雙動漸進(jìn)式預(yù)應(yīng)力板材四軸脈沖電磁調(diào)形與調(diào)性裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于金屬塑性成形裝備領(lǐng)域，具體來說，是一種可使金屬板材具有一定初始預(yù)應(yīng)力狀態(tài)，并利用脈沖電磁力對其進(jìn)行漸進(jìn)式調(diào)形與調(diào)性的四軸裝置，。
【背景技術(shù)】
[0002]大型鋁合金蒙皮和整體壁板能有效滿足航空航天領(lǐng)域結(jié)構(gòu)輕量化需求，其在強(qiáng)度及波紋度等方面也優(yōu)于小蒙皮拼接結(jié)構(gòu)，在飛機(jī)設(shè)計中被普遍采用。大型蒙皮和整體壁板成形需要與其尺寸相應(yīng)的大型設(shè)備，同時也對成形設(shè)備的形狀控制能力提出了更高要求。傳統(tǒng)的滾彎、閘壓、拉形等成形設(shè)備已經(jīng)不能滿足大型蒙皮和整體壁板的生產(chǎn)要求，空客、波音等大飛機(jī)制造公司主要采用噴丸成形和蠕變時效成形技術(shù)以解決上述問題。由于他們都強(qiáng)烈的依賴于工藝裝備，特別是對于一些大型構(gòu)件，給裝備制造業(yè)提出了極大的挑戰(zhàn)?？湛偷膰娡璩尚螜C(jī)床尺寸為13.5mX4.5mX 6m，而蠕變熱壓罐重達(dá)到300t，直徑6m，長度42m。其安裝空間極大，不適合一般的小型工廠和實(shí)驗(yàn)室研究使用。
[0003]電容器中存儲的電量突然釋放會在與其串聯(lián)的電磁線圈附近產(chǎn)生強(qiáng)而短促的磁場，當(dāng)磁場作用在臨近導(dǎo)體上時會在導(dǎo)體上產(chǎn)生與線圈電流方向相反的渦流，渦流與磁場共同產(chǎn)生作用于線圈和導(dǎo)體的脈沖電磁排斥力。電磁成形是一種基于該脈沖電磁力的單模成形工藝，也稱為磁脈沖成形，主要應(yīng)用于管件、板件等薄壁類零件的成形。與之相應(yīng)地，電磁成形領(lǐng)域的相關(guān)學(xué)者研制了許多專用的電磁成形裝置。
[0004]經(jīng)對現(xiàn)有國內(nèi)外專利技術(shù)文獻(xiàn)檢索，得到與本發(fā)明相關(guān)的專利如下:
[0005]中國專利授權(quán)公告號為CN100447690C，發(fā)明名稱為:板材動圈電磁漸進(jìn)成形方法及其裝置。該發(fā)明通過分層漸進(jìn)塑性成形的方式，用小電磁脈沖力實(shí)施有順序的局部塑性成形，然后逐漸累積成為大變形，最后金屬板材漸進(jìn)地加工成有三維復(fù)雜曲面形狀的薄殼件。但其僅限于在低強(qiáng)度薄殼類毛坯電磁成形方面的應(yīng)用，成形力相對較小，通用性較差。此外，其夾持裝置不可調(diào)，導(dǎo)致成形毛坯大小固定，不能根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況更改毛坯大小，適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性有待改善。
[0006]中國專利授權(quán)公告號為CN103817197 A，發(fā)明名稱為:一種電磁成形裝置及方法。該專利涉及的電磁成形裝置具有兩套放電裝置分別控制兩個電磁線圈，驅(qū)動線圈驅(qū)動成形線圈使得成形過程中成形線圈始終貼近工件，能有效提高工件的成形深度，并改善工件的貼模性。但其只能用于小尺寸零件基于凹模的成形，成形過程依賴人工操作。
[0007]中國專利授權(quán)公告號為CN104475531 A，發(fā)明名稱為:一種金屬板材電磁脈沖局部流動漸進(jìn)成形裝置及方法。該專利通過小型線圈在金屬板材不同位置進(jìn)行放電，不同位置產(chǎn)生的局部變形逐漸累積成大變形來成形大型金屬板材。由于使用的線圈尺寸小，成形力小，放電次數(shù)多，能量利用率低。此外，其夾具相對位置固定，適應(yīng)性與柔性化程度也有待改善。
[0008]上述裝置還存在一些共性的不足:
[0009]I)不能提供預(yù)應(yīng)力，只能對原始零應(yīng)力狀態(tài)的板材進(jìn)行直接成形。
[0010]2)安裝空間大。裝置均采用線圈運(yùn)動的漸進(jìn)方式，裝置的外形尺寸規(guī)格要大到滿足所有尺寸的試件要求。
[0011]3)空間利用率低。裝置的工作空間與安裝空間等大，不工作時空間得不到合理利用。
[0012]綜上可知，目前國內(nèi)外尚未出現(xiàn)能夠克服上述不足且基于脈沖電磁力對金屬板材進(jìn)行形狀與性能綜合研究的試驗(yàn)裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]針對上述問題本發(fā)明提出一種可使金屬板材產(chǎn)生一定初始預(yù)應(yīng)力狀態(tài)的雙動漸進(jìn)式預(yù)應(yīng)力板材四軸脈沖電磁調(diào)形與調(diào)性裝置，應(yīng)用于基于脈沖電磁力的大型鋁合金蒙皮壁板類零件的預(yù)應(yīng)力狀態(tài)調(diào)形與調(diào)性試驗(yàn)研究。
