CN110666018B - 一种无线圈电磁复合成形装置及成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无线圈电磁复合成形装置及成形方法，包括冲压机构、电磁成形机构和外接电路，冲压机构包括上模座、凸模、凹模和下模座，上模座底部固定凸模固定件，凸模嵌在凸模固定件内，电磁成形机构包括压料板金属片和凹模金属片，凹模金属片固定在凹模顶部，凸模、凸模固定件、压料板金属片上表面、凹模金属片、凹模绝缘处理，压料板金属片下表面不进行绝缘处理，金属坯料设在压料板金属片和凹模金属片间，外接电路包括并联的主电路、第一支路、第二支路和第三支路，主电路上设有电源，压料板金属片设在第一支路，凹模金属片设在第二支路，第三支路上设电容，将传统的冲压成形和无线圈的电磁成形技术相结合，对较深坯料成形。

Description

一种无线圈电磁复合成形装置及成形方法

技术领域

本发明涉及材料塑性成形技术领域，具体涉及一种无线圈电磁复合成形装置及成形方法。

背景技术

材料的轻量化是当今汽车工业、航空航天工业发展的重要领域之一，然而由于轻质材料如铝合金、镁合金的高硬度，低塑性，导致采用传统的加工技术生产的成形件容易发生褶皱、裂纹等损坏现象。电磁成形是一种采用电磁线圈放电产生磁场，在成形件上形成感应电流，利用电磁力的作用使轻质金属成形的技术，能获得优良的成形性能。但由于线圈大小的限制，电磁成形难以成形较大曲面的零件。

电磁复合成形是结合传统的冲压成形技术与电磁成形技术，该方法是将线圈镶入凸模中，先采用传统冲压凸模对坯料预加工，完成大部分的成形，再由线圈争对坯料局部难以成形的部位进行电磁成形，实现大面积曲面零件的加工。但该技术的不足之处是，线圈要镶入模具中，对模具的形状、大小、精度求解苛刻，镶入线圈极为困难，且镶入线圈的凸模也易对模具质量造成损坏。另外，电磁成形为高能率成形，产生的电磁力非常大，在使用过程中线圈极易变形或损坏。

无线圈的电磁成形技术是采用两个平行板料通入相同或相反电流，产生较大电磁力，使板料间产生相互排斥或相互吸引的作用力的成形方法。该方法虽然取代了使用线圈造成的弊端，但无线圈板料电磁成形的磁场范围有限，靠近两块板料较近时，则电磁力较大，超过一定范围，电磁力急剧减小。故在对较深坯料成形时，无线圈的电磁成形技术则无法完成。

发明内容

根据现有技术的不足，本发明的目的是提供一种无线圈电磁复合成形装置及成形方法，将传统的冲压成形和无线圈的电磁成形技术相结合，完成较深冲压，对金属坯料成形较大曲面，且避免了传统冲压容易产生的褶皱和裂纹等问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种无线圈电磁复合成形装置，包括冲压机构、电磁成形机构和外接电路；

所述冲压机构包括上模座、凸模、压料板、第一螺钉、下模座和凹模，所述上模座底部固定有凸模固定件，所述凸模镶嵌在所述凸模固定件内，所述凸模底部为冲头，所述压料板设在所述冲头外侧，所述第一螺钉自所述上模座穿过所述凸模固定件至所述压料板，所述第一螺钉与所述上模座和所述凸模固定件间隙配合，所述第一螺钉与所述压料板螺纹连接进行固定，所述第一螺钉上套设有弹簧，所述弹簧一端与所述压料板顶部固定，另一端与所述凸模固定件底部固定，所述凹模镶嵌在所述下模座内，所述凸模、所述压料板和所述凹模表面绝缘处理；

所述电磁成形机构包括压料板金属片和凹模金属片，两个所述压料板金属片分别设在所述凸模两侧，所述压料板金属片固定在所述压料板底部，所述凹模金属片固定在凹模顶部，所述压料板金属片上表面和所述凹模金属片表面绝缘处理，所述压料板金属片下表面不进行绝缘处理，金属坯料设在所述压料板金属片和所述凹模金属片间；

