CN110802155B - 用于板材成型成性一体化的电磁气化成形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于板材成型成性一体化的电磁气化成形装置及其成型成性方法，装置包括模具、用于将板材密封压紧在模具上的压边座和可气化的金属薄片，模具内设置有板材成型腔，压边座内设置有一约束型腔，金属薄片设置在板材的上方，该金属薄片的两端设置有电极，电极通过导线连接至外部电源，压边座上设置有贯通到约束型腔的约束型腔气孔，模具上设置有贯通到板材成型腔的板材成型腔气孔，且该模具上设置有对板材成型腔加热的加热部件。本发明的电磁气化成形装置通过金属薄片通电加热气化产生冲击波，驱动板材成形，这一成形过程快速，且板材高速成形后无回弹，在很短的时间内就能获得成形精度高的工件。

Description

用于板材成型成性一体化的电磁气化成形装置及方法

技术领域

本发明涉及板材成形技术领域，尤其涉及一种用于板材成型成性一体化的电磁气化成形装置及成型成性方法。

背景技术

电磁成形是高速变形工艺的一种，是实现铝合金等材料加工的重要方式。电磁成形零件有着加工性能好和无回弹的优点。但目前电磁成形技术的发展严重限制于线圈的寿命，在电磁成形过程中，线圈在产生使工件变形的脉冲电磁力时，也受到巨大的电磁载荷和机械载荷，当载荷过大时线圈遭到破坏，导致成形失败。且电磁成形只适用于电导率高的材料，对于电导率低的材料往往需要电导率高的材料驱动成形，这也造成了材料的浪费。

电磁气化成形是一种利用金属薄片通电加热气化产生冲击波对工件进行高速成形的加工方法，研究表明材料在高速变形条件下能够获得更好的加工性能，体现在材料的成形极限更高，且成形件基本无回弹。但电磁成形与电磁气化成形均只是实现了零件的成形，不能调控材料成形时的性能，不适合于钛合金等需热加工的高强度材料或者铝合金可在超低温和高温下的成形。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于板材成型成性一体化的电磁气化成形装置及成型成性方法，从而解决上述问题。

为实现上述目的，本发明公开了一种用于板材成型成性一体化的装置，包括模具、用于将板材密封压紧在所述模具上的压边座和可气化的金属薄片，所述模具内设置有板材成型腔，所述压边座内设置有一约束型腔，所述金属薄片设置在板材的上方，该金属薄片的两端设置有电极，所述电极通过导线连接至外部电源，所述压边座上设置有贯通到约束型腔的约束型腔气孔，所述模具上设置有贯通到板材成型腔的板材成型腔气孔，且该模具上设置有对所述板材成型腔加热的加热部件。

进一步的，所述加热部件为插接在所述模具上的加热棒，所述加热棒靠近所述板材成型腔设置。

进一步的，所述约束型腔设置为可密封覆盖所述板材成型腔。

进一步的，所述压边座上还设置有过线孔，所述导线穿过所述过线孔设置。

然后，本发明公开了一种如上述用于板材成型成性一体化的电磁气化成形装置的成型成性方法，包括如下步骤：

S1、将所述板材放置于模具的上表面，将金属薄片放置于板材的上方，将在所述金属薄片的两端连接，在电极上连接导线；

S2、将压边座放置于所述板材的上方，并将板材压紧在所述模具上；

S3、通过约束型腔气孔向所述约束型腔通入气体，通过板材成型腔气孔向所述板材成型腔通入气体，使板材的上下表面与气体充分接触；

S4、给导线通电，通过所述金属薄片通电加热气化后高速膨胀，对板材产生高速冲击波，实现板材的成形成性制造；

S5、根据板材类型启停所述加热部件和气体的通入。

进一步的，所述板材为钛合金，在所述步骤S3中，所述约束型腔气孔和板材成型腔气孔均通入630℃-650℃的高温惰性气体，通气时间为18-22min，在所述步骤S5中，再次通入一定压强的630℃-650℃的高温惰性气体，对板材进行保压。

进一步的，所述板材为铝合金材料。

进一步的，所述板材为7075铝合金，在所述步骤S3中，所述约束型腔气孔和板材成型腔气孔均通入470℃-480℃的高温气体，保温50-70min，然后通入低温气体进行急速冷却，实现固溶淬火处理，在所述步骤S5中，启动加热部件加热，控制加热温度为120℃-160℃，时间为6h-12h以实现时效处理，并且施加一定压强的气体，对板材保压。

