CN103586325A - 一种深冲性构件电磁成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种深冲性构件电磁成形方法，包括以下步骤：（1）将待成形板料放于凹模；（2）在待成形板料之上放置线圈；（3）使待成形板料与凹模挡块恰好接触；（4）驱动线圈下行到与待成形板料恰好接触的位置；（5）通过充放电，在线圈中产生脉冲电流，待成形板料发生高速变形；（6）待成形板料进行退火热处理；（7）将退火热处理后的待成形板料放回凹模上，并用压边圈压紧；（8）重复步骤（2）-(7)，直到完成大深径比的电磁成形。本发明利用1次放电+1次退火的电磁成形方法实现待成形板料（比如铝合金）的深拉伸，实现大深径比（成形深度：最终零件直径>2：1）的电磁成型，与普通常温下拉深相比，能够显著提高极限拉深比。

Description

一种深冲性构件电磁成形方法
技术领域
本发明属于零件成形制造领域，具体涉及一种深冲性构件电磁成形方法。
背景技术
电磁成形是利用磁场力使金属坯料变形的高速率成形方法，它具有工装简单，工艺过程无须润滑，产品精度高等优点，特别是在铝合金板料成形方面表现出了日益广阔的应用前景。
虽然铝合金板料在电磁成形中体现出超塑性(hyperplasticity)，成形极限得到了一定的提高；但是由于电磁力作用时间很短，瞬间完成放电，大部分变形是在惯性阶段完成，由于电磁力作用无法持续，成形深度受到限制。而且，成形精度靠单边模具保证，当凹模固定时会发生碰撞反弹现象，影响工件成形质量。
目前电磁成形技术在板料方面的应用主要体现在局部成形，翻孔，整形等方面，在深成形方面应用受到限制。
发明内容
为了克服现有电磁成形中不能实现深拉伸的不足，本发明提供了一种深冲性构件电磁成形方法，每次放电通过吸能挡块得到较为平整的工件，在每次放电之后采用退火热处理，然后重复以上过程，逐步实现大深径比的零件成形。
本发明所采用的技术方案是：
一种深冲性构件电磁成形方法，包括以下步骤：
(1)将待成形板料放于凹模上，并用压边圈压紧；
(2)在待成形板料位于凹模型腔之上的部分放置线圈；
(3)在凹模型腔的底部设置凹模挡块，并在凹模挡块的下方添加吸能物质或者弹簧，使待成形板料与凹模挡块恰好接触；
(4)驱动线圈下行，直至线圈运动到与待成形板料恰好接触的位置；
(5)通过充放电，在线圈中产生脉冲电流，同时在待成形板料上感生出方向相反的涡流，在洛伦兹力的作用下，待成形板料发生高速变形；
(6)取下高速变形后的待成形板料，进行退火热处理；
(7)将退火热处理后的待成形板料放回凹模上，并用压边圈压紧；
(8)重复步骤(2)-(7)，直到完成电磁成形。
进一步的，待成形板料第一次发生高速变形时采用的线圈为平面螺旋线圈或者多匝线圈；之后的高速变形时采用的线圈为多匝线圈。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明利用1次放电+1次退火的电磁成形方法实现待成形板料(比如铝合金)的深拉伸，实现大深径比(成形深度：最终零件直径＞2：1)的电磁成形，与普通常温下拉深相比，能够显著提高极限拉深比。
2、当凹模底部固定时，待成形板料速度不能及时耗散，引起反弹；本发明采用在凹模挡块下面添加吸能物质或者弹簧，有效控制待成形板料与模具碰撞产生的反弹，使得工件底部更加平整，减少了再次加工的成本。
附图说明
图1是本发明的原理图；
图2是第一次放电时采用吸能材料的示意图；
图3是第一次放电时采用弹簧进行吸能的示意图；
图4是第二次放电的示意图；
图中：1-压边圈，2-线圈，3-待成形板料，4-凹模挡块，5-凹模，6-吸能物质，7-电阻、8-开关、9-电容器组、10-支撑板，11-支撑杆，12-驱动杆、13-弹簧。
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说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示为一种深冲性构件电磁成形装置，包括压边圈1、线圈2、凹模挡块4、凹模5、吸能物质6、电阻7、开关8、电容器组9、支撑板10、支撑杆11和驱动杆12，电阻7、开关8和电容器组9串联组成一脉冲发生装置，所述线圈2与该脉冲发生装置相连；凹模5上设置有压边圈1，支撑板10通过支撑杆11将压边圈1压住；线圈2设置在凹模5型腔之上，线圈2与驱动杆12相连，由驱动杆12驱动下行；所述驱动杆12与支撑板10连接，由电机驱动下行。凹模挡块4设置在凹模5型腔的底部，凹模挡块4的下方设置有吸能物质6(或者弹簧13)。
利用上述装置进行深冲性构件电磁成形的方法，包括以下步骤：
(1)将待成形板料3放于凹模5上，并用压边圈1压紧，设定压边力为0-20KN；
(2)在待成形板料3位于凹模5型腔之上的部分放置线圈2；
(3)在凹模5型腔的底部设置凹模挡块4，并在凹模挡块4的下方添加吸能物质6或者弹簧13，根据工件成形高度，调整吸能物质6或者弹簧13，使待成形板料3与凹模挡块4恰好接触；
(4)通过电机驱动驱动杆12带动线圈2下行，直至线圈2下行至与待成形板料3恰好接触的位置；由于电磁成形中线圈2与待成形板料3相对间隙越小，成形力越大，与待成形板料3恰好接触可以保证能量的充分利用。
(5)通过电源系统对电容器组9充电，当电压到达设定值0-30KV时，停止充电；闭合开关8，形成放电回路；
线圈2放电之后在待成形板料3上感应出与线圈2中大小相等、方向相反的电流，当产生的洛伦兹力超过待成形板料3屈服极限时，电磁力使待成形板料朝远离线圈2方向运动，这个过程中电能转换为待成形板料的动能和塑性变形能，待成形板料3发生高速变形；
电磁力作用结束之后，待成形板料3靠惯性作用继续运动，与凹模挡块4发生碰撞，动能全部转换为塑性变形能，速度变为零之后，待成形板料停止运动。
凹模5型腔底部的吸能物质6(比如海绵)或者弹簧13，可以吸收待成形板料3与凹模挡块4发生碰撞发生变形之外的动能，使得工件底部平整。
(6)取下高速变形后的待成形板料3，进行退火热处理，以便后续的加工；高速变形后的工件会发生加工硬化，若直接再次加工，会产生破裂，对成形后的工件采取热处理工艺，可以软化材料，提高材料的成形性能，便于后续的加工。
(7)将退火热处理后的待成形板料3放回凹模5上，并用压边圈1压紧；
(8)重复步骤(2)-(7)，即再次放电+再次退火，直到完成大深径比(即成形深度：最终零件直径＞2：1)的电磁成形。
本发明中线圈2为提供动力的部分，线圈2根据每一次成形之后工件的形状设计，第一次发生高速变形时可以采用平面螺旋线圈或者多匝线圈，成形一定深度，后续变形时线圈采用多匝线圈，多匝线圈可以产生径向力，利于工件侧壁贴模。
如图2-3所示，为待成形板料3第一次发生高速变形时的示意图，图中线圈2放电，与待成形板料3发生电磁感应，待成形板料3与凹模挡块4一起向下运动，多余能量由吸能物质6(海绵，沙子等)或弹簧13吸收，得到外形平整的工件。
如图4所示，为第一次高速变形之后，进行第二次高速变形的示意图，图中线圈2更换为多匝线圈，线圈2放电，在待成形板料3上感应出的力的分布如图所示，待成形板料3在洛伦兹力的作用下，发生高速变形，轴向的电磁力使得待成形板料朝下运动，径向电磁力使待成形板料3的侧壁贴上凹模5。待成形板料3与凹模挡块4一起向下运动，在海绵、沙子等吸能物质6或者弹簧13的作用下，工件能够贴模。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (2)