所述外接电路包括主电路、第一支路、第二支路和第三支路，所述主电路、所述第一支路、所述第二支路和所述第三支路并联，所述主电路上设有电源、电阻和第一控制开关，所述压料板金属片设在所述第一支路上，所述凹模金属片设在所述第二支路上，所述第一支路和所述第二支路的总电路上串联有第二控制开关，所述第三支路上设有电容，用于储存电荷以供电磁成形机构放电。

进一步的，所述压料板金属片为Z字形。

进一步的，所述凸模、所述压料板和所述凹模表面喷涂绝缘油漆，所述压料板金属片上表面和所述凹模金属片表面喷涂绝缘油漆，所述压料板金属片下表面不喷涂绝缘油漆。

进一步的，所述凸模的形状包括但不限于圆锥形、圆柱形、圆锥台或者不规则形状，相应的，所述凹模的形状与所述凸模的形状相匹配。

进一步的，所述凹模金属片的材料为铜材。

进一步的，所述第一螺钉的行距大于所述凸模的行距。

进一步的，所述压料板金属片通过螺钉和粘结剂固定在所述压料板底部，所述凹模金属片通过螺钉和粘结剂固定在凹模顶部。

一种无线圈电磁复合成形方法，包括：

步骤一、压料，上模座下移，压料板金属片首先与金属坯料接触，上模座继续下移，使得弹簧被压缩，提供压力压紧金属坯料；

步骤二、冲压，上模座合模，上模座继续下移，弹簧继续被压缩，金属坯料在凸模底部的冲头的作用下完成主要轮廓的成形；

步骤三、充电，第一控制开关闭合，第二控制开关断开，使得电容充电；

步骤四、电磁成形，第一控制开关断开，第二控制开关闭合，进而使得电容放电，由于压料板金属片下表面不喷涂绝缘油漆，电流从压料板金属片流向金属坯料，使金属坯料和凹模金属片同时通入同向的电流，进而使金属坯料和凹模金属片产生相互吸引的电磁力，在电磁力的作用下，金属坯料脱离凸模底部的冲头，贴附凹模表面。

进一步的，所述步骤四具体包括，电磁成形时，金属坯料与凹模金属片的间距应小于30mm。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

1.本发明所述的一种无线圈电磁复合成形装置及成形方法，将传统冲压与无线圈电磁成形相结合的加工方法，具体为利用传统冲压完成主要成形，具体为大面积、大深度、易成形，无线圈电磁成形完成局部的加工，具体为小面积、小深度、难成形的部位。

2.本发明所述的一种无线圈电磁复合成形装置及成形方法，采用无线圈的电磁成形技术，具体为成形片为凹模金属片，凹模金属片由螺钉和粘结剂固定在凹模上，凹模金属片与凹模表面均喷涂绝缘油漆，使得凹模金属片与凹模隔离。

3.本发明所述的一种无线圈电磁复合成形装置及成形方法，金属坯料不直接与电路相连，而是通过压料板表面的压料板金属片压料接触时连入电路。在大批量生产中可以直接开模和合模更换金属坯料，避免了线路直接接在金属坯料上需要反复安装的复杂性。

4.本发明所述的一种无线圈电磁复合成形装置及成形方法，压料板金属片由螺钉和粘结剂固定在压料板上，且压料板、压料板金属片上表面喷涂绝缘油漆，保证压料板、压料板金属片彼此绝缘，近一步，压料板金属片下表面喷涂绝缘油漆，且保证表面平整光滑，有利于与金属坯料的充分接触，使电流可以从压料板金属片流向金属坯料，降低通电过程中火花的产生。

5.本发明所述的一种无线圈电磁复合成形装置及成形方法，适用大曲面板材加工，复合成形方式先采用凸模完成大面积的加工，再使用电磁成形对局部加工，两相结合避免了电磁成形难以加工大面积曲面的缺陷。

