CN109848281B - 一种大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形方法及成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明的大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形方法及成形装置，方法包括S1：设置平移路径和翻边路径；S2：设置摩擦推力组和高温区；S3：将板料置于平移路径上并覆盖在翻边路径上方；S4：将高温区运行加热；S5：将摩擦推力组下压与板料密贴；S6：对摩擦推力组施加径向电磁力使板料向翻边路径挤压，同时在翻边路径上方对板料施加轴向电磁力使板料向翻边路径拉深；S7：对板料拉深区域的底部冲孔并继续施加轴向电磁力使冲孔边翻边成形。装置包括凹模、摩擦推力组、平移路径和翻边路径，凹模上设置有高温区，摩擦推力组侧部设置有径向侧推线圈，翻边路径上方设置有轴向拉深线圈。该发明具有成型均匀稳定、塑性变形能力高、能耗低的优点。

Description

一种大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形方法及成形装置

技术领域

本发明主要涉及材料塑性加工的高速率成形技术领域，尤其涉及一种大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形方法及成形装置。

背景技术

电磁脉冲成形是一种利用脉冲磁场力对金属工件进行高速加工的方法，能有效提高铝合金、镁合金和钛合金等难变形材料的成形极限、降低回弹。在文献“基于磁脉冲技术的铝合金板材圆孔翻边工艺研究”中，张文忠等提到采用磁脉冲技术实现了直径80mm左右零件的翻孔成形，显著提高了材料的塑性，翻边系数达到0.76。在专利“运载火箭贮箱顶盖上喇叭口翻边孔成形方法”中，张文忠等采用三级线圈实现火箭喇叭口的精确翻边。零件的翻孔尺寸在150～500mm之间。但是该技术在翻边时，板料法兰部位的材料难以向凹模洞口流动。因此，板料翻孔口部受到较大的周向拉应力，容易被拉裂，导致翻边的高度低。

在“一种利用多向磁场力驱动板材翻孔成形的装置及方法”的专利中，崔晓辉等通过在板料的法兰和板料中部设置径向侧推线圈，通过改变板料翻孔口部的应力分布来提高翻孔极限。但该技术存在以下问题：(1)线圈设置在板料端部将板料法兰材料推入凹模洞口，会导致板料整体直径尺寸的改变。对于对外直径有较高要求的零件，这种方法不适合；(2)对于火箭箱底等超大尺寸零件，翻孔的区域相对于整个箱底非常小。因此在翻边的时候，相当于板料具有非常大的法兰区域。端部侧推线圈需要将整个法兰材料向凹模洞口推动，所需要的放电设备能量和线圈尺寸都极大，翻孔成形难度极大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种成型均匀稳定、塑性变形能力高、能耗低的大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形方法及成形装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形方法，包括以下步骤：

S1：设置相通的平移路径和翻边路径；

S2：在平移路径的上方设置摩擦推力组，在平移路径的下方设置高温区；

S3：将板料置于平移路径上并覆盖在翻边路径上方；

S4：将高温区运行加热；

S5：将摩擦推力组下压与板料密贴；

S6：对摩擦推力组施加径向电磁力使板料向翻边路径挤压，同时在翻边路径上方对板料施加轴向电磁力使板料向翻边路径拉深；

S7：对板料拉深区域的底部冲孔并继续施加轴向电磁力使冲孔边翻边成形；

S8：将翻边结束后的板料取出；

S9：保持步骤S3至步骤S8循环进行。

作为上述技术方案的进一步改进：

在步骤S6中，在翻边路径内的板料下方对板料施加轴向缓冲力。

在步骤S2中，摩擦推力组和高温区的位置对应。

一种大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形装置，包括凹模和设置在凹模上方的摩擦推力组，所述摩擦推力组与凹模之间形成平移路径，所述凹模上设有与平移路径相通的翻边路径，所述凹模上在平移路径下方设置有高温区，所述摩擦推力组侧部设置有用于对摩擦推力组施加径向电磁力的径向侧推线圈，所述翻边路径上方设置有用于对板料施加轴向电磁力的轴向拉深线圈。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述高温区内设置有呈点状排布的加热棒。

还包括底板，所述底板与凹模底部可拆卸连接，底板上装设有用于对板料施加轴向缓冲力的缓冲机构。

所述缓冲机构包括缓冲弹簧和缓冲块，所述缓冲弹簧一端与底板连接、另一端与缓冲块连接，所述缓冲块支撑于板料下方。

所述摩擦推力组包括压板、高电导块和摩擦体，所述高电导块和摩擦体连接为一体、且高电导块靠近径向侧推线圈，所述压板压设在高电导块和摩擦体顶部并驱使摩擦体与板料顶部密贴。

所述高电导块和摩擦体整体构成连续的环状结构。

所述高电导块和摩擦体整体构成分瓣结构，各分瓣结构呈均匀间隔布置。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的一种大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形方法，用了磁脉冲翻边技术，可以显著提高零件的成形极限；对板料局部升温，提高了板料局部的塑性变形能力和向翻边路径的材料流动性；通过摩擦力实现大尺寸板料局部法兰材料的流动，最终所需电磁能量小，径向电磁结构小，成形后零件的外部直径不发生改变。

