CN107030173B - 一种板料折弯成形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种板料折弯成形装置及方法，该板料折弯成形装置包括凸模(1)和凹模(2)，所述凹模(2)为无底凹模，凹模(2)内设有上下贯通的空腔(3)，凹模(2)安装于一底板(4)上，所述底板(4)上开有凹槽，所述凹槽内嵌设有用于对板料(5)的弯曲角处进行弯曲校正的校形线圈(6)。该板料折弯成形装置将校形线圈(6)设置在底板(4)上，不影响凸模(1)的刚度，在脉冲电磁力和凸模的压应力的共同作用下减小板料(5)弯曲角处的材料回弹，进行校正弯曲，该装置适用于对大厚度、难变形材料的弯曲成形，并且便于控制零件的成形精度，模具成本低，操作方便。

Description

一种板料折弯成形装置及方法

技术领域

本发明涉及材料加工成形技术领域，具体涉及一种利用脉冲磁场力对板料进行校正弯曲的板料折弯成形装置及方法。

背景技术

在钣金件折弯成形加工工艺中，板料的弯曲回弹是最常见的缺陷，严重影响成形件的尺寸精度和形状精度。传统的解决方案就是采用多次反复修模、试模，甚至多次的设计凸凹模具工作尺寸的方法来改善成形工艺，因此造成产品的生产效率低、成本高、生产周期长。

校正弯曲是减小回弹的一个重要方法。校正弯曲是在自由弯曲阶段后，进一步对贴合凸模、凹模表面的弯曲件进行挤压，使板料弯曲角在受到厚向压应力作用下发生变薄，从而减小板料内外层的切向应力分布，达到控制回弹的目的。在文献“校正力对宽板弯曲回弹影响规律的研究”中，付秀娟等发现通过增大校正力能有效的降低高强钢板的弯曲回弹量。在文献“校正弯曲回弹分析及校正力确定”中，陈箐等认为校正压力的存在，使弯曲力矩减小，从而减小了回弹。当校正压力达到工件的屈服应力值时，回弹可以等于零。但是校正力太大，会对模具的使用寿命不利。

压力机是板料校正弯曲的主要成形设备。传统的压力机滑块运动的下死点是固定的，因此校正力也是确定的。伺服压力机滑块可以在行程范围内的任意点停止并对模具施加压力，但是压力机的结构复杂，成本高。并且校正弯曲所需要的校正力要远大于自由弯曲，因此校正弯曲所需要的压力机吨位大，成本高。上述的因素导致校正弯曲虽然是控制弯曲回弹的好方法，但依旧难以在工业上大规模应用。

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加工的方法，是未来制造业的关键技术之一。研究表明：材料在高速冲击下，产生不同于传统加工方法准静态的变形行为而出现一种动态行为，即材料在变形弹性波、塑性波的冲击下出现晶体孪生、组织相变、绝热剪切等动力学行为。因而能够有效提高难变形材料的成形极限、降低回弹。

在采用脉冲电磁力控制回弹方面，电磁辅助冲压技术得到国内外学者的重视。在文献“Electromagnetically Assisted Sheet Metal Stamping”中，GS Daehn等采用嵌入线圈的凸模先对板料进行V形弯曲，然后线圈放电，使线圈正对的板料弯曲角在电磁力作用下发生变形。在文献“U形件磁脉冲辅助弯曲回弹控制及变形分析”中，刘大海等提出自由弯曲和压靠弯曲控制回弹的两种方式。自由弯曲方式下，板料弯曲角在嵌入凸模中的线圈放电作用下发生变形。压靠弯曲方式下，凸模和凹模将板料完全压死，再通过嵌入凸模中的线圈放电使板料与凹模发生冲击来减小回弹。

