CN109967592A - 一种采用径向电磁拉力减小板件起皱的装置及方法 - Google Patents

一种采用径向电磁拉力减小板件起皱的装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种采用径向电磁拉力减小板件起皱的装置及方法，包括：用于在待成形金属板件边缘产生轴向恒定磁场的恒定磁场线圈；用于在待成形金属板件边缘产生感应涡流的脉冲磁场线圈；用于构成恒定磁场磁回路的压边磁轭、磁性凹模、磁性软垫片；用于给待成形金属板件提供成形力的脉冲力线圈；所述压边磁轭、磁性凹模为圆环形，其内设有环形空槽。本发明提供一种采用径向电磁拉力减小板件起皱的装置及其方法，可以在较小的压边力状态下通过施加径向电磁拉力实现抑制板件起皱。

Description

一种采用径向电磁拉力减小板件起皱的装置及方法
技术领域
本发明属于金属加工领域，特别涉及一种采用径向电磁拉力减小板件起皱的装置及方法，主要用于抑制金属板件加工过程中的起皱现象。
背景技术
板材冲压成形中，为了防止板件外缘起皱，通常采用施加压边力来抑制起皱。压边力的控制比较困难，压边力过大会造成金属板件塑性流动差容易撕裂，压边力过小又使其不能有效抑制板材起皱。
中国专利“一种金属板材的电磁脉冲成形装置及方法（CN 107127243 B）”公开了一种金属板材的电磁脉冲成形装置及方法，当待成形金属板件置于成形模具与成形线圈之间时，采用压力设备通过压边圈施压以防金属板件法兰区域起皱。
中国专利“一种电磁压边拉深试验装置及试验方法（CN 108465725 A）” 本发明公开了一种适于电磁压边拉深试验装置及试验方法，包括定位及紧固机构、电磁压边拉深装置、电磁力标定装置及相应试验方法；该发明的电磁压边拉深试验装置，可输出可调电磁力，通过给出的标定方法可获得电磁力与电流强度曲线。
中国专利“一种适于高速成形的电磁压边方法及装置（CN 105537361 B）”公开了一种适于高速成形的电磁压边方法及装置，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。
然而，上述专利中，都是通过采用施加压边力来抑制起皱；压边力的控制相对困难，压边力过大，会造成金属板件塑性流动差容易撕裂，压边力过小又使其不能有效抑制板材起皱。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种采用径向电磁拉力减小板件起皱的装置及其方法，可以在较小的压边力状态下通过施加径向电磁拉力实现抑制板件起皱。
本发明采取的技术方案为：
一种采用径向电磁拉力减小板件起皱的装置，包括：
用于在待成形金属板件边缘产生轴向恒定磁场的第一恒定磁场线圈、第二恒定磁场线圈；
用于在待成形金属板件边缘产生感应涡流的第一脉冲磁场线圈、第二脉冲磁场线圈；
用于构成恒定磁场磁回路的压边磁轭、磁性凹模、磁性软垫片；
用于给待成形金属板件提供成形力的脉冲力线圈；
所述压边磁轭为圆环形，其内设有第一环形空槽，第一环形空槽截面为矩形；
所述磁性凹模为圆环形，其内设有第二环形空槽，第二环形空槽截面为矩形；
所述磁性软垫片为一截面为矩形的圆环，磁性软垫片位于压边磁轭与磁性凹模之间；
第一恒定磁场线圈位于压边磁轭的第一环形空槽内上部，第二恒定磁场线圈位于磁性凹模的第二环形空槽内下部；
第一脉冲磁场线圈位于压边磁轭的第一环形空槽内下部，第二脉冲磁场线圈位于磁性凹模的第二环形空槽内上部。
所述第一恒定磁场线圈、第二恒定磁场线圈分别连接第一直流电源、第二直流电源；所述直流电源给所述恒定磁场线圈供电。
所述第一脉冲磁场线圈、第二脉冲磁场线圈分别连接第一脉冲电源、第二脉冲电源；所述脉冲电源给所述脉冲磁场线圈供电。
所述第一环形空槽的内侧边缘与待成形金属板件的外侧边缘贴合，第一环形空槽的外侧边缘与磁性软垫片的内侧边缘贴合。
所述磁性凹模的靠近待成形金属板件一侧的内孔有一大于R5mm的圆角；
第二环形空槽内侧边缘与待成形金属板件的外侧边缘贴合，第二环形空槽的外侧边缘与磁性软垫片的内侧边缘贴合。
