CN105537361B - 一种适于高速成形的电磁压边方法及装置 - Google Patents

一种适于高速成形的电磁压边方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适于高速成形的电磁压边方法及装置，方法包括(1)在金属板件成形过程中，压边部位端面放置压边线圈组，压边线圈组分上下两组。各组包含两个异向电流线圈，每组线圈镶嵌在高强度材料制作的骨架中，骨架经过环氧树脂灌封后通过高强度螺栓连接成为一个整体。线圈引线端通过铜排引出到骨架外部。(2)在高速成形过程中，在压边线圈组中通入脉冲电流，两组线圈产生巨大的相互吸引力。吸引力通过骨架传递给金属板件进行压边，或者吸引力通过骨架传递给压边圈进行压边。本发明解决了传统电磁成形过程中离不开压力机或机械夹具的现状及现有工件成形受压力设备台面尺寸的限制问题，特别适用于大型工件成形过程中对大吨位和大台面的需求。

Description

一种适于高速成形的电磁压边方法及装置
技术领域
本发明属于成形技术领域，更具体地，涉及一种适于高速成形的电磁压边方法及装置。
背景技术
在板材冲压成形中，为了防止在拉伸过程中板件外围的起皱现象，需要施加一定的压边力，该力的产生与控制非常关键。一方面若压边力过大虽金属板件不易起皱，但会造成摩擦阻力大不利于金属板件的塑性流动的问题，这一点对深拉伸是非常不利的。另一方面，若压边太小，则不能有效抑制板材起皱。对于需要塑性流动的成形理想的压边方式是既能抑制起皱，又能最小化压边导致的摩擦阻力。因而既能抑制起皱，又能减少摩擦阻力，对提高成形能力有重要的意义。同时，由于传统是通过采用油压机在成形板件的外围施加压边力，但当待加工板件的面积较大时，油压机的工作台面随之增大，油压机的体积也将变的很大，成本高，操作难。因而发明一种易控、不受现有压力设备台面尺寸限制的压边方法对于提高大尺度构件的成形效率和能力具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适于高速成形的电磁压边方法，采用两个线圈的电磁吸引力代替传统压力机的液压力，使得压力大小、作用时间灵活可控；解决了现有能成形的工件尺寸受压力设备台面尺寸限制的问题。
本发明提供了一种适于高速成形的电磁压边方法，包括下述步骤：
(1)在金属板件压边区域上、下端面各放置一个压边线圈组；
(2)在高速成形过程中，通过在两个压边线圈组中通入脉冲电流，使得线圈组间产生巨大的电磁吸引力，从而起到压边力的效果。
更进一步地，所述压边线圈组由两个线圈组成，两个线圈通电流方向相反，在两个线圈间形成局部磁场，而在包含成形区域在内的其他区域处产生的磁场较小。
更进一步地，上压边线圈组与下压边线圈组之间产生的吸引力可直接通过自身骨架传递给金属板件进行压边，或者吸引力通过骨架传递给压边圈进行压边，压边圈形状由工件形状决定。
更进一步地，上、下压边线圈组可由整块或对称的分块组成。
本发明中，在金属板件压边部位上下对称放置两个压边线圈组；每个压边线圈组包含两个线圈，两个线圈电流方向相反以避免对工件电磁成形区域的磁场分布产生影响；两个压边线圈组通入脉冲电流，压边力来自于两个线圈组的电磁吸引力，为大小、脉宽可调的强脉冲电磁力。
本发明还提供了一种适于高速成形的电磁压边装置，包括模具，下压边线圈组，上压边线圈组和金属板件；所述上压边线圈组通过螺栓进行自身加固，所述下压边线圈组通过螺栓固定在所述模具上，所述金属板件处于所述模具与所述上压边线圈组之间，上压边线圈组与下压边线圈组之间有一定的空隙，工作时，吸引力使得所述上压边线圈组紧压在工件上。
其中，所述上压边线圈组包括第一下固定板，第一中固定板，第一上固定板，第一紧固螺栓，第一加固层，第一线圈和第二线圈；所述第一下固定板、所述第一中固定板和所述第一上固定板通过所述第一紧固螺栓连接；所述第一线圈与所述第二线圈均绕制在所述第一中固定板上，且绕线方向相同，通电流的方向相反；在所述第一线圈外绕制有所述第一加固层。
其中，所述下压边线圈组包括第二下固定板，第二中固定板，第二上固定板，第二紧固螺栓，第二加固层，第三线圈和第四线圈；所述第二下固定板，所述第二中固定板和所述第二上固定板通过所述第二紧固螺栓连接；所述第二紧固螺栓还用于将所述下压边线圈组与所述模具连接，用于将吸引力传递到所述模具上；所述第三线圈和所述第四线圈均绕制在第二中固定板上，且绕线方向相同，通电流的方向相反；在所述第三线圈外绕制有所述第二加固层。
