CN109848298A - 一种大型整体壁板的分区电磁复合成形方法及成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明的大型整体壁板的分区电磁复合成形方法及成形装置，方法包括S1：对板料进行滚弯预成形；S2：设置成形模具，板料放置到成形模具上；S3：将板料与成形模具夹紧；S4：将板料设置多个待变形区；S5：从板料夹紧区域向侧向对各待变形区分次施加电磁力，使板料向成形模具挤压直至所有待变形区成形完成，在完成每一个待变形区成形时将该区与成形模具夹紧；S6：在板料不发生回弹的情况下卸载夹紧力。装置包括滚弯组、成形模具和压块，板料在滚弯组完成滚弯预成形后放置在成形模具上并通过压块夹紧，板料上方设有多个用于分次对板料施加电磁力的推力线圈。该发明具有操作简单方便、成形精度高、能得高零件使用寿命的优点。

Description

一种大型整体壁板的分区电磁复合成形方法及成形装置

技术领域

本发明主要涉及材料塑性加工的高速率成形技术领域，尤其涉及一种大型整体壁板的分区电磁复合成形方法及成形装置。

背景技术

整体壁板是由整块板坯制成的整体结构承力件，是一种将传统壁板结构中的蒙皮、长桁、加强筋等结构元件制成一个整体的结构件。因此，相对于装配式铆接结构或焊接结构壁板，整体壁板可以降低连接和装配的时间与劳动强度，还可以实现零件的等强度设计，增强结构强度，提高结构效率并减轻结构质量，密封可靠性高，载重量增加，被大量应用于航空、航天、轨道交通等领域。目前，整体壁板的成形主要有滚弯成型、压弯成型、喷丸成型、蠕变时效成形等方法。

在文献“整体壁板成形评述”中，王秀凤等总结了滚弯成形，增量压弯成形，蠕变时效成形，喷丸成形和激光弯曲成形在整体壁板成形中的优缺点。(1)增量压弯成形：由于是局部增量成形，所需设备吨位小。但压弯过程中蒙皮始终处于弹性变形阶段。筋条既产生弹性变形，又产生塑性变形，因而在成形结束时会产生较大的回弹。当成形较大曲率的壁板时，通常难以通过压下量的控制来达到预期效果；(2)蠕变时效成形：利用合金材料在时效温度下蠕变而产生应力松弛的特性。主要优点是同弹小、成形精度高、同时完成时效。其不足主要表现在模具成本高、准备周期长、要求有足够尺寸的热压罐；(3)喷丸成形：喷丸成形是利用高速金属弹丸流撞击壁板的表面，使受喷表面的表层及其下层材料产生塑性变形而延伸，从而逐步使壁板达到外形曲率要求。但是受喷表面变得粗糙。并且成形工艺参数的选择及变形的控制难于掌握，过于依赖经验。

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。但大型整体壁板具有大零件尺寸、大变形量、大厚度和高加强筋等特点，因此对电磁成形设备的能量和线圈的强度和尺寸提出极高要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种操作简单方便、成形精度高、能得高零件使用寿命的大型整体壁板的分区电磁复合成形方法及成形装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种大型整体壁板的分区电磁复合成形方法，包括以下步骤：

S1：对板料进行滚弯预成形；

S2：设置成形模具，将预成形的板料放置到成形模具上；

S3：将板料与成形模具夹紧；

S4：将板料沿其变形面设置多个待变形区；

S5：从板料夹紧区域向侧向对各待变形区分次施加电磁力，使板料向成形模具挤压直至所有待变形区成形完成，在完成每一个待变形区成形时将该区与成形模具夹紧；

S6：在板料不发生回弹的情况下卸载所有夹紧力。

作为上述技术方案的进一步改进：

在步骤S1中，先对板料进行间隔式的切槽，使板料一侧形成加强筋。

在各加强筋之间形成的切槽内填置弹性填料，在步骤S2中，弹性填料与成形模具接触。

在各加强筋之间形成的切槽内填置弹性填料，在步骤S2中，弹性填料远离成形模具。

一种大型整体壁板的分区电磁复合成形装置，包括滚弯组、成形模具和压块，所述板料在滚弯组完成滚弯预成形后放置在成形模具上并通过压块夹紧，所述板料上方设有多个用于分次对板料施加电磁力的推力线圈。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述滚弯组包括上辊和下辊，所述上辊和下辊之间形成所述板料的滚弯路径。