1. 一种深冲性构件电磁成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤（1）：将待成形板料（3）放于凹模（5）上，并用压边圈（1）压紧；
步骤（2）：在待成形板料（3）位于凹模（5）型腔之上的部分放置线圈（2）；
步骤（3）：在凹模（5）型腔的底部设置凹模挡块（4），并在凹模挡块（4）的下方添加吸能物质或者弹簧，使待成形板料（3）与凹模挡块（4）恰好接触；
步骤（4）：驱动线圈（2）下行，直至线圈（2）运动到与待成形板料（3）恰好接触的位置；
步骤（5）：通过充放电，在线圈（2）中产生脉冲电流，同时在待成形板料（3）上感生出方向相反的涡流，在洛伦兹力的作用下，待成形板料（3）发生高速变形；
步骤（6）：取下高速变形后的待成形板料（3），进行退火热处理；
步骤（7）：将退火热处理后的待成形板料（3）放回凹模（5）上，并用压边圈（1）压紧；
步骤（8）：重复步骤（2）-（7），直到完成电磁成形。
2.根据权利要求1所述的深冲性构件电磁成形方法，其特征在于，待成形板料（3）第一次发生高速变形时采用的线圈（2）为平面螺旋线圈或者多匝线圈；之后的高速变形时采用的线圈（2）为多匝线圈。
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