CN103341546B - 一种轻合金壳体成形件磁脉冲成形装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种轻合金壳体成形件磁脉冲成形装置及方法，它涉及一种金属壳体成形件磁脉冲成形装置及方法。以解决采用一体式匀压线圈在待成形轻合金板材磁脉冲成形中存在工艺柔性较低，一体式匀压线圈外导体与待成形轻合金板材之间的接触面存在较严重的打火现象，难以实现轻合金壳体成形件圆角的贴模成形的问题。装置：分体式匀压线圈外导体和模具设置在上、下压板之间，分体式匀压线圈的主线圈设置在分体式匀压线圈外导体的线圈安装槽及模具内，上、下压板之间固定连接。方法：装配待成形轻合金板材及一体式匀压线圈；第一步放电成形；固定分体式匀压线圈；第二步放电，完成轻合金壳体成形件的磁脉冲成形。本发明用于轻合金壳体的磁脉冲成形。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属壳体成形件磁脉冲成形装置及方法。
背景技术
轻合金壳体件在日常生活的应用较为广泛，如笔记本电脑外壳、手机外壳以及数码相机外壳等。轻合金壳体件的成形通常采用冲压的方法。传统冲压方法需要凸模与凹模进行精密配合，轻合金板材受到凸模的作用进入凹模成形。然而，在传统的冲压工艺中存在很多影响冲压质量的因素。如凸模与凹模之间的公差、凹模的磨损、凸模与凹模之间的定位以及轻合金板材在冲压过程中由于材料的硬化引起的变形抗力等。
随着轻量化在工业生产中的不断深化，镁合金、铝合金等轻合金材料逐渐成为成形壳体件的主要材料。如镁合金，具有密度低、比强度和比刚度高、抗震及减震性强、电磁屏蔽效果优异及易于回收等一系列优点成为成形轻合金壳体件的极具优势的材料之一。然而，像镁合金和铝合金板材在室温下的成形性能较差，一般冲压件的回弹和扭曲较大，很难满足成形件尺寸和精度要求，即很难在室温下成形出合格的轻合金壳体件。通常采用加热的方法进行成形，一般加热温度在200-300℃左右，大大增加了生产的成本，且生产效率较低。
磁脉冲成形是一种高速成形工艺，可以显著提高材料的成形性能。成形过程中，采用线圈替代了传统成形工艺中的凸模，使得成形的结构更加简便、灵活，同时也克服了传统冲压中的不利因素。线圈的几何构型决定了磁场和磁场力的分布，从而改善了工件材料流动规律。在轻合金板材磁脉冲成形工艺中常采用平板螺旋线圈，不过此种线圈的磁场分布并不均匀，使得条形轻合金板材的变形不理想。匀压线圈解决了磁场分布不均匀的问题，在采用匀压线圈的电磁成形过程中，轻合金板材受到均匀的电磁力的作用，从而产生均匀的塑性变形。但是，截止目前，采用的匀压线圈都是一体式的结构，即一体式匀压线圈外导体和一体式匀压线圈的主线圈刚性固定一起，不能分离，降低了这种一体式匀压线圈的主线圈结构的工艺柔性；而且一体式匀压线圈外导体与轻合金板材之间的接触面存在较严重的打火现象，难以实现轻合金壳体成形件圆角的贴模成形。
发明内容
本发明的目的是提供一种轻合金壳体成形件磁脉冲成形装置及方法，以解决采用一体式匀压线圈在待成形轻合金板材磁脉冲成形中存在工艺柔性较低，一体式匀压线圈外导体与待成形轻合金板材之间的接触面存在较严重的打火现象，难以实现轻合金壳体成形件圆角的贴模成形的问题。
本发明通过一体式匀压线圈和分体式匀压线圈的结合，将磁脉冲成形技术应用于轻合金壳体成形件的成形，特别是常温下能够实现成形性能较差的轻合金壳体件的成形，如镁合金壳体件的成形。
为了达到上述目的，本发明所采取的技术方案是：
一种轻合金壳体成形件磁脉冲成形装置，它包括紧固螺栓1、螺母2、上压板3、模具10、下压板12及匀压线圈，所述匀压线圈为分体式匀压线圈，所述分体式匀压线圈包括分体式匀压线圈外导体13和分体式匀压线圈的主线圈15，所述上压板3和下压板12由上至下正对设置，分体式匀压线圈外导体13和模具10由上至下设置在上压板3和下压板12之间，分体式匀压线圈外导体13的下表面设有线圈安装槽，分体式匀压线圈的主线圈15的上端设置在分体式匀压线圈外导体13的线圈安装槽内，分体式匀压线圈的主线圈15与分体式匀压线圈外导体13的线圈安装槽相匹配的表面设有耐高压绝缘层，从而实现分体式匀压线圈的主线圈15与分体式匀压线圈外导体13的线圈安装槽之间的绝缘隔离，模具10的成形模腔内的底角为圆角，分体式匀压线圈的主线圈15的下端设置在模具10的成形模腔内且二者相匹配，模具10上沿水平方向和竖直方向均设有与模具10的成形模腔相通的排气孔11，上压板3和下压板12之间通过紧固螺栓1和螺母2固定连接。
