CN112642930A - 一种斜凸缘盒形件电磁复合成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种斜凸缘盒形件电磁复合成形方法，包括将金属坯料放在凹模组件上，在凸模组件底部内嵌平面矩形螺旋线圈，将平面矩形螺旋线圈的两端外接电路相连，将金属坯料紧贴水平放置的平面矩形螺旋线圈，通过外接电路给平面矩形螺旋线圈充电或放电，使平面矩形螺旋线圈周围的空间产生脉冲磁场，进而受到电磁力的作用，初步成形，判断初步成形后的金属坯料是否达到预定高度，若达到预定高度，在凹模组件内放置橡皮垫，橡皮垫设在金属坯料下方，通过外接电路给平面矩形螺旋线圈继续充电或放电，进行校形，通过压力机驱动凸模组件下压，完成成形，形成斜凸缘盒形件，可以大幅度简化斜凸缘盒形件的成形过程，有效提高其成形质量和效率。

Description

一种斜凸缘盒形件电磁复合成形方法
技术领域
本发明涉及材料成形技术领域，具体涉及一种斜凸缘盒形件电磁复合成形方法。
背景技术
电磁脉冲成形是一种利用脉冲电磁力对金属工件进行高速加工的方法。研究表明：不同于传统加工方法准静态的变形行为，材料在高速冲击下，出现一种动态的变形行为，具体表现为晶体孪生、组织相变、绝热剪切等动力学行为。因而能有效的提高铝镁合金、钛合金的成形极限、降低回弹。
斜凸缘铝合金盒形件是飞机工业领域中常见的一个非轴对称部件，由于其几何形状较为复杂，传统的拉深成形方法会导致变形区域的应力和应变分布非常不均匀，成形较为困难。鉴于此，研究者们提出了不同的成形方案，具体有以下几种：
(1)采用多道次拉深成形完成此类盒形件的成形，其建立有限元模型来分析盒形件的成形过程，确定出毛坯展开尺寸、多道次模具结构、压边力等诸多影响因素的最佳数据，研究出一套可行的成形方法。但成形过程需要多套模具组合完成，提高了生产成本，加工过程也较为复杂。
(2)采用液压成形的方法应用于此类零件的生产，通过数值模拟和实验，研究了液压成形各项参数对不等高平底盒形件成形过程的影响，模拟结果与实验结果吻合较好。但由于液压成形存在着充放液的过程，并且对于不同高度的盒形件，预胀高度和压力难以确定，存在着成形过程较为困难的问题。
(3)此外，落压成形也可以实现此类异形盒形件的加工，但其制件加工后的表面会出现难以消除的褶皱，零件表面质量较差。
发明内容
根据现有技术的不足，本发明的目的是提供一种斜凸缘盒形件电磁复合成形方法，可以大幅度简化斜凸缘盒形件的成形过程，不需要多套模具，加工过程较为简单，容易控制，制件加工后的表面不容易出现褶皱，有效提高其成形质量和效率。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种斜凸缘盒形件电磁复合成形方法，包括：
步骤1、模具组装，将金属坯料放在凹模组件上，在凸模组件底部内嵌平面矩形螺旋线圈，将所述平面矩形螺旋线圈的两端外接电路相连，将所述凸模组件置于所述金属坯料上方；
步骤2、电磁成形，将所述金属坯料紧贴水平放置的所述平面矩形螺旋线圈，通过所述外接电路给所述平面矩形螺旋线圈充电或放电，使所述平面矩形螺旋线圈周围的空间产生脉冲磁场，脉冲磁场中的所述金属坯料感应到电流，形成带电体，进而受到电磁力的作用，初步成形；
步骤3、橡皮垫校形，判断初步成形后的所述金属坯料是否达到预定高度，若达到预定高度，在所述凹模组件内放置橡皮垫，所述橡皮垫设在所述金属坯料下方，通过所述外接电路给所述平面矩形螺旋线圈继续充电或放电，进行校形，若没有达到预定高度，下移所述凸模组件，减少所述平面矩形螺旋线圈和所述金属坯料的距离，重复步骤2；
步骤4、钢模成形，通过压力机驱动所述凸模组件下压，完成成形，形成斜凸缘盒形件。
进一步地，所述凸模组件包括上模板、垫板、凸模和凸模固定板，所述上模板安装在所述压力机上，所述垫板固定在所述上模板和所述凸模之间，所述凸模固定板套设在所述凸模外侧且固定在所述垫板底部。
进一步地，所述凹模组件包括下模板和凹模，所述凹模固定在所述下模板上侧。
进一步地，所述外接电路包括电容、电源开关和电阻，通过给所述电容充电或放电给所述平面矩形螺旋线圈充电或放电。
进一步地，所述电容充电或放电的次数视最终所需斜凸缘盒形件的侧壁高度和电磁设备的放电能力决定。
