CN103639286A - 平板件电磁脉冲拉深成形集成化实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种平板件电磁脉冲拉深成形集成化实验平台，包括垫板、放电线圈、垫块、压边圈、液压块、凹模、凹模固定座、弹簧挡块、弹簧、支撑座、弹簧底座和底座；凹模固定座、压边圈、垫块和垫板通过多个紧固件固定连接在一起；支撑座和凹模固定座上与凹模内孔对应的位置均设置有下通孔，弹簧挡块设置在下通孔内，通过一弹簧支撑在支撑座上；弹簧安装在弹簧底座上，弹簧底座嵌入到底座中，弹簧挡块的位置与放电线圈的位置相对。本发明通过结合电磁成形能量装置与测量装置，实现了平板件电磁多次拉深成形且各种工艺参数可调可控可测的集成化实验平台，本发明可以实现不同种类、不同板厚的平板材料电磁脉冲拉深成形。

Description

平板件电磁脉冲拉深成形集成化实验平台

技术领域

本发明涉及平板件电磁脉冲拉深成形集成化实验装置，具体为一种脉冲电磁放电成形条件下，可实现多次拉深成形且工艺参数可调可控可测量的平板件电磁脉冲拉深成形集成化实验平台。

背景技术

近年来，节能和环保的要求使得以铝合金、镁合金为代表的轻质结构材料在先进制造领域得到广泛应用。但是，与传统钢材相比，铝合金和镁合金的室温成形性差，采用传统冲压工艺很难直接成形形状复杂的零件。电磁成形为以铝合金、镁合金为代表的轻质、难成形复杂形状零件的室温成形提供了新的加工手段。

电磁脉冲成形是一种利用脉冲磁场力对金属工件进行高速率加工的方法，是未来制造业的关键技术之一。能量存储在电容器中，放电开关瞬间闭合。电容、线圈以及放电电路构成RLC震荡电路，工作线圈中就会有瞬态的大交变电流流过，产生强的交变磁场，并穿透工件。根据电磁感应定律和趋肤效应，此磁场会在金属工件表面上得到与线圈电流方向相反的感应电流，感应电流也会产生感应磁场，阻止线圈磁场穿透工件，从而使工件与线圈之间的磁场加强。线圈与工件之间产生随时间变化的相互排斥磁场力。工件就在这种排斥磁场力的作用下发生高速变形。电磁脉冲成形的效率直接与金属材料的导电性有关，非常适合于铝合金、镁合金等高电导率材料。对于导电性差的材料，可以通过提高放电频率或利用高导电率驱动板来提高材料的成形性能。电磁成形具有模具简单、非接触、成形精度高、成形速度快等特点，是替代传统加工技术的新兴技术。

但是，传统电磁成型技术主要基于单机设备、低能量密度的较单一的加工模式。线圈与板料相对位置固定，且通过单次线圈放电，难以实现工件的拉深成形；且成形过程中压边力不可控、凹模圆角等工艺参数不可变换，只能分别实现电磁自由胀形和有模成形。

发明内容

为了克服传统电磁成形技术的局限性，本发明提出了一种平板件电磁脉冲拉深成形集成化实验平台。

本发明采用的技术方案为：

一种平板件电磁脉冲拉深成形集成化实验平台，包括垫板、放电线圈、垫块、压边圈、多个可拆卸的液压块、凹模、凹模固定座、弹簧挡块、弹簧、支撑座、弹簧底座和底座；

支撑座嵌入到底座中，凹模固定座设置在支撑座上，凹模镶嵌在凹模固定座中，压边圈设置在凹模的周边，垫块设置在压边圈上，液压块设置在垫块之内，垫板设置在垫块上；

所述凹模固定座、压边圈、垫块和垫板通过多个紧固件固定连接在一起；

所述支撑座和凹模固定座上与凹模内孔对应的位置均设置有下通孔，所述下通孔的侧壁上对称均匀设置有若干个气孔；所述垫块上与压边圈内孔对应的位置设置有上通孔；

所述放电线圈设置在上通孔内，通过一位置调节机构安装在垫板的下部，所述位置调节机构用于调节放电线圈的纵向位置；所述放电线圈的两条端线伸出垫板外，与外部的电磁成形能量装置相连；

