动频率和振幅根据维氏显微硬度实验确定，在此振动频率和振幅下，金属箔材成形区域个体晶粒的显微硬度值的标准差最小。

一种金属箔材超声辅助辊弯成形装置，所述装置包括：箱体、动力系统、主动辊齿系统、从动辊齿系统、超声振动系统和辊齿间隙调节系统，其特征在于：所述动力系统包括电动机和减速器；

所述主动辊齿系统包括主动轴、主动辊齿、轴承、轴套、端盖，主动辊齿固定在主动轴上，主动轴通过轴承、轴套和端盖固定在箱体上，主动轴一端连接于减速器上；

所述从动辊齿系统包括从动轴、从动辊齿、轴承、轴套、端盖、从动框，从动辊齿固定在从动轴上，从动轴通过轴承、轴套和端盖固定在从动框上；

所述超声振动系统包括超声波发生器、换能器、变幅杆，变幅杆与从动框连接；

所述辊齿间隙调节系统包括X轴移动工作台和Z轴移动工作台，X轴移动工作台通过螺栓联接设置在箱体上，Z轴移动工作台通过螺栓联接设置在X轴移动工作台上，换能器通过螺栓联接设置在Z轴工作平台上。

所述的主动辊齿与从动辊齿形状相同，直径为20~80mm，宽度为30~80mm，辊齿齿形为梯形、圆弧形、矩形或菱形。

所述从动框由一块矩形顶板和两块梯形侧板组成，梯形侧板的腰与底的夹角为30°~60°，矩形顶板和梯形侧板的厚度为2~5mm。