6.本发明所述的一种无线圈电磁复合成形装置及成形方法，能适用较深坯料的成形，采用冲压技术对金属坯料深冲，再使用无线圈电磁成形对金属坯料局部成形，无线圈电磁成形仅用于完成较浅的成形，避免了无线圈电磁成形无法完成较深冲压的缺陷。

附图说明

图1为本发明冲压前的整体结构示意图；

图2为本发明冲压后的整体结构示意图；

图3为本发明冲压前的局部示意图；

图4为本发明冲压时的局部示意图；

图5为本发明电磁成形的局部示意图。

其中：1、导柱；2、弹簧；3、导套；4、螺钉；5、第一螺钉；6、凸模；7、销钉；8、上模座；9、凸模固定件；10、压料板；11、压料板金属片；12、金属坯料；13、凹模金属片；14、下模座；15、凹模；16、电阻；17、电容；18、电源；19、第一控制开关；20、第二控制开关；21、冲头。

具体实施方式

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。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

参照图1-图5所示，一种无线圈电磁复合成形装置，包括冲压机构、电磁成形机构和外接电路。冲压机构用于完成大面积的加工，适用于较深金属坯料12的加工。电磁成形机构用于局部加工，适用于完成较浅的成形。外接电路用于给电磁成形机构供电。本发明中，利用传统冲压完成主要成形，具体为大面积、大深度、易成形，无线圈电磁成形完成局部的加工，具体为小面积、小深度、难成形的部位，避免了传统冲压容易产生的褶皱和裂纹的问题，且能形成较大曲面和较深的冲压。

参照图1和图2所示，冲压机构包括上模座8、凸模6、压料板10、第一螺钉5、下模座14和凹模15，上模座8底部固定有凸模固定件9，凸模6镶嵌在凸模固定件9内，凸模6底部为冲头21，冲头21外侧设有压料板10，第一螺钉5自上模座8穿过凸模固定件9至压料板10，第一螺钉5的螺杆与上模座8和凸模固定件9间隙配合，第一螺钉5与压料板10螺纹连接，使得两者间固定，第一螺钉5上套设有弹簧2，弹簧2一端与压料板10顶部固定，另一端与凸模固定件9底部固定，凹模15镶嵌在下模座14内，凸模6、压料板10和凹模15表面进行绝缘处理。

参照图1和图2所示，电磁成形机构包括压料板金属片11和凹模金属片13，两个压料板金属片11设在凸模6两侧，压料板金属片11固定在压料板10底部，凹模金属片13固定在凹模15顶部，压料板金属片11上表面和凹模金属片13表面进行绝缘处理，压料板金属片11下表面不进行绝缘处理，金属坯料12设在压料板金属片11和凹模金属片13间。

参照图1和图2所示，外接电路包括主电路、第一支路、第二支路和第三支路，主电路、第一支路、第二支路和第三支路并联，主电路上设有电源18、电阻16和第一控制开关19，压料板金属片11设在第一支路上，凹模金属片13设在第二支路上，第一支路和第二支路的总电路上串联有第二控制开关20，第三支路上设有电容17，用于储存电荷以供电磁成形机构放电。

具体的，本装置中，凸模6、压料板10和凹模15可以为非导电材料或者采用绝缘处理过的导电材料，如果采用绝缘处理过的导电材料，可以在凸模6、压料板10和凹模15表面喷涂绝缘油漆。压料板金属片11上表面和凹模金属片13表面可喷涂绝缘油漆进行绝缘处理，压料板金属片11下表面不喷涂绝缘油漆。