所述弹簧挡块设置在下通孔内，通过所述弹簧支撑在支撑座上；所述弹簧安装在弹簧底座上，所述弹簧底座嵌入到底座中，所述弹簧挡块的位置与放电线圈的位置相对。

优选的，所述垫板上设置有出线孔，所述放电线圈的两条端线经由出线孔伸出垫板外。

优选的，所述位置调节机构为一紧固螺栓。

优选的，所述垫板上设置有多个起吊孔。

优选的，所述垫块上设置有多个液压块安装孔，所述液压块放置在所述液压块安装孔内。

优选的，所述垫块为两块或多块。

本发明所述的平板件电磁脉冲拉深成形集成化实验平台具有如下有益效果：

1、本发明通过结合电磁成形能量装置与测量装置(可实时测量线圈电流等)，实现了平板件电磁多次拉深成形且各种工艺参数可调可控可测的集成化实验平台。

2、本发明可以实现不同种类、不同板厚的平板材料电磁脉冲拉深成形。

3、本发明可以实现各种工艺参数可调可测的平板件电磁脉冲拉深成形。可以通过调节线圈的高度、弹簧挡板的高度，实现多次电磁脉冲拉深成形；可以通过调节液压块，定量调节压边力的大小；还可以方便地在同一个平台上更换凹模圆角。

4、本发明可以通过改变弹簧长度来改变弹簧挡块的高度，从而实现电磁自由成形与有模背压成形之间的更换。通过改变弹簧刚度、阻尼系数，实现电磁脉冲有模成形中背压大小的改变。

附图说明

图1本发明所述实验平台的剖面示意图；

图2本发明所述实验平台的俯视图；

附图标记说明：1-紧固件，2-垫板，3-紧固螺栓，4-线圈，5-垫块，6-压边圈，7-板料，8-凹模，9-凹模固定座，10-弹簧挡块，11-弹簧，12-排气孔，13-支撑座，14-弹簧底座，15-底座；16-起吊孔，17-出线孔，18-液压块安装孔。

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1-2所示，本发明所述电磁脉冲拉深成形集成化实验平台包括垫板2、放电线圈4、垫块5、压边圈6、多个可拆卸的液压块、凹模8、凹模固定座9、弹簧挡块10、弹簧11、支撑座13、弹簧底座14和底座15；

支撑座13嵌入到底座15中，凹模固定座9设置在支撑座13上，凹模8镶嵌在凹模固定座9中，压边圈6设置在凹模8的周边，垫块5设置在压边圈6上，液压块(如图2所示虚线部分)设置在垫块5之内。垫板2设置在垫块5上，其功能用于调节放电线圈4的高度。支撑座13和凹模固定座9可以起到良好的固定、支撑作用。所述垫块5可以根据需要选择一个或多个，本实施例中采用两个垫块5。上述设计可以方便各部件的更换和安装。

所述垫块5上设置有多个液压块安装孔18，所述液压块放置在所述液压块安装孔18内。本实施例中液压块是均分布4个，可以根据需要选择分布数量。液压块可定量调整施加到压边圈6上的作用力，对板料7形成压边力，从而实现板料拉深过程中压边力可控可测。实际使用时，调节液压块，通过压边圈6将压边力施加到板料7上，液压块的测量行程为0-20KN，最小调节值为0.4KN。

所述凹模固定座9、压边圈6、垫块5和垫板2通过多个紧固件1固定连接在一起；本实施例中紧固件1为紧固螺钉，4个均匀分布的紧固螺钉将凹模固定座9、压边圈6、垫块5和垫板2连接起来，可以保证该实验平台的安全性与稳定性。

所述支撑座13和凹模固定座9上与凹模8内孔对应的位置设置有下通孔，所述下通孔的侧壁上对称均匀设置有若干个气孔12，比如可以为48个气孔或者更多；若干个气孔12均分布在凹模底座9和支撑底座13上。由于电磁脉冲成形属于高速率成形，成型过程极快，气流冲击较大，因而设置气孔12，利于板料的均匀化成形。所述垫块5上与压边圈6内孔对应的位置设置有上通孔。

所述放电线圈4设置在上通孔内，通过一位置调节机构安装在垫板2的下部，所述位置调节机构用于调节放电线圈4的纵向位置；本实施例中所述位置调节机构为一紧固螺栓3，当然还可以采用其他结构，比如设计成滑轨滑槽结构等。

所述垫板2上设置有出线孔17，所述放电线圈4的两条端线经由出线孔17伸出垫板2外，与外部的电磁成形能量装置相连。外部的电磁成形能量装置用于对放置在凹模8与压边圈6之间的板料7实现电磁脉冲放电成形，同时还可以通过示波器测量连接到放电线圈4上的罗氏线圈，进而测量出放电线圈4中脉冲电流的大小。

所述弹簧挡块10设置在下通孔内，通过一弹簧11支撑在支撑座13上；所述弹簧11安装在弹簧底座14上，弹簧底座14嵌入到底座15中。所述弹簧挡块10的位置与放电线圈4的位置相对。本发明可通过更换弹簧11来调节弹簧挡块10的整体高度，与放电线圈4高度相呼应，满足多次电磁脉冲拉深平底件的成形。本发明可通过可更换的凹模圆角、高度可调的弹簧挡块10，实现凹模圆角的变化以及平板电磁自由胀形与平板电磁有模成形之间的任意更换，从而可生成出电磁脉冲拉深平底件。

