CN108080482A - 一种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作装置和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作装置和方法，该装置包括具有阶梯状内腔的凹模，所述凹模的侧壁上部设置有按压部件，用于配合所述凹模的侧壁固定待制作板材，所述按压部件和所述凹模的侧壁中分别设置有上端部缩径线圈和下端部缩径线圈，用于对待制作板材形成径向向内压缩电磁力，所述凹模的内腔上方具有预留空间，所述预留空间内设置有用于对待制作板材产生轴向下压电磁力以形成锥形件的多层平板螺旋轴向拉深线圈或用于对所述锥形件同时产生径向向内压缩电磁力和轴向下压电磁力的多层平板螺旋径向‑轴向拉深线圈，该装置和方法能够避免阶梯状筒形件成形时的起皱失稳和拉裂，提高拉深高度和产品质量，简化成形的工艺。

Description

一种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作装置和方法

技术领域

本发明属于材料加工成形技术领域，特别是涉及一种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作装置和方法。

背景技术

现有的阶梯筒形件的成形方法是拉深，采用一套具有凸凹模的成形工装和压力机，生成成本高、周期长，而且拉深过程中容易出现起皱，即失稳现象，甚至拉裂，难以加工高强度难成形的金属材料。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作装置和方法，能够避免阶梯状筒形件成形时的起皱失稳和拉裂，提高拉深高度和产品质量，简化成形的工艺。

本发明提供的一种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作装置，包括具有阶梯状内腔的凹模，所述凹模的侧壁上部设置有按压部件，所述按压部件用于配合所述凹模的侧壁固定待制作板材，所述按压部件和所述凹模的侧壁中分别设置有上端部缩径线圈和下端部缩径线圈，用于对所述待制作板材形成径向向内压缩电磁力，所述凹模的内腔上方还具有预留空间，所述预留空间内设置有用于对所述待制作板材产生轴向下压电磁力以形成锥形件的多层平板螺旋轴向拉深线圈或用于对所述锥形件同时产生径向向内压缩电磁力和轴向下压电磁力的多层平板螺旋径向-轴向拉深线圈。

优选的，在上述基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作装置中，所述按压部件为压边圈。

优选的，在上述基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作装置中，所述按压部件和所述凹模的侧壁中分别设置有上端部缩径线圈和下端部缩径线圈为：

所述按压部件设置有上部线圈凹槽，所述凹模的侧壁设置有与所述上部线圈凹槽相对的下部线圈凹槽，所述上部线圈凹槽内具有所述上端部缩径线圈，所述下部线圈凹槽内具有所述下端部缩径线圈。

本发明提供的一种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作方法，包括：

将待制作板材固定在按压部件和具有阶梯状内腔的凹模的侧壁之间，所述按压部件和所述凹模的侧壁中分别设置有上端部缩径线圈和下端部缩径线圈；

在所述内腔的上方的预留空间内放置多层平板螺旋轴向拉深线圈；

对所述上端部缩径线圈、所述下端部缩径线圈和所述多层平板螺旋轴向拉深线圈通电，利用所述多层平板螺旋轴向拉深线圈对所述待制作板材施加轴向下压电磁力的同时，利用所述上端部缩径线圈和所述下端部缩径线圈对所述待制作板材施加径向向内压缩电磁力，直到将所述待制作板材弯曲成锥形件；

将所述多层平板螺旋轴向拉深线圈替换为多层平板螺旋径向-轴向拉深线圈；

对所述上端部缩径线圈、所述下端部缩径线圈和所述多层平板螺旋径向-轴向拉深线圈通电，利用所述多层平板螺旋径向-轴向拉深线圈对所述锥形件施加径向向内压缩电磁力和轴向下压电磁力的同时，利用所述上端部缩径线圈和所述下端部缩径线圈对所述待制作板材施加径向向内压缩电磁力，直到将所述锥形件变形为阶梯状筒形件。

优选的，在上述基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作方法中，所述按压部件为压边圈。

优选的，在上述基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作方法中，所述按压部件和所述凹模的侧壁中分别设置有上端部缩径线圈和下端部缩径线圈为：

所述按压部件设置有上部线圈凹槽，所述凹模的侧壁设置有与所述上部线圈凹槽相对的下部线圈凹槽，所述上部线圈凹槽内具有所述上端部缩径线圈，所述下部线圈凹槽内具有所述下端部缩径线圈。