本发明的大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形装置，包括凹模和设置在凹模上方的摩擦推力组，摩擦推力组与凹模之间形成平移路径，凹模上设有与平移路径相通的翻边路径，凹模上在平移路径下方设置有高温区，摩擦推力组侧部设置有用于对摩擦推力组施加径向电磁力的径向侧推线圈，翻边路径上方设置有用于对板料施加轴向电磁力的轴向拉深线圈。采用了磁脉冲翻边技术，可以显著提高零件的成形极限；对板料局部升温，提高了板料局部的塑性变形能力和向翻边路径的材料流动性；通过摩擦力实现大尺寸板料局部法兰材料的流动，最终所需径向侧推线圈放电能量小，径向侧推线圈结构小，成形后零件的外部直径不发生改变。

附图说明

图1是本发明大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形方法的流程图。

图2是本发明大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形装置实施例1的结构示意图。

图3是本发明大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形装置实施例1的结构示意图(拉深状态)。

图4是本发明大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形装置实施例1的结构示意图(冲孔状态)。

图5是本发明大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形装置实施例1的结构示意图(成形状态)。

图6是本发明大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形装置实施例1中摩擦推力组的结构示意图。

图7是本发明大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形装置实施例2中摩擦推力组的结构示意图(初始状态)。

图8是本发明大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形装置实施例2中摩擦推力组的结构示意图(第一次侧推状态)。

图9是本发明大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形装置实施例2中摩擦推力组的结构示意图(旋转调整状态)。

图10是本发明大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形装置实施例2中摩擦推力组的结构示意图(第二次侧推状态)。

图中各标号表示：

1、板料；2、平移路径；3、翻边路径；4、摩擦推力组；41、压板；42、高电导块；43、摩擦体；5、高温区；51、加热棒；6、凹模；7、径向侧推线圈；8、轴向拉深线圈；9、底板；10、缓冲机构；101、缓冲弹簧；102、缓冲块。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1至图6示出了本发明大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形方法的一种实施例，包括以下步骤：

S1：设置相通的平移路径2和翻边路径3；

S2：在平移路径2的上方设置摩擦推力组4，在平移路径2的下方设置高温区5；

S3：将板料1置于平移路径2上并覆盖在翻边路径3上方；

S4：将高温区5运行加热；

S5：将摩擦推力组4下压与板料1密贴；

S6：对摩擦推力组4施加径向电磁力使板料1向翻边路径3挤压，同时在翻边路径3上方对板料1施加轴向电磁力使板料1向翻边路径3拉深；

S7：对板料1拉深区域的底部冲孔并继续施加轴向电磁力使冲孔边翻边成形；

S8：将翻边结束后的板料1取出；

S9：保持步骤S3至步骤S8循环进行。

本发明的大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形方法，采用了磁脉冲翻边技术，可以显著提高零件的成形极限；对板料1局部升温，提高了板料1局部的塑性变形能力和向翻边路径3的材料流动性；通过摩擦力实现大尺寸板料1局部法兰材料的流动，最终所需电磁能量小，径向电磁结构小，成形后零件的外部直径不发生改变。

本实施例中，在步骤S6中，在翻边路径3内的板料1下方对板料1施加轴向缓冲力。该轴向缓冲力配合轴向电磁力，使板料1在翻边路径3内拉深更为稳定可靠。

本实施例中，在步骤S2中，摩擦推力组4和高温区5的位置对应。这样设置，保证了板料1局部升温区与摩擦推力组4对应，更利于产生稳定可靠的摩擦推力。

装置实施例1

图2至图6示出了本发明大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形装置的第一种实施例，包括凹模6和设置在凹模6上方的摩擦推力组4，摩擦推力组4与凹模6之间形成平移路径2，凹模6上设有与平移路径2相通的翻边路径3，凹模6上在平移路径2下方设置有高温区5，摩擦推力组4侧部设置有用于对摩擦推力组4施加径向电磁力的径向侧推线圈7，翻边路径3上方设置有用于对板料1施加轴向电磁力的轴向拉深线圈8。采用了磁脉冲翻边技术，可以显著提高零件的成形极限；对板料1局部升温，提高了板料1局部的塑性变形能力和向翻边路径3的材料流动性；通过摩擦力实现大尺寸板料1局部法兰材料的流动，最终所需径向侧推线圈7放电能量小，径向侧推线圈7结构小，成形后零件的外部直径不发生改变。

本实施例中，高温区5内设置有呈点状排布的加热棒51。呈点状排布的加热棒51对板料1局部升温，提高了板料1局部的塑性变形能力和向凹模6的翻边路径3的材料流动性。

本实施例中，还包括底板9，底板9与凹模6底部可拆卸连接，底板9上装设有用于对板料1施加轴向缓冲力的缓冲机构10。该结构中，当拉深时，缓冲机构10对拉深区域的板料1提供轴向缓冲支撑，防止该区域过速变形而影响壁厚，使板料1在翻边路径3内拉深更为稳定可靠。