所述垫板2上设置有多个起吊孔16，设计起吊孔16是为了在更换板料或弹簧时，平台上方易于装卸。

实施例

与平板件电磁脉冲拉深成形集成化实验平台相配套的电磁脉冲储能装置取工作电容213μF，三次放电拉深成形，第一次工作电压8000V、第二次工作电压10000v、第三次工作电压12000V。放电线圈4由规格为3mm*6mm的紫铜电磁线圈绕制成直径Φ116的圆形平板螺旋线圈，放电线圈4匝与匝之间用环氧树脂绝缘。板料7使用AA5052-O铝合金，厚度为1mm，初始尺寸为Φ180，成形为底部较平整的拉深件。

具体实施过程为：放电线圈4的两条导线经由出线孔17与电磁脉冲储能装置相连，由示波器来测量放电线圈4中的电流值。放电线圈4与被加工的板料7表面相对立且接近成形表面，其间放置压边圈6，先设定好压边力为100KN，下方凹模8圆角设置为Φ10，调整好弹簧挡块10的位置使第一二次放电后成形件底部与弹簧挡块10不接触，实现自由胀形。

电磁脉冲储能装置第一次对线圈放电：在板料7和放电线圈4之间产生电磁力，板料7在放电线圈4下方变形为高度30mm的圆锥形件。

调整放电线圈4的高度，下降10mm，电磁脉冲储能装置第二次对放电线圈4放电：板料7圆锥形高度减小，平整度增加。

第三次放电之前，保证放电线圈4位置不动，弹簧挡块10上移至与成形件底部接触，实现有模背压成形。

电磁脉冲储能装置第三次对线圈放电：在底部有背压的条件下，原始板料7成形为高度约23mm的拉深平底件。

本实施例可更换不同材料、不同厚度的板料，压边力与凹模圆角亦可调控，实现不同种类、厚度的板料在不同工艺参数的条件下电磁脉冲多次拉深成形。

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 (6)

1.一种平板件电磁脉冲拉深成形集成化实验平台，其特征在于，包括垫板(2)、放电线圈(4)、垫块(5)、压边圈(6)、多个可拆卸的液压块、凹模(8)、凹模固定座(9)、弹簧挡块(10)、弹簧(11)、支撑座(13)、弹簧底座(14)和底座(15)；

支撑座(13)嵌入到底座(15)中，凹模固定座(9)设置在支撑座(13)上，凹模(8)镶嵌在凹模固定座(9)中，压边圈(6)设置在凹模(8)的周边，垫块(5)设置在压边圈(6)上，液压块设置在垫块(5)之内，垫板(2)设置在垫块(5)上；

所述凹模固定座(9)、压边圈(6)、垫块(5)和垫板(2)通过多个紧固件(1)固定连接在一起；

所述支撑座(13)和凹模固定座(9)上与凹模(8)内孔对应的位置均设置有下通孔，所述下通孔的侧壁上对称均匀设置有若干个气孔(12)；所述垫块(5)上与压边圈(6)内孔对应的位置设置有上通孔；

所述放电线圈(4)设置在上通孔内，通过一位置调节机构安装在垫板(2)的下部，所述位置调节机构用于调节放电线圈(4)的纵向位置；所述放电线圈(4)的两条端线伸出垫板(2)外，与外部的电磁成形能量装置相连；

所述弹簧挡块(10)设置在下通孔内，通过所述弹簧(11)支撑在支撑座(13)上；所述弹簧(11)安装在弹簧底座(14)上，所述弹簧底座(14)嵌入到底座(15)中，所述弹簧挡块(10)的位置与放电线圈(4)的位置相对。

2.根据权利要求1所述的平板件电磁脉冲拉深成形集成化实验平台，其特征在于，所述垫板(2)上设置有出线孔(17)，所述放电线圈(4)的两条端线经由出线孔(17)伸出垫板(2)外。

3.根据权利要求1所述的平板件电磁脉冲拉深成形集成化实验平台，其特征在于，所述位置调节机构为一紧固螺栓(3)。

4.根据权利要求1所述的平板件电磁脉冲拉深成形集成化实验平台，其特征在于，所述垫板(2)上设置有多个起吊孔(16)。

5.根据权利要求1所述的平板件电磁脉冲拉深成形集成化实验平台，其特征在于，所述垫块(5)上设置有多个液压块安装孔(18)，所述液压块放置在所述液压块安装孔(18)内。

6.根据权利要求1所述的平板件电磁脉冲拉深成形集成化实验平台，其特征在于，所述垫块(5)为两块或多块。

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