专利名称：直接电阻局部加热的金属表面压印成形装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种金属加工技术领域的装置，具体是一种直接电阻局部加热的
金属表面压印成形装置。
背景技术：
压印工艺就是将模具施压于工件表面，使工件表面发生塑性变形而获得所需的表 面结构的加工工艺。常温状态下，由于金属硬度高，压印所需压力大，因而压印设备规模大， 模具的磨损也大。因此一般采用将金属加热软化至流动性较好的状态再进行压印的方法， 称为热压印。将金属加热的方法主要有熔炉、感应加热、电阻加热，其中感应加热和电阻加 热又各自分为外部加热和直接加热。电阻加热区别于感应加热之处在于，后者通过外部的 振荡电磁场使工件或模具中的电子产生相应的振动，以加热工件或模具。电阻加热区别于 电火花加工之处在于，后者利用高强电场击穿电介质产生的电火花加热并加工工件表面。 直接电阻加热区别于外部电阻加热之处在于，后者的电流通过工件和模具的外部的电阻， 而非通过工件或挤压装置本身的电阻以及工件与挤压装置之间的电阻对工件进行加热。直 接电阻局部加热区别于其他直接电阻加热之处在于，后者的电流不通过或者很少通过工件 和压印模具的接触界面。 相对于熔炉加热方式，直接电阻加热具有加热迅速、启动快速、节省能源、生产效 率高、易于自动化、尺寸较小因而节约用料、改善工作环境、减少空间占用、降低维护费用等 优点。 经对现有文献检索发现，中国专利公开号为CN101214738A，名称为热压设备及 其热压装置，该技术包括二相对的压板、至少一个印压模板、多个冷却管、一个冷却系统及 多个感应线圈，其中压板、印压模板、冷却管及感应线圈构成热压装置，印压模板设置于压 板相面向的一侧上，感应线圈对应于印压模板并设置于压板内，冷却管设置于二压板内，并 与冷却系统相连接。该技术的缺点是使用整体外部加热方式，能量消耗大，效率低，工件的 加工应变区域大。 又经检索发现，中国专利公开号为CN2206205，名称为液压印花机，该技术包 括机座、机架、工作台、液压机构和加热装置，其中加热装置是板中安装发热电阻的上电 热板和下电热板，并有上、下电热板盖，下电热板上安装花样模型，上电热板由液压机构带 动作上下运动，下电热板的边缘以轮子滚动由拉手拉推作进出运动。该技术的缺点也是使 用整体外部加热方式，能量消耗大，效率低。 再经检索发现，国际专利号为W0-2006-034193，名称为电阻加热的金属成形装 置及工艺(Metal forming apparatus and process with resistance heating)，该技术包
括用于接收和支撑工件的基站，第一和第二电极夹，电源和流体源，致动器，其中每个电 极夹与电源电连通并与流体源流体连通，电极夹与工件接合并将电流和流体分配到其上， 致动器与至少一个夹机 相连。该技术的缺点是使用整体加热方式，能量消耗大，效率低， 工件的加工应变区域大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种直接电阻局部加热的金属 表面压印成形装置。本发明将直接电阻局部加热技术应用于压印工艺，实现了高效的局部 加热，有利于设备小型化，结构简单化，减小工件的加工应变区域，方便设备的使用和维护， 适合于大批量制造工艺。 本发明是通过以下技术方案实现的 本发明包括电源、控制模块、两个电极、致动器和挤压装置，其中电源分别与两 个电极相连传输电流，致动器与电极或者挤压装置机械相连，第一电极与第一挤压装置相 连传输电流，第二电极与工件或者第二挤压装置相连传输电流，工件位于第二电极与第一 挤压装置之间或者是直接位于第一挤压装置和第二挤压装置之间，控制模块与电源相连传 输控制信息。 所述的控制模块包括控制系统和三个传感器，其中第一传感器与第一挤压装 置或者第一电极相连传输温度信息，第二传感器与工件或者第二挤压装置或者第二电极相 连传输温度信息，第三传感器与致动器相连传输致动器的位移或者压力信息，控制系统分 别与三个传感器相连传输采集的信息。 所述的挤压装置，地面与挤压装置之间设置滑动模块，使挤压装置水平移动。