但上述的电磁辅助冲压方法存在以下不足：(1)将线圈设置在凸模内，会增加凸模的制作难度；(2)凸模通常采用钢材制作，线圈通常采用金属铜制作。为了避免嵌入凸模内的线圈和钢材制作的凸模发生接触，而造成短路。需要在线圈和钢材制作的凸模间加入绝缘材料，比如聚四氟乙烯。而绝缘材料的刚度差，最终导致整个凸模刚度差。所以这种凸模难以适合大厚度、难变形材料的弯曲成形；(3)线圈设置在凸模的圆角区域，而凸模圆角会与板料发生接触并磨损，并且因为接触产生的受力集中导致凸模内的绝缘材料破裂。严重影响凸模的使用寿命；(4)凸模的圆角尺寸小，难以在凸模的圆角区域内嵌多匝的按圆角分布线圈结构。而线圈的匝数会直接影响板料受到的磁场力大小，线圈与板料在空间的位置分布直接影响板料上的磁场力分布均匀性；(5)自由弯曲后线圈放电会使板料发生变形，从而难以控制零件成形精度。压靠弯曲需要设计与零件最终外形相匹配的凸模和凹模结构来将板料压紧，增加了模具制造成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种可减小弯曲角处材料回弹、产品精度高、生产效率高、操作简单，适用于大厚度、难变形材料加工成形的板料折弯成形装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明提出了三种技术构思相同的技术方案：

本发明的第一种方案为：一种板料折弯成形装置，包括凸模和凹模，所述凹模为无底凹模，凹模内设有上下贯通的空腔，凹模安装于一底板上，所述底板上开有凹槽，所述凹槽内嵌设有用于对板料的弯曲角处进行弯曲校正的校形线圈。

上述的板料折弯成形装置，优选的，所述校形线圈为沿底板竖向设置的平面线圈，校形线圈包括多圈所述平面线圈，多圈平面线圈沿底板横向均布设置。

上述的板料折弯成形装置，优选的，所述校形线圈为板条结构线圈或螺旋结构线圈或一部分的螺旋结构线圈。

对应于第一种方案，本发明相应地提供了采用该装置对板料进行折弯成形的方法，具体包括以下步骤：

第一步、将板料放置于凹模上，凸模下压对板料进行自由弯曲，当凸模下压到板料底端靠近校形线圈处时，凸模停止下压，板料弯曲停止；

第二步、将凸模固定不动，对校形线圈放电，在板料的弯曲角的外侧产生脉冲磁场力，此脉冲磁场力指向凸模圆角，由于凸模固定不动，板料内外层均有压应力产生，在脉冲磁场力和凸模对板料产生的压应力的共同作用下使得板料所受的切向应力变小，使板料在厚度方向变薄，减小甚至消除板料弯曲角处的材料回弹，即完成对板料的折弯成形。

相比于将校形线圈设置在凸模中的成形装置，本发明的方案一通过将校形线圈设置在底板上，降低了凸模的制作难度，提高了凸模的刚度，延长了凸模的使用寿命；并且，采用本方案的装置，自由弯曲后校形线圈放电，脉冲电磁力和凸模对板料的压应力从板料的外侧和内侧共同作用，减小板料弯曲角处的材料回弹，方便控制板料的成形精度。该装置适合于对大厚度、难变形材料的弯曲成形，可有效减小板料弯曲角处的材料回弹，成形精度高，模具成本低，操作方便。

本发明的第二种方案为：一种板料折弯成形装置，包括凸模和凹模，所述凹模为无底凹模，凹模内设有上下贯通的空腔，凹模安装于一底板上，所述底板上开有凹槽，所述凹槽内嵌设有用于对板料的弯曲角处进行弯曲校正的校形线圈。

