一種金屬板材電磁脈沖局部流動漸進(jìn)成形裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種金屬板材電磁脈沖局部流動漸進(jìn)成形裝置，包括底座、設(shè)置在底座上的模具成形機(jī)構(gòu)、用于與模具成形機(jī)構(gòu)配合壓住板材的壓板及由動力裝置驅(qū)動移動的電磁成形線圈，所述壓板和/或模具成形機(jī)構(gòu)上安裝有用于對板材的外側(cè)邊緣施加推力的徑向側(cè)推線圈，所述電磁成形線圈和徑向側(cè)推線圈通過電源系統(tǒng)供電。本發(fā)明在每一次的放電過程中，電磁成形線圈和徑向側(cè)推線圈都使板材的局部區(qū)域發(fā)生小變形，從而降低了對線圈尺寸和設(shè)備能量的需求，解決了傳統(tǒng)大型板材成形需要使用高成本的成形裝置成形的問題。
【專利說明】一種金屬板材電磁脈沖局部流動漸進(jìn)成形裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料塑性成形【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種金屬板材電磁脈沖局部流動漸進(jìn)成形裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]為了有效的降低能耗和減少環(huán)境污染，結(jié)構(gòu)輕量化和材料輕量化已成為現(xiàn)代科技發(fā)展的主流趨勢。據(jù)調(diào)查，汽車燃料約60%消耗于汽車自重，汽車質(zhì)量每減輕10%，可降低油耗6%?8%。高性能鋁合金是實現(xiàn)汽車輕量化的有效手段與技術(shù)途徑。但是在傳統(tǒng)沖壓成形中，鋁合金在的變形性能較差，主要表現(xiàn)在兩個方面:1)沖壓成形時金屬流動不均，容易產(chǎn)生起皺、破裂等缺陷。這造成傳統(tǒng)沖壓工藝得到的鋁合金成形極限遠(yuǎn)低于鋼材；2)鋁合金的彈性模量只有鋼材的1/3。這導(dǎo)致零件卸載后回彈量遠(yuǎn)大于鋼材，并難以控制成形精度。
[0003]電磁脈沖成形是一種利用脈沖磁場力對金屬工件進(jìn)行高速加工方法，研宄表明:材料在高速變形條件下能夠獲得高于傳統(tǒng)沖壓加工下的成形性能，并把這種較高成形性的現(xiàn)象稱為“高塑性”。因此，高速變形為輕質(zhì)、高強度材料的加工難問題提供了一個可靠地解決途徑。但，一般的電磁脈沖成形工藝，放電線圈處于一個固定位置，其尺寸要與模具的大小一致，通過一次放電使金屬板材發(fā)生變形。但該技術(shù)至今很難直接實現(xiàn)大尺寸、深成形零件的精確成形。這主要是:(I)板材撞擊模具反彈和空氣阻力，從而造成成形質(zhì)量差；(2)對于大型零件的成形需要與之匹配的大型線圈結(jié)構(gòu)和高能量電磁儲能裝置，使得設(shè)備規(guī)模大增加制造成本。
[0004]為了提高電磁成形的成形精度，1998年，美國學(xué)者G.S.Daehn課題組提出了一種新的板材塑性成形方法一與工具結(jié)合的板材電磁輔助成形(MatchedTool-Electromagnetic Hybrid Sheet Forming，MT-EM)。這種方法將電磁脈沖成形與普通沖壓成形工藝結(jié)合。即:首先采用普通沖壓技術(shù)得到零件的大致變形輪廓(預(yù)成形)，然后用嵌入到?jīng)_頭里的電磁線圈成形工件的難變形部位(尖角、棱線等)，以達(dá)到需要的形狀，提高成形精度。為了提高電磁成形的成形深度，美國學(xué)者G.S.Daehn課題組提出了電磁輔助沖壓成形工藝(Electromagnetically assisted sheet metal stamping, EMAS) o 該工藝將將線圈嵌入到模具中的適當(dāng)位置，使線圈隨著沖模移動。在每一步的模具下降成形過程中，利用電磁力使板材底面拉延減薄，以此來提高成形件高度。上述兩種方法在成形過程中，均需要采用較大的壓邊力限制板材凸緣發(fā)生起皺，導(dǎo)致板材與壓邊之間的摩擦力加大，限制了材料的徑向流動，結(jié)果增加了板材變形時受到的徑向拉應(yīng)力，容易使板材發(fā)生劇烈減薄甚至破裂。在專利號200610018492.2名稱為“板材動圈電磁漸進(jìn)成形方法及其裝置”的發(fā)明專利中，華中科技大學(xué)莫健華課題組提出一種動線圈電磁成形方法。線圈在三維空間沿著模型輪廓等高線一層層向下移動，同時依靠電磁線圈產(chǎn)生的電磁力使板材發(fā)生局部成形，直至成形過程中止。但是該方法的夾緊裝置會限制板材的塑性流動，結(jié)果易使板材拉破、限制了板材的成形高度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對傳統(tǒng)大型金屬板材成形過程中，存在設(shè)備成本高、材料減薄嚴(yán)重容易破裂和成形深度低等問題，本發(fā)明提供一種金屬板材電磁脈沖局部流動漸進(jìn)成形裝置和方法，能夠有效提高大型金屬板材成形深度，提高了材料的塑性流動性，減弱了電磁成形線圈對應(yīng)的板材區(qū)域在變形時受到的拉應(yīng)力，從而克服了傳統(tǒng)沖壓成形中因為拉應(yīng)力過大而造成板材過度減薄而發(fā)生破裂的缺陷。