一种输电铁塔构件一体式冲压成型工艺及相关设备

技术领域

本发明涉及冲压成型工艺技术领域，具体为一种输电铁塔构件一体式冲压成型工艺及相关设备。

背景技术

在铁塔构件的生产过程中多采用冲压成型，从而获得精度、质量和寿命更好的结构部件以此来满足铁特的长期户外使用，一体式冲压成型不同于常规的冲压成型方式，能够完成对复杂零部件的一次性成型，传统的对于复杂结构部件的冲压成型往往采用多次分段成型的方式进行，一次性冲压成型有更高的精度和质量。

如专利公开号为 CN116532546A的一种通讯连接器外壳一体式冲压成型设备及生产组装工艺，其在两侧的夹板的夹持下，即可将通讯连接器外壳稳定地固定在模座上，保证冲压时的稳定；另一方面，转动块上设有多个不同形状的冲压头，而转动块可以在第二马达的驱动下转动，因此可以根据加工需求来调节冲压头的位置，方便在通讯连接器外壳冲压不同形状的槽；该设计在对通讯连接器外壳上的槽进行冲压加工时，无需多次更换合适的冲压头，提高了操作的便利性。

但是上述的此类一体式冲压成型设备以及工艺，在进行铁塔构件的生产时一来和传统的冲压成型工艺相似待冲压的材料往往是简单的材料板，难以应用于多层复合材料板的生产加工，随着输电铁塔对材料强度需求的不断提高，现在多使用层复合的钢材质，这些材质现在大多不能适用于传统的冲压成型工艺，故而需要多次成型粘接，由此会带来生产成本和技术难度的提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种输电铁塔构件一体式冲压成型工艺及相关设备，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种输电铁塔构件一体式冲压成型工艺及相关设备，包括：

步骤一：获取成型数据，所述成型数据包括构件外尺寸数据，构件需求强度数据，厚度限制数据；

步骤二：加工数据生成，根据成型数据，模拟构件生成所需材料板类型数据、数量数据、裁切尺寸数据、叠加方式数据和分布方式数据，所述叠加方式数据包括单层直铺和折叠直铺，所述折叠直铺包括单次折叠直铺和多次折叠直铺；

