CN105127284B - 一种分层控制的电磁渐进成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁渐进成形方法，该方法采用分层方式，自下而上逐层成形，每次成形只成形局部位置，不断扩大贴模范围，直至完成整个工件的成形；然后再进行整形，以提高板料的成形质量，最终得到厚度分布均匀，得到表面质量好的壳体零件。整形可以采取矫形线圈或矫形线圈加集磁器的方式进行。本发明通过分层成形后使板料流动增加，抑制了局部的减薄现象；同时，本发明可以解决电磁渐进成形中由于失稳起皱导致的板料波浪起伏的现象，有利于提高电磁渐进成形精度。分层成形后板料流动增加，抑制了局部的减薄现象，这些均有利于成形出壁厚均匀的壳体零件。

Description

一种分层控制的电磁渐进成形方法

技术领域

本发明属于零件成形制造领域，具体涉及一种电磁渐进成形方法。

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。

目前大型壳体零件主要制作方法是旋压及液压成形，旋压成形所需设备成本高，而液压成形是通过制作球瓣，然后拼焊，成形后工件残余应力大，不能满足航空航天中的需求。

目前电磁成形技术在板料方面的应用主要体现在局部小变形，对于大变形存在很多问题，特别是成形当中的不均匀现象很难得到有效的控制。

中国专利文献CN1821910A公开了一种板材动圈电磁渐进成形方法该方法根据模型轮廓等高线数据，计算机控制电磁成形线圈从模型顶部开始，沿着模型轮廓等高线一层层向下运动，同时依靠电磁成形线圈产生的电磁力使板材发生局部成形，直至模型底部并完成整个成形过程为止。但该方法在使用过程中存在失稳起皱的影响。

发明内容

为了克服现有电磁渐进成形中出现的失稳起皱现象，形状难以控制的特点，本发明提供了一种电磁渐进成形方法，以提高板料的成形质量，并得到厚度分布均匀，表面质量提高的零件。

本发明提供的一种电磁渐进成形方法，其特征在于：

该方法采用分层方式，自下而上逐层成形，每次成形只成形局部位置，不断扩大贴模范围，直至完成整个工件的成形；然后再进行整形，以提高板料的成形质量，最终得到的厚度分布均匀，表面质量提高的壳体零件。

作为上述技术方案的改进，该方法的具体实现过程如下：

(1)将待成形板料放于第一层凹模上，并用压边圈压紧；驱动成形线圈下行，直至成形线圈运动到与待成形板料恰好接触的位置；通过充放电，在成形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；

(2)一次成形后成形线圈按照预先设定的轨迹移动到指定位置，进行下一次的放电成形；然后移动到下一个指定位置进行放电成形，直至完成一层的成形；

(3)第一层成形结束后取下高速变形后的待成形板料，对变形后的板料进行退火热处理，去除板料上残余应力；

(4)将第二层凹模叠加在第一层凹模上；将一层成形后的板料放回凹模上，并用压边圈压紧；

(5)成形线圈按照设定的运动轨迹进行放电成形，直至完成第二层的成形；

(6)按照步骤(3)-(5)的操作过程，逐步完成后续各层，直到完成壳体零件的初步成形；

(7)在初步成形壳体零件的基础上进行整形，得到所需成形精度高的壳体零件。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明利用分层成形、并且从下向上成形的方法，可以解决电磁渐进成形中由于失稳起皱导致的板料波浪起伏的现象，有利于提高电磁渐进成形精度。

2、电磁成形的高速率决定了成形发生在局部，后续成形过程并不会破坏前一步变形的轮廓，只需要保证每次成形局部范围内板料贴合模具，就可以保证当前成形零件贴合模具。

3、分层成形后板料流动增加，抑制了局部的减薄现象，有利于成形出壁厚均匀的零件。

4、成形后的整形工序可以提高板料的成形质量，使其表面光滑，贴模程度高。

附图说明

图1a是电磁成形装置三维示意图；

图1b是电磁成形装置二维示意图；

图2是第一层成形示意图；

图3是第一层成形中采用较大的线圈一次成形示意图；

图4a是第一层成形中采用矫形线圈一次成形示意图；

图4b是第一层成形中采用矫形线圈二次成形示意图；

图5a是第二层采用一个圆形线圈成形示意图；

图5b是第二层采用两个圆形线圈成形示意图；

图5c是第二层采用两个腰形线圈成形示意图；

图6是第二层成形结束时刻示意图；

图7a是采用矫形线圈矫形示意图；

图7b是采用矫形线圈加集磁器矫形示意图；

图中：1-待成形板料，3-成形线圈，2-压边圈，4-第一层凹模，5-第二层凹模，6-矫形线圈，7-集磁器。

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。

为解决直接成形过程中材料流动难以控制，成形出工件厚度分布极不均匀的现象，采用了分层成形。分层成形可以控制材料的流动，保证每一层的流动均匀性，就可以保证最终零件的均匀性。凹模分层依据是分层后板料不起皱，不失效前提下分层越少越好。因为分的层数多，则成形出工件厚度分布均匀性提高，但是增加了模具的复杂度，且增加了成形时间。层厚的选择是根据一次成形的变形量以及零件的高度来确定。

实施例1

如图1所示，本发明实例的具体实现过程为：

(1)将待成形板料1放于第一层凹模4上，并用压边圈2压紧；驱动成形线圈3下行，直至成形线圈3运动到与待成形板料1恰好接触的位置；通过充放电，在成形线圈3中产生脉冲电流，同时在待成形板料1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1发生高速变形。