进一步地，所述平面矩形螺旋线圈根据所需斜凸缘盒形件的结构进行调整，以改变电磁力的施加方向和大小。
进一步地，如果需要增加所述金属坯料某部位的变形程度，可通过减少此部位平面矩形螺旋线圈的匝间距来实现，如果需要减小所述金属坯料某部位的变形程度，可通过增加此部位平面矩形螺旋线圈的匝间距来实现。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
1.本发明所述的一种斜凸缘盒形件电磁复合成形方法，结合了电磁成形、软模校形、钢模成形等成形方法，可以大幅度简化斜凸缘盒形件的成形过程，不需要多套模具，加工过程较为简单，容易控制，制件加工后的表面不容易出现褶皱，有效提高其成形质量和效率。
2.本发明所述的一种斜凸缘盒形件电磁复合成形方法，利用电磁力具有非接触的优势，对金属坯料进行预成形，避免了传统凸模冲压过程中应力集中的问题。同时电磁成形为高能成形技术，有效增加了金属坯料的成形极限，减少了回弹。
3.本发明所述的一种斜凸缘盒形件电磁复合成形方法，采用的平面矩形螺旋线圈形式多变，可以根据所需盒形件进行调整，灵活改变电磁力的施加方向和大小。
附图说明
图1为本发明电磁成形的原理图。
图2为本发明斜凸缘盒形件的结构示意图。
图3为本发明成形装置的示意图。
图4为本发明电磁成形的示意图。
图5为本发明橡皮垫校形的示意图。
图6为本发明钢模成形的示意图。
图7为本发明一种平面矩形螺旋线圈布局的示意图。
图8为本发明另一种平面矩形螺旋线圈布局的示意图。
图9为本发明的流程图。
其中：1、电源开关；2、电容；3、电阻；4、上模板；5、凸模固定板；6、第一线路接头；7、压边圈；8、凹模；9、橡皮垫；10、下模板；11、金属坯料；12、平面矩形螺旋线圈；13、第二线路接头；14、凸模；15、垫板；16、凸模组件；17、凹模组件；18、斜凸缘盒形件；19、线圈；20、工件。
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、完整地描述。
参照图1所示，电磁成形原理可以用电磁感应定律来解释，当对线圈19中充电或放电时，线圈19中就产生变化的电流，由电磁感应定律可知，变化的电流会在其周围空间产生变化的磁场，随着不断充电或放电，就在线圈19周围空间产生脉冲磁场，脉冲磁场中的工件20就会感应出电流(涡流)，工件20就成带电体，而处于急剧变化的磁场中的带电体就会受到电磁力的作用，当该电磁力超过材料的屈服极限时，工件20就会随凹模14发生塑性变形，从而达到加工零件的目的。
本发明提供一种斜凸缘盒形件电磁复合成形方法，参照图9所示，包括：
步骤1、模具组装，参照图3所示，将金属坯料11放在凹模组件17上并用压边圈7限位，防止金属坯料11在成形时发生起皱，在凸模组件16底部内嵌平面矩形螺旋线圈12，将平面矩形螺旋线圈12的两端分别通过第一线路接头6和第二线路接头13外接电路相连，将凸模组件16置于金属坯料11上方；
步骤2、电磁成形，参照图4所示，将金属坯料11紧贴水平放置的平面矩形螺旋线圈12，通过外接电路给平面矩形螺旋线圈12充电或放电，使平面矩形螺旋线圈12周围的空间产生脉冲磁场，脉冲磁场中的金属坯料11感应到电流，形成带电体，进而受到电磁力的作用，初步成形；
步骤3、橡皮垫9校形，参照图5所示，判断初步成形后的金属坯料11是否达到预定高度，若达到预定高度，在凹模组件17内放置橡皮垫9，橡皮垫9设在金属坯料11下方，通过外接电路给平面矩形螺旋线圈12继续充电或放电，进行校形，若没有达到预定高度，下移凸模组件16，减少平面矩形螺旋线圈12和金属坯料11的距离，重复步骤2；
步骤4、钢模成形，参照图6所示，通过压力机驱动凸模组件16下压，完成成形，形成斜凸缘盒形件18。
本发明利用电磁力具有非接触的优势，对金属坯料11进行预成形，避免了传统凸模冲压过程中应力集中的问题。同时电磁成形为高能成形技术，有效增加了金属坯料11的成形极限，减少了回弹，另外，本发明通过把平面矩形螺旋线圈12嵌在凸模组件16底部的方法，只需要一套模具便可完成平面矩形螺旋线圈12放电和凸模组件16校形的过程，加工过程较为简单，容易控制，制件加工后的表面不容易出现褶皱，有效提高其成形质量和效率。