一种利用轻合金壳体成形件磁脉冲成形装置实现轻合金壳体成形件磁脉冲成形方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一：装配待成形轻合金板材7及一体式匀压线圈；
先将所述轻合金壳体成形件磁脉冲成形装置中的上压板3及分体式匀压线圈卸下，将待成形轻合金板材7放置于模具10的上表面，然后将一体式匀压线圈外导体4和一体式匀压线圈的主线圈5均置于待成形轻合金板材7的上表面，调整一体式匀压线圈的工作部位，使一体式匀压线圈的主线圈5与模具10的成形模腔16相对应，之后，将上压板3和下压板12用紧固螺栓1和螺母2固定连接，为第一步放电成形做好准备；
步骤二：第一步放电成形；
将一体式匀压线圈的主线圈5作为负载线圈与电磁成形机进行连接，先对电容进行充电，充电完成后，导通高压开关进行放电成形，放电电容为1150～1160μF、放电电压为3.0～4.0kV，放电的瞬间，与一体式匀压线圈的主线圈5接触的待成形轻合金板材7产生感应电流，待成形轻合金板材7受到电磁力的作用产生变形成为轻合金壳体成形件8，电磁力的大小为7MPa-10MPa。
(前述步骤一和步骤二也适用于钢模冲压成形过程)。
步骤三：固定分体式匀压线圈；
将上压板3和一体式匀压线圈卸下，将分体式匀压线圈的主线圈15置于步骤二成形的轻合金壳体成形件8内且二者相匹配，再将分体式匀压线圈外导体13的线圈安装槽套设在分体式匀压线圈的主线圈15外部，并使分体式匀压线圈外导体13的下表面与轻合金壳体成形件8的上表面形成紧密接触，分体式匀压线圈的主线圈15外周自带的耐高压绝缘材料在绝缘的同时，用以限定分体式匀压线圈的主线圈15的位置(避免成形过程中由于电磁力的作用和反作用导致分体式匀压线圈的主线圈15的跳动)，之后，将上压板3和下压板12用紧固螺栓1和螺母2固定连接，用以固定模具10、上压板3、下压板12及分体式匀压线圈，为第二步放电成形做好准备；
步骤四：第二步放电成形；
将分体式匀压线圈的主线圈15作为负载线圈与电磁成形机进行连接，先对电容进行充电，充电完成后，导通高压开关进行放电成形，放电电容为1150～1160μF、放电电压为2.5～3.5kV，进行放电，对轻合金壳体成形件8内的底角进行圆角贴模成形，从而完成轻合金壳体成形件的磁脉冲成形。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、分体式匀压线圈外导体13的线圈安装槽与分体式匀压线圈主线圈15可以进行灵活的装配和拆分，而且分体式匀压线圈外导体13的线圈安装槽深度可以根据成形轻合金壳体的深度进行调整，从而提高了匀压线圈的使用寿命和灵活性；并且由于分体式匀压线圈主线圈15置于第一步成形的轻合金壳体内，显著减小了分体式匀压线圈主线圈15与待成形轻合金板材的间隙。由于分体式匀压线圈主线圈15与轻合金板材之间的接触面积与一体式匀压线圈相比显著减小和集中，在一定的压力作用下，提高了接触效果，可消除打火现象。同时，分体式匀压线圈外导体13与分体式匀压线圈的主线圈15若在成形过程中发生破坏，无需像一体式匀压线圈一样全部更换，而只需更换破坏部分(分体式匀压线圈外导体13或分体式匀压线圈主线圈15)即可。
2、本发明采用分体式匀压线圈，可显著提高轻合金板材磁脉冲成形工艺柔性，避免了分体式匀压线圈外导体与轻合金板材之间的接触面打火现象的发生，同时能够显著提高分体式匀压线圈的主线圈与轻合金板材的接触效率(请校对是否正确)。其中，最重要的是提高了磁脉冲成形工艺的柔性，这是目前一体式匀压线圈磁脉冲成形方法无法实现的。