所述成形模具设置为弧形凸模。

所述成形模具设置为弧形凹模。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的一种大型整体壁板的分区电磁复合成形方法，采用滚弯成形对板料进行了预成形，使成形后的板料与成形模具之间的间距大幅度降低，可大幅度降低后续设备放电能量，线圈强度和尺寸的要求；采用磁场力驱动板料变形，线圈不会与板料发生接触，因此成形后的零件表面光滑，并且电磁成形能显著提高材料的成形极限和成形强度，提高零件的使用寿命；在完成每一个待变形区成形时将该区与成形模具夹紧，避免了后续放电对已贴模区域的影响，并且电磁成形能抑制和消除零件的弹性变形，降低回弹，实现零件与成形模具的精确贴合，最终明显提高成形精度；电磁成形时间为微秒级，成形时间快，可以实现大型壁板的快速成形制造；电磁成形过程中，板料上会产生涡流，使板料温度提高，从而有利于降低零件的变形抗力。

本发明的大型整体壁板的分区电磁复合成形装置，采用滚弯组对板料进行了预成形，使成形后的板料与成形模具之间的间距大幅度降低，可大幅度降低后续设备放电能量，线圈强度和尺寸的要求；采用推力线圈驱动板料变形，线圈不会与板料发生接触，因此成形后的零件表面光滑，并且电磁成形能显著提高材料的成形极限和成形强度，提高零件的使用寿命；在完成每一个待变形区成形时将该区通过压块与成形模具夹紧，避免了后续放电对已贴模区域的影响，并且电磁成形能抑制和消除零件的弹性变形，降低回弹，实现零件与成形模具的精确贴合，最终明显提高成形精度；电磁成形时间为微秒级，成形时间快，可以实现大型壁板的快速成形制造；电磁成形过程中，板料上会产生涡流，使板料温度提高，从而有利于降低零件的变形抗力。

附图说明

图1是本发明大型整体壁板的分区电磁复合成形方法的流程图。

图2是本发明大型整体壁板的分区电磁复合成形方法实施例2中板料的成形示意图。

图3是本发明大型整体壁板的分区电磁复合成形方法实施例3中板料的成形示意图。

图4是本发明大型整体壁板的分区电磁复合成形装置实施例1中滚弯组的结构示意图。

图5是本发明大型整体壁板的分区电磁复合成形装置实施例1中滚弯组的结构示意图(滚弯状态)。

图6是本发明大型整体壁板的分区电磁复合成形装置实施例1中成形模具的结构示意图(中间放电状态)。

图7是本发明大型整体壁板的分区电磁复合成形装置实施例1中成形模具的结构示意图(侧部放电状态)。

图8是本发明大型整体壁板的分区电磁复合成形装置实施例2中成形模具的结构示意图(侧部放电状态)。

图9是本发明大型整体壁板的分区电磁复合成形装置实施例2中成形模具的结构示意图(中间放电状态)。

图中各标号表示：

1、板料；11、加强筋；2、成形模具；3、弹性填料；4、滚弯组；41、上辊；42、下辊；5、压块；6、推力线圈。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

方法实施例1：

如图1以及图4至图7所示，本发明大型整体壁板的分区电磁复合成形方法的第一种实施例，包括以下步骤：

S1：对板料1进行滚弯预成形；

S2：设置成形模具2，将预成形的板料1放置到成形模具2上；

S3：将板料1与成形模具2夹紧；

S4：将板料1沿其变形面设置多个待变形区；

S5：从板料1夹紧区域向侧向对各待变形区分次施加电磁力，使板料1向成形模具2挤压直至所有待变形区成形完成，在完成每一个待变形区成形时将该区与成形模具2夹紧；

S6：在板料1不发生回弹的情况下卸载所有夹紧力。

本发明的大型整体壁板的分区电磁复合成形方法，采用滚弯成形对板料1进行了预成形，使成形后的板料1与成形模具2之间的间距大幅度降低，可大幅度降低后续设备放电能量，线圈强度和尺寸的要求；采用磁场力驱动板料1变形，线圈不会与板料1发生接触，因此成形后的零件表面光滑，并且电磁成形能显著提高材料的成形极限和成形强度，提高零件的使用寿命；在完成每一个待变形区成形时将该区与成形模具2夹紧，避免了后续放电对已贴模区域的影响，并且电磁成形能抑制和消除零件的弹性变形，降低回弹，实现零件与成形模具2的精确贴合，最终明显提高成形精度；电磁成形时间为微秒级，成形时间快，可以实现大型壁板的快速成形制造；电磁成形过程中，板料1上会产生涡流，使板料1温度提高，从而有利于降低零件的变形抗力。

本实施例中，成形模具2设置为弧形凸模，施加电磁力由中间向侧部分次施加，其操作简单方便。

方法实施例2：

如图1和图2所示，本发明大型整体壁板的分区电磁复合成形方法的第二种实施例，该成形方法与实施例1基本相同，区别仅在于：本实施例中，在步骤S1中，先对板料1进行间隔式的切槽，使板料1一侧形成加强筋11。这样设置，能使零件成形后带有加强筋11，提高了零件的整体强度。