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種金屬板材電磁脈沖局部流動漸進(jìn)成形裝置，包括底座、設(shè)置在底座上的模具成形機(jī)構(gòu)、用于與模具成形機(jī)構(gòu)配合壓住板材的壓板及由動力裝置驅(qū)動移動的電磁成形線圈，所述壓板和/或模具成形機(jī)構(gòu)上安裝有用于對板材的外側(cè)邊緣施加推力的徑向側(cè)推線圈，所述電磁成形線圈和徑向側(cè)推線圈通過電源系統(tǒng)供電。
[0007]優(yōu)選地，所述模具成形機(jī)構(gòu)包括凸模、導(dǎo)柱和托板，凸模和導(dǎo)柱均設(shè)置在底座上，壓板和托板活動穿裝在導(dǎo)柱上，壓板位于托板的上方，壓板與托板可拆卸連接在一起從而夾住板材，所述徑向側(cè)推線圈安裝在壓板和/或托板上。
[0008]優(yōu)選地，所述模具成形機(jī)構(gòu)包括凹模，所述壓板位于凹模的上方，壓板與凹模配合夾住板材，所述徑向側(cè)推線圈安裝在壓板和/或凹模上。
[0009]優(yōu)選地，所述徑向側(cè)推線圈為與板材成形時的外側(cè)邊緣形狀相匹配的腰形線圈。
[0010]優(yōu)選地，所述電磁成形線圈為弧式線圈。
[0011]優(yōu)選地，所述電磁成形線圈和徑向側(cè)推線圈由同一個電源系統(tǒng)供電。
[0012]優(yōu)選地，所述電源系統(tǒng)包括多個電源子系統(tǒng)，電磁成形線圈和徑向側(cè)推線圈分別由各電源子系統(tǒng)供電。
[0013]優(yōu)選地，所述電源系統(tǒng)包括多個電源子系統(tǒng)，所述徑向側(cè)推線圈包括多個助推子線圈，每個助推子線圈分別通過一電源子系統(tǒng)供電。
[0014]優(yōu)選地，所述徑向側(cè)推線圈設(shè)置為多個，電磁成形線圈設(shè)置為多個，多個徑向側(cè)推線圈能對板材側(cè)面的多個部位施加側(cè)推力，多個電磁成形線圈能使板材的多個部位產(chǎn)生變形。
[0015]一種金屬板材電磁脈沖局部流動漸進(jìn)成形方法，包括以下步驟:
[0016]I)、模具成形機(jī)構(gòu)與壓板配合夾持待成形板材；
[0017]2)、在待成形板材的上方布置能產(chǎn)生豎直方向磁場力的電磁成形線圈，在壓板和/或模具成形機(jī)構(gòu)上安裝有用于對板材的側(cè)面施加壓力的徑向側(cè)推線圈；
[0018]3)、電源系統(tǒng)向電磁成形線圈和徑向側(cè)推線圈供電，待成形板材在電磁成形線圈正下方的局部區(qū)域在電磁成形線圈磁場力的作用下發(fā)生凹陷變形，徑向側(cè)推線圈磁場力的推力作用使板材邊緣區(qū)域材料向板材中心流動；
[0019]4)、讓板材與電磁成形線圈、徑向側(cè)推線圈發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，使電磁成形線圈和徑向側(cè)推線圈對應(yīng)板材下一步要發(fā)生變形的位置；
[0020]5)、反復(fù)執(zhí)行步驟3)至步驟4)，直至完成待成形板材在一個等高線層的成形；
[0021]6)、電磁成形線圈和徑向側(cè)推線圈在板材的下一個等高線層上的待放電位置放電；
[0022]7)、反復(fù)執(zhí)行步驟5)至步驟6)，直至完成待成形板材逐漸覆在模具成形機(jī)構(gòu)的凸?；虬寄５妮喞系恼麄€成形過程。
[0023]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果:
[0024]I)、徑向側(cè)推線圈在板材側(cè)面產(chǎn)生能夠使板材邊緣部位材料向板材中心流動的脈沖磁場力，提高了材料的塑性流動性，減弱了電磁成形線圈對應(yīng)的板材區(qū)域在變形時受到的拉應(yīng)力，從而克服了傳統(tǒng)沖壓成形中因為拉應(yīng)力過大而造成板材過度減薄而發(fā)生破裂的缺陷；同時電磁脈沖成形能夠顯著提高難成形金屬鋁合金、鎂合金等難成形金屬材料的成形極限。該方法可有效用于大型難成形金屬板材的圓筒形、錐形和不規(guī)則形狀等零件的生產(chǎn)；
[0025]2)、在每一次的放電過程中，電磁成形線圈和徑向側(cè)推線圈都使板材的局部區(qū)域發(fā)生小變形，從而降低了對線圈尺寸和設(shè)備能量的需求，解決了傳統(tǒng)大型板材成形需要使用高成本的成形裝置成形的問題；
[0026]3)、板材是逐次漸進(jìn)式的小變形，可以通過磁場力控制每一步變形后板材成形精度，最終實現(xiàn)大型板材的高精度制造，克服傳統(tǒng)電磁成形中，在大的放電能量下工件在慣性力作用下與模具高速貼膜，往往會出現(xiàn)板材局部區(qū)域與模具碰撞發(fā)生反彈，而有些區(qū)域還沒有貼膜的成形缺陷；