进一步的，所述板材为5052铝合金，在所述步骤S3中，所述约束型腔气孔和板材成型腔气孔均通入300℃-400℃的高温惰性气体，保温18-22min，在所述步骤S5中，加热部件为停止状态。

进一步的，当板材为铝合金和铜合金时，在S3步骤中通入的气体为超低温气体。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的电磁气化成形装置通过金属薄片通电加热气化产生冲击波，驱动板材成形，这一成形过程快速，且板材高速成形后无回弹，在很短的时间内就能获得成形精度高的工件。

2、本发明由于是采用高压冲击力驱动板材高速率变形，能提高材料的成形极限。

3、本发明装置上的通气孔能够通入高温/低温气体，对材料进行加热或降温处理，实现材料的热成形和热处理，实现成形成性一体化。且气体与板材充分接触，解决了板材加热或冷却过程的温度不均的问题。

4、本发明装置上的通气孔能够通入超低温气体，实现铝合金、铜合金等的超低温变形，大幅度提高材料的性能。

5、本发明金属薄片造价低廉，不用绕制线圈，降低了线圈的制造成本；不用凸模或真空袋进行贴膜，降低了设备成本。

6、本发明能够有效成形低电导率材料（如不锈钢）和常温难加工材料（如钛合金），显著扩展了工艺的适用范围。

7、本发明对成形后的零件通入气体，不但可是提高零件的性能。同时气体压力会使零件完全与模具贴合，大幅度提高成形精度。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例公开的用于板材成型成性一体化的电磁气化成形装置的剖视示意图；

图2为本发明实施例公开的用于板材成型成性一体化的电磁气化成形装置的放电成型示意图；

图3为本发明实施例公开的用于板材成型成性一体化的电磁气化成形装置的成型后的保压和时效处理示意图；

图4为本发明实施例公开的用于板材成型成性一体化的电磁气化成形装置的金属薄片串联放置示意图；

图5为本发明实施例公开的用于板材成型成性一体化的装置的金属薄片并联放置示意图。

图例说明：

1、模具；2、板材；3、压边座；4、金属薄片；5、板材成型腔；6、约束型腔；7、电极；8、导线；9、约束型腔气孔；10、板材成型腔气孔；11、加热棒；12、过线孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1-图5所示，本发明实施例首先公开了一种用于板材成型成性一体化的装置，包括模具1、用于将板材2密封压紧在模具1上的压边座3和可气化的金属薄片4，模具1内设置有板材成型腔5，板材成型腔5的底部加工为冲压的轮廓，压边座3内设置有一约束型腔6，金属薄片4设置在板材2的上方，位于约束型腔6内，该金属薄片4的两端设置有电极7，电极7通过导线8连接至外部电源，当导线8通电后，金属薄片4加热气化，膨胀产生的冲击波作用到板材2上，板材2向板材成型腔5的底部轮廓运动，进而成型。其中，压边座3上设置有贯通到约束型腔6的约束型腔气孔9，模具1上设置有贯通到板材成型腔5的板材成型腔气孔10，且该模具1上设置有对板材成型腔5加热的加热部件，从而可以方便的通入气体，对板材2进行热成型和热处理。

具体的，在本实施例中，加热部件为插接在模具1上的加热棒11，比如石墨加热棒，加热棒11靠近板材成型腔5设置。

在本实施例中，约束型腔6设置为可密封覆盖板材成型腔5，从而，板材2可以同时变形，均匀受力。

在本实施例中，压边座3上还设置有过线孔12，导线8穿过过线孔12设置，其中，过线孔12采用密封处理。

然后，本发明公开了一种如上述方案的成型成性方法，包括如下步骤：

S1、将板材2放置于模具1的上表面，将金属薄片4放置于板材2的上方，将在金属薄片4的两端连接，在电极7上连接导线8；

S2、将压边座3放置于板材2的上方，并将板材2压紧在模具1上；

S3、通过约束型腔气孔9向约束型腔6通入气体，通过板材成型腔气孔10向板材成型腔5通入气体，使板材2的上下表面与气体充分接触；

S4、给导线8通电，通过金属薄片4通电加热气化后高速膨胀，对板材2产生高速冲击波，实现板材2的成形成性制造；

在本实施例中，在步骤S3中，约束型腔气孔9和板材成型腔气孔10均通入惰性气体，通气时间为18-22min。

S5、根据板材2的类型启停加热部件和气体的通入。

在本实施例中，板材2为钛合金，在步骤S3中，约束型腔气孔9和板材成型腔气孔10均通入630℃-650℃的高温惰性气体，通气时间为18-22min，在步骤S5中，再次通入一定压强的630℃-650℃的高温惰性气体，对板材2进行保压。

