CN108856442A - 一种蒙皮件的温热电磁成形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蒙皮件的温热电磁成形装置，包括底板、模具、板料和用于固定夹持所述板料的夹板组件，所述夹板组件设于所述底板上，所述板料被固定夹持在所述夹板组件之间，温热电磁成形装置还包括放电线圈和用于对所述板料加热的加热件，所述放电线圈设于所述板料的上方，所述加热件设于所述板料的两侧。本发明还公开了一种温热电磁成形方法，包括固定板料、拉形板料、加热板料、电磁成形等步骤，通过重复执行板料拉形‑加热‑电磁成形实现板料与模具的成形面完全贴合。本发明具有成形精度高、成形质量好、成形效率高且设备对放电能量和线圈强度要求低等优点。

Description

一种蒙皮件的温热电磁成形装置及方法

技术领域

本发明属于板料成形技术领域，尤其涉及一种蒙皮件的温热电磁成形装置及方法。

背景技术

蒙皮是构成飞机气动外形的关键零件，其成形质量直接关系到飞机的气动性能和使用寿命。蒙皮主要采用拉伸成形工艺制造，在数控蒙皮拉伸机上，两端钳口施加拉力和弯矩，使板材缓缓贴合模具型面。在蒙皮拉成形方式中，拉力主要由材料夹持框下移提供，从而让蒙皮毛料大面积包紧下模型面。在此之后，为减少成形后回弹，继续施加少量的补拉。因此，整个成形过程的工艺参数复杂，设备结构较重且巨大。由于蒙皮厚度薄，蒙皮受力不均匀，容易造成蒙皮的不均匀回弹、破裂或者起皱。当模型面特殊，蒙皮与模型表面也无法完全贴合，需要工人近距离作业，对褶皱进行抹平和修复，不仅成形效率不高，而且具有一定危险性。

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。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。因而能够有效提高铝合金、镁合金和钛合金等难变形材料的成形极限、降低回弹。

在文献号为CN104785621A的“一种大型薄壁件的拉形和电磁复合渐进成形方法及装置”的发明专利中，李建军、崔晓辉和莫健华等提出采用“拉形-放电-再拉形-再放电”的交替成形过程，使电磁放电线圈在每一层按照一定的运动轨迹连续放电，最终实现大型零件成形的方法。但该专利针对的是回转体零件，并不适合于含有双曲率或多曲率的蒙皮件成形。并且钛合金、铝锂合金等大范围的应用于飞机蒙皮，该类材料具有较大的硬度和强度，如果继续采用传统的电磁成形方法，则对放电设备的能量和放电线圈的强度提出苛刻的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种成形精度高、成形质量好、成形效率高且设备对放电能量和线圈强度要求低的蒙皮件的温热电磁成形装置和方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种蒙皮件的温热电磁成形装置，包括底板、模具、板料和用于固定夹持所述板料的夹板组件，所述夹板组件设于所述底板上，所述板料被固定夹持在所述夹板组件之间，温热电磁成形装置还包括放电线圈和用于对所述板料加热的加热件，所述放电线圈设于所述板料的上方，所述加热件设于所述板料的两侧。

上述的蒙皮件的温热电磁成形装置，优选的，所述夹板组件包括螺杆、托板和压板，所述螺杆固定于所述底板上，所述托板和压板设于所述螺杆上，所述板料被固定夹持于所述托板和压板之间。

上述的蒙皮件的温热电磁成形装置，优选的，所述加热件为电极，所述电极上设有供所述板料放入的槽。

上述的蒙皮件的温热电磁成形装置，优选的，所述加热件为电磁感应加热装置、热辐射加热装置。

上述的蒙皮件的温热电磁成形装置，优选的，所述温热电磁成形装置还包括导体驱动板，所述导体驱动板和所述板料叠层放置且共同被固定夹持在所述夹板组件之间。

上述的蒙皮件的温热电磁成形装置，优选的，所述模具为凸模或者凹模，所述模具的成形面为单曲面形、双曲面形或多曲面形。

上述的蒙皮件的温热电磁成形装置，优选的，所述放电线圈包括平面线圈和曲面线圈，所述平面线圈的底面为平直面，所述曲面线圈的底面为与所述平面线圈放电后板料的形状相匹配的曲面。