3、与现有的其他工艺相比，本发明提出的轻合金壳体成形件的成形技术是一种快速成形制造技术。在成形过程中，无需通过一般传力介质对轻合金板材施加力作用，且无需通过加热装置来改善轻合金材料的成形性能，大大降低了生产成本(最好量化)。本发明装置简单、加工能量易于精确控制、加工效率高(最好量化)。
4、本发明实现了磁脉冲壳体件的成形，特别是可实现室温下成形性能较差的轻合金壳体件的成形，且所用方法简单，易于操作。
附图说明
图1是本发明的方法的步骤二中一体式匀压线圈第一步放电成形的结构示意图，图2是本发明的一种轻合金壳体成形件磁脉冲成形装置的主剖视图，图3是本发明的分体式匀压线圈应用到单角校形中的结构示意图，图4是本发明的分体式匀压线圈应用到双角校形中的结构示意图。
图中：紧固螺栓1、螺母2、上压板3、固化胶层6、模具10、下压板12、分体式匀压线圈外导体13、分体式匀压线圈的主线圈15、排气孔11、待成形轻合金板材7、一体式匀压线圈外导体4、一体式匀压线圈的主线圈5、成形模腔16、轻合金壳体成形件8。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
具体实施方式一：如图2所示，本实施方式的一种轻合金壳体成形件磁脉冲成形装置，它包括紧固螺栓1、螺母2、上压板3、模具10、下压板12及匀压线圈，所述匀压线圈为分体式匀压线圈，所述分体式匀压线圈包括分体式匀压线圈外导体13和分体式匀压线圈的主线圈15，所述上压板3和下压板12由上至下正对设置，分体式匀压线圈外导体13和模具10由上至下设置在上压板3和下压板12之间，分体式匀压线圈外导体13的下表面设有线圈安装槽，分体式匀压线圈的主线圈15的上端设置在分体式匀压线圈外导体13的线圈安装槽内，分体式匀压线圈的主线圈15与分体式匀压线圈外导体13的线圈安装槽相匹配的表面设有耐高压绝缘层，从而实现分体式匀压线圈的主线圈15与分体式匀压线圈外导体13的线圈安装槽之间的绝缘隔离，模具10的成形模腔内的底角为圆角，分体式匀压线圈的主线圈15的下端设置在模具10的成形模腔内且二者相匹配，模具10上沿水平方向和竖直方向均设有与模具10的成形模腔相通的排气孔11，上压板3和下压板12之间通过紧固螺栓1和螺母2固定连接。本实施方式中的耐高压绝缘层为固化胶层6。
具体实施方式二：如图2所示，本实施方式所述分体式匀压线圈外导体13的线圈安装槽各侧壁的壁厚均相等，分体式匀压线圈外导体13的线圈安装槽各侧壁的壁厚均为10mm～15mm。(分体式匀压线圈外导体13由高导电率、高强度材料的金属制成)。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：如图2所示，本实施方式所述分体式匀压线圈外导体13的线圈安装槽各侧壁的壁厚均为12mm。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：如图1和图2所示，本实施方式利用具体实施方式一所述一种轻合金壳体成形件磁脉冲成形装置实现轻合金壳体成形件磁脉冲成形方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一：装配待成形轻合金板材7及一体式匀压线圈；
先将所述轻合金壳体成形件磁脉冲成形装置中的上压板3及分体式匀压线圈卸下，将待成形轻合金板材7放置于模具10的上表面，然后将一体式匀压线圈外导体4和一体式匀压线圈的主线圈5均置于待成形轻合金板材7的上表面，调整一体式匀压线圈的工作部位，使一体式匀压线圈的主线圈5与模具10的成形模腔16相对应，之后，将上压板3和下压板12用紧固螺栓1和螺母2固定连接，为第一步放电成形做好准备；
步骤二：第一步放电成形；
将一体式匀压线圈的主线圈5作为负载线圈与电磁成形机进行连接，先对电容进行充电，充电完成后，导通高压开关进行放电成形，放电电容为1150～1160μF、放电电压为3.0～4.0kV，放电的瞬间，与一体式匀压线圈的主线圈5接触的待成形轻合金板材7产生感应电流，待成形轻合金板材7受到电磁力的作用产生变形成为轻合金壳体成形件8，电磁力的大小为7MPa-10MPa。