步骤三：初步裁切预折，依据裁切尺寸数据对所需的材料板进行预裁剪，依据叠加方式数据将需要进行折叠直铺的材料板材进行预先折叠；

步骤四：升温热叠，根据分布方式数据和叠加方式数据，将各个板材整齐叠放，并经过升温和预压处理形成一个复合加工板材；

步骤五：冲压成型，将复合加工板材放入冲压设备中进行冲压成型，得到预制品；

步骤六：裁剪及激光封边，对预制品边缘处进行裁剪并且对预制品边缘进行激光封边后得到成品构件；

所述初步裁切预折包括：

N1：根据裁切尺寸数据和叠加方式数据获得材料板的使用尺寸值和叠加次数值，并根据叠加次数定位折叠区；

N2：对折叠区进行开槽，开槽深度为材料板厚度的1/3-1/2，开槽完毕后取出开槽碎屑；

N3：对材料板折叠后相接触地面的非折叠区位置涂覆粘接胶，随后对折叠区进行加热；

N4：顺着折叠区进行材料板的折叠，折叠完毕后得到折叠板材。

更进一步地，所述加工数据生成方法包括：

S1：根据构件外尺寸数据，模拟构件延展后材料板平面用量的体积范围，所述外尺寸数据包括数值可变动的厚度尺寸数据；

S2：获取基础材料板数据集，所述基础材料板数据集包括材料板类型、材料板强度、材料板厚度和单价，所述材料板类型包括折叠加工钢片和叠芯材料片；

S3：选取单个或多个叠芯材料片，叠芯材料片的总厚度小于厚度限制数据最大厚度值的一半；

S4：以厚度限制数据和构件需求强度数据为材料界限，模拟各类型折叠加工钢片折叠次数为何值时能够满足材料界限，并计算所用类型折叠加工钢片的价格；

S5：选取价格最低的满足材料界限的折叠加工钢片为使用材料，并计算折叠加工钢片和叠芯材料所需尺寸数据，以所需尺寸数据的105%—110%为裁切尺寸数据。

更进一步地，所述S5中替换为选取折叠次数最少的折叠加工钢片为使用材料，以所需尺寸数据的101%—105%为裁切尺寸数据。

更进一步地，所述N3步骤中，需要对材料板折叠后相接触的面进行打磨得到粗糙的打磨区，在打磨区域的非折叠区位置涂抹粘接胶。

更进一步地，所述折叠区的加热温度为180℃-220℃之间，所述N4步骤得到折叠板材后还需要进行150℃-170℃温度下的30—60分钟保温处理。

更进一步地，所述升温热叠方法包括：

M1：根据分布方式数据按顺序摆放材料板，所述分布方式包括夹心分布、顺层分布，所述顺层分布至少有四层，所述夹心分布和顺层分布的最外面两层需要为钢材质类型；

M2：确定成型弯折区，对需要相互接触的材料板表面的成型弯折区以外区域进行提高粗糙度的打磨；

M3：对需要相互接触的材料板表面进行涂胶处理，随后按顺序将各个材料板对齐堆叠摆放；

M4：在150℃-180℃温度下，对堆叠摆放的各个材料板进行压力为2—5吨的加压处理，冷却后得到复合加工板材。

更进一步地，还包括：确定成型弯折区弯折方向，对弯折方向内侧的材料板的弯折区进行表面开槽，开槽方向为弯折方向，开槽深度为材料板厚度的1/5-1/3，开槽数量为1—3条。

更进一步地，所述冲压成型方法包括：

Q1：将复合材料板加热至150℃-180℃;

Q2：将复合材料板放入冲压模具中，对其进行两次阶段性的冲压成型，得到成型件，所述两次阶段性的冲压成型包括一次5—10吨压力的预压2—3秒和一次10—20吨的成型压2—3秒；

Q3：对成型件进行应力消除，后得到预制品。

更进一步地，所述激光封边方法包括：

D1：定位裁切完边界的预制品截面；

D2：对预制品截面进行S形路径的激光加温熔化预制品截面的材料覆盖截面；

D3：对预制品截面进行抛光，得到边缘平滑的成品构件。

一种输电铁塔构件一体式冲压成型设备，所述使用了上述的一种输电铁塔构件一体式冲压成型工艺。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

该输电铁塔构件一体式冲压成型工艺及相关设备，利用对铁塔构件外尺寸、需求强度和厚度限制的获取，结合已有的材料数据自动化生成加工数据，能够以低成本钢材的多次折叠形成强度厚度达标的折叠板材，以特殊钢材或者其他材料作为叠芯材料片，通过高温的热叠让几种材料板叠加在一起成为特异性的复合加工板材，最后再进行冲压加工得到最终构件，满足了对复合型材料的一次性一体成型工艺，解决了多种复合板材的一次性成型问题；

同时，为避免材料内应力对整个构件后续使用的影响，在初步裁切预折、升温热叠和冲压成型阶段均设置有应力消除的保温处理，从而能够让外部的钢材质材料能够更好地限位内部的特异性材料进行整个构件形状的保持；

不仅如此，在激光封边时能够依靠钢材的熔融物对构件的边缘处进行密封包裹，这样在后续的使用过程中进一步地增加了材料之间的结合强度，也能够避免户外环境下雨水等物质的侵蚀，更加能够保护内部的特异性材料。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图；

图2为本发明的初步裁切预折时折叠区开槽示意图；

图3为本发明的初步裁切预折时三折情况下的折叠示意图；

图4为本发明的复合加工板材成型示意图；

图5为本发明的复合加工板材冲压前开槽示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

输电铁塔的构件通过冲压成型的多为铁塔主体的构成件，这些构件大多为L形或者工形钢材，结构上并没有太高的复杂度，故而采用冲压成型的方式更加的快捷高效，但是随着输电铁塔的高度和体积的提升传统纯钢材质的构件难以满足其对结构强度的需求，故而需要对传统的钢材进行改进，常规方法会采用厚度尺寸更高的钢材进行构件的生产，这样虽然强度可以满足但是整个铁塔的建造重量和成本会有所提高，亦或者是采用新型的复合材料，能够满足总体的建造需求，首先大多的复合材料价格较为贵，并且与钢材不同很多的复合材料不具备户外长时间使用的能力，故而在本申请中结合了传统钢材料构件的冲压加工配合部分复合材料进行新型冲压加工板材的创建，由此再进行定制化的批量冲压加工，由此满足现有铁塔构件的各方面需求。