所述的机械相连是接触连接、螺栓连接、铆接、焊接中的一种或者若干种组合。
所述的电极设置有散热模块。
所述的挤压装置设置有散热模块。 所述的挤压装置是一个平面压印模具，或者是一个平面压印模具和一个轧辊式模 具，或者是两个轧辊式模具。 本发明采用电阻加热与压印技术结合，将直流电流或者交流电流直接施加于工件 和挤压装置之间，所有电流均流过工件加工区域与挤压装置的接触界面，以使该工件的加 工区域局部升温的过程。本发明的直接电阻局部加热的实现，是由于挤压装置的压印结构 不是平滑的，而是既有高出凸起的部分，也有低下凹陷的部分。挤压装置与工件的平滑表面 首先接触的部分是挤压装置上高出凸起的部分。电源输出的电流通过挤压装置上高出凸起 的部分，使得工件上与之接触的局部区域在接触界面的接触电阻焦耳热和高电流密度的体 电阻焦耳热作用下，温度升高而软化易于变形；而挤压装置上低下凹陷的部分未与工件接 触，工件上与之对应的局部区域没有受到直接电阻加热，只受到热传递以及低电流密度的 体电阻焦耳热作用而升温，所以温度较低尚未软化较难变形，因此本发明中工件与挤压装 置先接触的部分易于变形，工件与挤压装置未接触的部分较难变形。 本发明将电流施加于工件和挤压装置之间，对工件的加工区域进行局部加热，使 其进入高温软化状态；同时，挤压装置施压于该工件的局部加热区域，进行压印成形。通过 控制电流，可以很精确地控制工件加工局部的加热程度；通过控制致动器的运动，可以很精 确地控制工件加工局部的塑性变形程度。最后，终止电流或者将工件与挤压装置分离，使工 件冷却。本发明与现有技术相比使用局部加热方式，能量消耗小，效率高，工件的加工应变 区域小。
图1是实施例1的组成连接示意图；
图2是实施例2的组成连接示意图；
图3是实施例3的组成连接示意图；
图4是实施例4的组成连接示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的装置进一步描述本实施例在以本发明技术方案为前提
下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述
的实施例。
实施例1 如图1所示，本实施例包括电源1、第一电极2A、第二电极2B、致动器3和平面压 印模具5，控制系统6、第一传感器6A、第二传感器6B和第三传感器6C，其中电源1分别 与第一电极2A和第二电极2B相连传输电流，第一电极2A与平面压印模具5水平接触相连 传输电流，第二电极2B与工件4水平接触相连传输电流，平面压印模具5位于工件4的正 上方，致动器3位于平面压印模具5的正上方且与平面压印模具5螺栓连接传输压印所需 的压力，第一传感器6A与第一电极2A相连传输第一电极2A的温度信息，第二传感器6B与 工件4相连传输工件4的温度信息，第三传感器6C与致动器3相连传输致动器3的位移信 息，控制系统6分别与三个传感器相连传输第一电极2A的温度信息、工件4的温度信息和 致动器3的位移信息，控制系统6还与电源1相连传输控制信息。
所述的电源1是电阻焊机的输出电源。
所述的工件4是铝制的空心梁。 所述的平面压印模具5是高速钢材料，其上有压印的花纹。
所述的电极是铜制材料。
所述的致动器3是电动压机。 本实施例的工作过程控制致动器3，使平面压印模具5与工件4上需要进行压印 加工的区域局部接合；控制电源1输出大电流，使工件4上需要进行压印加工的区域在高电 流密度的焦耳热作用下升温至软化状态，并控制致动器3对平面压印模具5施压，进行压印 加工；在达到预定压印效果之后，停止电源1的电流输出，并控制致动器3停止施压，待工件 4散热降温。 本实施例的优点是直接电阻局部加热能耗小，效率高，应变区域集中于受热软化
