本發(fā)明涉及金屬材料，尤其是涉及一種聲發(fā)射監(jiān)測(cè)并調(diào)控氣脹板坯變形順序的裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有技術(shù)中，超塑氣脹成形技術(shù)是一種在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的高級(jí)制造工藝，主要用于生產(chǎn)復(fù)雜形狀的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)部件。超塑氣脹成形工藝的實(shí)現(xiàn)通常通過(guò)介質(zhì)壓力對(duì)金屬板坯進(jìn)行自由脹形或在模具中進(jìn)行脹形。采用氣脹成形工藝可以使用單一凹模，從而節(jié)約了模具設(shè)計(jì)和制造成本，減少了生產(chǎn)成本。此外，該工藝還可以配合擴(kuò)散連接技術(shù)，用于制備多層中空結(jié)構(gòu)件，具有較廣泛的應(yīng)用前景。

2、然而，超塑氣脹成形工藝在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在一些問(wèn)題，其中一個(gè)主要問(wèn)題是成形過(guò)程的不可控性。傳統(tǒng)的超塑性成形難以準(zhǔn)確控制材料的變形過(guò)程，由于成形過(guò)程中的材料流動(dòng)性，板坯的厚度分布不均勻，從而影響產(chǎn)品的外觀質(zhì)量和力學(xué)性能，導(dǎo)致最終產(chǎn)品的形狀或性能與預(yù)期不符。局部應(yīng)力集中也是超塑氣脹成形過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題之一，導(dǎo)致產(chǎn)品在變形過(guò)程中出現(xiàn)局部變形量過(guò)大或裂紋，從而降低生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品的可靠性和耐久性。

3、因此，現(xiàn)有的超塑氣脹成形技術(shù)在解決成形過(guò)程的不可控性、板厚不均勻以及局部應(yīng)力集中等問(wèn)題方面仍然存在一定的局限性。為了進(jìn)一步提高超塑氣脹成形工藝的精度和可控性，需要開(kāi)發(fā)一種能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)并調(diào)控氣脹板坯變形順序的方法，為超塑氣脹成形工藝的工業(yè)化應(yīng)用提供更加可靠和高效的解決方案。現(xiàn)有的研究多數(shù)集中在成形過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)調(diào)控和后處理上，目前對(duì)于不受產(chǎn)品結(jié)構(gòu)制約，且能在線保障成形過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量的相關(guān)研究較少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種聲發(fā)射監(jiān)測(cè)并調(diào)控氣脹板坯變形順序的裝置及方法，通過(guò)聲發(fā)射信號(hào)的分析和處理，可定位和識(shí)別坯料氣脹成形過(guò)程中的變形分布甚至缺陷開(kāi)裂，實(shí)現(xiàn)變形過(guò)程的在線監(jiān)測(cè)，對(duì)板坯各部分變形順序進(jìn)行重新分配，避免局部變形量過(guò)大，可實(shí)現(xiàn)變形過(guò)程的精準(zhǔn)控制，通過(guò)耦合墊膜，既可避免局部變形過(guò)大，又可減弱傳感器與坯料之間彈性波傳遞的衰減。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種聲發(fā)射監(jiān)測(cè)并調(diào)控氣脹板坯變形順序的裝置及方法，包括底座，所述底座上方設(shè)有加熱與供氣組件，所述加熱與供氣組件上方設(shè)有壓緊密封組件和氣脹成形凹模組件，所述加熱與供氣組件、所述壓緊密封組件、所述氣脹成形凹模組件均與所述監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)連接。

3、優(yōu)選的，所述加熱與供氣組件包括兩個(gè)下加熱板，所述下加熱板上方設(shè)有充氣通道，所述下加熱板上方兩側(cè)均設(shè)有側(cè)加熱板。

4、優(yōu)選的，所述壓緊密封組件包括充氣板，所述充氣板頂部?jī)蓚?cè)設(shè)有密封圈，所述密封圈與所述充氣板連接，所述密封圈上方設(shè)有耦合墊膜，所述耦合墊膜與所述密封圈接觸。

5、優(yōu)選的，所述充氣通道位于所述充氣板內(nèi)部，所述充氣板位于所述下加熱板上方，所述充氣板與所述下加熱板連接，兩個(gè)所述密封圈均與所述側(cè)加熱板連接。