如图1－图5所示，本发明提供一种技术方案：一种输电铁塔构件一体式冲压成型工艺及相关设备，包括步骤一：获取成型数据，成型数据包括构件外尺寸数据，构件需求强度数据，厚度限制数据。

步骤二：加工数据生成，根据成型数据，模拟构件生成所需材料板类型数据、数量数据、裁切尺寸数据、叠加方式数据和分布方式数据，叠加方式数据包括单层直铺和折叠直铺，折叠直铺包括单次折叠直铺和多次折叠直铺。

步骤三：初步裁切预折，依据裁切尺寸数据对所需的材料板进行预裁剪，依据叠加方式数据将需要进行折叠直铺的材料板材进行预先折叠。

步骤四：升温热叠，根据分布方式数据和叠加方式数据，将各个板材整齐叠放，并经过升温和预压处理形成一个复合加工板材。

步骤五：冲压成型，将复合加工板材放入冲压设备中进行冲压成型，得到预制品。

步骤六：裁剪及激光封边，对预制品边缘处进行裁剪并且对预制品边缘进行激光封边后得到成品构件。

需要注意的是，成型数据的获取对铁塔初始设计原始蓝图获取相关构件尺寸的获取，构件的外部边界尺寸一般有固定的限制，厚度方面一般没有严格限制但是存在一个最小厚度和最大厚度，这个最小厚度和最大厚度成为厚度限制数据，在铁塔构件设计时需要满足其基本的构件强度，单个构件存在制造最低构件强度，这个最低构件强度即为构件需求强度数据。

需要注意的是，在本实施方式中采用的材料均为直铺类型，原因在于材料本身的横向和纵向并没有强度上的差别，在加工数据生成阶段，制造构件所需要的材料类型、尺寸、叠加方式和分布方式都会被合理地计算并生成出来，在生成时一般会有多个方案可根据需求选择较为经济或者较为保险的方案类型。

作为一种具体的实施方式，加工数据生成方法包括：S1：根据构件外尺寸数据，模拟构件延展后材料板平面用量的体积范围，外尺寸数据包括数值可变动的厚度尺寸数据；S2：获取基础材料板数据集，基础材料板数据集包括材料板类型、材料板强度、材料板厚度和单价，材料板类型包括折叠加工钢片和叠芯材料片；S3：选取单个或多个叠芯材料片，叠芯材料片的总厚度小于厚度限制数据最大厚度值的一半；S4：以厚度限制数据和构件需求强度数据为材料界限，模拟各类型折叠加工钢片折叠次数为何值时能够满足材料界限，并计算所用类型折叠加工钢片的价格；S5：选取价格最低的满足材料界限的折叠加工钢片为使用材料，并计算折叠加工钢片和叠芯材料所需尺寸数据，以所需尺寸数据的105%—110%为裁切尺寸数据，S5中替换为选取折叠次数最少的折叠加工钢片为使用材料，以所需尺寸数据的101%—105%为裁切尺寸数据。

需要注意的是，在进行加工数据生成时，首先我们需要建立基础材料板的数据集，这些数据集里面尽可能多地涵盖现有的材料各种数据，从而为材料的选取提供更多样的选择，但是在现实的生产过程中由于这些材料的需求量一般较大且重量不轻，故而运输成本偏高，一般情况下一个生产工厂中只会存储需求量较大较为经济实惠的普通材料，可变动的厚度尺寸数据为后续的材料选择带来了更多的选择性，在厚度范围里面应当尽可能以较低的成本去制造型材，叠芯材料片属于特异性材料，一般情况下会选择有特异性的合金或者钢材，有些情况下也会选择一些高分子材料作为叠芯，从而根据需求满足材料的抗变形、拉伸、腐蚀属性，叠芯可以是一个或者多个板材组成，其需要满足所需强度的大部分值，其与部分有折叠板材提供，折叠板材的原料通常为厚度为1mm以内的钢片，为避免折叠时折叠处对整个材料的需求量产生影响，在实际的供材时应当多提供材料，折叠次数越多需要多供应的材料越多。

