熱漸進成形中加熱方式及其測溫方法的研究進展

高正源，李旭，李正芳，邢豪杰，張更，安治國

熱漸進成形中加熱方式及其測溫方法的研究進展

高正源1，李旭1，李正芳2，邢豪杰1，張更1，安治國1

（1.重慶交通大學 機電與車輛工程學院，重慶 400074；2.昆明學院 機電工程學院，昆明 650214）

漸進成形是一種先進的制造技術，可滿足小批量產(chǎn)品高精高效的生產(chǎn)需求。在航天航空、電子及精密儀器領域中的部件通常具有輕質高強的特點，但在室溫下整體延展性較差的材料(鈦合金、鎂合金、鋁合金)很難通過傳統(tǒng)的漸進成形方法來成形，使用熱輔助方法就顯得尤為重要。簡要介紹了漸進成形技術的發(fā)展及成形原理，并綜述了國內(nèi)外研究學者在熱漸進成形技術中使用的加熱方法，將其分為兩種類型：整體加熱和局部加熱，進一步對比分析了兩種加熱方式的優(yōu)缺點,其中，電加熱方式適用范圍較廣且加熱溫度較高，加之其設備結構簡單，具有較大的應用前景。在此基礎上，針對不同加熱方式，綜述了相應的成形裝置及溫度測控方式，測溫方式分為接觸式測溫和非接觸式測溫。對比兩種測量方法，接觸式測溫精度高且測溫范圍較大，但難以測量運動中物體的溫度；非接觸式測溫通常用于測量運動中的物體和小范圍內(nèi)的溫度，并且不會對被測物體的溫度場造成影響，但其制造成本較高且測量精度相對較低。分析了各種成形裝置及溫度測控系統(tǒng)的適應工況，將溫度控制在材料成形的最佳溫度附近可以提高材料的成形性和成形精度。

漸進成形；熱成形；熱輔助方法；溫度采集；溫度控制

傳統(tǒng)的沖壓制造方式僅適用于大批量生產(chǎn)，且該工藝所用模具制造周期長、成本高，因此，傳統(tǒng)沖壓制造工藝無法滿足當代個性化小批量產(chǎn)品高精高效的生產(chǎn)需求。Leszak[1]最早提出了無模成形概念，并獲得了發(fā)明專利。隨后，在20世紀90年代，日本學者松原茂夫[2]基于無模成形的思想提出了一種金屬成形新工藝，即漸進成形技術。與傳統(tǒng)的沖壓工藝相比，漸進成形技術的制造周期短、成本低且個性化程度高，同時，由于漸進成形逐點局部成形的特征，能夠顯著提高金屬板材的成形性能，故受到學者們的廣泛關注與研究[3]。

近些年，漸進成形技術逐漸應用于小批量零件的成形。李燕樂等[4]對過去十幾年國內(nèi)外學者對金屬板材漸進成形技術的研究進行了總結，并闡述了學者們在成形工藝參數(shù)對成形性影響方面的成果。本課題組基于不同工藝參數(shù)對制件表面質量及其成形性的影響做了研究，闡述了在不同工藝參數(shù)下制件成形的質量[5-6]。但在航空行業(yè)、汽車工業(yè)中需要使用到的一些輕質合金在室溫下的成形性較差，甚至不能獲得合格的零件[7-10]。為了解決這一制造難題，學者們提出了一系列熱輔助方法來提升輕質難成形合金的成形性能?？傮w而言，在漸進成形中，熱輔助方式可分為全局加熱和局部加熱兩個策略[11]。全局加熱方法主要有油浴加熱、熱風加熱、自阻電加熱；局部加熱方法主要有激光輔助加熱、摩擦加熱、單點電加熱、鹵素燈加熱。在使用這些熱輔助方法對輕質合金進行加工時，最重要的就是要把熱成形過程的溫度控制在相應輕質難成形合金的最佳成形溫度范圍內(nèi)。因此，在熱成形過程中溫度的監(jiān)測和控制顯得尤為重要。Ambrogio等[12]設計了一個升溫與夾持一體化的加熱室，并采用PID控制器，保證板料在成形過程中溫度的穩(wěn)定性。Ghiotti等[13]通過直流電源對板材進行全局加熱時，金屬薄板夾在靜態(tài)安裝臺頂部的毛坯夾中，壓片器兩側分別連接電源的正負極，利用焦耳熱效應加熱，并采用與Ambrogio研究相同的方式來控制成形溫度。在目前的研究中，輕質難成形合金的熱輔助加熱裝置的設計及成形溫度的監(jiān)控仍然是該類合金熱漸進成形中的關鍵問題。文中綜述了不同熱輔助加熱裝置的工作原理及溫度測量方法，并對熱漸進成形過程中溫度的控制及預測進行了分析。