更进一步地，所述第一线圈、所述第二线圈、所述第三线圈和所述第四线圈采用一个脉冲电源供电，产生与电磁脉冲成形所匹配的强脉冲电磁压边力。
本发明中的压边装置由两个压边线圈组构成，其中压边线圈为脉冲磁体结构，其与金属板件接触的端面光滑平整。下线圈与模具通过螺栓相连，把力传递给模具。每个电磁线圈组包含两个线圈，线圈镶嵌在中间层，上下两层采用坚固的绝缘材料。三层结构采用螺栓连接。每个压边线圈组中压边线圈通电方向相反，产生局部磁场，局部磁场对工件成形区域的磁场分布产生的影响极小。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明中由于压边线圈产生的电磁吸引力可以完全替代传统压边装置的压边力，从几十吨到数百吨都可以，并且体积小，安装方便，适应性和可扩容性强，特别适合受现有压力设备尺寸限制而无法实现压边的大尺度工件成形所需的压边。
(2)本发明中线圈通入的脉冲电流，由于工作时间短，因而电流比稳态运行的线圈电流密度大三到四个量级，其产生电磁压力可达兆帕级别，能够较好的约束金属板件变形，从而有效抑制金属板件成形过程中起皱。由于通过线圈组的脉冲电流由储能电容放电提供，改变放电电容的容量和放电电压的大小，可以容易的实现压边力大小的调节。由于压边线圈工作时间短，因而该方案比较适用于高速成形，例如电磁成形、电液成形和爆炸成形。
附图说明
图1是适于高速成形的电磁压边方法的结构图。
图2是适于高速成形的电磁压边方法的下压边线圈组示意图。
图3是适于高速成形的电磁压边方法的上压边线圈组示意图。
图4是适于高速成形的电磁压边方法的总体组装图。
图5是适于高速成形的电磁压边方法通电时上压边线圈组磁场局部示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为实现上述目的，提供了一种适于高速成形的电磁压边方法，包括以下几个步骤：
(1)在金属板件压边区域上下端面各放置一个压边线圈组；
(2)在高速成形过程中，两个压边线圈组中通入脉冲电流，线圈组间产生巨大的电磁吸引力，起到压边力的效果。
优先地，上、下压边线圈组内部各自均由两个线圈组成，两个线圈通电方向相反，在两个线圈间形成局部磁场，而在包含成形区域在内的其他区域处产生的磁场较小。
优先地，上、下压边线圈组间产生的吸引力可直接通过自身骨架传递给金属板件进行压边，或者吸引力通过骨架传递给压边圈进行压边，压边圈形状由工件形状决定。
优先地，上、下压边线圈组可由整块或对称的分块组成。
优先地，下压边线圈组与模具通过螺栓相连，把力传递给模具。处于模具和上压边线圈组之间的板件部分受到压力。
本发明的基本思路在于，采用两个相互吸引的线圈组，放置在金属成形板件的上下两面。在金属板件成形过程中，压边线圈组通入时变电流，从而在线圈组周围形成磁场，在磁场的作用下，两个线圈形成相互之间的吸引力，下线圈通过螺栓固定在模具上，金属板件放到模具和上压边线圈组之间，在此吸引力的作用下，上压边线圈组把金属板件牢固的压在模具上，形成压边力。
本发明总体结构如图1和图4所示，包括模具1，下压边线圈组2，上压边线圈组3和金属板件4。上压边线圈组3通过螺栓进行自身加固，下压边线圈组2通过螺栓固定到模具1上，板件4处于模具1与上压边线圈组3之间，两个线圈之间有一定的空隙，吸引力使上压边线圈组紧压在工件上。
下压边线圈组的详细构成如图2所示，线圈组有多个构件组成。包括第二下固定板21，第二中固定板22，第二上固定板23，第二紧固螺栓24，第二加固层25，第三线圈26，第四线圈27。第二下固定板21，第二中固定板22和第二上固定板23采用高强度的环氧板制成，绝缘性较好，强度高，三个固定板通过第二紧固螺栓24连接，成为一个整体，制作方便，强度较高。第三线圈26，第四线圈27采用扁平铜漆包线绕制而成，绕线方向一致，工作中，通方向不同的电流，工作过程中，线圈会出现膨胀现象，为了增强线圈的强度，需在第三线圈26外部绕制一层高强度的纤维第二而加固层35。下压边线圈组的第二固定螺栓24除了需要把三层板件固定到一起外，还需要把线圈组与模具连接，用于把吸引力传递到模具上。