通过上述描述可知，本发明提供的上述基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作装置和方法，由于该装置包括具有阶梯状内腔的凹模，所述凹模的侧壁上部设置有按压部件，所述按压部件用于配合所述凹模的侧壁固定待制作板材，所述按压部件和所述凹模的侧壁中分别设置有上端部缩径线圈和下端部缩径线圈，用于对所述待制作板材形成径向向内压缩电磁力，所述凹模的内腔上方还具有预留空间，所述预留空间内设置有用于对所述待制作板材产生轴向下压电磁力以形成锥形件的多层平板螺旋轴向拉深线圈或用于对所述锥形件同时产生径向向内压缩电磁力和轴向下压电磁力的多层平板螺旋径向-轴向拉深线圈，因此能够避免阶梯状筒形件成形时的起皱失稳和拉裂，提高拉深高度和产品质量，简化成形的工艺。

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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的第一种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作装置的第一种情况的示意图；

图2为本申请实施例提供的第一种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作装置的第二种情况的示意图；

图3为本申请实施例提供的第一种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作方法的示意图；

图4为本申请实施例提供的第一种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作方法的第一阶段成形示意图；

图5为本申请实施例提供的第一种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作方法的第二阶段成形示意图。

具体实施方式

本发明的核心思想在于提供一种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作装置和方法，能够避免阶梯状筒形件成形时的起皱失稳和拉裂，提高拉深高度和产品质量，简化成形的工艺。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例提供的第一种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作装置如图1和图2所示，图1为本申请实施例提供的第一种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作装置的第一种情况的示意图，图2为本申请实施例提供的第一种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作装置的第二种情况的示意图，包括具有阶梯状内腔的凹模1，所述凹模1的侧壁上部设置有按压部件2，所述按压部件2用于配合所述凹模1的侧壁固定待制作板材3，所述按压部件2和所述凹模1的侧壁中分别设置有上端部缩径线圈4和下端部缩径线圈5，用于对所述待制作板材3形成径向向内压缩电磁力，所述凹模1的内腔上方还具有预留空间，所述预留空间内设置有用于对所述待制作板材3产生轴向下压电磁力以形成锥形件6的多层平板螺旋轴向拉深线圈7或用于对所述锥形件6同时产生径向向内压缩电磁力和轴向下压电磁力的多层平板螺旋径向-轴向拉深线圈8。

需要说明的是，上述装置是根据电磁脉冲成形的原理，利用脉冲磁场力对金属工件进行高速加工，材料在脉冲磁场力高速变形条件下能够获得高于传统冲压加工下的成形性能，普通的电磁成形设备的能力最大为200KJ，其能成形10mm以内的厚度，而还有能量为500KJ的设备，能成形更大的厚度。该实施例所采用的凹模1的内腔形状与待制作的阶梯状筒形件的形状相匹配，所述上端部缩径线圈4、下端部缩径线圈5连接同一个电源系统，而多层平板螺旋轴向拉深线圈7和多层平板螺旋径向-轴向拉深线圈8连接至另一个电源系统，该多层平板螺旋轴向拉深线圈7是一种较为常见的线圈，顾名思义，这种线圈具有多层，而且其中的缠绕方式呈螺旋分布，从图1可以看出，该线圈的左半边的电流方向垂直于纸面向外，而右半边的电流方向垂直于纸面向内，根据右手法则可以得知这种线圈的电流方向为从顶部向下看的逆时针时，在其内部中轴线的位置产生的磁感线竖直向上，在这种情况下，其产生的竖直方向上的作用力能导致待制作板材3变形，但仅限于轴向力，还需要说明的是，这种线圈的电磁力的大小及分布的限制，导致其最终只能形成锥形件，而所述多层平板螺旋径向-轴向拉深线圈8是在上述多层平板螺旋轴向拉深线圈7的基础上对每一层的相对位置和大小做了改进之后的线圈，这种位置和大小的改进是以所要处理的锥形件的形状为基准的，以使锥形件的各个位置的受力既有轴向又有径向，以进一步实现锥形件变形为阶梯状筒形件，该处理过程具体如下：第一次成形时对多层平板螺旋轴向拉深线圈7、上端部缩径线圈4和下端部缩径线圈5同时进行充电放电；第二次成形时对多层平板螺旋径向-轴向拉深线圈8以及上端部缩径线圈4、下端部缩径线圈5同时进行充电放电。其中，所述上端部缩径线圈4和下端部缩径线圈5均包括多圈同心线圈，根据这两个线圈与待制作板材3的相对位置可以看出，其产生的磁力线在待制作板材3的位置沿水平方向，因此能够对待制作板材3产生一个沿径向的助推力，驱使待制作板材3向内压缩，以配合其变形过程，所述多层平板螺旋轴向拉深线圈7包括多圈圆心在同一个轴上的线圈，因此从图1中其与待制作板材3的位置看出，这种线圈在待制作板材3的位置的磁感线沿竖直向下，因此其对待制作板材3施加的是竖直向下的力，即轴向下压电磁力，而从图2可以看出，多层平板螺旋径向-轴向拉深线圈8产生的磁感线在锥形件6的位置与竖直方向呈一定角度，因此其产生的电磁力同时具有竖直方向的分量和垂直方向的分量，在这种力的作用下，将锥形件6不断沿轴向推进，直到最终使其与阶梯状内腔完全贴合，形成最终的阶梯状筒形件。还需要说明的是，上述“轴向”和“径向”都是针对线圈来说的。