1 漸進成形原理

漸進成形技術的原理與旋壓成形技術相似，運用了分層制造的思想，即把模型沿高度方向分解成一系列相互平行的等高線層，并生成各個層面上的加工軌跡，成形工具頭在計算機的控制下逐層對板料加工，對板料進行逐次局部變形代替整體成形，最終將板材成形為所需工件[14]。其工作原理如圖1所示，裝置由成形工具頭、壓片板和支撐板構成。將待加工板材放置在壓片板和支撐板中間夾緊，成形工具頭從上往下運動，使待加工板材逐步變形，最終達到目標形狀。

漸進成形按工藝可分為無模漸進成形（負成形）和有模漸進成形（正成形），如圖2所示。在無模成形的過程中無額外支撐的部件，成形過程中夾板固定不動，工具頭在加工路徑的控制下沿成形軌跡將板材逐漸擠壓成形。在有模成形中包括部分或全部支撐靠模，以支撐成形過程中的板料，上部的夾板會隨著工具頭的下壓沿著導柱往下運動，最后形成目標零件。相較于無模漸進成形，有模漸進成形能夠獲得較高的加工精度。

圖1 漸進成形原理示意圖[15]

圖2 漸進成形分類[16]

2 熱漸進成形的加熱方法

針對室溫下塑性較差的材料，通常采用熱輔助與漸進成形相結合的方式，即熱漸進成形工藝，來提高材料的成形性能及加工精度。根據(jù)國內(nèi)外的研究，可將熱輔助方法分為兩種形式，一種為全局加熱，另一種為局部加熱，本節(jié)主要通過這兩個方面對漸進成形的熱輔助方式進行綜述，并進一步對比分析兩種熱輔助方式的優(yōu)缺點。

2.1 全局加熱方法

油作為一種液體介質，可用來傳導熱量，將其作為傳熱介質引入熱漸進成形裝置中可以有效提升材料成形區(qū)域的溫度，進而提高材料的成形性能?；谟鸵杭訜岬乃枷?，文懷興等[17]提出了一種油浴加熱方式，對AZ31B鎂合金進行加熱處理，板材的整個成形過程都在油面以下進行，并得出了該材料的最佳成形溫度為200 ℃，相應的最大成形角為47°。同時，Galdos等[18]在AZ31B鎂合金成形中設計了底部油浴加熱的裝置，板材可以通過熱流體介質中的對流間接加熱，熱油的溫度由溫控系統(tǒng)控制，飽和溫度能夠達到300 ℃左右，并進一步發(fā)現(xiàn)成形溫度達到250 ℃時金屬原子動能增加到臨界值，能夠實現(xiàn)鎂合金的動態(tài)再結晶。在此基礎上，張三等[19-21]也利用底部油浴加熱裝置對AZ31B鎂合金板材的成形能力進行了研究，所得結果與Galdos的研究結果相似。上述兩種油浴加熱裝置分別如圖3a、b所示，其中，圖3a所示的加熱方式能夠讓板材吸收較多熱量，但材料的成形性能并不好，而圖3b中的加熱方式能夠提供一定的背壓作用，進而能夠有效地提高板材的成形性能。