[0027]4)、板材變形后，可以移動電磁成形線圈到板材的一個平面區(qū)域位置，減小電磁成形線圈與板材的距離，提高成形效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1a為進(jìn)行筒形件電磁脈沖局部流動凸模漸進(jìn)成形裝置示意圖；
[0029]圖1b為進(jìn)行錐形件電磁脈沖局部流動凸模漸進(jìn)成形裝置示意圖；
[0030]圖1c為進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)件電磁脈沖局部流動凸模漸進(jìn)成形裝置示意圖；
[0031]圖2為進(jìn)行筒形件板材電磁脈沖局部流動漸進(jìn)成形裝置的立體剖視圖；
[0032]圖3為三組電源子系統(tǒng)分別并聯(lián)的電磁脈沖局部流動凸模漸進(jìn)成形裝置示意圖；
[0033]圖4為電源子系統(tǒng)整體串聯(lián)的電磁脈沖助局部流動凸模漸進(jìn)成形裝置示意圖；
[0034]圖5為板材的電磁脈沖軸向成形和側(cè)向助推磁場力分布圖；
[0035]圖6a為螺旋形電磁成形線圈在徑向側(cè)推線圈單次放電后板材周邊材料塑性流動示意圖；
[0036]圖6b為圖6a中的板材相對于徑向側(cè)推線圈順時針旋轉(zhuǎn)一定角度以后螺旋形電磁成形線圈在徑向側(cè)推線圈單次放電后板材周邊材料塑性流動示意圖；
[0037]圖6c為馬鞍形電磁成形線圈在徑向側(cè)推線圈單次放電后板材周邊材料塑性流動示意圖；
[0038]圖6d為圖6a中的板材相對于徑向側(cè)推線圈順時針旋轉(zhuǎn)一定角度以后馬鞍形電磁成形線圈在徑向側(cè)推線圈單次放電后板材周邊材料塑性流動示意圖；
[0039]圖6e為板條形電磁成形線圈在徑向側(cè)推線圈單次放電后周邊材料塑性流動示意圖；
[0040]圖6f為圖6e中的板材相對于徑向側(cè)推線圈順時針旋轉(zhuǎn)一定角度以后板條形電磁成形線圈在徑向側(cè)推線圈單次放電后板材周邊材料塑性流動示意圖；
[0041]圖7為進(jìn)行筒形件電磁脈沖局部流動凹模漸進(jìn)成形裝置示意圖；
[0042]圖8為進(jìn)行錐形件電磁脈沖局部流動凹模漸進(jìn)成形裝置示意圖；
[0043]圖9為進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的電磁脈沖局部流動凹模漸進(jìn)成形裝置示意圖；
[0044]圖10為軸對稱布置的電磁脈沖局部對相流動漸進(jìn)成形裝置示意圖；
[0045]圖11(a)、(b)、(c)分別為本發(fā)明中不同形狀的弧式線圈連接電源子系統(tǒng)的示意圖；
[0046]圖12為本發(fā)明中腰形線圈連接電源子系統(tǒng)的示意圖。

【具體實施方式】
[0047]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0048]一種金屬板材電磁脈沖局部流動漸進(jìn)成形裝置，包括底座1、設(shè)置在底座I上的模具成形機(jī)構(gòu)、用于與模具成形機(jī)構(gòu)配合壓住板材6的壓板4及由動力裝置驅(qū)動的能上下左右移動的電磁成形線圈7，所述壓板4和/或模具成形機(jī)構(gòu)上安裝有用于對板材6的外側(cè)邊緣施加推力的徑向側(cè)推線圈，即壓板4上可以設(shè)置徑向側(cè)推線圈，模具成形機(jī)構(gòu)上也可以設(shè)置徑向側(cè)推線圈，或者同時在壓板4和模具成形裝置上設(shè)置徑向側(cè)推線圈，放置的徑向側(cè)推線圈的位置要保證其能夠?qū)Π宀?的側(cè)面施加推力。本發(fā)明設(shè)置徑向側(cè)推線圈，其作用是在板材6的成形過程中，對板材6有一側(cè)推力，減小板材6變形過程中受到的拉應(yīng)力，避免放電過程中板材6的過度減薄，從而提高板材6的成形深度。
[0049]所述電磁成形線圈7和徑向側(cè)推線圈通過電源系統(tǒng)供電。
[0050]電源系統(tǒng)對電磁成形線圈7及徑向側(cè)推線圈供電可以有多種方式。作為一種選擇，所述電磁成形線圈7和徑向側(cè)推線圈可以由同一個電源系統(tǒng)同時供電。作為另一種選擇，所述電源系統(tǒng)包括多個電源子系統(tǒng)，電磁成形線圈7和徑向側(cè)推線圈分別由各電源子系統(tǒng)供電；
[0051]作為一種比較優(yōu)選的方式，每個位置的電磁成形線圈7和徑向側(cè)推線圈由多個助推子線圈組成，每個助推子線圈用一個電源子系統(tǒng)來進(jìn)行供電，這樣相對于使用一個電源系統(tǒng)來進(jìn)行供電的情況，能有效提高放電能量的利用率，使電磁成形線圈7和徑向側(cè)推線圈作用于板材6上的磁場力能夠根據(jù)板材6變形需求而輕易調(diào)節(jié)。