通过上述描述可知，本申请实施例提供的第一种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作装置，由于包括具有阶梯状内腔的凹模，所述凹模的侧壁上部设置有按压部件，所述按压部件用于配合所述凹模的侧壁固定待制作板材，所述按压部件和所述凹模的侧壁中分别设置有上端部缩径线圈和下端部缩径线圈，用于对所述待制作板材形成径向向内压缩电磁力，所述凹模的内腔上方还具有预留空间，所述预留空间内设置有用于对所述待制作板材产生轴向下压电磁力以形成锥形件的多层平板螺旋轴向拉深线圈或用于对所述锥形件同时产生径向向内压缩电磁力和轴向下压电磁力的多层平板螺旋径向-轴向拉深线圈，因此能够避免阶梯状筒形件成形时的起皱失稳和拉裂，提高拉深高度和产品质量，简化成形的工艺。

本申请实施例提供的第二种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作装置，是在上述第一种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作装置的基础上，还包括如下技术特征：

所述按压部件为压边圈。

利用这种压边圈作为按压部件，在拉伸过程中，能够更好的防止工件口缘部分失稳而起皱，本申请的方案没有采用凸模，因此只需要将其固定在凹模的侧壁上方形成配合即可。

本申请实施例提供的第三种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作装置，是在上述第一种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作装置的基础上，还包括如下技术特征：

所述按压部件和所述凹模的侧壁中分别设置有上端部缩径线圈和下端部缩径线圈为：

所述按压部件设置有上部线圈凹槽，所述凹模的侧壁设置有与所述上部线圈凹槽相对的下部线圈凹槽，所述上部线圈凹槽内具有所述上端部缩径线圈，所述下部线圈凹槽内具有所述下端部缩径线圈。

本申请实施例提供的第一种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作方法如图3所示，图3为本申请实施例提供的第一种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作方法的示意图，该方法包括如下步骤：

S1：将待制作板材固定在按压部件和具有阶梯状内腔的凹模的侧壁之间，所述按压部件和所述凹模的侧壁中分别设置有上端部缩径线圈和下端部缩径线圈；

具体的，将待拉深成形的板材夹在按压部件和凹模之间，使得多层平板螺旋轴向拉深线圈位于待制作板材的预制孔边缘上方。

S2：在所述内腔的上方的预留空间内放置多层平板螺旋轴向拉深线圈；

这种线圈能够将平板状的待制作板材弯曲成锥形件。

S3：对所述上端部缩径线圈、所述下端部缩径线圈和所述多层平板螺旋轴向拉深线圈通电，利用所述多层平板螺旋轴向拉深线圈对所述待制作板材施加轴向下压电磁力的同时，利用所述上端部缩径线圈和所述下端部缩径线圈对所述待制作板材施加径向向内压缩电磁力，直到将所述待制作板材弯曲成锥形件；

具体的，对多层平板螺旋轴向拉深线圈、上端部缩径线圈和下端部缩径线圈充电并放电，上端部缩径线圈和下端部缩径线圈对板材产生向内压缩的电磁力，多层平板螺旋轴向拉深线圈对待制作板材产生向下压的电磁力，待制作板材在多向电磁力的驱动下向下拉深变形，成形出锥形轮廓，最终形成如图4所示的形状，图4为本申请实施例提供的第一种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作方法的第一阶段成形示意图。

S4：将所述多层平板螺旋轴向拉深线圈替换为多层平板螺旋径向-轴向拉深线圈；

这种线圈能够将锥形件弯曲成阶梯状筒形件。

S5：对所述上端部缩径线圈、所述下端部缩径线圈和所述多层平板螺旋径向-轴向拉深线圈通电，利用所述多层平板螺旋径向-轴向拉深线圈对所述锥形件施加径向向内压缩电磁力和轴向下压电磁力的同时，利用所述上端部缩径线圈和所述下端部缩径线圈对所述待制作板材施加径向向内压缩电磁力，直到将所述锥形件变形为阶梯状筒形件。

具体的，对多层平板螺旋径向-轴向拉深线圈、上端部缩径线圈和下端部缩径线圈充电并放电，上端部缩径线圈和下端部缩径线圈对板材产生向内压缩的电磁力，多层平板螺旋径向-轴向拉深线圈对锥形件的侧壁产生径向电磁力，对锥形件底部产生轴向电磁力，板材在多向电磁力的驱动下向下拉深变形，成形出最终的阶梯筒形件，最终形成图5所示的形状，图5为本申请实施例提供的第一种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作方法的第二阶段成形示意图。