初步裁切预折包括：N1：根据裁切尺寸数据和叠加方式数据获得材料板的使用尺寸值和叠加次数值，并根据叠加次数定位折叠区；N2：对折叠区进行开槽，开槽深度为材料板厚度的1/3-1/2，开槽完毕后取出开槽碎屑；N3：对材料板折叠后相接触的面的非折叠区位置涂覆粘接胶，随后对折叠区进行加热，需要对材料板折叠后相接触的面进行打磨得到粗糙的打磨区，在打磨区域的非折叠区位置涂覆粘接胶；N4：顺着折叠区进行材料板的折叠，折叠完毕后得到折叠板材。

需要注意的是，如图2－图3所示由于材料折叠时折叠处的材料会受到挤压，故而需要使用激光对折叠处进行开槽处理，一般的开槽宽度为1—2mm之间采用激光开槽居多，较厚的材料可使用其他类型的开槽方式并增大开槽宽度，使得材料板折叠后边缘不会出现形变保证后续加工的质量，超过两次的折叠都应当为图3所述的S形折叠方式，由于折叠后的材料板之间采用粘接的方式为主要固定，故而在为提高粘接质量会设置有打磨区，让接触面具有一定的粗糙值提高粘接质量。

作为一种具体的实施方式，折叠区的加热温度为180℃-220℃之间，N4步骤得到折叠板材后还需要进行150℃-170℃温度下的30—60分钟保温处理，能够消除折叠后折叠区的内应力。

作为一种具体的实施方式，升温热叠方法包括：M1：根据分布方式数据按顺序摆放材料板，分布方式包括夹心分布、顺层分布，顺层分布至少有四层，夹心分布和顺层分布的最外面两层需要为钢材质类型；M2：确定成型弯折区，对需要相互接触的材料板表面的成型弯折区以外区域进行提高粗糙度的打磨；M3：对需要相互接触的材料板表面进行涂胶处理，随后按顺序将各个材料板对齐堆叠摆放；M4：在150℃-180℃温度下，对堆叠摆放的各个材料板进行压力为2—5吨的加压处理，冷却后得到复合加工板材。

需要注意的是，如图4所示为一般情况下夹心分布是最常规的选择，其利用两片普通的钢材包裹特异性的叠芯依靠普通的钢材对内部的叠芯进行保护和限制，这种分布方式更注重于对叠芯的保护，亦可采用顺层分布，其能够有更高的自由度，最外面两层需要为钢材质类型是为保证与现有构件和相关设备的兼容度，热叠中的涂胶和打磨与预折作用相同，M4步骤的冷却过程需要一段时间，其可以消除材料粘接复合过程中产生的内应力。

作为一种具体的实施方式，如图5所示为L形构件的成型，确定成型弯折区弯折方向，对弯折方向内侧的材料板的弯折区进行表面开槽，开槽方向为弯折方向，开槽深度为材料板厚度的1/5-1/3，开槽数量为1—3条。

需要注意的是，由于弯折方向的内侧会受到最大程度的材料挤压故而需要进行开槽处理，开槽数量为1—3条根据材料厚度进行确定。

作为一种具体的实施方式，冲压成型方法包括：Q1：将复合材料板加热至150℃-180℃;Q2：将复合材料板放入冲压模具中，对其进行两次阶段性的冲压成型，得到成型件，两次阶段性的冲压成型包括一次5—10吨压力的预压2—3秒和一次10—20吨的成型压2—3秒；Q3：对成型件进行应力消除，后得到预制品。

需要注意的是，由于复合材料板不同于单片的材料板，其可加工的属性较差，故而需要进行一定程度上的提温提高材料的可加工性，并且设计的双阶段冲压能够更加稳定地进行材料成型，后续的应力消除可以采用退火等类似工艺。

作为一种具体的实施方式，激光封边方法包括：D1：定位裁切完边界的预制品截面；D2：对预制品截面进行S形路径的激光加温熔化预制品截面的材料覆盖截面；D3：对预制品截面进行抛光，得到边缘平滑的成品构件。

需要注意的是，参考激光焊接方法，激光能够段时间让钢材表面极薄位置的材料迅速地熔化，进而达到良好的封边效果，此过程对构件外尺寸的影响可以作为误差值忽略，在一些情况下会出现边缘出现缺口的情况，这时需要使用焊丝进行填补，最后对边缘处进行轻微的打磨处理，上的构件的表面更加平滑，方便使用和运输。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附实施例及其等同物限定。