由于电磁成形的过程中，电磁力比较不均匀，会让金属坯料11底部不平整，如果此时直接用钢模成形，会导致应力集中，金属坯料11破裂，因此使用橡皮垫9在下面校形，金属坯料11向两侧扩展，可以使金属坯料11底部变得更加平整，两侧也更加贴近凹模组件17，使得后续凸模组件16接触金属坯料11是一个面接触，而不是点接触，就不会产生应力集中。
具体地，凸模组件16包括上模板4、垫板15、凸模14和凸模固定板5，上模板4安装在压力机上，垫板15固定在上模板4和凸模14之间，凸模固定板5套设在凸模14外侧且固定在垫板15底部。
凹模组件17包括下模板10和凹模8，凹模8固定在下模板10上侧。
外接电路包括电容2、电源开关1和电阻3，通过给电容2充电或放电给平面矩形螺旋线圈12充电或放电。
电容2充电或放电的次数视最终所需斜凸缘盒形件18的侧壁高度和电磁设备的放电能力决定。
本发明中，所需斜凸缘盒形件18侧壁越高，需要的变形越多，电压如果不变，就需要增加电容2放电次数。
此外，电压越大，金属坯料11变形程度越大，如果要减小电容2放电次数，就要增大线圈的电压。
平面矩形螺旋线圈12根据所需斜凸缘盒形件18的结构进行调整，以改变电磁力的施加方向和大小。参照图7所示，在一个实施例中，若平面矩形螺旋线圈12的布局如图7左图所示，则电磁力主要集中在如图7右图黑框处。参照图8所示，在另一个实施例中，若平面矩形螺旋线圈12的布局如图8左图所示，则电磁力主要集中在如图8右图黑框处。
如果需要增加金属坯料11某部位的变形程度，可通过减少此部位平面矩形螺旋线圈12的匝间距来实现，如果需要减小金属坯料11某部位的变形程度，可通过增加此部位平面矩形螺旋线圈12的匝间距来实现。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种斜凸缘盒形件电磁复合成形方法，其特征在于，包括：
步骤1、模具组装，将金属坯料放在凹模组件上，在凸模组件底部内嵌平面矩形螺旋线圈，将所述平面矩形螺旋线圈的两端外接电路相连，将所述凸模组件置于所述金属坯料上方；
步骤2、电磁成形，将所述金属坯料紧贴水平放置的所述平面矩形螺旋线圈，通过所述外接电路给所述平面矩形螺旋线圈充电或放电，使所述平面矩形螺旋线圈周围的空间产生脉冲磁场，脉冲磁场中的所述金属坯料感应到电流，形成带电体，进而受到电磁力的作用，初步成形；
步骤3、橡皮垫校形，判断初步成形后的所述金属坯料是否达到预定高度，若达到预定高度，在所述凹模组件内放置橡皮垫，所述橡皮垫设在所述金属坯料下方，通过所述外接电路给所述平面矩形螺旋线圈继续充电或放电，进行校形，若没有达到预定高度，下移所述凸模组件，减少所述平面矩形螺旋线圈和所述金属坯料的距离，重复步骤2；
步骤4、钢模成形，通过压力机驱动所述凸模组件下压，完成成形，形成斜凸缘盒形件。
2.根据权利要求1所述的斜凸缘盒形件电磁复合成形方法，其特征在于：所述凸模组件包括上模板、垫板、凸模和凸模固定板，所述上模板安装在所述压力机上，所述垫板固定在所述上模板和所述凸模之间，所述凸模固定板套设在所述凸模外侧且固定在所述垫板底部。
3.根据权利要求1所述的斜凸缘盒形件电磁复合成形方法，其特征在于：所述凹模组件包括下模板和凹模，所述凹模固定在所述下模板上侧。
4.根据权利要求1所述的斜凸缘盒形件电磁复合成形方法，其特征在于：所述外接电路包括电容、电源开关和电阻，通过给所述电容充电或放电给所述平面矩形螺旋线圈充电或放电。
5.根据权利要求4所述的斜凸缘盒形件电磁复合成形方法，其特征在于：所述电容充电或放电的次数视最终所需斜凸缘盒形件的侧壁高度和电磁设备的放电能力决定。
6.根据权利要求1所述的斜凸缘盒形件电磁复合成形方法，其特征在于：所述平面矩形螺旋线圈根据所需斜凸缘盒形件的结构进行调整，以改变电磁力的施加方向和大小。
7.根据权利要求6所述的斜凸缘盒形件电磁复合成形方法，其特征在于：如果需要增加所述金属坯料某部位的变形程度，可通过减少此部位平面矩形螺旋线圈的匝间距来实现，如果需要减小所述金属坯料某部位的变形程度，可通过增加此部位平面矩形螺旋线圈的匝间距来实现。
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