本实施例中，缓冲机构10包括缓冲弹簧101和缓冲块102，缓冲弹簧101一端与底板9连接、另一端与缓冲块102连接，缓冲块102支撑于板料1下方。该结构中，当拉深时，缓冲块102对拉深区域的板料1提供轴向支撑，缓冲弹簧101受力缓慢收缩，从而实现对拉深区域的板料1缓冲支撑。

本实施例中，摩擦推力组4包括压板41、高电导块42和摩擦体43，高电导块42和摩擦体43连接为一体、且高电导块42靠近径向侧推线圈7，压板41压设在高电导块42和摩擦体43顶部并驱使摩擦体43与板料1顶部密贴。该结构中，高电导块42可以是铝合金或铜，摩擦体43为弹性体，比如橡胶，当径向侧推线圈7放电时，高电导块42和摩擦体43向内收缩，从而带动板料1向翻边路径3挤压。

本实施例中，高电导块42和摩擦体43整体构成连续的环状结构。连续的环状结构可以使板料1的变形更加均匀，但高电导块42和摩擦体43的变形抗力大，所需的设备能量和线圈尺寸稍大。

装置实施例2

如图7至图10所示，本发明大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形装置的第二种实施例，该成形装置与实施例1基本相同，区别仅在于：本实施例中，高电导块42和摩擦体43整体构成分瓣结构，各分瓣结构呈均匀间隔布置。高电导块42和摩擦体43为分瓣结构，径向侧推线圈7放电时，高电导块42不发生变形，高电导块42和摩擦体43更多的是提供摩擦力，所以变形抗力小，所需的设备能量和线圈尺寸小，但是板料1的变形均匀性稍差，需多次逐次变形并旋转高电导块来提高变形均匀性。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：设置相通的平移路径(2)和翻边路径(3)；

S2：在平移路径(2)的上方设置摩擦推力组(4)，在平移路径(2)的下方设置高温区(5)；

S3：将板料(1)置于平移路径(2)上并覆盖在翻边路径(3)上方；

S4：将高温区(5)运行加热；

S5：将摩擦推力组(4)下压与板料(1)密贴；

S6：对摩擦推力组(4)施加径向电磁力使板料(1)向翻边路径(3)挤压，同时在翻边路径(3)上方对板料(1)施加轴向电磁力使板料(1)向翻边路径(3)拉深；

S7：对板料(1)拉深区域的底部冲孔并继续施加轴向电磁力使冲孔边翻边成形；

S8：将翻边结束后的板料(1)取出；

S9：保持步骤S3至步骤S8循环进行。

2.根据权利要求1所述的大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形方法，其特征在于：在步骤S6中，在翻边路径(3)内的板料(1)下方对板料(1)施加轴向缓冲力。

3.根据权利要求2所述的大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形方法，其特征在于：在步骤S2中，摩擦推力组(4)和高温区(5)的位置对应。

4.一种大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形装置，其特征在于：包括凹模(6)和设置在凹模(6)上方的摩擦推力组(4)，所述摩擦推力组(4)与凹模(6)之间形成平移路径(2)，所述凹模(6)上设有与平移路径(2)相通的翻边路径(3)，所述凹模(6)上在平移路径(2)下方设置有高温区(5)，所述摩擦推力组(4)侧部设置有用于对摩擦推力组(4)施加径向电磁力的径向侧推线圈(7)，所述翻边路径(3)上方设置有用于对板料(1)施加轴向电磁力的轴向拉深线圈(8)。

5.根据权利要求4所述的大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形装置，其特征在于：所述高温区(5)内设置有呈点状排布的加热棒(51)。

6.根据权利要求5所述的大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形装置，其特征在于：还包括底板(9)，所述底板(9)与凹模(6)底部可拆卸连接，底板(9)上装设有用于对板料(1)施加轴向缓冲力的缓冲机构(10)。

7.根据权利要求6所述的大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形装置，其特征在于：所述缓冲机构(10)包括缓冲弹簧(101)和缓冲块(102)，所述缓冲弹簧(101)一端与底板(9)连接、另一端与缓冲块(102)连接，所述缓冲块(102)支撑于板料(1)下方。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形装置，其特征在于：所述摩擦推力组(4)包括压板(41)、高电导块(42)和摩擦体(43)，所述高电导块(42)和摩擦体(43)连接为一体、且高电导块(42)靠近径向侧推线圈(7)，所述压板(41)压设在高电导块(42)和摩擦体(43)顶部并驱使摩擦体(43)与板料(1)顶部密贴。

9.根据权利要求8所述的大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形装置，其特征在于：所述高电导块(42)和摩擦体(43)整体构成连续的环状结构。

10.根据权利要求8所述的大尺寸板料局部电磁深冲翻孔成形装置，其特征在于：所述高电导块(42)和摩擦体(43)整体构成分瓣结构，各分瓣结构呈均匀间隔布置。

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