[0052]作為一種選擇，所述模具成形機(jī)構(gòu)包括凸模2、導(dǎo)柱3和托板5，凸模2和導(dǎo)柱3均設(shè)置在底座I上，壓板4和托板5活動穿裝在導(dǎo)柱3上，壓板4位于托板5的上方，壓板4與托板5可拆卸連接在一起從而夾住板材6，所述徑向側(cè)推線圈安裝在壓板4和/或托板5上。此情況下，漸近成形裝置包括壓板4、托板5、導(dǎo)柱3、凸模2、底板、電磁成形線圈7、至少一個徑向側(cè)推線圈和至少一個電源系統(tǒng)；壓板4和托板5采用螺栓連接在一起，二者配合夾持住板材6，可以隨著導(dǎo)柱3自由移動；在壓板4和托板5的局部區(qū)域設(shè)置線圈凹槽，將徑向側(cè)推線圈設(shè)置在此凹槽中；所述電源系統(tǒng)與電磁成形線圈7和每個徑向側(cè)推線圈均相連，用于控制電磁成形線圈7和徑向側(cè)推線圈是否產(chǎn)生電磁力。電磁成形線圈7與徑向側(cè)推線圈中的徑向側(cè)推線圈可以是單層或多層，線圈截面均為圓形或矩形的紫銅線繞制而成，各線圈可由一個以上的子線圈組合而成。
[0053]作為另一種選擇，所述模具成形機(jī)構(gòu)包括凹模14，所述壓板4位于凹模14的上方，壓板4與凹模14配合夾住板材6，所述徑向側(cè)推線圈安裝在壓板4和/或凹模14上，變形過程中板材6流入凹模14內(nèi)部。此情況下，漸近成形裝置包括壓板4、凹模14、底板、電磁成形線圈7、至少一個徑向側(cè)推線圈和至少一個電源系統(tǒng)；板材6放置于壓板4和凹模14之間；在壓板4和凹模14的局部區(qū)域設(shè)置線圈凹槽，將徑向側(cè)推線圈設(shè)置在此凹槽中；成形過程中，電磁成形線圈7可以移動到不同等高線層的待放電位置，而徑向側(cè)推線圈不能沿凹模14的軸向移動。圖7?圖9中的虛線表不電磁成形線圈7、板材6和徑向側(cè)推線圈在不同等高線層時的位置和狀態(tài)。
[0054]Ia?圖1c示出了凸模2為不同形狀時情況，凸模2形狀可以是軸對稱的圓筒形、錐形，也可以是其它不規(guī)則形狀結(jié)構(gòu)；參照圖7?圖9示出了凹模14為不同形狀時的情況，凹模14形狀可以是軸對稱的圓筒形、錐形，也可以是其它不規(guī)則形狀結(jié)構(gòu)。Ia?圖1c中的電源系統(tǒng)以外的虛線表示電磁成形線圈7、板材6和徑向側(cè)推線圈在不同等高線層時的位置和狀態(tài)。
[0055]參照圖6a、圖6c、圖6e，分別為電磁成形線圈7為不同形狀時的示意圖。
[0056]所述電磁成形線圈7為弧式線圈，弧式線圈是這樣一種線圈，其形狀可以是螺旋形、板條或馬鞍形；參照圖11a、圖1lb和圖1lc分別是電磁成形線圈7為螺旋形、板條或馬鞍形時的示意圖。電磁成形線圈7的截面形狀在軸向可以是水平等高的，也可以是不等高的。
[0057]參照圖11a，螺旋形線圈采用一根導(dǎo)線繞制，導(dǎo)線的進(jìn)線端和出線端分別與電源系統(tǒng)連接，制造時保證所有匝同心，其中相鄰兩匝的連接處可以用小圓弧段實施連接。
[0058]參照圖11b，板條形線圈采用多跟導(dǎo)線繞制，保證該多根導(dǎo)線同心，每根導(dǎo)線的進(jìn)線端和出線端分別與另外兩根導(dǎo)線連接，實現(xiàn)板條線圈的每匝分別與電源系統(tǒng)并聯(lián)。
[0059]參照圖11c，馬鞍形線圈采用一根導(dǎo)線按照蛇形繞制，導(dǎo)線的進(jìn)線端和出線端分別與電源系統(tǒng)連接。制造時保證線圈的內(nèi)端面和外端面同心。
[0060]參照圖6a、圖6c、圖6e、圖12，所述徑向側(cè)推線圈為腰形線圈。腰形線圈是這樣一種線圈，其形狀是外層線圈的外側(cè)形狀首先與板材6外輪廓相對應(yīng)。待第一次放電后，側(cè)推線圈對應(yīng)的板材6外輪廓向內(nèi)收縮，而內(nèi)層線圈的外側(cè)形狀與板材6端部變形后的形狀相對應(yīng)。依次類推，來制造助推線圈的其它匝。制造時采用多根導(dǎo)線按照設(shè)計好的每匝形狀繞制，相鄰兩匝之間用一個小弧段連接。
[0061]圖12中的腰形線圈設(shè)計了兩個助推子線圈，分別為外子線圈和內(nèi)子線圈，其共有四個弧形放電段。板材6在第一個等高線層時，首先是外子線圈右邊的弧形放電段進(jìn)行放電，對板材6的外側(cè)邊緣產(chǎn)生推力；板材6在第二個等高線層時，內(nèi)子線圈右邊的弧形放電段進(jìn)行放電，對板材6的外側(cè)邊緣產(chǎn)生推力……依此類推?；⌒畏烹姸伟磸挠彝蟮捻樞蛞来畏烹姡罱K完成板材6的成形。按圖12中的腰形線圈的設(shè)計，由于其有四個放電弧形段，因此共需放電四次，板材6需要在四個等高線層上完成成形。因此，如果腰形線圈設(shè)計了 N個助推子線圈，則其有2N個弧形放電段，共需進(jìn)行2N次放電，板材6需要在2N個等高線層上完成成形。2N個弧形放電段的形狀分別與板材6在2N個等高線層時的形狀相對應(yīng)，以利于板材6的成形。