[0014]本發(fā)明雙動漸進(jìn)式預(yù)應(yīng)力板材四軸脈沖電磁調(diào)形與調(diào)性裝置，包括主框架、線圈控制液壓缸組件、液壓缸平移驅(qū)動組件、液壓缸擺角驅(qū)動組件、板材進(jìn)給框組件、板材夾頭組件、板材進(jìn)給框驅(qū)動組件、壓邊框組件以及柔性模具。
[0015]其中，主框架具有上梁板與下梁板;上梁板上安裝有線圈控制液壓缸組件;線圈控制液壓缸組件采用中間鉸軸式液壓缸，在液壓缸活塞桿上安裝電磁線圈，使電磁線圈具有繞自身軸線轉(zhuǎn)動與沿軸線運(yùn)動兩個自由度；同時，通過液壓缸平移驅(qū)動組件、液壓缸擺角驅(qū)動組件分別實(shí)現(xiàn)線圈控制液壓桿缸組件沿空間Y軸的移動以及擺動，進(jìn)而使電磁線圈具有沿空間Y軸的移動以及擺動兩個自由度。
[0016]板材進(jìn)給框組件為可調(diào)節(jié)長度矩形框架，安裝在下梁板上，通過板材進(jìn)給框驅(qū)動組件實(shí)現(xiàn)板材進(jìn)給框組件沿空間X軸的移動。板材進(jìn)給框空間X軸方向上的兩條側(cè)邊上安裝有板材夾頭組件，對板材進(jìn)行夾持，且為板材提供拉伸預(yù)載荷。
[0017]壓邊框組件設(shè)置在板材進(jìn)給框組件與上梁板間，通過壓邊框組件對板材施加材施加彎曲預(yù)應(yīng)力;柔性模具安裝在下梁板上，與壓邊框組件配合對金屬板材進(jìn)行彎曲預(yù)加載，并承受電磁線圈工作時產(chǎn)生的脈沖電磁力。
[0018]通過上述結(jié)構(gòu)，可依次交替執(zhí)行板材沿其長度方向漸進(jìn)，與電磁線圈沿板材寬度方向漸進(jìn)調(diào)形，通過二者配合實(shí)現(xiàn)電磁線圈產(chǎn)生的脈沖電磁力對整個板材曲面的作用，對具有一定初始預(yù)應(yīng)力狀態(tài)的金屬板材進(jìn)行調(diào)形與調(diào)形作用。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0020]1、本發(fā)明雙動漸進(jìn)式預(yù)應(yīng)力板材四軸脈沖電磁調(diào)形與調(diào)性裝置，采用了電磁線圈漸進(jìn)與板材漸進(jìn)相結(jié)合的雙動漸進(jìn)，縮小了裝置的長寬差異、減小了安裝空間，提高了空間利用率；
[0021]2、本發(fā)明雙動漸進(jìn)式預(yù)應(yīng)力板材四軸脈沖電磁調(diào)形與調(diào)性裝置，實(shí)現(xiàn)了對金屬板材的拉伸和彎曲預(yù)加載，使得金屬板材具有不同的初始應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)；
[0022]3、本發(fā)明雙動漸進(jìn)式預(yù)應(yīng)力板材四軸脈沖電磁調(diào)形與調(diào)性裝置，實(shí)現(xiàn)了電磁線圈的四個運(yùn)動自由度，包括三個平動自由度和一個轉(zhuǎn)動自由度，在四軸聯(lián)動的情況下，可以實(shí)現(xiàn)電磁線圈與金屬板材任意復(fù)雜的空間相對運(yùn)動路徑，可以對具有復(fù)雜曲面特征的金屬板材進(jìn)行調(diào)形與調(diào)性試驗(yàn)。
[0023]4、本發(fā)明雙動漸進(jìn)式預(yù)應(yīng)力板材四軸脈沖電磁調(diào)形與調(diào)性裝置，實(shí)現(xiàn)了操作過程的全自動化，克服了目前裝置中裝卸繁瑣的問題，節(jié)約勞動力和時間，工作效率得到提高；
[0024]5、本發(fā)明雙動漸進(jìn)式預(yù)應(yīng)力板材四軸脈沖電磁調(diào)形與調(diào)性裝置，采用了柔性模具，可針對不同曲率特征的金屬板材，具有通用性和適應(yīng)性；
[0025]6、本發(fā)明雙動漸進(jìn)式預(yù)應(yīng)力板材四軸脈沖電磁調(diào)形與調(diào)性裝置，通過液壓系統(tǒng)可精確控制電磁線圈夾緊力的大小，消除由人為因素對成形效果的影響，使得成形零件重復(fù)性好。
[0026]7、本發(fā)明雙動漸進(jìn)式預(yù)應(yīng)力板材四軸脈沖電磁調(diào)形與調(diào)性裝置，為基于脈沖電磁力的金屬板材預(yù)應(yīng)力調(diào)形與調(diào)形方法提供了工作平臺，可承受不同方位的大脈沖電磁力載荷，既能滿足小尺寸板材的脈沖電磁力調(diào)形與調(diào)性，也能完成大尺寸板材與電磁線圈在復(fù)雜相對運(yùn)動路徑下的脈沖電磁力調(diào)形與調(diào)性，對不同尺寸的金屬板