6、優(yōu)選的，所述氣脹成形凹模組件包括圓柱調(diào)控模塊，所述圓柱調(diào)控模塊內(nèi)設(shè)有指令接收單元，所述圓柱調(diào)控模塊上設(shè)有平頭圓柱和球頭圓柱，所述平頭圓柱和所述球頭圓柱頂端均連接有限位配重塊，所述平頭圓柱和所述球頭圓柱均與所述圓柱調(diào)控模塊活動(dòng)連接，所述平頭圓柱上連接有傳感器。

7、優(yōu)選的，所述監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理與指令模塊，所述數(shù)據(jù)處理與指令模塊內(nèi)置變形順序合理規(guī)劃算法。

8、一種聲發(fā)射監(jiān)測(cè)并調(diào)控氣脹板坯變形順序的裝置的使用方法，包括以下步驟：

9、s1、選擇合適的超塑性合金板坯，裁切板坯到合適尺寸；

10、s2、利用加熱棒對(duì)模具和板坯進(jìn)行預(yù)加熱，模具溫度按合金板坯超塑性溫度預(yù)設(shè)，將預(yù)加熱后的板坯涂敷潤(rùn)滑劑后放入模具中，覆蓋耦合墊膜，扣合圓柱調(diào)節(jié)模塊并壓緊密封持續(xù)加熱到超塑性溫度；

11、s3、解鎖圓柱調(diào)節(jié)模塊，使平頭圓柱和球頭圓柱隨重力貼合耦合墊膜，開(kāi)啟信號(hào)采集和指令傳輸通道；

12、s4、開(kāi)始?xì)饷洺尚坞A段，首先進(jìn)行自由脹形，在此階段高度可調(diào)節(jié)的平頭圓柱和球頭圓柱隨板坯自然上升，同時(shí)傳感器貼合耦合墊膜并持續(xù)采集聲發(fā)射信號(hào)；

13、s5、此時(shí)來(lái)自局部的信號(hào)數(shù)量增加，板坯變形量接近臨界值，由圓柱調(diào)節(jié)模塊控制鎖定或增加此處的圓柱阻尼，使此處變形停止或減緩，其他區(qū)域圓柱保持自由移動(dòng)；

14、s6、氣脹變形繼續(xù)進(jìn)行，有其他位置應(yīng)力集中，使局部產(chǎn)生損傷預(yù)兆，對(duì)此處圓柱及周邊進(jìn)行合理鎖定，使應(yīng)力集中區(qū)域停止變形，其他位置保持自由移動(dòng)；

15、s7、根據(jù)設(shè)定的順序和算法自動(dòng)重復(fù)以上步驟，板坯繼續(xù)變形；

16、s8、成形最后階段，調(diào)節(jié)圓柱高度，保持凹模為最后成形形狀，通過(guò)氣孔施加較大氣壓，并保持一段時(shí)間，此時(shí)變形量不大，為板坯微調(diào)使其與模具完全貼合；

17、s9、加工結(jié)束，取出加工好的板坯。

18、因此，本發(fā)明采用上述一種聲發(fā)射監(jiān)測(cè)并調(diào)控氣脹板坯變形順序的裝置及方法，具有以下有益效果：

19、1、通過(guò)聲發(fā)射信號(hào)的分析和處理，可定位和識(shí)別坯料氣脹成形過(guò)程中的變形分布甚至缺陷開(kāi)裂，實(shí)現(xiàn)變形過(guò)程的在線監(jiān)測(cè)；

20、2、通過(guò)總控模塊調(diào)節(jié)高度可調(diào)的平頭圓柱和球頭圓柱，對(duì)板坯各部分變形順序進(jìn)行重新分配，避免局部變形量過(guò)大，或材料不均勻處的應(yīng)力過(guò)度集中，可實(shí)現(xiàn)變形過(guò)程的精準(zhǔn)控制；

21、3、通過(guò)一種流態(tài)指數(shù)高的非牛頓流體復(fù)合膜做耦合墊膜，既可避免球頭圓柱的球頭與坯料直接接觸，造成局部變形過(guò)大，又可作為聲耦合，減弱傳感器與坯料之間彈性波傳遞的衰減，大大改善了板坯的質(zhì)量并提高局部變形位置識(shí)別的精準(zhǔn)度；