上述的板料折弯成形装置，优选的，所述校形线圈为随形分布线圈，所述随形分布线圈的布置方式根据板料的弯曲角处的形状进行设置。

上述的板料折弯成形装置，优选的，所述随形分布线圈由多圈线圈绕制形成，随形分布线圈为板条结构线圈或螺旋结构线圈或一部分的螺旋结构线圈。

对应于第二种方案，本发明相应地提供了采用该装置对板料进行折弯成形的方法，具体包括以下步骤：

第一步、将板料放置于凹模上，凸模下压对板料进行自由弯曲，当凸模下压到板料底端靠近校形线圈处时，凸模停止下压，板料弯曲停止；

第二步、将凸模固定不动，对校形线圈放电，在板料的弯曲角的外侧产生脉冲磁场力，此脉冲磁场力指向凸模圆角，由于凸模固定不动，板料内外层均有压应力产生，在脉冲磁场力和凸模对板料产生的压应力的共同作用下使得板料所受的切向应力变小，使板料在厚度方向变薄，减小甚至消除板料弯曲角处的材料回弹，即完成对板料的折弯成形。

在本发明的第一种方案中，由于平面线圈与板料弯曲角之间的距离不一致，其中平面线圈与板料的顶点距离最近。这种情况导致平面线圈在板料圆角处产生的脉冲磁场力分布也不一致，其中板料顶点受到的脉冲磁产力最大，板料弯曲角处力分布如图3中的箭头所示。因此，本发明方案二将方案一中的平面线圈改为随形分布线圈，该随性分布线圈根据板料的弯曲角处的形状进行设置。可以有效提高板料圆角处脉冲磁场力的分布均匀性，板料弯曲角处力分布如图6中的箭头所示。

本发明的第三种方案为：一种板料折弯成形装置，包括凸模和凹模，所述凹模为无底凹模，凹模内设有上下贯通的空腔，凹模安装于一底板上，所述底板上开有凹槽，所述凹槽内嵌设有用于对板料的弯曲角处进行弯曲校正的校形线圈。

上述的板料折弯成形装置，优选的，所述底板上于所述校形线圈的上方安装一用于将校形线圈产生的磁场进行集中的集中磁力器。

上述的板料折弯成形装置，优选的，所述集中磁力器的上表面为弧形，集中磁力器的下表面为平面，集中磁力器整体呈锥形，其上表面的面积小于下表面的面积，集中磁力器上表面的弧度可根据板料的弯曲角处的形状进行设置。

上述的板料折弯成形装置，优选的，所述校形线圈为沿底板竖向设置的平面线圈，校形线圈包括多圈所述平面线圈，多圈平面线圈沿底板横向均布设置；校形线圈为板条结构线圈或螺旋结构线圈或一部分的螺旋结构线圈。

对应于第三种方案，本发明还相应地提出了采用该装置对板料进行折弯成形的方法，具体包括以下步骤：

第一步、将板料放置于凹模上，凸模下压对板料进行自由弯曲，当凸模下压到板料底端靠近集中磁力器的上表面时，凸模停止下压，板料弯曲停止；

第二步、将凸模固定不动，对校形线圈放电，在集中磁力器下表面产生涡流，此涡流会流过集中磁力器的上表面，由于集中磁力器的上表面面积小于下表面面积，磁场在集中磁力器的上表面和板料的弯曲角之间聚集，在板料上产生脉冲磁场力，由于凸模固定不动，板料弯曲角处的内外层均有压应力产生，在脉冲磁场力和凸模对板料产生的压应力的共同作用下使得板料所受的切向应力变小，使得板料在厚度方向变薄，减小甚至消除板料弯曲角处的材料回弹，即完成对板料的折弯成形。

由于板料弯曲角处的区域小，方案一和方案二中所设置的平面线圈和随形分布线圈都难以设置太多匝数。而线圈的匝数是影响板料上脉冲磁场力大小的一个重要因素。因此，为了在不增加放电能量的基础上，增加施加在板料上的磁场力大小，本发明第三种方案采用带有集中磁力器的成形装置，并将该集中磁力器的形状设置为上表面呈弧形，下表面为平面，整体呈锥形，上表面的面积小于下表面的面积。这样，可有效增大施加在板料上的磁场力，板料弯曲角处力分布如图9中的箭头所示。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明通过将校形线圈设置在底板上，而不是设置在凸模内，从而简化了校形线圈和凸模的制作工艺，保证了凸模的刚度，延长了凸模的使用寿命，该装置适合于对大厚度、难变形材料的折弯成形；