上述的蒙皮件的温热电磁成形装置，优选的，所述温热电磁成形装置还包括用于驱动所述模具和所述板料发生相对运动的驱动装置，所述驱动装置与所述模具或夹板组件连接。

一种蒙皮件的温热电磁成形方法，采用上述的蒙皮件的温热电磁成形装置进行成形，包括以下步骤，

S1、用夹板组件将待成形的板料夹持固定；

S2、模具上升至一定的高度层，将板料顶弯拉形；

S3、将加热件移动至板料的待变形区域，加热升温使板料适当软化；

S4、移去加热件，将放电线圈移动至所述步骤S3中加热升温后的区域，放电线圈放电，使板料与模具贴合；

S5、重复执行步骤S2至S4，实现板料拉形-加热-电磁成形的多次交替成形过程，直至板料与模具的成形面完全贴合，成形结束。

上述的温热电磁成形方法，优选的，所述步骤S4中，先将平面线圈移动至加热升温后的区域，平面线圈放电，使板料的中部与模具贴合，板料的两侧靠近模具，然后移去平面线圈，将曲面线圈旋转并移动至板料上经平面线圈放电变形后的区域，曲面线圈放电，使板料的两侧与模具贴合，放电过程中，先后采用平底面的线圈和带有曲率的线圈结构，使板料逐渐贴向模具，避免了高速碰撞发生反弹，提高了成形精度，由于带曲率线圈的底面和上一步变形后板料的形状相匹配，线圈放电后会在板料上产生均匀磁场力并完全贴合模具，避免了由于受力不均匀而造成的变形不均匀。

上述的温热电磁成形方法，优选的，所述步骤S1中，用托板和压板夹持住层叠放置的板料和导体驱动板，然后将托板和压板放置在螺杆上，使用螺母将托板、压板、板料和导体驱动板压紧，采用托板和压板从上下两个方向将板料及导体驱动板彻底夹紧，保证在拉形过程中板料与导体驱动板不会发生位移，只会在模具的作用下发生相应的形变，拉形的效果好，导体驱动板由高电导率材料制成，电磁线圈放电后驱动高电导率的导体驱动板运动，导体驱动板进而能够带动低电导率的板料变形。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.本发明采用电磁脉冲成形能够实现材料的高速率变形，能提高难变形材料的成形极限，并降低板料的回弹，不需要传统拉形所要求的复杂拉形结构和复杂工艺。

2.本发明的模具能使板料小幅度顶弯并拉形，放电线圈只需小电压放电，使板料的局部区域发生小距离变形，就可以使板料与模具贴合，降低了设备对放电能量和线圈强度的要求。

3.本发明还采用加热件对板料的局部区域加热，降低了电能的耗损，同时加热后的板料强度变低，有利于塑性变形，从而降低了对设备能量和线圈强度的要求，可以用于高强度难变形材料的成形，且变软的板料与刚性模具碰撞后，不易反弹，有利于控制成形精度。

4.本发明的成形方法，将拉形与电磁成形结合，通过多次交替实现板料拉形-加热-电磁成形的过程，进而完成蒙皮件的精确成形，具有成形精度好、成形效率高、设备所需能量少等优点。

附图说明

图1是实施例1中温热电磁成形装置的立体结构示意图。

图2是实施例1中夹持固定板料后的结构示意图。

图3是实施例1中进行第一次拉形后的结构示意图。

图4是实施例1中进行第一次电磁成形后的结构示意图。

图5是实施例1中进行第二次拉形后的结构示意图。

图6是实施例1中进行第二次电磁成形后的结构示意图。

图7是实施例1中用曲面线圈对板料进行矫形的结构示意图。

图8是实施例2中夹持固定板料后的结构示意图。

图例说明：

1、底板；2、模具；3、板料；4、夹板组件；41、螺杆；42、托板；43、压板；5、放电线圈；6、加热件。

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做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

