CN112091072B - 一种板料高效-高精度磁脉冲成形装置及成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种板料高效‑高精度磁脉冲成形装置及成型方法，成形装置包括弹性垫、电磁线圈和能相对运动以对板料成形的凸模及凹模，弹性垫设置在凸模和凹模之间且覆盖凹模的成形腔，凸模和/或凹模上设置有可通过电磁线圈驱动而对成形腔内板料施力的施力件。本发明利用凸凹模对板料进行冲压，实现板料的高精度变形；再采用电磁力驱动凸模高速运动，并借助弹性垫实现板料在小范围内的高频震荡，最终降低回弹；其中，成形过程中不需要更改模具结构，大幅度的降低了模具和线圈的制作难度，为大规模工业生产提供可能。

Description

一种板料高效-高精度磁脉冲成形装置及成形方法

技术领域

本发明涉及材料加工成形技术领域，尤其涉及一种板料高效-高精度磁脉冲成形装置及其成形方法。

背景技术

电磁成形技术是利用金属在强脉冲磁场中受到的电磁力作用使其发生塑性变形的一种高速、高能率，短时脉冲加工技术。研究表明材料在高速变形条件下能够获得高于传统冲压加工下的成形性能，并把这种较高成形性的现象称为“高塑性”。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。因而能够有效提高难变形材料的成形极限、降低回弹等。

但传统的电磁成形中，管件在电磁力作用下的变形速度太快，导致成形过程难以调控，难以实现零件的精确控形，为此众多学者对电磁成形工艺进行改进。专利号为201810542534.5的“一种控制U形件回弹的磁脉冲弯曲装置及成形方法”专利中，将传统冲压工艺与电磁成形工艺相结合，通过传统冲压将板料初步弯曲成U形件，接着设置在模具中的线圈放电对板料进行二次成形，最终成功降低了U形件的回弹。专利号为201711232857.6的“冲压与磁脉冲成形协同控制复杂曲面件回弹与破裂的方法”专利中，同样地将传统冲压工艺与电磁成形工艺相结合，通过传统冲压将板料初步弯曲成一个复杂曲面的板件，接着设置在凸模中的线圈放电对板料进行二次成形得到比较精确形状的复杂曲面板件。

但是上述方法需要在模具中设置多个线圈，导致模具难以制作、成本大幅度提高、使用寿命低，难以满足大规模生产的需求。并且针对不同的零件，由于模具结构的不同导致所需要设计的线圈也不同，成形工艺柔性较差；同时，传统的磁脉冲降低回弹的方法，往往都需要在板料弯曲角对应的模具处设置线圈，并且当有多个弯曲角，就需要设置多个线圈。这必然会加大模具和线圈的制作成本，降低模具和线圈的使用寿命。

发明内容

本发明目的在于提供一种板料高效-高精度磁脉冲成形装置及其成形方法，从而解决上述问题。

为实现上述目的，本发明首先公开了一种板料高效-高精度磁脉冲成形装置，包括弹性垫、电磁线圈和能相对运动以对板料成形的凸模及凹模，所述弹性垫设置在所述凸模和凹模之间且覆盖所述凹模的成形腔，所述凸模和/或凹模上设置有可通过所述电磁线圈驱动而对所述成形腔内板料施力的施力件。

进一步的，还包括线圈安装板，所述电磁线圈安装在所述线圈安装板上。

进一步的，还包括高电导率的驱动板，所述驱动板设置在所述电磁线圈和施力件之间，所述驱动板为铜板或者铝板，所述弹性垫为橡胶垫或者聚氨酯垫。

进一步的，还包括上模架，所述线圈安装板安装在所述上模架的下侧面上，所述凸模以可上下滑动的方式安装在所述电磁线圈的下侧，所述弹性垫设置在所述凹模上，所述弹性垫的上侧设置有板料放置面。

进一步的，还包括用于连接所述驱动板和上模架的螺栓以及螺母，所述驱动板安装在所述电磁线圈的下侧，所述凸模可拆式安装在所述驱动板的下侧，所述螺母以上下位置可调的方式连接在所述螺栓的端部。