受压变形的局部。
实施例2 如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于，致动器3第一传感器6A和第二传 感器6B的连接方式不同，其中工件4位于平面压印模具5的正上方，第二电极2B位于工 件4的正上方且与工件4接触连接传输电流，致动器3位于第二电极2B的正上方且与第二 电极2B螺栓连接传输压印所需的压力，第一传感器6A与平面压印模具5相连传输平面压 印模具5的温度信息，第二传感器6B位于第二电极2B上且与第二电极2B相连传输第二电 极2B的温度信息，第三传感器6C与致动器3相连传输致动器3的压力信息，控制系统分别与三个传感器相连传输平面压印模具5的温度信息、第二电极2B的温度信息和致动器3的 压力信息，控制系统还与电源1相连传输控制信息。
所述的第二电极2B设置有散热模块。
所述的致动器3是液压压机。 所述的第一传感器6A和第二传感器6B都是温度传感器，第三传感器6C是压力传 感器。 本实施例的工作过程控制致动器3，使平面压印模具5与工件4上需要进行压印
加工的区域局部接合；控制电源1输出大电流，使工件4上需要进行压印加工的区域在高电
流密度的焦耳热作用下升温至软化状态，并控制致动器3对平面压印模具5施压，进行压印
加工；在达到预定压印效果之后，停止电源1的电流输出，通过第二电极2B中的散热模块对
工件4进行散热降温；待工件4降温至预定温度，再控制动器3停止施压。 本实施例的优点直接电阻局部加热能耗小，效率高，应变区域集中于受热软化受
压变形的局部，能控制工件4的温度变化，且控制系统6可以监测加热和压印过程，因而工
艺过程的控制精度高。 实施例3 如图3所示，本实施例与实施例2的区别在于本实施例的挤压装置是平面压印模 具5和轧辊式模具7，且本实施例还包括滑动模块8，其中第二电极2B与轧辊式模具7接 触连接将电流分布在轧辊式模具上，第二传感器6B与轧辊式模具7相连传输轧辊式模具的 温度信息，致动器3与轧辊式模具7的支承结构螺栓连接以控制轧辊式模具7的竖直方向 的运动，轧辊式模具7的下端与工件4接触相连以将电流分布在工件4上且使下压力作用 于工件4上，滑动模块8位于地面上且与平面压印模具5的下方接触相连以使平面压印模 具5水平移动。 所述的第二电极2B是石墨电刷。
所述的轧辊式模具7是热轧辊式模具材料。
所述的滑动模块8是滑轨或者是滑轮。
所述的致动器3是液压压机。 本实施例的工作过程是控制致动器3，通过轧辊式模具7使工件4上需要进行压 印加工的区域局部与平面压印模具5接合；控制电源1输出大电流，使工件4上需要进行压 印加工的区域在高电流密度的焦耳热作用下升温至软化状态，控制致动器3通过轧辊式模 具7对工件4施压，并且控制平面压印模具5进行横向移动，轧辊式模具7进行滚动，进行 辊压压印加工；在达到预定压印效果之后，停止电源1的电流输出，并控制致动器3停止施 压，待工件4散热降温。 本实施例的优点是直接电阻局部加热能耗小，效率高，应变区域集中于受热软化 受压变形的局部，辊压压印成形工艺有利于提高生产效率。
实施例4 如图4所示，本实施例包括电源1、第一电极2A、第二电极2B、致动器3、第一轧 辊式模具5A、第二轧辊式模具5B，控制系统6、第一传感器6A、第二传感器6B和第三传感器 6C，其中电源1分别与第一电极2A和第二电极2B相连传输电流，第一电极2A与第一轧辊 式模具5A接触连接传输电流，第二电极2B与第二轧辊式模具5B接触连接传输电流，致动
6器3位于第一轧辊式模具5A的上方且与第一轧辊式模具5A的支承机构螺栓连接，第一轧 辊式模具5A位于工件4的上方且与工件4接触相连(接触点为Sl)，第二轧辊式模具5B位 于工件4的下方且与工件4接触相连(接触点为S2)。 本实施例中的轧辊式模具表面具有所需压印的花纹，且是热轧辊式模具材料，其 表面通过离子溅射沉积一层耐磨损的高硬度合金，如碳化钨或碳化钛。