实施例1：

如图1至图7所示，本实施例的蒙皮件的温热电磁成形装置，包括底板1、模具2、板料3和用于固定夹持板料3的夹板组件4，夹板组件4设于底板1上，板料3被固定夹持在夹板组件4之间，还包括放电线圈5和用于对板料3加热的加热件6，放电线圈5设于板料3的上方，加热件6设于板料3的两侧。将拉形与电磁成形结合，不需要传统拉形所要求的复杂拉形结构和复杂工艺，且能降低设备对放电能量和线圈强度的要求，加热件使板料局部温度提高，有利于塑性变形，不易反弹，便于控制成形精度。

本实施例中，夹板组件4包括螺杆41、托板42和压板43，螺杆41固定于底板1上，托板42和压板43设于螺杆41上，板料3被固定夹持于托板42和压板43之间。具体的，通过螺母将板料3压紧。采用托板42和压板43从上下两个方向将板料3彻底夹紧，保证在拉形过程中板料3不会发生位移，只会在模具2的作用下发生相应的形变并绷紧，拉形的效果好。

本实施例中，加热件6为电极，所述电极上设有供所述板料3放入的槽，电极通电后，会对两电极之间的板料3快速加热使板料3局部温度升高，将板料3置于电极的槽中能提高相应区域加热效率，有利于提高成形精度。

本实施例中，温热电磁成形装置还包括导体驱动板，导体驱动板和板料3叠层放置且共同被固定夹持在夹板组件4之间。板料3为低电导率材料时，电磁线圈放电将驱动高电导率材料的导体驱动板运动，最终带动低电导率的板料3变形，提高了成形效率，既适合于高电导率的板料3成形，也适用于低电导率的板料3成形。

本实施例中，模具2为具有双曲面形的凸模。具体的，放电线圈5为两组，其中一组从模具2中间向左逐次移动并放电，另一组从模具中间向右逐次移动并放电，从而配合双曲面形的凸模进行横向两侧的对称成形。

本实施例中，放电线圈5包括平面线圈和曲面线圈，平面线圈的底面为平直面，曲面线圈的底面为平面线圈放电后板料3的形状相匹配的曲面。先采用平面线圈对板料3的局部区域进行预成形，再采用曲面线圈对板料3的局部区域进行最终矫形，通过两步放电提高多曲率零件的成形精度，使板料3逐渐贴向模具2，避免高速碰撞发生反弹，曲面线圈的底面与平面线圈放电后板料3的形状相匹配，放电线圈5放电后会在板料3上产生均匀磁场力并完全贴合模具2，避免了由于受力不均与而造成的变形不均匀。

本实施例中，温热电磁成形装置还包括用于驱动模具2和板料3发生相对运动的驱动装置，驱动装置与模具2连接，此时板料3固定不动，模具2向上运动完成板料3的拉形过程。

在其他实施例中，驱动装置可以与夹板组件4连接，此时模具2固定，夹板组件4带动板料3向下运动来完成拉形过程。

一种蒙皮件的温热电磁成形方法，采用上述的温热电磁成形装置进行成形，包括以下步骤，

S1、用托板42和压板43夹持住板料3，然后将托板42和压板43放置在螺杆41上，使用螺母将托板42、压板43和板料3压紧；

S2、驱动模具2上升至第一高度层，将板料3顶弯拉形；

S3、将电极移动至板料3的待变形区域的两侧，加热升温使板料3适当软化；

S4、移去电极，先将平面线圈移动至加热升温后的区域，平面线圈放电，使板料3的中部与模具2贴合，板料3的两侧靠近模具2，然后移去平面线圈，将曲面线圈旋转并移动至板料3上经过平面线圈放电变形后的区域，曲面线圈的底面正对平面线圈电磁成形后的形状，曲面线圈放电，使板料3的两侧与模具2贴合；