在本实施例中，板材为7075铝合金，在步骤S3中，约束型腔气孔9和板材成型腔气孔10均通入470℃-480℃的高温气体，保温50-70min，然后通入低温气体进行急速冷却，实现固溶淬火处理，在步骤S5中，启动加热部件加热，控制加热温度为120℃-160℃，时间为6h-12h以实现时效处理，并且施加一定压强的气体，对板材2保压。

在本实施例中，板材为5052铝合金，在步骤S3中，约束型腔气孔9和板材成型腔气孔10均通入300℃-400℃的高温惰性气体，保温18-22min，在步骤S5中，由于5052铝合金为不可热处理铝合金，加热部件为停止状态。

在本实施例中，板材2并不局限于7075铝合金和5052铝合金。7075和5052铝合金仅作为可热处理和不可热处理铝合金的典型代表。在实际应用中，本方法可以适合于全部铝合金。

在本实施例中，当板材2为铝合金和铜合金时，在S3步骤中通入的气体可以超低温气体。此超低温气体可为液氮（-196℃），液氧（-183℃~ -218.8℃）和液氦（-253℃）等。最终实现零件在超低温下的变形，提高零件的成形性能。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (7)

1.一种用于板材成型成性一体化的电磁气化成形装置，其特征在于，包括模具(1)、可气化的金属薄片(4)和用于将板材(2)密封压紧在所述模具(1)上的压边座(3)，所述模具(1)内设置有板材成型腔(5)，所述压边座(3)内设置有一约束型腔(6)，所述金属薄片(4)设置在板材(2)的上方，该金属薄片(4)的两端设置有电极(7)，所述电极(7)通过导线(8)连接至外部电源，所述压边座(3)上设置有贯通到约束型腔(6)的约束型腔气孔(9)，所述模具(1)上设置有贯通到板材成型腔(5)的板材成型腔气孔(10)，且该模具(1)上设置有对所述板材成型腔(5)加热的加热部件，所述加热部件为插接在所述模具(1)上的加热棒(11)，所述加热棒(11)靠近所述板材成型腔(5)设置，所述约束型腔(6)设置为可密封覆盖所述板材成型腔(5)，所述压边座(3)上还设置有过线孔(12)，所述导线(8)穿过所述过线孔(12)设置。

2.一种如权利要求1所述用于板材成型成性一体化的电磁气化成形装置的成型成性方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将所述板材(2)放置于模具(1)的上表面，将金属薄片(4)放置于板材(2)的上方，将在所述金属薄片(4)的两端连接，在电极(7)上连接导线(8)；

S2、将压边座(3)放置于所述板材(2)的上方，并将板材(2)压紧在所述模具(1)上；

S3、通过约束型腔气孔(9)向所述约束型腔(6)通入气体，通过板材成型腔气孔(10)向所述板材成型腔(5)通入气体，使板材(2)的上下表面与气体充分接触；

S4、给导线(8)通电，通过所述金属薄片(4)通电加热气化后高速膨胀，对板材(2)产生高速冲击波，实现板材(2)的成型成性制造；

S5、根据板材(2)类型启停所述加热部件和气体的通入。

3.根据权利要求2所述成型成性方法，其特征在于，所述板材为钛合金，在所述步骤S3中，所述约束型腔气孔(9)和板材成型腔气孔(10)均通入630℃-650℃的高温惰性气体，通气时间为18-22min，在所述步骤S5中，再次通入一定压强的630℃-650℃的高温惰性气体，对板材(2)进行保压。

4.根据权利要求2所述成型成性方法，其特征在于，所述板材(2)为铝合金材料。

5.根据权利要求4所述成型成性方法，其特征在于，所述板材(2)为7075铝合金，在所述步骤S3中，所述约束型腔气孔(9)和板材成型腔气孔(10)均通入470℃-480℃的高温气体，保温50-70min，然后通入低温气体进行急速冷却，实现固溶淬火处理，在所述步骤S5中，启动加热部件加热，控制加热温度为120℃-160℃，时间为6h-12h以实现时效处理，并且施加一定压强的气体，对板材(2)保压。

6.根据权利要求4所述成型成性方法，其特征在于，所述板材为5052铝合金，在所述步骤S3中，所述约束型腔气孔(9)和板材成型腔气孔(10)均通入300℃-400℃的高温惰性气体，保温18-22min，在所述步骤S5中，加热部件为停止状态。

7.根据权利要求2所述成型成性方法，其特征在于，当板材(2)为铝合金和铜合金时，在S3步骤中通入的气体为超低温气体。

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