專利名稱：鋁合金曲面零件電磁復(fù)合成形方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械工程領(lǐng)域，具體為鋁合金曲面零件電磁復(fù)合成形方法及裝置。主要用于 提高鋁合金曲面零件的成形精度，解決鋁合金曲面零件模具設(shè)計(jì)困難的問(wèn)題。
背景技術(shù)：
隨著汽車、航空航天等制造業(yè)結(jié)構(gòu)輕量化的發(fā)展趨勢(shì)，鋁合金等高強(qiáng)度低密度材料應(yīng) 用日益增加。但鋁合金板材成形的一個(gè)重要難題就是成形精度的控制，其中彎曲成形最突 出的問(wèn)題是彎曲件回彈的精確控制。因?yàn)榧词雇铺?hào)、同批次的鋁合金板材，由于材料組 織的不均勻性所導(dǎo)致其性能的變化及成形工藝條件的波動(dòng)，均會(huì)引起彎曲件回彈量的較大 變化，從而在卸載后使彎曲件的形狀和尺寸與所要求的形狀和尺寸不符。
由于空氣動(dòng)力學(xué)以及外觀等因素越來(lái)越被汽車、飛機(jī)制造業(yè)所重視，因此其表面覆蓋 件和蒙皮件開(kāi)始大量的被設(shè)計(jì)成曲面流線形。這種空間結(jié)構(gòu)的曲面成形件的回彈控制要比 普通的彎曲件復(fù)雜的多，通過(guò)工藝控制法可以在一定程度上減小工件回彈量，但由于缺乏 必要的理論指導(dǎo)，往往需要大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，加之工藝調(diào)節(jié)還要重點(diǎn)考慮對(duì)起皺和拉裂的 控制，所以往往不能取得滿意的回彈控制效果。對(duì)于鋁合金等輕質(zhì)金屬的曲面零件，在實(shí) 際生產(chǎn)中很容易出現(xiàn)破裂、起皺、回彈等缺陷，這大大影響了產(chǎn)品制件的成形精度和外觀。 一方面，這些材料本身的塑性變形延伸率低，彈性模量小；另一方面曲面不規(guī)則，在校形 過(guò)程中無(wú)顯式尺寸基準(zhǔn)。傳統(tǒng)的板料成形模具的設(shè)計(jì)依賴的是經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)，并且通過(guò)反復(fù) 調(diào)試來(lái)保證成形的質(zhì)量。特別是在飛機(jī)復(fù)雜曲面零件生產(chǎn)制造中，往往采用落錘成形后采 用胎模手工校形，不僅需要消耗大量的人力和物力，周期長(zhǎng)，效率低，而且零件厚度方向 變形不均勻，使用過(guò)程中會(huì)因局部變薄而失效，不能滿足使用需要。因此，研究更好的鋁 合金板材的曲面彎曲成形工藝成為國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者的研究目標(biāo)。
電磁成形可有效改善板材的變形條件，提高變形能力，從而減少或消除回彈。并具有 加工能量易于精確控制、成形速度快、成形工件精度高、模具簡(jiǎn)單、設(shè)備通用性強(qiáng)，成形 過(guò)程無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，在輕量化材料的成形中有著廣闊的應(yīng)用前景。目前板材電磁成形多采 用平面螺旋線圈和板條式線圈，存在磁壓力分布不均，線圈效率低等缺陷，這相當(dāng)程度上 限制了平板毛坯電磁成形工藝的應(yīng)用范圍。鑒于此，俄亥俄州立大學(xué)的G.S.Daehn教授提出 一種平板毛坯均勻壓力線圈放電成形新工藝。放電線圈的外面有一個(gè)凹形導(dǎo)體通道，它和 板料組成了一個(gè)封閉的回路。當(dāng)電容放電時(shí)，內(nèi)部線圈中流過(guò)脈沖電流，并在板料和凹形 通道組成的回路中誘發(fā)方向相反的感應(yīng)電流(里面的線圈和外面的回路是絕緣良好)。由于 強(qiáng)脈沖電磁力的作用，金屬板料高速貼模成形。因?yàn)楦袘?yīng)電流的回路完全環(huán)繞線圈，所以 磁場(chǎng)能量損失小，效率高，此外，由于線圈同時(shí)受到板料和凹形通道的反作用力，所以對(duì) 線圈的作用力相當(dāng)于集中在心軸上，這對(duì)提高線圈的使用壽命也是有利的。相比于傳統(tǒng)平 面螺旋線圈及板條線圈，均勻壓力線圈的磁壓力分布較為均勻，成形效率較高。但上述電磁成形線圈及裝置均適合于平板零件的局部成形或淺拉深成形，無(wú)法較好的應(yīng)用于曲面零 件的成形。