S5、重复执行步骤S2至S4，实现板料3拉形-加热-电磁成形的多次交替成形过程，直至板料3与模具2的成形面完全贴合，成形结束。

实施例2：

如图8所示，本实施例的蒙皮件的温热电磁成形装置与实施例1基本相同，主要不同之处在于，本实施例中，模具2为具有单曲面形的凹模，成形过程中，板料3流入凹模并与凹模的成形面贴合。

在其他实施例中，模具2的成形面可以为多曲面形。

在其他实施例中，加热件6还可以为热辐射加热装置或电磁感应加热装置。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种蒙皮件的温热电磁成形装置，包括底板(1)、模具(2)、板料(3)和用于固定夹持所述板料(3)的夹板组件(4)，所述夹板组件(4)设于所述底板(1)上，所述板料(3)被固定夹持在所述夹板组件(4)之间，其特征在于：还包括放电线圈(5)和用于对所述板料(3)加热的加热件(6)，所述放电线圈(5)设于所述板料(3)的上方，所述加热件(6)设于所述板料(3)的两侧。

2.根据权利要求1所述的温热电磁成形装置，其特征在于：所述夹板组件(4)包括螺杆(41)、托板(42)和压板(43)，所述螺杆(41)固定于所述底板(1)上，所述托板(42)和压板(43)设于所述螺杆(41)上，所述板料(3)被固定夹持于所述托板(42)和压板(43)之间。

3.根据权利要求1所述的温热电磁成形装置，其特征在于：所述加热件(6)为电磁感应加热装置、热辐射加热装置或电极，所述电极上设有供所述板料(3)放入的槽。

4.根据权利要求1所述的温热电磁成形装置，其特征在于：所述温热电磁成形装置还包括导体驱动板，所述导体驱动板和所述板料(3)叠层放置且共同被固定夹持在所述夹板组件(4)之间。

5.根据权利要求1所述的温热电磁成形装置，其特征在于：所述模具(2)为凸模或者凹模，所述模具(2)的成形面为单曲面形、双曲面形或多曲面形。

6.根据权利要求1所述的温热电磁成形装置，其特征在于：所述放电线圈(5)包括平面线圈和曲面线圈，所述平面线圈的底面为平直面，所述曲面线圈的底面为与所述平面线圈放电后板料(3)的形状相匹配的曲面。

7.根据权利要求1所述的温热电磁成形装置，其特征在于：所述温热电磁成形装置还包括用于驱动所述模具(2)和所述板料(3)发生相对运动的驱动装置，所述驱动装置与所述模具(2)或夹板组件(4)连接。

8.一种蒙皮件的温热电磁成形方法，其特征在于：采用如权利要求1至7任一项所述的蒙皮件的温热电磁成形装置进行成形，包括以下步骤，

S1、用夹板组件(4)将待成形的板料(3)夹持固定；

S2、模具(2)上升至一定的高度层，将板料(3)顶弯拉形；

S3、将加热件(6)移动至板料(3)的待变形区域，加热升温使板料(3)适当软化；

S4、移去加热件(6)，将放电线圈(5)移动至所述步骤S3中加热升温后的区域，放电线圈(5)放电，使板料(3)与模具(2)贴合；

S5、重复执行步骤S2至S4，实现板料(3)拉形-加热-电磁成形的多次交替成形过程，直至板料(3)与模具(2)的成形面完全贴合，成形结束。

9.根据权利要求8所述的温热电磁成形方法，其特征在于：所述步骤S4中，先将平面线圈移动至加热升温后的区域，平面线圈放电，使板料(3)的中部与模具(2)贴合，板料(3)的两侧靠近模具(2)，然后移去平面线圈，将曲面线圈旋转并移动至板料(3)上经平面线圈放电变形后的区域，曲面线圈放电，使板料(3)的两侧与模具(2)贴合。

10.根据权利要求8或9所述的温热电磁成形方法，其特征在于：所述步骤S1中，用托板(42)和压板(43)夹持住层叠放置的板料(3)和导体驱动板，然后将托板(42)和压板(43)放置在螺杆(41)上，使用螺母将托板(42)、压板(43)、板料(3)和导体驱动板压紧。