此外，部分研究人員也將空氣作為導熱介質引入熱漸進成形裝置來實現(xiàn)板材全局加熱。Ji等[22-23]提出用熱風在漸進成形過程中對鎂合金進行全局加熱，結果表明，在150 ℃以上時，鎂合金的成形性明顯提高。Leonhardt等[24]采用熱風風機對AZ31鎂合金進行加熱，設計了實驗裝置，使用空氣加熱線圈對空氣加熱，熱風通過板材下的出風口，實現(xiàn)了對板材的全局加熱。對成形后的板料進行分析，在成形溫度為300 ℃、板材厚度為2 mm時，最大壁角為50°。廖娟等[25]使用了熱空氣加熱技術，并在成形過程中將二硫化鉬粉末加凡士林的混合材料均勻涂抹在待加工板材表面[26]，對成形后的板材進行分析，發(fā)現(xiàn)板材表面橘皮紋理在200～250 ℃之間由粗變細，又在250～275 ℃之間由細變粗。因此，在250 ℃下加工可以提高制件的表面質量。在此基礎上，鄭志洋等[27]在AZ31B鎂合金熱空氣加熱漸進成形中進一步發(fā)現(xiàn)，距離出風口越近的區(qū)域溫度越低，所以板材由成形區(qū)域中心到側壁的溫度會出現(xiàn)逐漸降低的現(xiàn)象。熱空氣加熱模型如圖3c所示，該方法結構簡單、能耗低，但加熱過程中由于出風口區(qū)域熱能損失較大，所引起的成形區(qū)域溫度分布特征會降低材料的成形性能。為了實現(xiàn)高溫材料的快速加熱，Li等[28]和張春等[29]提出了一種整體自阻電加熱漸進成形技術，將連接銅片、板材、工具頭、直流電源形成一個閉環(huán)回路，實現(xiàn)對TC4鈦合金板材的整體加熱，具體結構如圖3d所示。通過數(shù)值模擬分析得出該加熱方式的溫度場比較穩(wěn)定，當電流為500 A時，成形溫度可以達到550 ℃，并通過試驗得出，成形溫度在500～600 ℃時可以獲得成形質量較好的TC4鈦合金制件。近些年，學者們還提出了一種中低溫全局熱輻射方法，即鹵素燈加熱方法。Kim等[30]開發(fā)了一種鹵素燈加熱的漸進成形裝置，設計了幾個帶有成形工具的鹵素燈來加熱AZ31片。在燈泡內(nèi)注入鹵素氣體，在高溫下與升華的鎢反應，使燈泡可以在更高的溫度下工作，通過發(fā)光對板材進行加熱，加熱裝置如圖3e所示。該研究結果表明，將溫度提高到約250 ℃可以改善鎂合金的成形性能。但是，由于鹵素燈與成形區(qū)域之間距離的梯度變化，會導致成形區(qū)域的溫度梯度較大，無法保證成形區(qū)域的溫度均勻性，進而會使材料的成形性能降低。

圖3 全局加熱

2.2 局部加熱方法

在金屬變形過程中，可以通過施加電場來改變金屬的微觀組織分布，進而提高材料的塑性成形能力，即電致塑性效應[31]。由于電加熱效率高且操作方便，結合漸進成形局部變形的特點，進一步提出了單點電加熱漸進成形方法，相應的基本原理如圖4a所示。Fan等[32-33]在單點電加熱漸進成形技術中采用電鍍了二硫化鎳金屬基復合材料的Ti–Al6–V4鈦合金板，將電加熱溫度控制到500～600 ℃之間，能夠使該材料的最大成形角提高到72°。同時，范國強等[34]和張其龍等[35]進一步利用單點電加熱漸進成形技術對TC4鈦合金板材進行了成形，發(fā)現(xiàn)電流強度是影響加工溫度和成形性的主要因素，材料硬度會隨電流強度增大而先增大后降低，抗拉強度隨電流增大而降低。在此基礎上，Liu等[36]分析了鈦合金在電加熱漸進成形中的成形角隨溫度的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)材料的成形角會隨著溫度的升高而逐漸增大，當溫度達到500 ℃時，成形角達到最大值，即63.5°。但此時由于制件表面的氧化現(xiàn)象會使其表面粗糙度值上升，因此，仍需要進一步研究該工藝下材料表面粗糙度值與成形角的關系。此外，基于局部加熱的思路，也提出了一些其他的加熱方式，如激光加熱[37-44]（見圖4b）與攪拌摩擦加熱[45-49]（見圖4c），盡管這兩種方法能夠對難加工輕質合金板材進行成形，但是激光加熱的設備較為昂貴且維護成本高。同時，攪拌摩擦加熱會造成制件與工具的表面磨損嚴重且成形溫度控制困難，因此，隨著熱漸進成形技術的發(fā)展，這兩種局部加熱方法的研究也逐漸減少。