本申请实施例提供的第二种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作方法，是在上述第一种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作方法的基础上，还包括如下技术特征：

所述按压部件为压边圈。

利用这种压边圈作为按压部件，在拉伸过程中，能够更好的防止工件口缘部分失稳而起皱，本申请的方案没有采用凸模，因此只需要将其固定在凹模的侧壁上方形成配合即可。

本申请实施例提供的第三种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作方法，是在上述第一种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作方法的基础上，还包括如下技术特征：

所述按压部件和所述凹模的侧壁中分别设置有上端部缩径线圈和下端部缩径线圈为：

所述按压部件设置有上部线圈凹槽，所述凹模的侧壁设置有与所述上部线圈凹槽相对的下部线圈凹槽，所述上部线圈凹槽内具有所述上端部缩径线圈，所述下部线圈凹槽内具有所述下端部缩径线圈。

综上所述，本申请实施例提供的上述装置和方法具有如下优点：电磁成形能提高金属材料的成形极限，能有效提高拉深高度，减少失稳、拉裂等现象；径向电磁力能使金属板料在拉深成形过程中的减薄不会发生在同一个地方，能够提高金属的塑性变形能力和变形的均匀性；电磁成形的速率更高，能够使成形后阶梯状筒形件回弹和起皱减少；工件受到瞬时电磁力作用后依靠惯性完成变形，惯性力能够减缓颈缩现象的产生；工件与模具的高速碰撞使得靠近模具与远离模具面处于不同的应力状态下，抑制了损伤的发展；模具结构简单工艺简单，不需要凸模及压力机等装置；电磁成形成形速度快，工作效率高；板材在多向电磁力作用下改善了板料塑性变形过程中的应力应变状态。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作装置，其特征在于，包括具有阶梯状内腔的凹模，所述凹模的侧壁上部设置有按压部件，所述按压部件用于配合所述凹模的侧壁固定待制作板材，所述按压部件和所述凹模的侧壁中分别设置有上端部缩径线圈和下端部缩径线圈，用于对所述待制作板材形成径向向内压缩电磁力，所述凹模的内腔上方还具有预留空间，所述预留空间内设置有用于对所述待制作板材产生轴向下压电磁力以形成锥形件的多层平板螺旋轴向拉深线圈或用于对所述锥形件同时产生径向向内压缩电磁力和轴向下压电磁力的多层平板螺旋径向-轴向拉深线圈。

2.根据权利要求1所述的基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作装置，其特征在于，所述按压部件为压边圈。

3.根据权利要求1所述的基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作装置，其特征在于，所述按压部件和所述凹模的侧壁中分别设置有上端部缩径线圈和下端部缩径线圈为：

所述按压部件设置有上部线圈凹槽，所述凹模的侧壁设置有与所述上部线圈凹槽相对的下部线圈凹槽，所述上部线圈凹槽内具有所述上端部缩径线圈，所述下部线圈凹槽内具有所述下端部缩径线圈。

4.一种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作方法，其特征在于，包括：

将待制作板材固定在按压部件和具有阶梯状内腔的凹模的侧壁之间，所述按压部件和所述凹模的侧壁中分别设置有上端部缩径线圈和下端部缩径线圈；

在所述内腔的上方的预留空间内放置多层平板螺旋轴向拉深线圈；

对所述上端部缩径线圈、所述下端部缩径线圈和所述多层平板螺旋轴向拉深线圈通电，利用所述多层平板螺旋轴向拉深线圈对所述待制作板材施加轴向下压电磁力的同时，利用所述上端部缩径线圈和所述下端部缩径线圈对所述待制作板材施加径向向内压缩电磁力，直到将所述待制作板材弯曲成锥形件；

将所述多层平板螺旋轴向拉深线圈替换为多层平板螺旋径向-轴向拉深线圈；

对所述上端部缩径线圈、所述下端部缩径线圈和所述多层平板螺旋径向-轴向拉深线圈通电，利用所述多层平板螺旋径向-轴向拉深线圈对所述锥形件施加径向向内压缩电磁力和轴向下压电磁力的同时，利用所述上端部缩径线圈和所述下端部缩径线圈对所述待制作板材施加径向向内压缩电磁力，直到将所述锥形件变形为阶梯状筒形件。

5.根据权利要求4所述的基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作方法，其特征在于，所述按压部件为压边圈。

6.根据权利要求4所述的基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作方法，其特征在于，所述按压部件和所述凹模的侧壁中分别设置有上端部缩径线圈和下端部缩径线圈为：

所述按压部件设置有上部线圈凹槽，所述凹模的侧壁设置有与所述上部线圈凹槽相对的下部线圈凹槽，所述上部线圈凹槽内具有所述上端部缩径线圈，所述下部线圈凹槽内具有所述下端部缩径线圈。