(前述步骤一和步骤二也适用于钢模冲压成形过程)。
步骤三：固定分体式匀压线圈；
将上压板3和一体式匀压线圈卸下，将分体式匀压线圈的主线圈15置于步骤二成形的轻合金壳体成形件8内且二者相匹配，再将分体式匀压线圈外导体13的线圈安装槽套设在分体式匀压线圈的主线圈15外部，并使分体式匀压线圈外导体13的下表面与轻合金壳体成形件8的上表面形成紧密接触，分体式匀压线圈的主线圈15外周自带的耐高压绝缘材料在绝缘的同时，用以限定分体式匀压线圈的主线圈15的位置(避免成形过程中由于电磁力的作用和反作用导致分体式匀压线圈的主线圈15的跳动)，之后，将上压板3和下压板12用紧固螺栓1和螺母2固定连接，用以固定模具10、上压板3、下压板12及分体式匀压线圈，为第二步放电成形做好准备；
步骤四：第二步放电成形；
将分体式匀压线圈的主线圈15作为负载线圈与电磁成形机进行连接，先对电容进行充电，充电完成后，导通高压开关进行放电成形，放电电容为1150～1160μF、放电电压为2.5～3.5kV，进行放电，对轻合金壳体成形件8内的底角进行圆角贴模成形，从而完成轻合金壳体成形件的磁脉冲成形。
具体实施方式五：本实施方式所述步骤二中，放电电容为1152μF、放电电压为3.5kV，电磁力的大小为9MPa，所述步骤四中，放电电容为1152μF、放电电压为3kV。
本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式四相同。
本实施方式中的一体式匀压线圈为现有技术，一体式匀压线圈包括一体式匀压线圈外导体4和一体式匀压线圈的主线圈5，且二者制为一体。
本发明的实现轻合金壳体成形件磁脉冲成形方法的工艺原理如下：
将一体式匀压线圈的主线圈5作为负载线圈与电磁成形机进行连接，先对电容进行充电，充电完成后，导通高压开关进行放电成形，放电电容为1152μF、放电电压为3.5kV，放电的瞬间，在一体式匀压线圈的主线圈5中产生瞬间变化的电流，根据电磁感应原理，在靠近一体式匀压线圈的主线圈5的待成形轻合金板材7与一体式匀压线圈外导体4构成的回路中产生变化的感应电流。待成形轻合金板材7与一体式匀压线圈外导体4中的感应电流形成一个封闭的回路，从而减少了磁场的散失提高能量的利用率。待成形轻合金板材7在电磁力的作用下发生塑性变形并高速运动，迅速与模具10发生碰撞，完成第一步成形(见图1)。第二步的成形的放电瞬间，磁力线集中于分体式匀压线圈的主线圈15与轻合金壳体成形件8之间，尤其集中在分体式匀压线圈的主线圈15底部的圆角部位与轻合金壳体成形件8的底角之间。使得轻合金壳体成形件8底角部位受到在第二步成形时电磁力的作用产生高速率运动，迅速向模具10的成形模腔16内底部的圆角处贴靠成形，如图2所示。
本发明还可应用于单角校形(钢模单角弯曲之后的磁脉冲校形)如图3所示，双角校形(钢模双角弯曲之后的磁脉冲校形)如图4所示、方盒型件底部圆角填充(钢模成形或磁脉冲一步成形后的底部圆角填充)等，。通常在单角和双角壳体件钢模弯曲之后，在圆角部位会产生回弹而导致贴模性较差，通过本发明的装置可以实现圆角部位较好贴模。方盒型件底部的圆角填充与上述图2中的圆角填充方式相同。
采用一体式匀压线圈的第一步成形不局限于上述的框架紧固结构，可以用于所有采用上下加压的加载方式实现一体式匀压线圈与待成形轻合金板材7紧密接触的结构。
本发明所用的材料、形状不受上述实例限制，均在本专利的保护范围之内。本发明所用线圈不受上述线圈限制，均在本专利保护范围之内。本发明所采用的装置特征不受上述实例的限制，均在本专利保护范围之内。
Claims (5)