2.3 全局加熱與局部加熱的對比分析

兩種加熱方式相比，全局加熱確定工藝參數(shù)的過程更簡單，但存在成形區(qū)溫度梯度分布不均勻的現(xiàn)象；局部加熱的優(yōu)點是控制變形區(qū)以外的區(qū)域不發(fā)生不必要的形變且效率更高，但確定工藝參數(shù)的過程太復雜。油浴加熱的技術結構簡單、成本較低，缺陷是加熱溫度上限較低（約為300 ℃），只能對成形溫度較低的合金進行加工。在熱空氣加熱中，不同鼓風機的功率會導致加熱溫度上限有所不同，但測溫誤差會隨著溫度升高而增大。電加熱可以達到較高的溫度，但隨著溫度的升高，板材表面粗糙度會有所增大。單點電加熱和自阻電加熱相比，單點電加熱的能耗較低，自阻電加熱的溫度場更穩(wěn)定。激光輔助加熱的優(yōu)點在于溫度上限高，缺點在于其硬件成本比其他工藝高，而攪拌摩擦加熱受工具頭轉速的影響，會對制件表面與工具表面造成嚴重損傷且成形溫度控制困難。表1所示為不同加熱方法下的合理加熱溫度與其適應材料，從中可以得出，電加熱方式適用范圍較廣且加熱溫度較高，加之其設備結構簡單，具有較大的應用與推廣價值。

圖4 局部加熱

表1 不同加熱方法的通常最大加熱溫度及適合加熱材料

Tab.1 General maximum heating temperature of different heating methods and suitable heating materials

3 熱漸進成形裝置及溫度測控系統(tǒng)

由于不同材料的最佳成形溫度不同，所以需要選擇不同的熱漸進成形裝置，不同的加熱裝置對應的溫度測量方法也有所不同。溫度測量方法可分為接觸式和非接觸式兩類，接觸式常使用熱電偶來采集成形區(qū)域的溫度，而非接觸式則利用紅外測溫儀對成形區(qū)的溫度進行實時采集。針對上述分類，這里進一步歸納總結學者們設計的熱漸進成形裝置及相應的溫度測控方法，并總結兩類測量方式的優(yōu)勢與弊端。

3.1 接觸式測溫

在接觸式測溫方法中，通常把熱電偶固定在板材的加工背面或加熱系統(tǒng)中來實時采集成形溫度。在油浴加熱方法中，熱電偶被固定安裝在存儲液壓油容器壁上，實時測量油溫，并通過PID控制器實現(xiàn)對溫度的控制，具體結構如圖5所示。Galdos等[18]采用把熱電偶固定于油容器壁的方式來采集AZ31B鎂合金的成形溫度，在加工前對成形區(qū)的溫度進行測試，得到該測溫方法的溫度誤差能夠控制到±10 ℃以內(nèi)。同時，進一步利用此測溫裝置對150、200、250 ℃下板材的成形性能進行分析，發(fā)現(xiàn)250 ℃時板材的成形性最好，具體如圖6所示，這與張三等[19]的研究結果一致。

圖5 油浴加熱溫度測量裝置[21]

圖6 不同成形溫度下的臨界深度和最大壁角[18]

Fig.6 Critical depth and maximum angle under different forming temperature[18]

此外，Leonhardt等[24]在熱空氣加熱中將熱電偶固定在板材的加工背面來實時測量成形區(qū)溫度，通過調(diào)節(jié)加熱線圈的電流強度實現(xiàn)對溫度的控制。在不同設定溫度下對成形區(qū)溫度進行了測試，并用熱成像儀來校驗不同設定溫度下板材的整體溫度分布，發(fā)現(xiàn)測量溫度可以控制在設定溫度附近，與熱成像記錄的溫度相比，成形區(qū)的溫度差異值較小，但其值會隨著溫度的上升而增大，如圖7所示。