(2)该本发明的装置使用时，先对板料进行自由弯曲，对压力机的吨位要求小，凹模也容易制作，极大地降低了成本，同时也避免了传统校正弯曲对模具和压力机的损伤。

(3)本发明采用脉冲磁场力对板料施加磁压力，利用电磁脉冲成形引起材料的动态变形，有利于提高难变形材料的成形极限、降低回弹，提高零件的加工质量。

(4)本发明的前两种方案中采用平面线圈或随形分布线圈对板料弯曲角施加磁压力，并可以根据板料弯曲角所需要的校正磁压力分布来设计线圈结构，并且线圈结构容易制作。

(5)本发明的第三种方案中采用集中磁力器对磁场进行集中，可以在底板上设置多匝平面线圈。在放电能量一定的情况下，采用集中磁力器的可以在板料上产生比仅用平面线圈或随形分布大得多的磁场力，从而降低对放电设备能量的要求；并且，通过调整集中磁力器上表面的形状，可方便控制板料弯曲角不同位置处的磁场力分布和大小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的装置在初始成形阶段的结构示意图。

图2为本发明实施例1的装置中凸模下压进行自由弯曲后的结构示意图。

图3为本发明实施例1的装置中板料弯曲角处的受力分布示意图。

图4为本发明实施例2的装置在初始成形阶段的结构示意图。

图5为本发明实施例2的装置中凸模下压进行自由弯曲后的结构示意图。

图6为本发明实施例2的装置中板料弯曲角处的受力分布示意图。

图7为本发明实施例3的装置在初始成形阶段的结构示意图。

图8为本发明实施例3的装置中凸模下压进行自由弯曲后的结构示意图。

图9为本发明实施例3的装置中板料弯曲角处的受力分布示意图。

图例说明：

1、凸模；2、凹模；3、空腔；4、底板；5、板料；6、校形线圈；7、集中磁力器。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

实施例1：

如图1至图3所示，本发明的一种板料折弯成形装置，包括凸模1和凹模2。其中，凹模2为无底凹模，在凹模2内设有上下贯通的空腔3。凹模2安装在一块底板4上，该底板4上开有凹槽，该凹槽内嵌设有校形线圈6，通过电源系统(图中未示出)为校形线圈6供电。该校形线圈6用于在板料5自由弯曲后对板料5的弯曲角处进行校正，以减小弯曲角处的材料回弹。进一步的，该校形线圈6优选为沿底板4竖向设置的平面线圈，并且校形线圈6包括多圈平面线圈，多圈平面线圈沿底板4横向均布设置。更进一步的，该校形线圈6可以是板条结构的线圈，也可以是螺旋结构的线圈，还可以是螺旋结构线圈的一部分。

该装置的主要特点在于：将校形线圈设置在底板上，而不是设置在凸模上，通过脉冲磁场力和凸模的压应力共同作用在板料弯曲角处，减小板料弯曲角处的切向应力，进而减小甚至消除板料弯曲角处的材料回弹。

采用该装置对板料5进行折弯成形的方法如下：

第一步、将待成形的板料5放置在凹模2上，凸模1下压对板料5进行自由弯曲，当凸模1下压到板料5底端靠近校形线圈6处时，凸模1停止下压，板料5弯曲停止；

第二步、将凸模1固定不动，对校形线圈6放电，在板料5的弯曲角的外侧产生脉冲磁场力，此脉冲磁场力指向凸模1的弯曲角处，由于凸模1固定不动，板料5内外层均有压应力产生，在脉冲磁场力和凸模1对板料5产生的压应力的共同作用下使得板料5所受的切向应力变小，使板料5在厚度方向变薄，减小甚至消除板料5弯曲角处的材料回弹，完成对板料5的折弯成形。

