CN102248693A - 一种电磁驱动成形方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种电磁驱动成形方法及装置，该方法采用脉冲电磁力驱动复合冲头快速撞击工件，使其与凹模贴模完成高精度成形。该装置包括驱动线圈、电源控制系统、复合冲头、冲头定位模及压力设备。本发明解决现有电磁成形贴模性差、效率低的问题，极大地提高电磁能转化为动能的效率。
Description
技术领域
本发明属于材料加工领域，特别涉及一种电磁驱动成形方法及装置。
背景技术
节能和环保的要求促使以铝合金为代表的高强度轻质合金材料在先进制造领域得到广泛应用。但传统成形技术在高强度轻质合金材料加工应用中遇到重大障碍，主要体现为轻质合金塑性差难成形，亟需一种新的成形技术。
研究表明，高速率成形时，材料的成形性能得到显著提高，这种因高速率加工而提高的成形性被称为“高塑性(Hyperplasticity)”。电磁成形是一种利用洛仑兹力使金属材料成形的快速制造技术，属于高速率成形，由于其能极大地提高材料的成形范围，是替代传统加工技术的新兴技术。
但现有电磁板材成形技术存在贴模性差、效率低及加工能力有限等问题。现有的电磁成形过程中，惯性力驱动工件撞击凹模而成形，这种单模具的缺点在于工件高速撞击凹模容易反弹，导致贴模性差。现有的电磁成形过程中，电磁能转化为动能的效率只有5％左右，这就导致电磁成形技术的加工能力十分有限，目前加工的板材厚度只有2mm左右。
发明内容
为了解决电磁成形贴模性差、效率低等问题，本发明提出了一种电磁力驱动的快速精确成形加工方法及装置。
一种电磁驱动成形方法，通过脉冲电磁力驱动冲头加速，冲头撞击工件，完成工件与凹模的贴模。
实现所述电磁驱动成形方法的装置，包括驱动线圈1、电源控制系统7、复合冲头2、冲头定位模4及压力设备6；电源控制系统7为驱动线圈1供电，驱动线圈1上放置有复合冲头2，复合冲头2上装有限定复合冲头2作上下移动的冲头定位模4，成形所需的凹模5位于冲头定位模4的正上方，工件3位于凹模5与冲头定位模4之间，保持冲头定位模4不动，压力设备6向下压凹模5产生对工件的压边力。
所述复合冲头2包括相接的良导体驱动片2-1和模具钢冲头2-2。
所述良导体驱动片2-1与模具钢冲头2-2之间设有模具钢压强放大器2-4。
所述模具钢冲头2-2与冲头定位模4之间形成的空腔内填充有液体2-3。
本发明的技术效果体现在：
(1)本发明中的电磁驱动成形方法，能极大的提高电磁能转化为动能的效率。例如传统的电磁成形效率在5％左右，而相同条件下的电磁驱动成形效率为15％左右，为传统电磁成形效率的3倍以上。
(2)本发明中的电磁驱动成形方法，能实现电磁驱动拉深成形，而传统的平板电磁成形均为胀形。
(3)本发明中的复合冲头，能有效的解决电磁成形方法贴模性差的问题。传统的电磁成形中，惯性力驱动工件撞击凹模而成形，这种单模具的缺点在于工件高速撞击凹模容易反弹，导致贴模性差。而本发明采用复合冲头与凹模配合限制工件变形行为，贴模性好。
(4)本发明中的复合冲头，能有效解决凸凹模精度配合难的问题。传统的冲压成形通过刚性凸凹模的配合来实现工件成形加工，若成形工件存在微结构成形时凸凹模的精度配合很难实现。而本发明复合冲头中的高压密封液体袋，其具有很好的流动性。在复合冲头的高速撞击下，高压密封液体袋沿着最容易流动的方向流动，实现与凹模的配合完成工件成形。
(5)本发明中的电磁驱动成形方法，能极大的扩展电磁加工的领域。传统的电磁成形技术一般用于金属材料工件的加工，而本发明的电磁驱动成形方法，对材料的电性能没有任何要求，可以加工任何材质的工件。
附图说明
图1为本发明电磁驱动成形装置示意图；
图2为各种复合冲头示意图；
图2(a)为带模具钢压强放大器的复杂结构成形复合冲头；
图2(b)为带模具钢压强放大器的冲孔复合冲头；
图2(c)为带模具钢压强放大器的翻边及简单结构成形复合冲头；
图2(d)为无模具钢压强放大器的复杂结构成形复合冲头；
图2(e)为无模具钢压强放大器的冲孔复合冲头；
图2(f)为无模具钢压强放大器的翻边及简单结构成形复合冲头；
图3为各种凹模示意图；
图3(a)为冲孔凹模；
图3(b)为翻边凹模；
图3(c)为简单结构凹模；
图3(d)为复杂结构凹模；
图4为成形工件样件。
图4(a)为冲孔成形工件。
图4(b)为多孔冲孔成形工件。
图4(c)为翻边成形工件。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本发明进一步说明。
如图1所示，本发明电磁驱动成形装置包括驱动线圈1、电源控制系统7、复合冲头2、冲头定位模4及压力设备6。
所述的驱动线圈1为脉冲强磁体；