圖7 設定溫度下溫度隨時間的變化及誤差

在攪拌摩擦加熱中，為了測量成形過程中的溫度，通常也將熱電偶固定在板材的加工背面[46]，以此來測量成形區(qū)域的溫度。李磊等[50]在攪拌摩擦熱輔助漸進成形中使用上述方式進行測溫，并建立了成形中攪拌摩擦熱所致的溫度預測模型。但由于在攪拌摩擦加熱的方式中影響成形區(qū)域溫度的因素較多，使得成形區(qū)域的溫度控制較為困難，目前仍未研發(fā)出一種合理可靠的溫度控制裝置來實現(xiàn)此種工藝中成形溫度的精確控制。大多數(shù)局部加熱通常使用移動的熱源輸入，會導致機器配置更為復雜。為了實現(xiàn)可靠的移動測溫，G?ttmann等[41]提出了一種簡單且經(jīng)濟的方法，即將熱電偶固定在成形工具的尖端附近，如圖8所示，但這種方法不能精確測量成形區(qū)的溫度。在成形過程中，材料的熱傳導需要一定時間，熱電偶所獲得的溫度也會有一定的延遲，加之傳熱過程中的熱損失，都會導致測量值與實際值之間產(chǎn)生偏差，因此刀具表面和熱電偶之間的距離應足夠小。此外，使用較小的熱電偶時，可以降低熱電偶的反應時間。成形過程中熱電偶與接觸區(qū)域之間相對距離的變化也會導致溫度測量的偏差。為了解決上述問題，可在成形工具頭的尖端放置多個熱電偶，求其測量的平均值作為成形區(qū)的測量溫度，以此來降低單一熱電偶的采集誤差。

圖8 在工具頭尖端放置熱電偶示意圖[41]

隨著技術的不斷發(fā)展，電輔助加熱漸進成形技術逐漸成為主流。在單點電加熱漸進成形技術中，也可以采用熱電偶放置于成形工具頭尖端的測溫方法。但是電輔助加熱的溫度較高，工具頭產(chǎn)生的溫度會傳遞到刀柄，為了保護刀柄處的絕緣裝置，需要給工具頭添加水冷系統(tǒng)[51]，如圖9所示。單點電加熱中溫度隨控制量的變化規(guī)律如圖10所示，從圖10中可以看出，控制器可以根據(jù)測量溫度與設定溫度的差值來調(diào)節(jié)電流強度，并將成形溫度控制在設定溫度的附近。因此，可以得出這種熱漸進成形裝置可以保證成形區(qū)溫度的控制精度，加之這種加熱方法能夠使成形區(qū)獲得較高的溫度，故這種成形裝置也適合絕大多數(shù)輕質難成形合金的熱漸進成形。

圖9 單點電加熱實驗裝置[41]

圖10 測量溫度和電源電流變化[41]

3.2 非接觸式測溫

在一些加熱裝置中，直接采用熱電偶測溫易引起成形裝置的干涉現(xiàn)象，為了解決上述問題，通常會采用紅外測溫儀來監(jiān)測成形溫度。在局部加熱中，可以用夾具將紅外測溫儀夾在成形工具頭的側面，并讓其跟隨成形工具頭移動，以此來達到移動測溫的目的。盡管熱成像技術可以更可靠地測溫，但依賴于很多不確定的因素，例如發(fā)射角度與發(fā)射率等，使得測溫儀器的調(diào)節(jié)較為困難且靈活性較差，故通常用于驗證其他測溫儀器的準確性。

廖娟等[25]與鄭志洋等[27]在熱空氣加熱方法中采用在線式紅外測溫儀來測量成形區(qū)的溫度，使用電流信號將成形區(qū)的平均溫度反饋給溫度控制器，溫度控制器根據(jù)反饋信號實時調(diào)節(jié)鼓風機的加熱功率，從而實現(xiàn)成形區(qū)的溫度控制。同時，使用一臺Guide IPT384熱成像儀對成形過程中的測量溫度進行實時校驗，具體裝置如圖11所示。當溫度為250 ℃時，材料成形前和成形中的溫度分布如圖12所示，1表示劃線區(qū)域內(nèi)的平均溫度，成形前成形區(qū)的最大溫差小于30 ℃且劃線區(qū)域內(nèi)溫度比較均勻，而成形中成形區(qū)的最大溫差為61 ℃，這主要是靠近出風口位置的熱量散失較大所致的結果。