进一步的，所述凸模为上端开口的空心壳体结构，所述驱动板固接在所述凸模为上端开口处，所述凸模内设置有加强骨架。

进一步的，所述弹性垫覆盖在所述成形腔的底面和/或凸模的成型表面，且所述凹模上位于成形腔的边缘设置有板料压边圈。

进一步的，所述凹模和/或凸模上设置有贯通到所述成形腔的模孔，所述模孔内滑接有活动顶杆模具，所述活动顶杆模具的一端贴合所述凸模和凹模的成形表面，另一端设置有驱动所述活动顶杆模具对板料施力的所述电磁线圈，所述驱动板设置在所述活动顶杆模具和电磁线圈之间。

本发明还公开了一种板料高效-高精度磁脉冲成形方法，包括上述方案所述的板料高效-高精度磁脉冲成形装置，包括如下步骤：

S1、将弹性垫和电磁线圈安装在凸模和凹模依次安装，其中弹性垫覆盖所述凹模的成型腔；

S2、在弹性垫上放置待成形的板料；

S3、控制凸模和凹模相对运动，对板料进行冲压成形；

S4、控制凸模和凹模背离运动一定距离；

S5、电磁线圈通入脉冲电流，驱动施力件使弹性垫高频反复受压震荡。

进一步的，控制脉冲电流大小和弹性垫厚度以实现板料沿高度方向在-20～20mm的范围内发生震荡。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明利用凸凹模对板料进行冲压，实现板料的精度变形；再采用电磁力驱动凸模高速运动，并借助弹性垫实现板料在小范围内的高频震荡，最终降低回弹；其中，成形过程中不需要更改模具结构，大幅度的降低了模具和线圈的制作难度，为大规模工业生产提供可能。同时，弹性垫有助于将板料完全压靠在凸模上，实现板料的高精度成形，并且弹性垫反复受压缩后，会沿板料厚度方向对板料施加厚向压应力，有助于降低回弹。进一步的，线圈放电后，只需较小的电磁力就可以实现凸模沿高度方向在-20～20mm的范围内发生震荡，从而能够降低对设备能量的要求。

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为本发明实施例一公开的板料高效-高精度磁脉冲成形装置的成形初始状态示意图；

图2为本发明实施例一公开的板料高效-高精度磁脉冲成形装置的凸模下压示意图；

图3为本发明实施例一公开的板料高效-高精度磁脉冲成形装置的上模架上移，线圈放电、板料发生高频震荡示意图；

图4为本发明实施例二公开的板料高效-高精度磁脉冲成形装置的成形初始状态示意图；

图5为本发明实施例二公开的板料高效-高精度磁脉冲成形装置的凸模下压示意图；

图6为本发明实施例二公开的板料高效-高精度磁脉冲成形装置的上模架上移，线圈放电、板料发生高频震荡示意图；

图7为本发明实施例三公开的板料高效-高精度磁脉冲成形装置的成形示意图；

图8为本发明实施例四公开的板料高效-高精度磁脉冲成形装置的成形示意图；

图9为本发明实施例五公开的板料高效-高精度磁脉冲成形装置的成形示意图。

图例说明：

1、凹模；2、凸模；3、板料；4、弹性垫；5、驱动板；6、电磁线圈；7、线圈安装板；8、上模架；9、螺栓；10、螺母；11、凹模底板；12、导柱；13、加强骨架；14、压边圈；15、活动顶杆模具；16、驱动板单元。

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。

实施例一：

如图1-3所示，本发明实施例首先公开了一种板料高效-高精度磁脉冲成形装置，包括凸模2、凹模1、弹性垫4、电磁线圈6和上模架8，电磁线圈6安装在上模架8的下侧面上，凸模2为施力件，以可上下滑动的方式安装在电磁线圈6的下侧，弹性垫4设置在凹模1上，且覆盖凹模1内成形腔(成形腔的底部设置有与凸模2完全匹配的成型表面)，弹性垫4的上侧设置有板料放置面，用于放置板料3。其中，凸模2可设置为内部空心的结构，有助于降低质量，从而在放电能量一定的条件下，凸模2能够实现更快的往复运动。

在本实施例中，还包括线圈安装板7和高导电率的驱动板5，电磁线圈6安装在线圈安装板7上，从而提升电磁线圈6的整体强度和刚度。线圈安装板7通过螺母10和螺栓9安装在上模架8上。驱动板5安装在电磁线圈6的下侧，凸模2通过螺钉可拆式安装在驱动板5的下侧，凸模2和凹模1可以根据实际需要更换，而电磁线圈6、上模架8、驱动板5等则可以通用，提高装置的适用广度。