因此，本發(fā)明提出一種鋁合金曲面零件的電磁復(fù)合成形方法及裝置，解決鋁合金曲面 零件成形精度差，模具設(shè)計(jì)困難的問(wèn)題，更好地滿足鋁合金曲面零件的生產(chǎn)需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種能夠有效提高鋁合金曲面零件成形精度的塑性加工方法及裝置。 一種鋁合金曲面零件電磁復(fù)合成形方法及裝置。
本發(fā)明的鋁合金曲面零件電磁復(fù)合成形方法步驟如下(參見(jiàn)附圖)
(1) 將鋁合金板坯放置在成形凹模1上；
(2) 對(duì)電磁成形設(shè)備的儲(chǔ)能電容進(jìn)行充電，當(dāng)充電電壓達(dá)到成形電壓后，斷開(kāi)充電回
路；
(3) 在壓力機(jī)的作用下，線圈凸模3將鋁合金板坯壓入成形凹模1內(nèi)進(jìn)行預(yù)成形，并保 持成形線圈外殼3-3與鋁合金板坯法蘭邊良好接觸；
(4) 閉合電磁成形放電回路，儲(chǔ)能電容通過(guò)電纜對(duì)電磁成形線圈3-l放電，預(yù)成形鋁合 金曲面零件在電磁力的作用下高速貼模，即得到所需工件。
其中，所述鋁合金板坯厚度為0.2 3.0mm。
所述的成形電壓根據(jù)所需放電能量進(jìn)行設(shè)定，成形電壓范圍為3 20KV，所需放電能量 是鋁合金板坯厚度為0.2 1.0mm時(shí)，放電能量值范圍為3 40KJ;鋁合金板坯厚度為 1.0 3.0mm時(shí)，放電能量范圍值為10 200KJ。工件尺寸越大，所需放電能量越高。
成形電壓與放電能量的關(guān)系式E=1/2XCXV2
式中，E-能量，單位焦?fàn)?J);
C-電容(儲(chǔ)能電容器電容)，單位法拉；
V-成形電壓，單位伏特。
本發(fā)明所述的鋁合金曲面零件電磁復(fù)合成形方法，其特征在于成形凹模l固定于壓 力機(jī)工作臺(tái)面上，線圈凸模3固定于壓力機(jī)上滑塊上；初始階段，壓力機(jī)上滑塊下行，線 圈凸模3將鋁合金板坯壓入成形凹模內(nèi)預(yù)成形，并使成形線圈外殼3-3壓緊板坯法蘭邊； 然后通過(guò)電磁成形設(shè)備對(duì)電磁成形線圈放電成形得到工件。
本發(fā)明所述的鋁合金曲面零件電磁復(fù)合成形方法，成型過(guò)程中，在壓力機(jī)上滑塊下行 將鋁合金板坯壓入成形凹模過(guò)程中，電磁成形設(shè)備的儲(chǔ)能電容同步完成充電，預(yù)成形過(guò)程 結(jié)束后即放電成形得到工件。
本發(fā)明所述的鋁合金曲面零件電磁復(fù)合成形的裝置，包括線圈凸模3及成形凹模1; 其中，線圈凸模3由電磁成形線圈3-1及成形線圈外殼3-3兩部分采用高強(qiáng)度絕緣樹(shù)脂3-2 固化為一體而成。
本發(fā)明所述的鋁合金曲面零件電磁復(fù)合成形的裝置，其特征在于線圈凸模3包絡(luò)面 為鋁合金曲面零件外形的等距面，且平移一個(gè)料厚，電磁成形線圈3-1的外形包絡(luò)面為線圈凸模外形的等距面，且平移一個(gè)絕緣層距離。
本發(fā)明所述的鋁合金曲面零件電磁復(fù)合成形的裝置，其特征在于成形凹模l按鋁合 金曲面零件外形尺寸設(shè)計(jì)，無(wú)需考慮回彈因素。
本發(fā)明所述的鋁合金曲面零件電磁復(fù)合成形方法優(yōu)點(diǎn)在于-
1、 本方法通過(guò)儲(chǔ)能電容對(duì)電磁成形線圈瞬間放電產(chǎn)生強(qiáng)脈沖磁場(chǎng)，使預(yù)成形鋁合金曲 面零件在沖擊電磁力作用下高速貼模。由于放電成形過(guò)程中，成形線圈外殼與鋁合金板坯 構(gòu)成一個(gè)封閉回路，成形線圈給曲面零件提供均勻分布的磁壓力，使曲面零件產(chǎn)生較為均 勻的塑性變形，通過(guò)厚度方向的均勻微量減薄來(lái)消除回彈，可以有效避免由于厚度方向變 形不均對(duì)零件使用性能產(chǎn)生的不利影響。