实施例2：

如图4至图6所示，本发明的一种板料折弯成形装置，包括凸模1和凹模2。其中，凹模2为无底凹模，在凹模2内设有上下贯通的空腔3。凹模2安装于一块底板4上，该底板4上开有凹槽，该凹槽内嵌设有校形线圈6，通过电源系统为校形线圈6供电。该校形线圈6用于在板料5自由弯曲后对板料5的弯曲角处进行校正，以减小弯曲角处的材料回弹。进一步的，该校形线圈6为随形分布线圈，该随形分布线圈的布置方式根据板料5的弯曲角处的形状进行设置。更进一步的，随形分布线圈由多圈线圈绕制形成，随形分布线圈可以采用板条结构的线圈，也可以采用螺旋结构的线圈，还可以采用螺旋结构线圈的一部分。

该装置的主要特点在于：在实施例1的装置的基础上，校形线圈6采用随形分布线圈，随形分布线圈的布置方式根据板料5的弯曲角处的形状进行设置，这样可以提高板料圆角处脉冲磁场力的分布均匀性。

采用该装置对板料5进行折弯成形的方法如下：

第一步、将板料5放置于凹模2上，凸模1下压对板料5进行自由弯曲，当凸模1下压到板料5底端靠近校形线圈6处时，凸模1停止下压，板料5弯曲停止；

第二步、将凸模1固定不动，对校形线圈6(随形分布线圈)放电，在板料5的弯曲角的外侧产生脉冲磁场力，此脉冲磁场力指向凸模1的弯曲角处，由于凸模1固定不动，板料5内外层均有压应力产生，在脉冲磁场力和凸模1对板料5产生的压应力的共同作用下使得板料5所受的切向应力变小，使板料5在厚度方向变薄，减小甚至消除板料5弯曲角处的材料回弹，完成对板料5的折弯成形。

实施例3：

如图7至图8所示，本发明的一种板料折弯成形装置，包括凸模1和凹模2。其中，凹模2为无底凹模，在凹模2内设有上下贯通的空腔3。凹模2安装于一块底板4上，该底板4上开有凹槽，该凹槽内嵌设有校形线圈6，通过电源系统为校形线圈6供电。该校形线圈6用于在板料5自由弯曲后对板料5的弯曲角处进行校正，以减小弯曲角处的材料回弹。在底板4上于校形线圈6的上方安装一个用于将校形线圈6产生的磁场进行集中的集中磁力器7。进一步的，该集中磁力器7的上表面呈弧形，集中磁力器7的下表面为平面，集中磁力器7整体呈锥形，其上表面的面积小于下表面的面积。更进一步的，校形线圈6为沿底板4竖向设置的平面线圈，校形线圈6包括多圈平面线圈，多圈平面线圈沿底板4横向均布设置。校形线圈6可以采用板条结构的线圈，也可以采用螺旋结构的线圈，还可以为螺旋结构线圈的一部分。

该装置的主要特点在于：在底板4上安装集中磁力器7，并且该集中磁力器7的上表面呈弧形，下表面为平面，整体呈锥形，其上表面的面积小于下表面的面积。当校形线圈6放电时，会在集中磁力器7的下表面产生涡流，此涡流会流过集中磁力器7的上表面，由于集中磁力器7的上表面面积小于下表面面积，磁场在集中磁力器7的上表面和板料5的弯曲角之间聚集，在板料5上产生脉冲磁场力。这样，在不增加放电能量的情况下，可增大施加在板料5上的磁场力。