在本实施例中，还包括用于连接驱动板5和上模架8的螺栓9以及螺母10，螺母10以上下位置可调的方式连接在螺栓9上，而驱动板5则通过螺钉与凸模2连接。

在本实施例中，驱动板5为高导电率的铜板或者铝板，由于相对于普通钢铁材料具有更高的导电率，从而驱动板5具有更快的响应能力，电磁线圈6可以对驱动板5施加更大的电磁力，即对凸模2施加更大更快的力，从而提高成型速度和精度。弹性垫4为橡胶垫或者聚氨酯垫。便于在成型后的板料3上形成高频震荡，最终降低甚至消除回弹。

然后，本发明公开了一种板料高效-高精度磁脉冲成形方法，包括上述方案的板料高效-高精度磁脉冲成形装置，包括如下步骤：

S1、将电磁线圈6安装在上模架8后，再将驱动板5、凸模2和上模架8用螺栓9和螺母10连接，保证电磁线圈6和驱动板5上表面存在的间隙；

S2、在凹模1上放置弹性垫4和待成形的板料3；

S3、控制上模架8带动电磁线圈6、驱动板5和凸模2下降，对板料3进行冲压成形，通过凸模2和凹模1的成形面对板料3进行控形；

S4、上模架8向上移动一定距离，凸模2因重力继续施压与板料3表面；

S5、电磁线圈6通入脉冲电流，驱动驱动板5带动凸模2向下运动，使弹性垫4反复受压，由于电磁成形的电流是脉冲电流，则作用在驱动板5上的电磁力是按小-大-小的顺序交替变化。当电磁力变大后，板料3向下运动并使弹性垫4压缩；当电磁力变小后，弹性垫4回复使板料3反向运动，从而实现板料3在小局部范围的高频震荡效应，控制板料3的回弹。

在本实施例中，电磁线圈6与驱动板5的间距设置为0～10mm，从而当凸模2反向运动时有利于避免驱动板5与电磁线圈6的碰撞，保护电磁线圈6。

在本实施例中，控制脉冲电流大小和弹性垫4厚度以实现凸模2沿高度方向在-20～20mm的幅度范围内发生震荡，具体的幅度只与板料3的尺寸以及待成形板料3的尺寸以及成形精度相关。

实施例二：

如图4-6所示，在本实施例中，凸模2为上端开口的空心壳体结构，驱动板5固接在凸模2为上端开口处，可以焊接一体，从而降低了凸模2的重量，电磁线圈6能够通过驱动板5实现对凸模2的快速驱动，进而凸模2可以实现更高频率的振荡，从而消除回弹的效果会更好，凸模内设置有加强骨架13，从而起到防止凸模2的壳体变形的作用。在本实施例中，弹性垫4贴合成形腔的底面设置，从而成形腔的底面各处的弹性比较均匀，同时，也不用每加工一次装卸一次弹性垫4，提高了板料3成型的生产效率。进一步的，凹模1安装的凹模底板11的两侧设置有导柱12，与上模架8上的导向孔匹配，从而提高导向精度，同时，凹模1位于成形腔的上边缘设置有压边圈14，可以防止板料3在成形腔的上边缘的形成褶皱，同时，压边圈14和凹模1的接触可以采用凸起和凹槽匹配的压边结构，从而板料3边缘在向中心移动时需要经过迂回曲折的多次弯折过程，从而使用小功率压边装置可以达到大功率压边装置同样的技术效果，节省成本。可以采用液压油缸、气缸或弹簧等驱动上下运动。

实施例三：

如图7所示，在本实施例中，主体结构与实施例二相同，不同的是：凸模2的上侧没有设置电磁线圈6，凹模1的底部设置有贯通到成形腔内的模孔，模孔内滑接有活动顶杆模具15，其中，活动顶杆模具15为施力件，活动顶杆模具15主要设置在板料3局部难变形和精度要求高的细节区域(该处回弹量更大，变形精度更难控制)，电磁线圈6安装在活动顶杆模具15的下侧，驱动板5设置在活动顶杆模具15和电磁线圈6之间，其中，弹性垫4贴合凸模2的成型表面，同样不用每加工一次装卸一次弹性垫4，提高了板料3成型的生产效率。驱动板5设置为如图7所示的整体板，从而回弹的控制更有针对性，响应更快，也更节能。

实施例四：

如图8所示，在本实施例中，主体结构与实施例三相同，不同之处在于：每个模孔内设置一个单独的驱动板单元16，即驱动板5化整为零，进一步降低了驱动板5的重量，从而响应速度进一步提高，能耗进一步降低，同样可以实现回弹的精确控制。