所述的控制模块包括控制系统6、第一传感器6A、第二传感器6B和第三传感器 6C，其中第一传感器6A与第一轧辊式模具5A接触相连传输第一轧辊式模具5A的温度信 息，第二传感器6B与第二轧辊式模具5B接触相连传输第二轧辊式模具5B的温度信息，第 三传感器6C与致动器3相连传输致动器3的压力信息，控制系统6分别与三个传感器相连 传输第一轧辊式模具5A的温度信息、第二轧辊式模具5B的温度信息和致动器3的压力信 息，电源1与控制系统6相连传输控制信息。
所述的电极是石墨电刷。 所述的工件4是带状工件，如金属条或者金属箔。 本实施例控制致动器3，使第一轧辊式模具5A和第二轧辊式模具5B从正反两面夹 紧工件4 ;控制电源1输出大电流，使工件4上与两个轧辊式模具接触的区域在高电流密度 的焦耳热作用下升温至软化状态，控制致动器3通过两个轧辊式模具对工件4施压，并且控 制工件4进行横向移动，两个轧辊式模具进行滚动，进行双面辊压压印加工。本实施例对于 带状工件可实现连续加工。 本实施例的优点是直接电阻局部加热能耗小，效率高，应变区域集中于受热软化 受压变形的局部，能控制工件4的温度变化，控制系统6可以监测加热和压印过程，因而工 艺过程的控制精度更高，且双面辊压压印工艺可实现正反两面同时加工，而且可实现连续 加工，有利于进一步提高生产效率。
权利要求
一种直接电阻局部加热的金属表面压印成形装置，其特征在于，包括电源、控制模块、两个电极、致动器和挤压装置，其中电源分别与两个电极相连传输电流，致动器与电极或者挤压装置机械相连，第一电极与第一挤压装置相连传输电流，第二电极与工件或者第二挤压装置相连传输电流，工件位于第二电极与第一挤压装置之间或者是直接位于第一挤压装置和第二挤压装置之间，控制模块与电源相连传输控制信息。
2. 根据权利要求1所述的直接电阻局部加热的金属表面压印成形装置，其特征是，所 述的机械相连是接触连接、螺栓连接、铆接、焊接中的一种或者若干种组合。
3. 根据权利要求1所述的直接电阻局部加热的金属表面压印成形装置，其特征是，所 述的电极设置有散热模块。
4. 根据权利要求1所述的直接电阻局部加热的金属表面压印成形装置，其特征是，所 述的挤压装置设置有散热模块。
5. 根据权利要求1所述的直接电阻局部加热的金属表面压印成形装置，其特征是，所 述的挤压装置是一个平面压印模具，或者是一个平面压印模具和一个轧辊 式模具，或者是 两个轧辊式模具。
6. 根据权利要求1所述的直接电阻局部加热的金属表面压印成形装置，其特征是，所述的控制模块包括控制系统和三个传感器，其中第一传感器与第一挤压装置或者第一 电极相连传输温度信息，第二传感器与工件或者第二挤压装置或者第二电极相连传输温度 信息，第三传感器与致动器相连传输致动器的位移或者压力信息，控制系统分别与三个传 感器相连传输采集的信息。
7. 根据权利要求1所述的直接电阻局部加热的金属表面压印成形装置，其特征是，所 述的挤压装置，地面与挤压装置之间设置滑动模块，使挤压装置水平移动。
全文摘要
一种金属加工技术领域的直接电阻局部加热的金属表面压印成形装置，包括电源、控制模块、两个电极、致动器和挤压装置，其中电源分别与两个电极相连传输电流，致动器与电极或者挤压装置机械相连，第一电极与第一挤压装置相连传输电流，第二电极与工件或者第二挤压装置相连传输电流，工件位于第二电极与第一挤压装置之间或者是直接位于第一挤压装置和第二挤压装置之间，控制模块与电源相连传输控制信息。本发明将直接电阻局部加热技术应用于压印工艺，实现了高效的局部加热，有利于设备小型化，结构简单化，能量消耗小，效率高，减小工件的加工应变区域，方便设备的使用和维护，适合于大批量制造工艺。
文档编号B23P9/02GK101791755SQ20101013655
公开日2010年8月4日 申请日期2010年3月31日 优先权日2010年3月31日
发明者冯力中, 干频, 彭林法, 来新民, 麦建明 申请人:上海交通大学