采用该装置对板料5进行折弯成形的方法如下：

第一步、将板料5放置于凹模2上，凸模1下压对板料5进行自由弯曲，当凸模1下压到板料5底端靠近集中磁力器7的上表面时，凸模1停止下压，板料5弯曲停止；

第二步、将凸模1固定不动，对校形线圈6放电，在集中磁力器7的下表面产生涡流，此涡流会流过集中磁力器7的上表面，由于集中磁力器7的上表面面积小于下表面面积，磁场在集中磁力器7的上表面和板料5的弯曲角之间聚集，在板料5上产生脉冲磁场力，由于凸模1固定不动，板料5弯曲角处的内外层均有压应力产生，在脉冲磁场力和凸模1对板料5产生的压应力的共同作用下使得板料5所受的切向应力变小，板料5在厚度方向变薄，减小甚至消除板料5弯曲角处的材料回弹，完成对板料5的折弯成形。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种板料折弯成形装置，包括凸模(1)和凹模(2)，其特征在于：所述凹模(2)为无底凹模，凹模(2)内设有上下贯通的空腔(3)，凹模(2)安装于一底板(4)上，所述底板(4)上开有凹槽，所述凹槽内嵌设有用于对板料(5)的弯曲角处进行弯曲校正的校形线圈(6)。

2.根据权利要求1所述的板料折弯成形装置，其特征在于：所述校形线圈(6)为沿底板(4)竖向设置的平面线圈，校形线圈(6)包括多圈所述平面线圈，多圈平面线圈沿底板(4)横向均布设置。

3.根据权利要求2所述的板料折弯成形装置，其特征在于：所述校形线圈(6)为板条结构线圈或螺旋结构线圈或一部分的螺旋结构线圈。

4.根据权利要求1所述的板料折弯成形装置，其特征在于：所述校形线圈(6)为随形分布线圈，所述随形分布线圈的布置方式根据板料(5)的弯曲角处的形状进行设置。

5.根据权利要求4所述的板料折弯成形装置，其特征在于：所述随形分布线圈由多圈线圈绕制形成，随形分布线圈为板条结构线圈或螺旋结构线圈或一部分的螺旋结构线圈。

6.根据权利要求1所述的板料折弯成形装置，其特征在于：所述底板(4)上于所述校形线圈(6)的上方安装一用于将校形线圈(6)产生的磁场进行集中的集中磁力器(7)。

7.根据权利要求6所述的板料折弯成形装置，其特征在于：所述集中磁力器(7)的上表面为弧形，集中磁力器(7)的下表面为平面，集中磁力器(7)整体呈锥形，其上表面的面积小于下表面的面积。

8.根据权利要求7所述的板料折弯成形装置，其特征在于：所述校形线圈(6)为沿底板(4)竖向设置的平面线圈，校形线圈(6)包括多圈所述平面线圈，多圈平面线圈沿底板(4)横向均布设置；校形线圈(6)为板条结构线圈或螺旋结构线圈或一部分的螺旋结构线圈。

9.一种板料折弯成形方法，其特征在于：采用如权利要求1～5中任一项所述的装置对板料(5)进行折弯成形，具体包括以下步骤：

S1、将板料(5)放置于凹模(2)上，凸模(1)下压对板料(5)进行自由弯曲，当凸模(1)下压到板料(5)底端靠近校形线圈(6)处时，凸模(1)停止下压，板料(5)弯曲停止；

S2、将凸模(1)固定不动，对校形线圈(6)放电，在板料(5)的弯曲角的外侧产生脉冲磁场力，在脉冲磁场力和凸模(1)对板料(5)产生的压应力的共同作用下使得板料(5)所受的切向应力变小，减小甚至消除板料(5)弯曲角处的材料回弹，即完成对板料(5)的折弯成形。

10.一种板料折弯成形方法，其特征在于：采用如权利要求6～8中任一项所述的装置对板料(5)进行折弯成形，具体包括以下步骤：

S1、将板料(5)放置于凹模(2)上，凸模(1)下压对板料(5)进行自由弯曲，当凸模(1)下压到板料(5)底端靠近集中磁力器(7)的上表面时，凸模(1)停止下压，板料(5)弯曲停止；

S2、将凸模(1)固定不动，对校形线圈(6)放电，磁场在集中磁力器(7)的上表面和板料(5)的弯曲角之间聚集，在板料(5)上产生脉冲磁场力，在脉冲磁场力和凸模(1)对板料(5)产生的压应力的共同作用下使得板料(5)所受的切向应力变小，减小甚至消除板料(5)弯曲角处的材料回弹，即完成对板料(5)的折弯成形。