所述的电源控制系统7为驱动线圈1供电，并通过调整电路参数、控制放电过程等方式来控制驱动线圈1的电流波形；
所述的复合冲头2至少包括良导体驱动片2-1和模具钢冲头2-2，根据需要还应包括高压液体2-3和模具钢压强放大器2-4；所述的复合冲头2，在驱动线圈1产生的压强不足时，需要使用模具钢压强放大器2-4；所述的复合冲头2，在完成复杂凹模结构成形时，需要同时使用良导体驱动片2-1、模具钢冲头2-2和液体2-3；所述的液体2-3能承受高压强而体积压缩很小，如高压油等。
所述冲头定位模4与复合冲头2的模具钢冲头2-2配合，使复合冲头2刚好能在冲头定位模4内上下自由滑动；
所述压力设备6用于整个电磁驱动成形设备的压紧；成形所需的凹模5固定于压力设备6上，凹模5与冲头定位模4位置相对。
各种复合冲头示意图如图2所示。当成形的工件凹模为形状复杂模时，可采用图2(a)所示的带模具钢压强放大器的复杂结构成形复合冲头或图2(d)所示的无模具钢压强放大器的复杂结构成形复合冲头；当成形的工件凹模为冲孔模时，可采用图2(b)所示的带模具钢压强放大器的冲孔复合冲头或图2(e)所示的无模具钢压强放大器的冲孔复合冲头；当成形的工件凹模为翻边模或结构简单模时，可采用图2(c)所示的带模具钢压强放大器的翻边及简单结构成形复合冲头或图2(f)所示的无模具钢压强放大器的翻边及简单结构成形复合冲头；通过使用不同的复合冲头配合不同的凹模(图3给出了部分形式凹模示意图)，可实现各种形式的电磁驱动成形，其中当驱动线圈1产生的电磁压强不足时采用带模具钢压强放大器的复合冲头。
电磁驱动成形装置工作过程为：启动电源前，首先使凹模与冲头定位模4位置匹配，然后将冲头定位模4、复合冲头2和驱动线圈1一起固定在压力设备6的底座6-1上，凹模固定于压力设备6的上横梁6-2，再将工件3放置于冲头定位模4和凹模5之间，驱使压力设备6的上横梁6-2向下移动，对工件3施加给定的压边力。启动电源控制系统7，驱动线圈1产生一脉冲电流，该脉冲电流在良导体驱动片2-1内产生一感应涡流，驱动线圈1与良导体驱动片2-1之间的脉冲电磁力将推动复合冲头2加速到高速(100m/s以上)；复合冲头2高速撞击工件3，工件3在高速撞击下发生高速率变形与凹模5贴模，完成该次加工。
实施例1
采用8mm厚5a06铝合金管板作为加工工件3，选择直径为50mm的单孔冲孔凹模5，使用图2(b)所示的带模具钢压强放大器的冲孔复合冲头2，按照电磁驱动成形装置示意图安装完成；利用电源控制系统7为驱动线圈1供电，完成此次单孔冲孔加工，取出加工的8mm厚5a06铝合金板50mm直径冲孔工件，其成形工件如图4(a)所示。
实施例2
采用0.1mm厚纯铜材料作为加工工件3，选择多孔冲孔凹模5，使用图2(e)所示的无模具钢压强放大器的冲孔复合冲头2，按照电磁驱动成形装置示意图安装完成；利用电源控制系统7为驱动线圈1供电，完成此次多孔冲孔加工，取出加工的0.1mm厚5a06纯铜板多孔冲孔工件，其成形工件如图4(b)所示。
实施例3
采用5mm厚5a06铝合金板作为加工工件3，选择翻边凹模5，使用图2(c)所示的带模具钢压强放大器的翻边及简单结构成形复合冲头2，按照电磁驱动成形装置示意图安装完成；利用电源控制系统7为驱动线圈1供电，完成此翻边加工，取出加工的5mm厚5a06铝合金板30mm直径翻边工件，其成形工件如图4(c)所示。
Claims (5)
1.一种电磁驱动成形方法，采用脉冲电磁力驱动冲头加速，冲头撞击工件，完成工件与凹模的贴模。
2.实现权利要求1所述电磁驱动成形方法的装置，包括驱动线圈（1）、电源控制系统（7）、复合冲头（2）、冲头定位模（4）及压力设备（6）；电源控制系统（7）为驱动线圈（1）供电，驱动线圈（1）上放置有复合冲头（2），复合冲头（2）上装有限定复合冲头（2）作上下移动的冲头定位模（4），成形所需的凹模（5）位于冲头定位模（4）的正上方，工件（3）位于凹模（5）与冲头定位模（4）之间，保持冲头定位模（4）不动，压力设备（6）向下压凹模（5）产生对工件的压边力。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述复合冲头（2）包括相接的良导体驱动片（2-1）和模具钢冲头（2-2）。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，在所述良导体驱动片（2-1）与模具钢冲头（2-2）之间设有模具钢压强放大器（2-4）。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，在所述模具钢冲头（2-2）与冲头定位模（4）之间形成的空腔内填充有液体（2-3）。
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