22、4、加工成品率高，適應(yīng)性強(qiáng)，成形過(guò)程可控，有利于提高高端生產(chǎn)制備的精確性。

23、下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

技術(shù)特征：

1.一種聲發(fā)射監(jiān)測(cè)并調(diào)控氣脹板坯變形順序的裝置，其特征在于：包括底座，所述底座上方設(shè)有加熱與供氣組件，所述加熱與供氣組件上方設(shè)有壓緊密封組件和氣脹成形凹模組件，所述加熱與供氣組件、所述壓緊密封組件、所述氣脹成形凹模組件均與所述監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聲發(fā)射監(jiān)測(cè)并調(diào)控氣脹板坯變形順序的裝置，其特征在于：所述加熱與供氣組件包括兩個(gè)下加熱板，所述下加熱板上方設(shè)有充氣通道，所述下加熱板上方兩側(cè)均設(shè)有側(cè)加熱板。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種聲發(fā)射監(jiān)測(cè)并調(diào)控氣脹板坯變形順序的裝置，其特征在于：所述壓緊密封組件包括充氣板，所述充氣板頂部?jī)蓚?cè)設(shè)有密封圈，所述密封圈與所述充氣板連接，所述密封圈上方設(shè)有耦合墊膜，所述耦合墊膜與所述密封圈接觸。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種聲發(fā)射監(jiān)測(cè)并調(diào)控氣脹板坯變形順序的裝置，其特征在于：所述充氣通道位于所述充氣板內(nèi)部，所述充氣板位于所述下加熱板上方，所述充氣板與所述下加熱板連接，兩個(gè)所述密封圈均與所述側(cè)加熱板連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聲發(fā)射監(jiān)測(cè)并調(diào)控氣脹板坯變形順序的裝置，其特征在于：所述氣脹成形凹模組件包括圓柱調(diào)控模塊，所述圓柱調(diào)控模塊內(nèi)設(shè)有指令接收單元，所述圓柱調(diào)控模塊上設(shè)有平頭圓柱和球頭圓柱，所述平頭圓柱和所述球頭圓柱頂端均連接有限位配重塊，所述平頭圓柱和所述球頭圓柱均與所述圓柱調(diào)控模塊活動(dòng)連接，所述平頭圓柱上連接有傳感器。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聲發(fā)射監(jiān)測(cè)并調(diào)控氣脹板坯變形順序的裝置，其特征在于：所述監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理與指令模塊，所述數(shù)據(jù)處理與指令模塊內(nèi)置變形順序合理規(guī)劃算法。

7.一種如權(quán)利要求1-6所述的聲發(fā)射監(jiān)測(cè)并調(diào)控氣脹板坯變形順序的裝置的使用方法，其特征在于：包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種聲發(fā)射監(jiān)測(cè)并調(diào)控氣脹板坯變形順序的裝置及方法，屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，包括底座，底座上方設(shè)有加熱與供氣組件，所述加熱與供氣組件上方設(shè)有壓緊密封組件和氣脹成形凹模組件，所述加熱與供氣組件、所述壓緊密封組件、所述氣脹成形凹模組件均與所述監(jiān)測(cè)調(diào)控系統(tǒng)連接。本發(fā)明采用上述的一種聲發(fā)射監(jiān)測(cè)并調(diào)控氣脹板坯變形順序的裝置及方法，通過(guò)聲發(fā)射信號(hào)的分析和處理，可定位和識(shí)別坯料氣脹成形過(guò)程中的變形分布甚至缺陷開(kāi)裂，實(shí)現(xiàn)變形過(guò)程的在線監(jiān)測(cè)，對(duì)板坯各部分變形順序進(jìn)行重新分配，避免局部變形量過(guò)大，可實(shí)現(xiàn)變形過(guò)程的精準(zhǔn)控制，通過(guò)耦合墊膜，既可避免局部變形過(guò)大，又可減弱傳感器與坯料之間彈性波傳遞的衰減。

技術(shù)研發(fā)人員：包豐源,李超
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21