[0062]所述徑向側(cè)推線圈可以設(shè)置為多個，每個徑向側(cè)推線圈均包括上下位置對應(yīng)的上徑向側(cè)推線圈和下徑向側(cè)推線圈。如果模具成形機(jī)構(gòu)是凸模2，所述上徑向側(cè)推線圈嵌在壓板4內(nèi)，所述下徑向側(cè)推線圈嵌在托板5內(nèi)。如果模具成形機(jī)構(gòu)是凹模14，所述第一上徑向側(cè)推線圈嵌在壓板4內(nèi)，所述下徑向側(cè)推線圈嵌在凹模14內(nèi)。
[0063]電磁成形線圈7、上徑向側(cè)推線圈和下徑向側(cè)推線圈可以分別是兩個，關(guān)于板材6中心軸線對稱分布；還可以是三個以上，周向均勻分布在板材6的周圍。
[0064]所述電源系統(tǒng)包括多個電源子系統(tǒng)，所述每個電源子系統(tǒng)均包括依次串聯(lián)的電源、儲能電容、分壓電阻和控制開關(guān)。參照圖4，由于設(shè)置了多個電源子系統(tǒng)，因此控制開關(guān)也有多個，分別為第一控制開關(guān)13-1、第二控制開關(guān)13-2、第三控制開關(guān)13-3。
[0065]參照圖la，圖3、圖4、圖10，作為一種選擇，所述電磁成形線圈7、上徑向側(cè)推線圈和下徑向側(cè)推線圈均與一個電源子系統(tǒng)相連。作為另外的選擇，所述電磁成形線圈7與一個電源子系統(tǒng)相連，所述徑向側(cè)推線圈中的上徑向側(cè)推線圈和下徑向側(cè)推線圈串聯(lián)后與另一個電源子系統(tǒng)相連。作為另外的選擇，所述電源系統(tǒng)為一個，包括電源、儲能電容、分壓電阻和多個控制開關(guān)，所述電磁成形線圈7與一個控制開關(guān)相連，所述徑向側(cè)推線圈中的上徑向側(cè)推線圈和下徑向側(cè)推線圈串聯(lián)后與另一個控制開關(guān)相連。圖10中電源系統(tǒng)以外的虛線表示電磁成形線圈7、板材6和徑向側(cè)推線圈在不同等高線層時的位置和狀態(tài)。
[0066]參照圖10，徑向側(cè)推線圈設(shè)置為兩個，電磁成形線圈7設(shè)置為兩個，兩個徑向側(cè)推線圈能對板材6側(cè)面的兩個部位施加側(cè)推力，兩個電磁成形線圈7能使板材6的多個部位產(chǎn)生變形。相對于只設(shè)置一個徑向側(cè)推線圈和一個電磁成形線圈7，設(shè)置兩個明顯可以提高工作效率。圖10中電源系統(tǒng)包括第一電源子系統(tǒng)12-1、第二電源子系統(tǒng)12-2、第三電源子系統(tǒng)12-3、第四電源子系統(tǒng)12-4、第五電源子系統(tǒng)12-5、第六電源子系統(tǒng)12_la、第七電源子系統(tǒng)12-2a、第八電源子系統(tǒng)12-3a、第九電源子系統(tǒng)12_4a及第十電源子系統(tǒng)12_5a。
[0067]作為本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還公開了一種金屬板材電磁脈沖局部流動漸進(jìn)成形，包括如下步驟:
[0068]I)、模具成形機(jī)構(gòu)與壓板4配合夾持待成形板材6 ;
[0069]2)、在待成形板材6的上方布置能產(chǎn)生豎直方向磁場力的電磁成形線圈7，在壓板4和/或模具成形機(jī)構(gòu)上安裝有用于對板材6的側(cè)面施加壓力的徑向側(cè)推線圈；
[0070]3)、電源系統(tǒng)向電磁成形線圈7和徑向側(cè)推線圈供電，待成形板材6在電磁成形線圈7正下方的局部區(qū)域在電磁成形線圈7磁場力的作用下發(fā)生凹陷變形，徑向側(cè)推線圈磁場力的推力作用使板材6邊緣區(qū)域材料向板材6中心流動；
[0071]4)、讓板材6與電磁成形線圈7、徑向側(cè)推線圈發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，使電磁成形線圈7和徑向側(cè)推線圈對應(yīng)板材6下一步要發(fā)生變形的位置；
[0072]5)、反復(fù)執(zhí)行步驟3)至步驟4)，直至完成待成形板材6在一個等高線層的成形；
[0073]6)、電磁成形線圈7和徑向側(cè)推線圈在板材6的下一個等高線層上的待放電位置放電；
[0074]7)、反復(fù)執(zhí)行步驟5)至步驟6)，直至完成待成形板材6逐漸覆在模具成形機(jī)構(gòu)的凸模2或凹模14的輪廓上的整個成形過程。
[0075]下面結(jié)合凸模2的具體工作過程來進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0076]參照圖la、圖2，漸近成形裝置包括底座1、凸模2、導(dǎo)柱3、托板5、壓板4、板材6、電磁成形線圈7、徑向側(cè)推線圈和電源系統(tǒng)；壓板4和托板5夾持住板材6，可以隨著導(dǎo)柱3自由移動；在壓板4和托板5的局部區(qū)域設(shè)置線圈凹槽，將徑向側(cè)推線圈設(shè)置在此凹槽中。