本实施例中，在各加强筋11之间形成的切槽内填置弹性填料3，在步骤S2中，弹性填料3与成形模具2接触。在弧形凸模作为成形模具2时，弹性填料3与成形模具2接触，适用于加强筋11设置在板料1内侧的零件。

方法实施例3：

如图1和图3所示，本发明大型整体壁板的分区电磁复合成形方法的第三种实施例，该成形方法与实施例2基本相同，区别仅在于：在各加强筋11之间形成的切槽内填置弹性填料3，在步骤S2中，弹性填料3远离成形模具2。在弧形凸模作为成形模具2时，弹性填料3远离成形模具2，适用于加强筋11设置在板料1外侧的零件。

装置实施例1

图4至图7示出了本发明大型整体壁板的分区电磁复合成形装置的第一种实施例，包括滚弯组4、成形模具2和压块5，板料1在滚弯组4完成滚弯预成形后放置在成形模具2上并通过压块5夹紧，板料1上方设有多个用于分次对板料1施加电磁力的推力线圈6。采用滚弯组4对板料1进行了预成形，使成形后的板料1与成形模具2之间的间距大幅度降低，可大幅度降低后续设备放电能量，线圈强度和尺寸的要求；采用推力线圈6驱动板料1变形，线圈不会与板料1发生接触，因此成形后的零件表面光滑，并且电磁成形能显著提高材料的成形极限和成形强度，提高零件的使用寿命；在完成每一个待变形区成形时将该区通过压块5与成形模具2夹紧，避免了后续放电对已贴模区域的影响，并且电磁成形能抑制和消除零件的弹性变形，降低回弹，实现零件与成形模具2的精确贴合，最终明显提高成形精度；电磁成形时间为微秒级，成形时间快，可以实现大型壁板的快速成形制造；电磁成形过程中，板料1上会产生涡流，使板料1温度提高，从而有利于降低零件的变形抗力。

本实施例中，滚弯组4包括上辊41和下辊42，上辊41和下辊42之间形成板料1的滚弯路径。该结构中，上辊41和下辊42的配合对板料1进行了预成形，使成形后的板料1与成形模具2之间的间距大幅度降低，可大幅度降低后续设备放电能量，线圈强度和尺寸的要求。

本实施例中，成形模具2设置为弧形凸模。施加电磁力由中间向侧部分次施加，其操作简单方便。

装置实施例2

如图8和图9所示，本发明大型整体壁板的分区电磁复合成形装置的第二种实施例，该成形装置与实施例1基本相同，区别仅在于：本实施例中，成形模具2设置为弧形凹模。施加电磁力由侧部向中间分次施加，其操作简单方便。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，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 (8)

1.一种大型整体壁板的分区电磁复合成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对板料(1)进行滚弯预成形；

S2：设置成形模具(2)，将预成形的板料(1)放置到成形模具(2)上；

S3：将板料(1)与成形模具(2)夹紧；

S4：将板料(1)沿其变形面设置多个待变形区；

S5：从板料(1)夹紧区域向侧向对各待变形区分次施加电磁力，使板料(1)向成形模具(2)挤压直至所有待变形区成形完成，在完成每一个待变形区成形时将该区与成形模具(2)夹紧；

S6：在板料(1)不发生回弹的情况下卸载所有夹紧力。

2.根据权利要求1所述的大型整体壁板的分区电磁复合成形方法，其特征在于：在步骤S1中，先对板料(1)进行间隔式的切槽，使板料(1)一侧形成加强筋(11)。

3.根据权利要求2所述的大型整体壁板的分区电磁复合成形方法，其特征在于：在各加强筋(11)之间形成的切槽内填置弹性填料(3)，在步骤S2中，弹性填料(3)与成形模具(2)接触。

4.根据权利要求2所述的大型整体壁板的分区电磁复合成形方法，其特征在于：在各加强筋(11)之间形成的切槽内填置弹性填料(3)，在步骤S2中，弹性填料(3)远离成形模具(2)。

5.一种大型整体壁板的分区电磁复合成形装置，其特征在于：包括滚弯组(4)、成形模具(2)和压块(5)，所述板料(1)在滚弯组(4)完成滚弯预成形后放置在成形模具(2)上并通过压块(5)夹紧，所述板料(1)上方设有多个用于分次对板料(1)施加电磁力的推力线圈(6)。

6.根据权利要求5所述的大型整体壁板的分区电磁复合成形装置，其特征在于：所述滚弯组(4)包括上辊(41)和下辊(42)，所述上辊(41)和下辊(42)之间形成所述板料(1)的滚弯路径。

7.根据权利要求6所述的大型整体壁板的分区电磁复合成形装置，其特征在于：所述成形模具(2)设置为弧形凸模。

8.根据权利要求6所述的大型整体壁板的分区电磁复合成形装置，其特征在于：所述成形模具(2)设置为弧形凹模。