位于渐进成形机床机头的成形线圈3为电磁成形提供动力来源。

(2)一次成形后成形线圈3按照预先设定的轨迹移动到指定位置，进行下一次的放电成形；然后移动到下一个指定位置进行放电成形，直至完成一层的成形。

(3)第一层成形结束后取下高速变形后的待成形板料，对变形后的板料进行退火热处理，去除板料上残余应力。

(4)将第二层凹模5叠加在第一层凹模4上；将一次成形后的板料放回组合凹模上，并用压边圈2压紧。

(5)成形线圈3按照设定的运动轨迹进行放电成形，直至完成第二层的成形。

(6)重复步骤(3)-(5)，逐步完成第3层，第4层，……，第n层成形，直到完成大型壳体零件的初步成形。

(7)在初步成形零件的基础上采取矫形线圈6或矫形线圈6加集磁器7的方法进行整形，得到成形精度高的零件。

矫形线圈6也位于渐进成形机床的机头，为电磁成形提供动力来源。待成形板料第一层变形时采用的成形线圈3优选平面螺旋线圈或者多匝线圈，之后的高速变形时采用的成形线圈3优选腰圆线圈或者平面螺旋线圈。

集磁器7是辅助装置，与矫形线圈6配合使用，可以改善电磁力的分布。

实施例2

如图2是第一层放电前的示意图，所述第一层成形的实施方法可以是采用尺寸较大的线圈一次成形，如图3所示。大尺寸的成形线圈3提供电磁力范围大，一次能成形较大范围，但是成本较高，而且不能保证成形质量。第一层成形后继续后续的成形以及矫形工序。

实施例3

所述第一层成形的实施方法可以是采用尺寸较小的成形线圈3多次成形，如图4a，4b所示。图4a为一次放电的示意图，图4b为一次放电后移动线圈到指定位置进行第二次放电的示意图，板料1通过二次或者多次的放电，成形质量可以得到提高。第一层成形后继续后续的成形以及矫形工序。

实施例4

所述第二层成形的实施方法可以是采用一个圆形成形线圈3成形，如图5a所示。第一层成形完成后，将第二层凹模5叠加在第一层凹模4上，然后将第一层成形后工件1置于凹模上，成形线圈3按照指定轨迹移动到预先设定好的位置，进行放电，待成形板料1在洛伦兹力的作用下，发生高速变形。第二层成形后继续后续的成形以及矫形工序。

实施例5

所述第二层成形的实施方法可以是采用两个圆形成形线圈3成形，如图5b所示。为进一步提高成形质量，采用两个成形线圈3在对称位置进行放电的方法。成形线圈3按照指定轨迹移动到预先设定好的位置，进行放电，待成形板料1在洛伦兹力的作用下，发生高速变形。第二层成形后继续后续的成形以及矫形工序。

实施例6

所述第二层成形的实施方法可以是采用两个腰形成形线圈3成形，如图5c所示。为提高线圈的利用效率，采用两个腰形线圈在对称位置放电的方法。成形线圈3按照指定轨迹移动到预先设定好的位置，进行放电，待成形板料1在洛伦兹力的作用下，发生高速变形。第二层成形后继续后续的成形以及矫形工序。

实施例7

所述矫形的实施方法可以是直接采用尺寸较小的矫形线圈6整形，如图7a所示。初步成形之后板料变形并不是很均匀，局部有凸起缺陷，所以需要在局部放电进行整形，最终成形出精度高的零件。

实施例8

所述矫形的实施方法可以是矫形线圈6加集磁器7整形，如图7b所示。初步成形之后板料变形并不是很均匀，局部有凸起缺陷，直接采用尺寸小的线圈矫形可能存在有些部位不能作用到的情况，而集磁器可以做成任意形状，改变力的分布，局部放电进行整形后成形出精度更高的零件。

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 (3)

1.一种电磁渐进成形方法，其特征在于，该方法采用分层方式，自下而上逐层成形，每次成形只成形局部位置，不断扩大贴模范围，直至完成整个工件的成形；然后再进行整形，以提高板料的成形质量，最终得到的厚度分布均匀，表面质量提高的壳体零件；该方法包括下述步骤：

(1) 第1步将待成形板料放于第一层凹模上，并用压边圈压紧；驱动成形线圈下行，直至成形线圈运动到与待成形板料恰好接触的位置；通过充放电，在成形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；

(2)一次成形后成形线圈按照预先设定的轨迹移动到指定位置，进行下一次的放电成形；然后移动到下一个指定位置进行放电成形，直至完成一层的成形；

(3)第一层成形结束后取下高速变形后的待成形板料，对变形后的板料进行退火热处理，去除板料上残余应力；

(4)将第二层凹模叠加在第一层凹模上；将一层成形后的板料放回凹模上，并用压边圈压紧；

(5)成形线圈按照设定的运动轨迹进行放电成形，直至完成第二层的成形；

(6)按照步骤(3)-(5)的操作过程，逐步完成后续各层，直到完成壳体零件的初步成形；

(7)在初步成形壳体零件的基础上进行整形，得到所需成形精度高的壳体零件。

2.根据权利要求1所述的电磁渐进成形方法，其特征在于，待成形板料第一层成形采用的成形线圈为平面螺旋线圈或者多匝线圈；第二层以及之后的成形中采用的成形线圈为腰圆线圈或者平面螺旋线圈。

3.根据权利要求1或2所述的电磁渐进成形方法，其特征在于，所述整形采取矫形线圈或矫形线圈加集磁器进行。