[0077]圖1a中每個位置的徑向側(cè)推線圈均由兩個助推子線圈組成，壓板4上的兩個助推子線圈分別為第一上徑向側(cè)推線圈8和第二上徑向側(cè)推線圈9，托板5上的兩個助推子線圈分別為第一下徑向側(cè)推線圈10和第二下徑向側(cè)推線圈11，第一上徑向側(cè)推線圈8和第二上徑向側(cè)推線圈9分別位于第一下徑向側(cè)推線圈10和第二下徑向側(cè)推線圈11的正上方。圖中第一上徑向側(cè)推線圈8和第一下徑向側(cè)推線圈10構(gòu)成第一徑向側(cè)推線圈組，第二上徑向側(cè)推線圈9和第二下徑向側(cè)推線圈11構(gòu)成第二徑向側(cè)推線圈組，第一上徑向側(cè)推線圈8和第二上徑向側(cè)推線圈9嵌在壓板4內(nèi)，第一下徑向側(cè)推線圈10和第二下徑向側(cè)推線圈11嵌在托板5內(nèi)。
[0078]圖1a中電源系統(tǒng)包括五個電源子系統(tǒng)，即第一電源子系統(tǒng)12-1、第二電源子系統(tǒng)12-2、第三電源子系統(tǒng)12-3、第四電源子系統(tǒng)12-4、第五電源子系統(tǒng)12_5，所述每個電源子系統(tǒng)均包括依次串聯(lián)的電源、儲能電容、分壓電阻和開關(guān)。所述電磁成形線圈7、第一上徑向側(cè)推線圈8、第二上徑向側(cè)推線圈9、第一下徑向側(cè)推線圈10和第二下徑向側(cè)推線圈11分別與一個電源子系統(tǒng)相連，以提高能量利用率，并實現(xiàn)板材6上電磁力的方便控制。
[0079]采用上述電磁脈沖局部流動漸進(jìn)成形裝置對大型金屬板材6進(jìn)行成形的方法如下:
[0080]參照圖6a?圖6f，圖中電磁助推線圈只有四個弧形放電段。因此，板材6經(jīng)過四個等高線層的成形后即可完成成形。圖6a?圖6f為板材6在第一個等高線層進(jìn)行成形時的示意圖，板材6的形狀均為電磁助推線圈的外子線圈對板材6放電后的形狀。其它的等高線層的成形與第一個等高線層成形時相似。
[0081]參照圖la，首先電磁成形線圈7和徑向側(cè)推線圈在板材6的第一個等高線層上的待放電位置放電。板材6在第一個等高線層上的形狀為板材的初始形狀。將待成形板材6置于壓板4與托板5之間，分別對第一電源子系統(tǒng)12-1、第二電源子系統(tǒng)12-2和第四電源子系統(tǒng)12-4的儲能電容充電，當(dāng)充電電壓達(dá)到成形電壓后，斷開充電回路，同時閉合第一電源子系統(tǒng)12-1、第二電源子系統(tǒng)12-2和第四電源子系統(tǒng)12-4中的開關(guān)，儲能電容通過電纜對電磁成形線圈7放電，電磁成形線圈7、第一上徑向側(cè)推線圈8和第一下徑向側(cè)推線圈10在板材6周圍產(chǎn)生的磁力線分布如圖5所不。電磁成形線圈7在板材6上產(chǎn)生垂直向下的電磁力，使待成形板材6位于電磁成形線圈7下部的部分被電磁力推送到板材6位置。與此同時第一上徑向側(cè)推線圈8和第一下徑向側(cè)推線圈10的右側(cè)部分在板材6的端部產(chǎn)生側(cè)向推力，使待成形板材6在壓板4與托板5之間的部分在電磁力的作用下向板材6中心流動，如圖6a或圖6c或圖6e所示，該三個圖的區(qū)別只是所使用的電磁成形線圈7的形狀不同。
[0082]固定電磁成形線圈7和徑向側(cè)推線圈，以待成形板材6的中心為軸線旋轉(zhuǎn)板材6，使電磁成形線圈7和徑向側(cè)推線圈對應(yīng)板材6下一步要發(fā)生變形的位置。此后分別對第一電源子系統(tǒng)12-1、第二電源子系統(tǒng)12-2和第四電源子系統(tǒng)12-4的儲能電容充電，當(dāng)充電電壓達(dá)到成形電壓后，斷開充電回路；同時閉合第一電源子系統(tǒng)12-1、第二電源子系統(tǒng)12-2和第四電源子系統(tǒng)12-4中的開關(guān)，儲能電容通過電纜對成形線圈放電。電磁成形線圈7在板材6產(chǎn)生的電磁力使板材6發(fā)生軸向變形。第一上徑向側(cè)推線圈8和第一下徑向側(cè)推線圈10的右側(cè)部分在板材6的端部產(chǎn)生側(cè)向推力，使待成形板材6在壓板4與托板5之間的部分在電磁力的作用下向板材6中心流動，如圖6b或圖6d或圖6f所示，該三個圖的區(qū)別只是所使用的電磁成形線圈7的形狀不同。
[0083]再次以待成形板材6的中心為軸線旋轉(zhuǎn)板材6，并分別對第一電源子系統(tǒng)12-1、第二電源子系統(tǒng)12-2和第四電源子系統(tǒng)12-4的儲能電容充電，當(dāng)充電電壓達(dá)到成形電壓后，斷開充電回路；同時閉合第一電源子系統(tǒng)12-1、第二電源子系統(tǒng)12-2和第四電源子系統(tǒng)12-4中的開關(guān)，儲能電容通過電纜對成形線圈放電，促使板材6發(fā)生變形。
[0084]重復(fù)上述過程，直到完成板材6在凸模2的第一個等高線層的放電成形。
[0085]隨后電磁成形線圈7和徑向側(cè)推線圈在第二個等高線層上的待放電位置放電。