所述压边磁轭、磁性凹模、磁性软垫片均由厚度为0.2mm的绝缘硅钢片叠制而成。
所述第一环形空槽、第二环形空槽半径相同、宽度和深度一致。
所述磁性软垫片厚度与待成形金属板件的厚度相同。
所述第一、二恒定磁场线圈相对待成形金属板件所在的平面上下对称；所述第一、二脉冲磁场线圈关于待成形金属板件所在的平面上下对称。
所述待成形金属板件为一圆形薄板, 待成形金属板件厚度为2-5mm；待成形金属板件的外侧边缘与压边磁轭的第一环形空槽的内侧边缘贴合。
一种采用径向电磁拉力减小板件起皱的方法，
将第一恒定磁场线圈置于压边磁轭的第一环形空槽内上部，将第二恒定磁场线圈置于磁性凹模的第二环形空槽内下部；
将第一脉冲磁场线圈置于压边磁轭的第一环形空槽内下部，将第二脉冲电源置于磁性凹模的第二环形空槽内上部；
依次放置磁性凹模、待成形金属板件、磁性软垫片、压边磁轭，并使其对称轴重合；
采用直流电源给第一、二恒定磁场线圈供电，使其在待成形金属板件外边缘产生轴向恒定磁场；
采用脉冲电源给第一、二脉冲磁场线圈供电，脉冲电流在待成形金属板件外边缘产生环向感应涡流；
轴向恒定磁场与环向感应涡流相互作用，产生径向向外的电磁力，径向拉紧待成形金属板件；
采用脉冲力线圈为待成形金属板件提供成形电磁力，实现在径向电磁拉力的约束下的电磁成形。
轴向向上的恒定磁场与逆时针方向的环向感应涡流作用产生径向向外的电磁力；或者轴向向下的恒定磁场与顺时针方向的环向感应涡流作用产生径向向外的电磁力。
本发明一种采用径向电磁拉力减小板件起皱的装置及其方法，可以在较小的压边力状态下，通过施加径向电磁拉力实现抑制板件起皱。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为采用径向电磁拉力减小板件起皱的装置2/3剖面示意图。
具体实施方式
一种采用径向电磁拉力减小板件起皱的装置，包括：
用于在待成形金属板件6边缘产生轴向恒定磁场的第一恒定磁场线圈1.1、第二恒定磁场线圈1.2；
用于在待成形金属板件6边缘产生感应涡流的第一脉冲磁场线圈2.1、第二脉冲磁场线圈2.2；
用于构成恒定磁场磁回路的压边磁轭3、磁性凹模4、磁性软垫片5；
用于给待成形金属板件6提供成形力的脉冲力线圈7；
所述压边磁轭3为圆环形，其内设有第一环形空槽，第一环形空槽截面为矩形；
所述磁性凹模4为圆环形，其内设有第二环形空槽，第二环形空槽截面为矩形；
所述磁性软垫片5为一截面为矩形的圆环，磁性软垫片5位于压边磁轭3与磁性凹模4之间；
第一恒定磁场线圈1.1位于压边磁轭3的第一环形空槽内上部，第二恒定磁场线圈1.2位于磁性凹模4的第二环形空槽内下部；
第一脉冲磁场线圈2.1位于压边磁轭3的第一环形空槽内下部，第二脉冲磁场线圈2.2
位于磁性凹模4的第二环形空槽内上部。
所述第一恒定磁场线圈1.1、第二恒定磁场线圈1.2分别连接第一直流电源8.1、第二直流电源8.2；所述直流电源给所述恒定磁场线圈供电。
第一恒定磁场线圈是传统的线圈，由铜线绕制而成，几何尺寸以能同时和第一脉冲磁场线圈放置在压边磁轭的第一环形空槽内部为限制。
第二恒定磁场线圈是传统的线圈，由铜线绕制而成，几何尺寸以能同时和第二脉冲磁场线圈放置在磁性凹模的第二环形空槽内部为限制。
第一直流电源8.1、第二直流电源8.2均采用直流蓄电池400V。
所述第一脉冲磁场线圈2.1、第二脉冲磁场线圈2.2分别连接第一脉冲电源9.1、第二脉冲电源9.2；所述脉冲电源给所述脉冲磁场线圈供电。
第一脉冲磁场线圈是传统的线圈，由铜线绕制而成，几何尺寸以能同时和第一恒定磁场线圈放置在压边磁轭的第一环形空槽内部为限制。
第二脉冲磁场线圈是传统的线圈，由铜线绕制而成，几何尺寸以能同时和第二恒定磁场线圈放置在磁性凹模的第二环形空槽内部为限制。
第一脉冲电源9.1、第二脉冲电源9.2均采用脉冲电容器100uF。