2、 本方法將常規(guī)沖壓成形與勻壓電磁成形復(fù)合在一起，將勻壓線圈和沖壓成形凸模集 成在一起，既克服了常規(guī)沖壓成形回彈大、成形精度差、模具設(shè)計(jì)困難的局限性，又克服 了單一電磁成形由于能量限制僅能用于局部成形(脹形、壓印)或淺拉深成形的不足，能 有效用于難成形復(fù)雜曲面零件的成形，使鋁合金曲面零件成形精度得到有效提高，消除了 工件回彈，解決了鋁合金曲面零件模具設(shè)計(jì)困難的問(wèn)題。


圖1鋁合金曲面零件電磁復(fù)合成形工裝圖 圖2a為標(biāo)號(hào)3-1的電磁成形線圈結(jié)構(gòu)主視圖 圖2b為標(biāo)號(hào)3-1的電磁成形線圈結(jié)構(gòu)左視圖 圖2c為標(biāo)號(hào)3-1的電磁成形線圈結(jié)構(gòu)俯視圖 圖2d為標(biāo)號(hào)3-1的電磁成形線圈結(jié)構(gòu)立體視圖 圖3為標(biāo)號(hào)3-3的成形線圈外殼結(jié)構(gòu)圖 圖4a為標(biāo)號(hào)1的成形凹模主視圖 圖4b為標(biāo)號(hào)1 '的成形凹模左視圖
圖5為0.4mm厚鋁合金曲面零件回彈量與放電能量的關(guān)系圖 圖6鋁合金曲面零件厚度與最佳放電能量的關(guān)系圖
圖中標(biāo)號(hào)表示的零件名稱l-成形凹模；2-鋁合金板坯；3-線圈凸模；3-1-電磁成形線 圈；3-2絕緣樹(shù)脂；3-3-成形線圈外殼。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l鋁合金曲面零件電磁復(fù)合成形實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)材料為1060鋁板，板材尺寸為100mmX 150mm，厚度為0.4mm、 0.7mm和0.9mm。
在圖1所示工裝圖上進(jìn)行電磁復(fù)合成形。
實(shí)驗(yàn)中，第一階段，線圈凸模3在壓力機(jī)的作用下將鋁合金板坯壓入成形凹模1內(nèi)進(jìn)行 預(yù)成形，并保持成形線圈外殼3-3與鋁合金板坯法蘭邊良好接觸；第二階段，調(diào)整電磁成形 機(jī)儲(chǔ)能電容和放電電壓參數(shù)，在不同放電能量下對(duì)鋁合金板坯放電成形。成形分析工件取出凹模后的回彈量，回彈量取成形后曲面零件小端面張角值與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)值之差。
0.4mm厚鋁合金板材電磁復(fù)合成形時(shí)放電能量與回彈量的關(guān)系為圖5所示。由圖可見(jiàn)， 隨著放電能量的增加，回彈量越來(lái)越小，二者幾乎成線性關(guān)系?；貜椓繛榱銜r(shí)對(duì)應(yīng)一個(gè)放 電能量值，即最佳放電能量。
鋁合金板材電磁復(fù)合成形時(shí)厚度與最佳放電能量的關(guān)系繪制為圖6。由圖可知，最佳 放電能量隨板料厚度的增大而增大。
材料厚度為0.2 1.0mm時(shí)，最佳放電能量值范圍為3 10KJ;材料厚度為1.0 3.0mm 時(shí)，最佳放電能量范圍值為10 40KJ。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，通過(guò)合理選擇放電能量，可以消除鋁合金曲面零件的回彈；通過(guò)鋁合 金電磁復(fù)合成形工藝可有效提高鋁合金零件的成形精度，解決回彈帶來(lái)的模具設(shè)計(jì)困難的 問(wèn)題。
權(quán)利要求