由于压料板金属片11上表面、压料板10、第一螺钉5和凸模6表面喷涂有绝缘油漆，使得压料板金属片11与压料板10、第一螺钉5和凸模6隔离。通过凹模金属片13表面喷涂有绝缘油漆，使得凹模金属片13与压料板金属片11和金属坯料12隔离。电磁成形过程中，电容17放电时，由于压料板金属片11下表面不喷涂绝缘油漆，电流从压料板金属片11流向金属坯料12，压料板金属片11和金属坯料12形成第一支路，凹模金属片13形成第二支路，此时金属坯料12和凹模金属片13通入的电流同向，进而使金属坯料12和凹模金属片13产生相互吸引的电磁力，在电磁力的作用下，金属坯料12脱离凸模6底部的冲头21，贴附凹模金属片13表面。

参照图1和图2所示，凸模6的形状包括但不限于圆锥形、圆柱形、圆锥台或者不规则形状，相应的，凹模15的形状与凸模6的形状相匹配，使金属坯料12冲压和电磁成形后形成不同的形状。

参照图1和图2所示，第一螺钉5的行距大于凸模6的行距，可以保证合模时，压料板10高度低于凸模6的最低高度，使压料板金属片11先于凸模6接触金属坯料12。

参照图1和图2所示，为了方便压料板金属片11固定在压料板10底部，压料板金属片11为Z字形，压料板金属片11通过螺钉和粘结剂固定在压料板10底部，螺钉表面喷涂绝缘材料进行绝缘。

为了方便凹模金属片13固定在凹模15顶部，凹模金属片13通过螺钉和粘结剂固定在凹模15顶部，螺钉表面喷涂绝缘材料进行绝缘。

参照图1和图2所示，为了保证合模精度，下模座14顶部设有多个导柱1。导柱1顶部套设有导套3，导套3顶部固定在上模座8上。

参照图1和图2所示，凸模固定件9通过第二螺钉4固定在上模座8上。为了精确定位，防止凸模固定件9和上模座8的相对位置错位，凸模固定件9和上模座8间设有销钉7。

为了使压料板金属片11与金属坯料12接触更充分，降低火花的产生，压料板金属片11底面平整光滑，当压料板10下压时，压料板金属片11底面与金属坯料12完全接触。

由于导电性较强的材料电流大，产生的电磁力大，凹模金属片13可选用导电率较强的材料，例如：铜材。

一种无线圈电磁复合成形方法，包括：

步骤一、压料，参照图1和图3所示，由于第一螺钉5的螺杆与上模座8和凸模固定件9间隙配合，第一螺钉5上套设有弹簧2，弹簧2一端与压料板10顶部固定，另一端与凸模固定件9底部固定，上模座8下移，使得压料板金属片11首先与金属坯料12接触，上模座8继续下移，使得凸模固定件9沿第一螺钉5的螺杆下移，弹簧2被压缩，提供压力压紧金属坯料12，使压料板10压紧金属坯料12边缘。此过程中，凸模6底部的冲头21不与金属坯料12接触。

步骤二、冲压，参照图2和图4所示，上模座8合模，上模座8继续下移，弹簧2继续被压缩，凸模6底部的冲头21下移，金属坯料12在凸模6底部的冲头21的作用下完成主要轮廓的成形。

步骤三、充电，第一控制开关19闭合，第二控制开关20断开，使得电容17充电。

步骤四、电磁成形，参照图5所示，第一控制开关19断开，第二控制开关20闭合，进而使得电容17放电，由于压料板金属片11表面不喷涂绝缘油漆，电流从压料板金属片11流向金属坯料12，使金属坯料12和凹模金属片13通入的电流同向，进而使金属坯料12和凹模金属片13产生相互吸引的电磁力，在电磁力的作用下，金属坯料12脱离凸模6底部的冲头21，贴附凹模15表面，完成金属坯料12的V形角或其它难加工部位的局部成形。

在步骤四中，由于凹模金属片13和金属坯料12产生的磁场范围有限，因此电磁成形的深度不应过大，应该越小越好，即金属坯料12与凹模金属片13的间距应小于30mm。

在电容17放电过程中，金属坯料12与凹模金属片13通入电流，具体通入时间相同，电流类型为交流电，电压大小大于7kV。

最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (8)