圖11 熱空氣加熱溫度測量裝置[27]

圖12 250 ℃時板材溫度分布[25]

在自阻電加熱漸進成形中，為了防止電流對溫度傳感器的影響，可采用紅外探頭來捕捉成形區(qū)域的溫度，即在成形工具頭的側面固定一個紅外測溫頭來實時采集成形區(qū)的溫度，溫度信號由電流信號轉變成電壓信號輸入到控制板的AD轉換模塊，經(jīng)過控制板的處理，最后輸出一個PWM占空比控制加熱電路中的繼電器，實現(xiàn)對溫度的實時控制[29]，具體如圖13所示。圖14進一步反映了此種測試方法在設定溫度為550 ℃時的測試精度，通過將實時采集的溫度數(shù)據(jù)進行擬合，得到了一條較為平滑的溫度曲線，得出最高溫度為558.8 ℃，最低溫度為542.6 ℃，最大溫度誤差約為1.6%，進而可以得出此種測試方法能夠較為準確地控制成形區(qū)域的溫度。在此工藝下加工的TC4鈦合金成形件表面未出現(xiàn)微裂紋，且成形極限可以達到73°。

通過上述分析，為了更精確地測量和控制成形區(qū)的溫度，在板材成形之前，應對成形區(qū)的溫度進行預測。首先，在金屬板正中心放置一個熱電偶，并在壓板的四周等間距布置一定數(shù)量的熱電偶。然后，采集金屬板的靜態(tài)飽和溫度，通過多次測量后得到一個未成形狀態(tài)下金屬板的溫度梯度分布。最后，在金屬板成形時去掉正中心的熱電偶，利用靜態(tài)飽和的溫度梯度預測成形時金屬板中間區(qū)域的溫度?；谏鲜鏊悸?，Ambrogio等[53]提出了溫度預測的數(shù)學模型，可用于板材在不同成形階段和不同工藝下成形區(qū)的溫度預測，并對鋁合金和鈦合金板材的熱漸進成形進行了溫度預測，進一步通過實驗驗證了該數(shù)學模型的準確性。在此基礎上，Jiang等[54]提出了一種人工神經(jīng)網(wǎng)絡（ANN）框架來預測電輔助加熱時成形區(qū)的溫度，并利用有限元模型的溫度輸出來訓練神經(jīng)網(wǎng)絡模型，并通過紅外攝像機來采集實際成形溫度，以此來驗證神經(jīng)網(wǎng)絡模型的可行性，具體如圖15所示。從圖15中可以看出，溫度隨時間周期性振蕩且預測溫度不連續(xù)，這是工件表面不平整和運動控制器的記憶容量有限所致的。同時，隨著時間推移，溫度誤差會逐漸升高，這是由于散熱時間減少與材料表面熱傳遞放緩綜合作用的結果。

圖13 自阻電加熱溫度控制示意圖[29]

圖14 溫度控制曲線[52]

圖15 預測溫度與實測溫度進行比較[54]

3.3 接觸與非接觸測溫方式的總結

兩種溫度測量方法相比，接觸式測溫通常用于測量熱容量較大的物體，測溫精度高且測溫范圍較大，但難以測量運動中物體的溫度。非接觸式測溫通常用于測量運動中的物體和小范圍內(nèi)的溫度，并且不會對被測物體的溫度場造成影響，但其制造成本較高且測量精度相對較低。目前，大多數(shù)熱漸進成形裝置都采用接觸式測溫，為了實現(xiàn)接觸式的移動測溫，可采用鑲嵌有熱電偶的工具頭來實時捕捉成形中的溫度值。此外，為了更精確地測量與控制成形區(qū)的溫度，在板材成形前可建立成形區(qū)溫度分布的預測模型，并結合智能控制算法來實時精確控制成形區(qū)的溫度。