1.一种轻合金壳体成形件磁脉冲成形装置，它包括紧固螺栓(1)、螺母(2)、上压板(3)、模具(10)、下压板(12)及匀压线圈，其特征在于：所述匀压线圈为分体式匀压线圈，所述分体式匀压线圈包括分体式匀压线圈外导体(13)和分体式匀压线圈的主线圈(15)，所述上压板(3)和下压板(12)由上至下正对设置，分体式匀压线圈外导体(13)和模具(10)由上至下设置在上压板(3)和下压板(12)之间，分体式匀压线圈外导体(13)的下表面设有线圈安装槽，分体式匀压线圈的主线圈(15)的上端设置在分体式匀压线圈外导体(13)的线圈安装槽内，分体式匀压线圈的主线圈(15)与分体式匀压线圈外导体(13)的线圈安装槽相匹配的表面设有耐高压绝缘层，从而实现分体式匀压线圈的主线圈(15)与分体式匀压线圈外导体(13)的线圈安装槽之间的绝缘隔离，模具(10)的成形模腔内的底角为圆角，分体式匀压线圈的主线圈(15)的下端设置在模具(10)的成形模腔内且二者相匹配，模具(10)上沿水平方向和竖直方向均设有与模具(10)的成形模腔相通的排气孔(11)，上压板(3)和下压板(12)之间通过紧固螺栓(1)和螺母(2)固定连接。
2.根据权利要求1所述一种轻合金壳体成形件磁脉冲成形装置，其特征在于：所述分体式匀压线圈外导体(13)的线圈安装槽各侧壁的壁厚均相等，分体式匀压线圈外导体(13)的线圈安装槽各侧壁的壁厚均为10mm～15mm。
3.根据权利要求2所述一种轻合金壳体成形件磁脉冲成形装置，其特征在于：所述分体式匀压线圈外导体(13)的线圈安装槽各侧壁的壁厚均为12mm。
4.利用权利要求1所述一种轻合金壳体成形件磁脉冲成形装置实现轻合金壳体成形件磁脉冲成形方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
步骤一：装配待成形轻合金板材(7)及一体式匀压线圈；
先将所述轻合金壳体成形件磁脉冲成形装置中的上压板(3)及分体式匀压线圈卸下，将待成形轻合金板材(7)放置于模具(10)的上表面，然后将一体式匀压线圈外导体(4)和一体式匀压线圈的主线圈(5)均置于待成形轻合金板材(7)的上表面，调整一体式匀压线圈的工作部位，使一体式匀压线圈的主线圈(5)与模具(10)的成形模腔(16)相对应，之后，将上压板(3)和下压板(12)用紧固螺栓(1)和螺母(2)固定连接，为第一步放电成形做好准备；
步骤二：第一步放电成形；
将一体式匀压线圈的主线圈(5)作为负载线圈与电磁成形机进行连接，先对电容进行充电，充电完成后，导通高压开关进行放电成形，放电电容为1150μF～1160μF、放电电压为3.0kV～4.0kV，放电的瞬间，与一体式匀压线圈的主线圈(5)接触的待成形轻合金板材(7)产生感应电流，待成形轻合金板材(7)受到电磁力的作用产生变形成为轻合金壳体成形件(8)，等效磁压力大小为7MPa-10MPa；
步骤三：固定分体式匀压线圈；
将上压板(3)和一体式匀压线圈卸下，将分体式匀压线圈的主线圈(15)置于步骤二成形的轻合金壳体成形件(8)内且二者相匹配，再将分体式匀压线圈外导体(13)的线圈安装槽套设在分体式匀压线圈的主线圈(15)外部，并使分体式匀压线圈外导体(13)的下表面与轻合金壳体成形件(8)的上表面形成紧密接触，分体式匀压线圈的主线圈(15)外周自带的耐高压绝缘材料在绝缘的同时，用以限定分体式匀压线圈的主线圈(15)的位置，之后，将上压板(3)和下压板(12)用紧固螺栓(1)和螺母(2)固定连接，用以固定模具(10)、上压板(3)、下压板(12)及分体式匀压线圈，为第二步放电成形做好准备；
步骤四：第二步放电成形；
将分体式匀压线圈的主线圈(15)作为负载线圈与电磁成形机进行连接，先对电容进行充电，充电完成后，导通高压开关进行放电成形，放电电容为1150μF～1160μF、放电电压为2.5kV～3.5kV，进行放电，对轻合金壳体成形件(8)内的底角进行圆角贴模成形，从而完成轻合金壳体成形件的磁脉冲成形。
5.根据权利要求4所述轻合金壳体成形件磁脉冲成形方法，其特征在于：所述步骤二中，放电电容为1152μF、放电电压为3.5kV，等效磁压力大小为9MPa，所述步骤四中，放电电容为1152μF、放电电压为3kV。
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