[0086]分別對第一電源子系統(tǒng)12-1、第三電源子系統(tǒng)12-3和第五電源子系統(tǒng)12_5的儲能電容充電，當(dāng)充電電壓達(dá)到成形電壓后，斷開充電回路；同時閉合第一電源子系統(tǒng)12-1、第三電源子系統(tǒng)12-3和第五電源子系統(tǒng)12-5中的開關(guān)，儲能電容通過電纜對成形線圈放電。電磁成形線圈7在板材6上產(chǎn)生的電磁力使板材6在軸向發(fā)生變形。與此同時第二上徑向側(cè)推線圈9和第二下徑向側(cè)推線圈11的右側(cè)部分在板材6的端部產(chǎn)生側(cè)向推力，使待成形板材6在壓板4與托板5之間的部分在電磁力的作用下向板材6中心流動。固定電磁成形線圈7和徑向側(cè)推線圈，以待成形板材6的中心為軸線旋轉(zhuǎn)板材6，并分別對第一電源子系統(tǒng)12-1、第三電源子系統(tǒng)12-3和第五電源子系統(tǒng)12-5的儲能電容充電，當(dāng)充電電壓達(dá)到成形電壓后，斷開充電回路；同時閉合第一電源子系統(tǒng)12-1、第三電源子系統(tǒng)12-3和第五電源子系統(tǒng)12-5中的開關(guān)，儲能電容通過電纜對電磁成形線圈7放電，促使板材6發(fā)生變形。
[0087]重復(fù)上述過程，直到完成板材6在第二個等高線層的放電成形。
[0088]隨后電磁成形線圈7和徑向側(cè)推線圈在第三個等高線層上的待放電位置放電。
[0089]分別對第一電源子系統(tǒng)12-1、第二電源子系統(tǒng)12-2和第四電源子系統(tǒng)12_4的儲能電容充電，當(dāng)充電電壓達(dá)到成形電壓后，斷開充電回路；同時閉合第一電源子系統(tǒng)12-1、第二電源子系統(tǒng)12-2和第四電源子系統(tǒng)12-4中的開關(guān)，儲能電容通過電纜對成形線圈放電。電磁成形線圈7在板材6上產(chǎn)生的電磁力使板材6在軸向發(fā)生變形。與此同時第二上徑向側(cè)推線圈9和第二下徑向側(cè)推線圈11的左側(cè)部分在板材6的端部產(chǎn)生側(cè)向推力，使待成形板材6在壓板4與托板5之間的部分在電磁力的作用下向板材6中心流動。固定電磁成形線圈7和徑向側(cè)推線圈，以待成形板材6的中心為軸線旋轉(zhuǎn)板材6，并分別對第一電源子系統(tǒng)12-1、第二電源子系統(tǒng)12-2和第四電源子系統(tǒng)12-4的儲能電容充電，當(dāng)充電電壓達(dá)到成形電壓后，斷開充電回路；同時閉合第一電源子系統(tǒng)12-1、第二電源子系統(tǒng)12-2和第四電源子系統(tǒng)12-4中的開關(guān)，儲能電容通過電纜對電磁成形線圈7放電，促使板材6發(fā)生變形。
[0090]重復(fù)上述過程，直到完成板材6在第三個等高線層的放電成形。
[0091]隨后電磁成形線圈7和徑向側(cè)推線圈在第四個等高線層上的待放電位置放電。
[0092]分別對第一電源子系統(tǒng)12-1、第三電源子系統(tǒng)12-3和第五電源子系統(tǒng)12_5的儲能電容充電，當(dāng)充電電壓達(dá)到成形電壓后，斷開充電回路；同時閉合第一電源子系統(tǒng)12-1、第三電源子系統(tǒng)12-3和第五電源子系統(tǒng)12-5中的開關(guān)，儲能電容通過電纜對成形線圈放電。電磁成形線圈7在板材6上產(chǎn)生的電磁力使板材6在軸向發(fā)生變形。與此同時第二上徑向側(cè)推線圈9和第二下徑向側(cè)推線圈11的左側(cè)部分在板材6的端部產(chǎn)生側(cè)向推力，使待成形板材6在壓板4與托板5之間的部分在電磁力的作用下向板材6中心流動。固定電磁成形線圈7和徑向側(cè)推線圈，以待成形板材6的中心為軸線旋轉(zhuǎn)板材6，并分別對第一電源子系統(tǒng)12-1、第三電源子系統(tǒng)12-3和第五電源子系統(tǒng)12-5的儲能電容充電，當(dāng)充電電壓達(dá)到成形電壓后，斷開充電回路；同時閉合第一電源子系統(tǒng)12-1、第三電源子系統(tǒng)12-3和第五電源子系統(tǒng)12-5中的開關(guān)，儲能電容通過電纜對電磁成形線圈7放電，促使板材6發(fā)生變形。完成板材6在第四個等高線層的放電成形后，最終完成板材6的深成形，如圖1a中電源系統(tǒng)以外的虛線所示的板材6的位置，此時板材6貼覆在凸模2上。
[0093]凹模14在對板材6進(jìn)行漸近成形時，參考凸模2漸近成形的方法，二者大致相同。