所述第一环形空槽的内侧边缘与待成形金属板件6的外侧边缘贴合，第一环形空槽的外侧边缘与磁性软垫片5的内侧边缘贴合。第一环形空槽的内侧边缘与待成形金属板件6的外侧边缘贴合，是为了使得工件占满整个气隙磁场域，提高电磁力大小。第一环形空槽的外侧边缘与磁性软垫片5的内侧边缘贴合，则是让磁性软垫片充满整个外磁路区域，减小总体磁阻，提高气隙磁场和电磁力。
所述磁性凹模4的靠近待成形金属板件6一侧的内孔有一大于R5mm的圆角。为了防止待成形金属板件变形时应力集中，故设置一圆角，且圆角半径R大于5mm。
第二环形空槽内侧边缘与待成形金属板件6的外侧边缘贴合，第二环形空槽的外侧边缘与磁性软垫片5的内侧边缘贴合。第二环形空槽的内侧边缘与待成形金属板件6的外侧边缘贴合，是为了使得工件占满整个气隙磁场域，提高电磁力大小。第二环形空槽的外侧边缘与磁性软垫片5的内侧边缘贴合，则是让磁性软垫片充满整个外磁路区域，减小总体磁阻，提高气隙磁场和电磁力。
所述压边磁轭3、磁性凹模4、磁性软垫片5均由厚度为0.2mm的绝缘硅钢片叠制而成。压边磁轭3、磁性凹模4、磁性软垫片5由厚度为0.2mm的绝缘硅钢片叠制可使压边磁轭3、磁性凹模4、磁性软垫片5中没有感应涡流，减少损耗。硅钢片过薄成本增加，过厚则损耗增加。
所述第一环形空槽、第二环形空槽半径相同、宽度和深度一致。第一环型空槽放置第一脉冲磁场线圈和第一恒定磁场线圈；第二环型空槽放置第二脉冲磁场线圈和第二恒定磁场线圈；第一脉冲磁场线圈和第二脉冲磁场线圈尺寸一致，第一恒定磁场线圈和第二恒定磁场线圈尺寸一致；故这里要求第一环形空槽、第二环形空槽尺寸一致，故半径相同、宽度和深度一致。
所述磁性软垫片5厚度与待成形金属板件6的厚度相同。让磁性软垫片充满整个外磁路区域，减小总体磁阻，提高气隙磁场和电磁力。
所述第一、二恒定磁场线圈相对待成形金属板件6所在的平面上下对称；所述第一、二脉冲磁场线圈关于待成形金属板件6所在的平面上下对称。使得待成形金属板件6所产生的磁感应强度只有轴向分量，以保证只有径向向外的电磁力。
所述待成形金属板件6为一圆形薄板, 待成形金属板件6厚度为2-5mm；待成形金属板件6的外侧边缘与压边磁轭3的第一环形空槽的内侧边缘贴合。待成形金属板件6充满整个气隙域，提升电磁力大小。
一种采用径向电磁拉力减小板件起皱的方法，
将第一恒定磁场线圈1.1置于压边磁轭3的第一环形空槽内上部，将第二恒定磁场线圈1.2置于磁性凹模4的第二环形空槽内下部；
将第一脉冲磁场线圈2.1置于压边磁轭3的第一环形空槽内下部，将第二脉冲电源9.2置于磁性凹模4的第二环形空槽内上部；
依次放置磁性凹模4、待成形金属板件6、磁性软垫片5、压边磁轭3，并使其对称轴重合；
采用直流电源给第一、二恒定磁场线圈供电，使其在待成形金属板件6外边缘产生轴向恒定磁场；
采用脉冲电源给第一、二脉冲磁场线圈供电，脉冲电流在待成形金属板件6外边缘产生环向感应涡流；
轴向恒定磁场与环向感应涡流相互作用，产生径向向外的电磁力，径向拉紧待成形金属板件6；
采用脉冲力线圈7为待成形金属板件6提供成形电磁力，实现在径向电磁拉力的约束下的电磁成形。采用径向电磁拉力能够避免材料堆积而形成起皱现象。
脉冲力线圈7采用脉冲电容器640uF/10kV。
轴向向上的恒定磁场与逆时针方向的环向感应涡流作用产生径向向外的电磁力；或者轴向向下的恒定磁场与顺时针方向的环向感应涡流作用产生径向向外的电磁力。F=JXB，电磁力的方向取决于电流和恒定磁场的方向，遵守左手定则；故轴向向上的恒定磁场与逆时针方向的环向感应涡流作用产生径向向外的电磁力；或者轴向向下的恒定磁场与顺时针方向的环向感应涡流作用产生径向向外的电磁力。
板件起皱的主要原因来自于板件变形时材料径向向里的流动，此时平面内的空间不足会导致板件起皱。基于此，施加径向电磁拉力可有效避免材料径向向里的堆积，减小材料的起皱。

Claims (10)

1.一种采用径向电磁拉力减小板件起皱的装置，其特征在于包括：
用于在待成形金属板件（6）边缘产生轴向恒定磁场的第一恒定磁场线圈（1.1）、第二恒定磁场线圈（1.2）；
用于在待成形金属板件（6）边缘产生感应涡流的第一脉冲磁场线圈（2.1）、第二脉冲磁场线圈（2.2）；