实施例五：

如图9所示，在本实施例中，主体结构与实施例三相同，不同之处在于：凸模2和凹模1的上下侧均设置有活动顶杆模具15和驱动活动顶杆模具15对板料3施力的电磁线圈6，弹性垫4贴合凸模2和凹模1的成型表面，同样不用每加工一次装卸一次弹性垫4，提高了板料3成型的生产效率。同样的，活动顶杆模具15主要设置在板料3成形形状比较复杂的地方，驱动板5设置在活动顶杆模具15和电磁线圈6之间，从而实现从上下两侧对板料3局部难变形和精度要求高的细节区域进行精确回弹控制，回弹控制效果更好。

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 (8)

1.一种板料高效-高精度磁脉冲成形装置，其特征在于，包括弹性垫(4)、电磁线圈(6)、线圈安装板(7)、高电导率的驱动板(5)和能相对运动以对板料成形的凸模(2)及凹模(1)，所述弹性垫(4)设置在所述凸模(2)和凹模(1)之间且覆盖所述凹模(1)的成形腔，所述凸模(2)和/或凹模(1)上设置有可通过所述电磁线圈(6)驱动而对所述成形腔内板料(3)施力的施力件，所述电磁线圈(6)安装在所述线圈安装板(7)上，所述驱动板(5)设置在所述电磁线圈(6)和施力件之间，所述凹模(1)和/或凸模(2)上设置有贯通到所述成形腔的模孔，所述模孔内滑接有活动顶杆模具(15)，所述活动顶杆模具(15)的一端贴合所述凸模(2)和凹模(1)的成形表面，另一端设置有驱动所述活动顶杆模具(15)对板料施力的所述电磁线圈(6)，所述驱动板(5)设置在所述活动顶杆模具(15)和电磁线圈(6)之间。

2.根据权利要求1所述的板料高效-高精度磁脉冲成形装置，其特征在于，所述驱动板(5)为铜板或者铝板，所述弹性垫(4)为橡胶垫或者聚氨酯垫。

3.根据权利要求2所述的板料高效-高精度磁脉冲成形装置，其特征在于，还包括上模架(8)，所述线圈安装板(7)安装在所述上模架(8)的下侧面上，所述凸模(2)以可上下滑动的方式安装在所述电磁线圈(6)的下侧，所述弹性垫(4)设置在所述凹模(1)上，所述弹性垫(4)的上侧设置有板料放置面。

4.根据权利要求3所述的板料高效-高精度磁脉冲成形装置，其特征在于，还包括用于连接所述驱动板(5)和上模架(8)的螺栓(9)以及螺母(10)，所述驱动板(5)安装在所述电磁线圈(6)的下侧，所述凸模(2)可拆式安装在所述驱动板(5)的下侧，所述螺母(10)以上下位置可调的方式连接在所述螺栓(9)的端部。

5.根据权利要求2所述的板料高效-高精度磁脉冲成形装置，其特征在于，所述凸模(2)为上端开口的空心壳体结构，所述驱动板(5)固接在所述凸模(2)为上端开口处，所述凸模(2)内设置有加强骨架(13)。

6.根据权利要求1-2任一所述的板料高效-高精度磁脉冲成形装置，其特征在于，所述弹性垫(4)覆盖在所述成形腔的底面和/或凸模(2)的成型表面，且所述凹模(1)上位于成形腔的边缘设置有压边圈(14)。

7.一种板料高效-高精度磁脉冲成形方法，包括权利要求1-6任一所述的板料高效-高精度磁脉冲成形装置，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将弹性垫(4)和电磁线圈(6)安装在凸模(2)和凹模(1)依次安装，其中弹性垫覆(4)盖所述凹模(1)的成型腔；

S2、在弹性垫(4)上放置待成形的板料(3)；

S3、控制凸模(2)和凹模(1)相对运动，对板料(3)进行冲压成形；

S4、控制凸模(2)和凹模(1)背离运动一定距离；

S5、电磁线圈(6)通入脉冲电流，驱动施力件使弹性垫(4)高频反复受压震荡。

8.根据权利要求7所述的板料高效-高精度磁脉冲成形方法，其特征在于，控制脉冲电流大小和弹性垫(4)厚度以实现板料(3)沿高度方向在-20～20mm的范围内发生震荡。

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