[0094]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬板材電磁脈沖局部流動漸進(jìn)成形裝置，包括底座(1)、設(shè)置在底座(1)上的模具成形機(jī)構(gòu)、用于與模具成形機(jī)構(gòu)配合壓住板材￠)的壓板(4)及由動力裝置驅(qū)動移動的電磁成形線圈(7)，其特征在于:所述壓板(4)和/或模具成形機(jī)構(gòu)上安裝有用于對板材(6)的外側(cè)邊緣施加推力的徑向側(cè)推線圈，所述電磁成形線圈(7)和徑向側(cè)推線圈通過電源系統(tǒng)供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬板材電磁脈沖局部流動漸進(jìn)成形裝置，其特征在于:所述模具成形機(jī)構(gòu)包括凸模(2)、導(dǎo)柱(3)和托板(5)，凸模(2)和導(dǎo)柱(3)均設(shè)置在底座⑴上，壓板⑷和托板(5)活動穿裝在導(dǎo)柱⑶上，壓板⑷位于托板(5)的上方，壓板(4)與托板(5)可拆卸連接在一起從而夾住板材(6)，所述徑向側(cè)推線圈安裝在壓板(4)和/或托板(5)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬板材電磁脈沖局部流動漸進(jìn)成形裝置，其特征在于:所述模具成形機(jī)構(gòu)包括凹模(14)，所述壓板(4)位于凹模(14)的上方，壓板(4)與凹模(14)配合夾住板材(6)，所述徑向側(cè)推線圈安裝在壓板(4)和/或凹模(14)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬板材電磁脈沖局部流動漸進(jìn)成形裝置，其特征在于:所述徑向側(cè)推線圈為與板材(6)成形時的外側(cè)邊緣形狀相匹配的腰形線圈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬板材電磁脈沖局部流動漸進(jìn)成形裝置，其特征在于:所述電磁成形線圈(7)為弧式線圈。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬板材電磁脈沖局部流動漸進(jìn)成形裝置，其特征在于:所述電磁成形線圈(7)和徑向側(cè)推線圈由同一個電源系統(tǒng)供電。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬板材電磁脈沖局部流動漸進(jìn)成形裝置，其特征在于:所述電源系統(tǒng)包括多個電源子系統(tǒng)，電磁成形線圈(7)和徑向側(cè)推線圈分別由各電源子系統(tǒng)供電。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬板材電磁脈沖局部流動漸進(jìn)成形裝置，其特征在于:所述電源系統(tǒng)包括多個電源子系統(tǒng)，所述徑向側(cè)推線圈包括多個助推子線圈，每個助推子線圈分別通過一電源子系統(tǒng)供電。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬板材電磁脈沖局部流動漸進(jìn)成形裝置，其特征在于:所述徑向側(cè)推線圈設(shè)置為多個，電磁成形線圈(7)設(shè)置為多個，多個徑向側(cè)推線圈能對板材(6)側(cè)面的多個部位施加側(cè)推力，多個電磁成形線圈(7)能使板材￠)的多個部位產(chǎn)生變形。
10.一種金屬板材電磁脈沖局部流動漸進(jìn)成形方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)、模具成形機(jī)構(gòu)與壓板(4)配合夾持待成形板材(6); 2)、在待成形板材(6)的上方布置能產(chǎn)生豎直方向磁場力的電磁成形線圈(7)，在壓板(4)和/或模具成形機(jī)構(gòu)上安裝有用于對板材(6)的側(cè)面施加壓力的徑向側(cè)推線圈； 3)、電源系統(tǒng)向電磁成形線圈(7)和徑向側(cè)推線圈供電，待成形板材(6)在電磁成形線圈(7)正下方的局部區(qū)域在電磁成形線圈(7)磁場力的作用下發(fā)生凹陷變形，徑向側(cè)推線圈磁場力的推力作用使板材(6)邊緣區(qū)域材料向板材￠)中心流動； 4)、讓板材(6)與電磁成形線圈(7)、徑向側(cè)推線圈發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，使電磁成形線圈(7)和徑向側(cè)推線圈對應(yīng)板材(6)下一步要發(fā)生變形的位置； 5)、反復(fù)執(zhí)行步驟3)至步驟4)，直至完成板材(6)在一個等高線層的成形； 6)、電磁成形線圈(7)和徑向側(cè)推線圈在板材(6)的下一個等高線層上的待放電位置放電； 7)、反復(fù)執(zhí)行步驟5)至步驟6)，直至完成待成形板材(6)逐漸覆在模具成形機(jī)構(gòu)的凸模(2)或凹模(14)的輪廓上的整個成形過程。
【文檔編號】B21D43/00GK104475531SQ201410657663
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】莫健華, 李建軍, 崔曉輝, 方進(jìn)秀, 周波, 黃亮 申請人:華中科技大學(xué)