上压边线圈组的详细构成如图3所示，线圈组有多个构件组成。包括第一下固定板31，第一中固定板32，第一上固定板33，第一紧固螺栓34，第一加固层35，第一线圈36，第二线圈37。第一下固定板31，第一中固定板32和第一上固定板33采用高强度的环氧板制成，绝缘性较好，强度高，三个固定板通过第一紧固螺栓34连接，成为一个整体，制作方便，强度较高。第一线圈36，第二线圈37采用扁平铜漆包线绕制而成，绕线方向一致，工作中，通方向不同的电流，工作过程中，线圈会出现膨胀现象，为了增强线圈的强度，需在第一线圈36外部绕制一层高强度的纤维第一加固层35。
上压边线圈组直接压住金属板件。下压边线圈组与模具通过螺栓相连，把力传递给模具。处于模具和上压边线圈组之间的板件部分受到压力。电磁压边线圈通过电容器放电产生脉冲电流，脉冲电流通过上下两个线圈组，上电磁线圈组包含两个线圈，两个线圈通电方向相反，形成局部磁场，磁场分布的示意图如图5所示。下电磁线圈组也包含两个线圈，两个线圈通电方向相反，形成局部磁场。两个局部磁场相互吸引，形成压边力。同时，局部磁场的作用是不对成形区域的磁场产生影响，进而压边力不会对成形力产生影响。由于工作时间短，因而电流比稳态运行的线圈电流密度大三到四个量级，其产生电磁压力可达兆帕级别，能够较好的约束金属板件变形，从而有效抑制金属板件成形过程中起皱。由于通过线圈组的脉冲电流由储能电容放电提供，改变放电电容的容量和放电电压的大小，可以容易的实现压边力大小的调节。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种适于高速成形的电磁压边方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)在金属板件压边区域上、下端面各放置一个压边线圈组；
(2)在高速成形过程中，通过在两个压边线圈组中通入脉冲电流，使得线圈组间产生巨大的电磁吸引力，从而起到压边力的效果；
所述压边线圈组由两个线圈组成，两个线圈通电流方向相反，在两个线圈间形成局部磁场，而在包含成形区域在内的其他区域处产生的磁场较小。
2.如权利要求1所述的电磁压边方法，其特征在于，上压边线圈组与下压边线圈组之间产生的吸引力可直接通过自身骨架传递给金属板件进行压边，或者吸引力通过骨架传递给压边圈进行压边，压边圈形状由工件形状决定。
3.如权利要求1所述的电磁压边方法，其特征在于，上、下压边线圈组可由整块或对称的分块组成。
4.一种适用于权利要求1所述的电磁压边方法的电磁压边装置，其特征在于，包括模具(1)，下压边线圈组(2)，上压边线圈组(3)和金属板件(4)；
所述上压边线圈组(3)通过螺栓进行自身加固，所述下压边线圈组(2)通过螺栓固定在所述模具(1)上，所述金属板件(4)处于所述模具(1)与所述上压边线圈组(3)之间，上压边线圈组(3)与下压边线圈组(2)之间有一定的空隙，工作时，吸引力使得所述上压边线圈组(3)紧压在工件上；
所述上压边线圈组(3)包括第一下固定板(31)，第一中固定板(32)，第一上固定板(33)，第一紧固螺栓(34)，第一加固层(35)，第一线圈(36)和第二线圈(37)；
所述第一下固定板(31)、所述第一中固定板(32)和所述第一上固定板(33)通过所述第一紧固螺栓(34)连接；
所述第一线圈(36)与所述第二线圈(37)均绕制在所述第一中固定板(32)上，且绕线方向相同，通电流的方向相反；在所述第一线圈(36)外绕制有所述第一加固层(35)；
所述下压边线圈组(2)包括第二下固定板(21)，第二中固定板(22)，第二上固定板(23)，第二紧固螺栓(24)，第二加固层(25)，第三线圈(26)和第四线圈(27)；
所述第二下固定板(21)，所述第二中固定板(22)和所述第二上固定板(23)通过所述第二紧固螺栓(24)连接；所述第二紧固螺栓(24)还用于将所述下压边线圈组(2)与所述模具(1)连接，用于将吸引力传递到所述模具(1)上；
所述第三线圈(26)和所述第四线圈(27)绕制在所述第二中固定板(22)上，且绕线方向相同，通电流的方向相反；在所述第三线圈(26)外绕制有所述第二加固层。
5.如权利要求4所述的电磁压边装置，其特征在于，所述第一线圈(36)、所述第二线圈(37)、所述第三线圈(26)和所述第四线圈(27)采用一个脉冲电源供电，产生与电磁脉冲成形所匹配的强脉冲电磁压边力。
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