1.一种无线圈电磁复合成形装置，其特征在于：包括冲压机构、电磁成形机构和外接电路；

所述冲压机构包括上模座、凸模、压料板、第一螺钉、下模座和凹模，所述上模座底部固定有凸模固定件，所述凸模镶嵌在所述凸模固定件内，所述凸模底部为冲头，所述压料板设在所述冲头外侧，所述第一螺钉自所述上模座穿过所述凸模固定件至所述压料板，所述第一螺钉与所述上模座和所述凸模固定件间隙配合，所述第一螺钉与所述压料板螺纹连接进行固定，所述第一螺钉上套设有弹簧，所述弹簧一端与所述压料板顶部固定，另一端与所述凸模固定件底部固定，所述凹模镶嵌在所述下模座内，所述凸模、所述压料板和所述凹模表面绝缘处理；

所述电磁成形机构包括压料板金属片和凹模金属片，两个所述压料板金属片分别设在所述凸模两侧，所述压料板金属片固定在所述压料板底部，所述凹模金属片固定在凹模顶部，所述压料板金属片上表面和所述凹模金属片表面绝缘处理，所述压料板金属片下表面不进行绝缘处理，金属坯料设在所述压料板金属片和所述凹模金属片间，所述凸模、所述压料板和所述凹模表面喷涂绝缘油漆，所述压料板金属片上表面和所述凹模金属片表面喷涂绝缘油漆，所述压料板金属片下表面不喷涂绝缘油漆；

所述外接电路包括主电路、第一支路、第二支路和第三支路，所述主电路、所述第一支路、所述第二支路和所述第三支路并联，所述主电路上设有电源、电阻和第一控制开关，所述压料板金属片设在所述第一支路上，所述凹模金属片设在所述第二支路上，所述第一支路和所述第二支路的总电路上串联有第二控制开关，所述第三支路上设有电容，用于储存电荷以供电磁成形机构放电。

2.根据权利要求1所述的无线圈电磁复合成形装置，其特征在于：所述压料板金属片为Z字形。

3.根据权利要求1所述的无线圈电磁复合成形装置，其特征在于：所述凸模的形状包括但不限于圆锥形、圆柱形、圆锥台或者不规则形状，相应的，所述凹模的形状与所述凸模的形状相匹配。

4.根据权利要求1所述的无线圈电磁复合成形装置，其特征在于：所述凹模金属片的材料为铜材。

5.根据权利要求1所述的无线圈电磁复合成形装置，其特征在于：所述第一螺钉的行距大于所述凸模的行距。

6.根据权利要求1所述的无线圈电磁复合成形装置，其特征在于：所述压料板金属片通过螺钉和粘结剂固定在所述压料板底部，所述凹模金属片通过螺钉和粘结剂固定在凹模顶部。

7.一种无线圈电磁复合成形方法，使用权利要求1-6任一项所述的无线圈电磁复合成形装置，其特征在于，包括：

步骤一、压料，上模座下移，压料板金属片首先与金属坯料接触，上模座继续下移，使得弹簧被压缩，提供压力压紧金属坯料；

步骤二、冲压，上模座合模，上模座继续下移，弹簧继续被压缩，金属坯料在凸模底部的冲头的作用下完成主要轮廓的成形；

步骤三、充电，第一控制开关闭合，第二控制开关断开，使得电容充电；

步骤四、电磁成形，第一控制开关断开，第二控制开关闭合，进而使得电容放电，由于压料板金属片下表面不喷涂绝缘油漆，电流从压料板金属片流向金属坯料，使金属坯料和凹模金属片同时通入同向的电流，进而使金属坯料和凹模金属片产生相互吸引的电磁力，在电磁力的作用下，金属坯料脱离凸模底部的冲头，贴附凹模表面。

8.根据权利要求7所述的一种无线圈电磁复合成形方法，其特征在于：所述步骤四具体包括，电磁成形时，金属坯料与凹模金属片的间距应小于30mm。

Images