用于构成恒定磁场磁回路的压边磁轭（3）、磁性凹模（4）、磁性软垫片（5）；
用于给待成形金属板件（6）提供成形力的脉冲力线圈（7）；
所述压边磁轭（3）为圆环形，其内设有第一环形空槽，第一环形空槽截面为矩形；
所述磁性凹模（4）为圆环形，其内设有第二环形空槽，第二环形空槽截面为矩形；
所述磁性软垫片（5）为一截面为矩形的圆环，磁性软垫片（5）位于压边磁轭（3）与磁性凹模（4）之间；
第一恒定磁场线圈（1.1）位于压边磁轭（3）的第一环形空槽内上部，第二恒定磁场线圈（1.2）位于磁性凹模（4）的第二环形空槽内下部；
第一脉冲磁场线圈（2.1）位于压边磁轭（3）的第一环形空槽内下部，第二脉冲磁场线圈（2.2）位于磁性凹模（4）的第二环形空槽内上部。
2.根据权利要求1所述一种采用径向电磁拉力减小板件起皱的装置，其特征在于：所述第一恒定磁场线圈（1.1）、第二恒定磁场线圈（1.2）分别连接第一直流电源（8.1）、第二直流电源（8.2）；所述直流电源给所述恒定磁场线圈供电。
3.根据权利要求1所述一种采用径向电磁拉力减小板件起皱的装置，其特征在于：所述第一脉冲磁场线圈（2.1）、第二脉冲磁场线圈（2.2）分别连接第一脉冲电源（9.1）、第二脉冲电源（9.2）；所述脉冲电源给所述脉冲磁场线圈供电。
4.根据权利要求1所述一种采用径向电磁拉力减小板件起皱的装置，其特征在于：所述第一环形空槽的内侧边缘与待成形金属板件（6）的外侧边缘贴合，第一环形空槽的外侧边缘与磁性软垫片（5）的内侧边缘贴合。
5.根据权利要求1所述一种采用径向电磁拉力减小板件起皱的装置，其特征在于：所述磁性凹模（4）的靠近待成形金属板件（6）一侧的内孔有一大于R5mm的圆角；
第二环形空槽内侧边缘与待成形金属板件（6）的外侧边缘贴合，第二环形空槽的外侧边缘与磁性软垫片（5）的内侧边缘贴合。
6.根据权利要求1所述一种采用径向电磁拉力减小板件起皱的装置，其特征在于：所述压边磁轭（3）、磁性凹模（4）、磁性软垫片（5）均由厚度为0.2mm的绝缘硅钢片叠制而成。
7.根据权利要求1所述一种采用径向电磁拉力减小板件起皱的装置，其特征在于：所述第一、二恒定磁场线圈相对待成形金属板件（6）所在的平面上下对称；所述第一、二脉冲磁场线圈关于待成形金属板件（6）所在的平面上下对称。
8.根据权利要求1所述一种采用径向电磁拉力减小板件起皱的装置，其特征在于：所述待成形金属板件（6）为一圆形薄板, 待成形金属板件（6）厚度为2-5mm；待成形金属板件（6）的外侧边缘与压边磁轭（3）的第一环形空槽的内侧边缘贴合。
9.一种采用径向电磁拉力减小板件起皱的方法，其特征在于：一种采用径向电磁拉力减小板件起皱的方法，其特征在于：
将第一恒定磁场线圈（1.1）置于压边磁轭（3）的第一环形空槽内上部，将第二恒定磁场线圈（1.2）置于磁性凹模（4）的第二环形空槽内下部；
将第一脉冲磁场线圈（2.1）置于压边磁轭（3）的第一环形空槽内下部，将第二脉冲电源（9.2）置于磁性凹模（4）的第二环形空槽内上部；
依次放置磁性凹模（4）、待成形金属板件（6）、磁性软垫片（5）、压边磁轭（3），并使其对称轴重合；
采用直流电源给第一、二恒定磁场线圈供电，使其在待成形金属板件（6）外边缘产生轴向恒定磁场；
采用脉冲电源给第一、二脉冲磁场线圈供电，脉冲电流在待成形金属板件（6）外边缘产生环向感应涡流；
轴向恒定磁场与环向感应涡流相互作用，产生径向向外的电磁力，径向拉紧待成形金属板件（6）；
采用脉冲力线圈（7）为待成形金属板件（6）提供成形电磁力，实现在径向电磁拉力的约束下的电磁成形。
10.根据权利要求9所述一种采用径向电磁拉力减小板件起皱的方法，其特征在于：轴向向上的恒定磁场与逆时针方向的环向感应涡流作用产生径向向外的电磁力；或者轴向向下的恒定磁场与顺时针方向的环向感应涡流作用产生径向向外的电磁力。
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