4 結語

在熱漸進成形中可根據(jù)材料的最佳成形溫度來選擇合適的加熱方式，并結合可靠的溫度測控系統(tǒng)，才能獲得成形質量較好的制件。目前，工業(yè)上使用的輕質合金主要為鎂合金、鋁合金和鈦合金。鋁合金和鎂合金的最佳成形溫度區(qū)間分別為120～200 ℃和200～250 ℃，適合選擇油浴加熱、熱空氣加熱、電加熱的方法對其進行成形。鈦合金的最佳成形溫度為550～700 ℃，適合選擇電輔助加熱和激光輔助加熱對其進行成形。由于電加熱的加熱溫度高且設備結構簡單，其應用范圍更為廣泛。在熱漸進成形的溫度測控方面，通常使用熱電偶和紅外測溫儀來實時監(jiān)測熱成形過程中的成形溫度，控制器根據(jù)溫度信號并結合控制算法來調(diào)節(jié)加熱系統(tǒng)的輸出功率，進而實現(xiàn)成形溫度的穩(wěn)定控制，從而提高制件的成形質量。

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Research Progress of Heating and Temperature Measurement Methods in Thermal Progressive Forming

GAO Zheng-yuan1, LI Xu1, LI Zheng-fang2, XING Hao-jie1, ZHANG Geng1, AN Zhi-guo1

(1. School of Mechatronics & Vehicle Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China; 2.School of Mechanical and Electrical Engineering, Kunming University, Kunming 650214, China)

Progressive forming is an advanced manufacturing technology, which can meet the production requirements of small batch products for high precision and efficiency. Components used in aerospace, electronics and precision instruments are usually characterized by light weight and high strength, but the materials with poor overall ductility at room temperature (titanium alloy, magnesium alloy and aluminum alloy) are difficult to be formed by the traditional progressive forming methods, so it is particularly important to use the heat assisted method. The development of progressive forming technology and forming principle were briefly introduced, and the heating methods put forward by Chinese and foreign researchers for the thermal progressive forming technology were summarized, including two types: integral heating and local heating. Furthermore, a comparative analysis was carried out on the advantages and disadvantages of the two heating methods. The electric heating method was suitable for a wide range, with a higher heating temperature and a simpler equipment structure, which had many potential applications. On this basis, for different heating methods, the corresponding forming devices, temperature measurements and control methods were summarized. The temperature measurement methods were divided into contact and non-contact temperature measurement. According to the comparison results of the two temperature measurement methods, contact temperature measurement was usually used for the objects with high temperature measurement accuracy and a large temperature range, but it was difficult to measure the temperature of moving objects. Non-contact temperature measurement was usually used to measure the temperature of moving objects with a small temperature range, and would not affect the temperature field of the measured object, but its manufacturing cost was high and the measurement accuracy was relatively low. Through the analysis on the suitable working conditions of various forming devices and temperature measurement and control systems, it is concluded that controlling the temperature near the optimum temperature for material forming can improve the formability and forming accuracy of the material.

progressive forming; thermal forming; heat assisted method; temperature acquisition; temperature control

10.3969/j.issn.1674-6457.2023.02.019

TP273

A

1674-6457(2023)02-0160-11

2022–09–22

2022-09-22

國家自然科學基金（22272013）；重慶市自然科學基金面上項目（cstc2021jcyj-msxmX1047）

National Natural Science Foundation of China (22272013); Scientific and Technological Research Program of Chongqing Science and Technology Bureau (cstc2021jcyj-msxmX1047)

高正源（1982—），男，博士，副教授，主要研究方向為輕金屬材料、先進制造、表面工程和環(huán)保材料。

GAO Zheng-yuan (1982-), Male, Doctor, Associate professor, Research focus: light metal materials, advanced manufacturing, surface engineering and environmental protection materials.

安治國（1976—），男，博士，副教授，主要研究方向為表面工程、塑性成形CAD/CAE技術。

AN Zhi-guo (1976-), Male, Doctor, Associate professor, Research focus: surface engineering and plastic forming CAD/CAE technology.

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