1、鋁合金曲面零件電磁復(fù)合成形方法，其特征在于，成形方法步驟如下(1)將鋁合金板坯放置在成形凹模(1)上；(2)對(duì)電磁成形設(shè)備的儲(chǔ)能電容進(jìn)行充電，當(dāng)充電電壓達(dá)到成形電壓后，斷開(kāi)充電回路；(3)在壓力機(jī)的作用下，線圈凸模(3)將鋁合金板坯壓入成形凹模(1)內(nèi)進(jìn)行預(yù)成形，并保持成形線圈外殼(3-3)與鋁合金板坯法蘭邊良好接觸；(4)閉合電磁成形放電回路，儲(chǔ)能電容通過(guò)電纜對(duì)電磁成形線圈(3-1)放電，預(yù)成形鋁合金曲面零件在電磁力的作用下高速貼模，即得到所需工件。
2、 按照權(quán)利要求1所述的鋁合金曲面零件電磁復(fù)合成形方法，其特征在于所 述的鋁合金板坯厚度為0.2 3.0mrn。
3、 按照權(quán)利要求1所述的鋁合金曲面零件電磁復(fù)合成形方法，其特征在于所 述的成形電壓根據(jù)所需放電能量進(jìn)行設(shè)定，成形電壓范圍為3 20KV;所需放電能量是 鋁合金板坯厚度為0.2 1.0mm時(shí)，放電能量值范圍為3 40KJ;鋁合金板坯厚度 為1.0 3.0mm時(shí)，放電能量范圍值為10 200KJ。
4、 按照權(quán)利要求1所述的鋁合金曲面零件電磁復(fù)合成形方法，其特征在于成 形凹模(1)固定于壓力機(jī)工作臺(tái)面上，線圈凸模(3)固定于壓力機(jī)上滑塊上； 初始階段，壓力機(jī)上滑塊下行，線圈凸模(3)將鋁合金板坯壓入成形凹模內(nèi)預(yù)成 形，并使成形線圈外殼(3-3)壓緊板坯法蘭邊；然后通過(guò)電磁成形設(shè)備對(duì)電磁成形線圈放電成形得到工件。
5、 按照權(quán)利要求1所述的鋁合金曲面零件電磁復(fù)合成形方法，其特征在于成型過(guò)程中，在壓力機(jī)上滑塊下行將鋁合金板坯壓入成形凹模過(guò)程中，電磁成形設(shè) 備的儲(chǔ)能電容同步完成充電，預(yù)成形過(guò)程結(jié)束后即放電成形得到工件。
6、 一種按照權(quán)利要求1所述的鋁合金曲面零件電磁復(fù)合成形方法的裝置，包括 線圈凸模(3)及成形凹模(1)，其中，線圈凸模(3)由電磁成形線圈(3-1)及 成形線圈外殼(3-3)兩部分采用高強(qiáng)度絕緣樹(shù)脂(3-2)固化為一體而成。
7 、按照權(quán)利要求6所述的鋁合金曲面零件電磁復(fù)合成形方法的裝置，其特征在于 線圈凸模(3)包絡(luò)面為鋁合金曲面零件外形的等距面，且平移一個(gè)料厚，電磁成 形線圈3-1的外形包絡(luò)面為線圈凸模外形的等距面，且平移一個(gè)絕緣層距離。
8、按照權(quán)利要求6所述的鋁合金曲面零件電磁復(fù)合成形方法的裝置，其特征在于 成形凹模(1)按鋁合金曲面零件外形尺寸設(shè)計(jì)，無(wú)需考慮回彈因素。
全文摘要
一種鋁合金曲面零件電磁復(fù)合成形方法及裝置。該方法將鋁合金板坯放置在凹模上；對(duì)電磁成形設(shè)備的儲(chǔ)能電容進(jìn)行充電，當(dāng)充電電壓達(dá)到成形電壓后，斷開(kāi)充電回路；在壓力機(jī)的作用下，線圈凸模將鋁合金板坯壓入凹模內(nèi)進(jìn)行預(yù)成形，并保持成形線圈外殼與鋁合金板坯法蘭邊良好接觸；閉合電磁成形放電回路，儲(chǔ)能電容通過(guò)電纜對(duì)成形線圈放電，預(yù)成形鋁合金曲面零件在電磁力的作用下高速貼模得到所需工件。成形裝置包括線圈凸模及成形凹模，線圈凸模由電磁成形線圈及線圈外殼兩部分用高強(qiáng)度絕緣樹(shù)脂固化而成。本方法將常規(guī)沖壓成形與勻壓電磁成形復(fù)合在一起，克服了成形回彈大、精度差、模具設(shè)計(jì)困難問(wèn)題，又克服了單一電磁成形僅能用于局部成形的不足。
文檔編號(hào)B21D22/02GK101607286SQ200910063128
公開(kāi)日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2009年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月13日
發(fā)明者樊 孫, 孟正華, 李友成, 胡建華, 石 陳, 薇 黃, 黃尚宇 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)