CN112775257A - 基于脉冲电磁力的板件压花成形装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于脉冲电磁力的板件压花成形装置及方法，它包括第一策略模块、第二策略模块和压边模块，通过压边模块夹持固定板件对应的两侧，驱动线圈位于板件的上方，通过PLC控制系统控制第一策略模块和第二策略模块放电产生特定波形的电流，在板件上产生向上或向下的电磁力使板件发生变形的同时，移动驱动线圈成形压花板件。本发明克服了原板件压花采用机械冲压噪音污染大，模具规格多，生产成本高的问题，具有结构简单，变形灵活，易于成形复杂压花结构，无需压花模，适应性好，加工成低的特点。

Description

基于脉冲电磁力的板件压花成形装置及方法

技术领域

本发明属于板件花纹成形技术领域，涉及一种基于脉冲电磁力的板件压花成形装置及方法。

背景技术

目前金属工件的花边以及凹凸槽的成形使用的是传统的冲压成形技术。冲压成形采用机械力或者液压力，将冲头作用于板件上配合模具完成成形，然而成形所需要的模具成本高昂，且由于冲头的存在导致表面质量较差，影响工件的使用寿命。存在下列不足：1、在成形的过程中振动较大，存在极大的噪音污染，严重影响操作人员的身心健康；2、使用模具对设计和制造要求较高，且存在制造周期长、成本较高；3、一个工件对应一个模具，而较高的开模成本，导致该工艺只适合批量生产，对于单件、小批量生产有巨大的限制。

使用电磁力代替机械力或者将电磁力同传统冲压工艺相结合，有助于改善上述不足。如文献(Investigation of Bipolar Plate Forming with Various DieConfigurations by Magnetic Pulse Method.(2019))中提到的双极板成形。该研究将机械压力模块转变为使用电磁力，在模具的辅助下，利用电磁力使金属板件与波浪形模具紧密贴合，进而完成双极板板件成形。类似的研究还有文献Meng, B.; Fu, M.W.; Shi, S.Q.（Deformation characteristic and geometrical size effect in continuousmanufacturing of cylindrical and variable-thickness flanged microparts. J.Mater. Process. Technol. 2018, 252, 546–558.），其在双极板成形中引入了橡胶垫微成形，是把下方的波浪形模具材质换成了橡胶垫，主要是模具材质上的改变，在成形方式上并没有的改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于脉冲电磁力的板件压花成形装置及方法, 结构简单，采用压边模块夹持固定板件对应的两侧，驱动线圈位于板件的上方，PLC控制系统控制第一策略模块和第二策略模块放电产生特定波形的电流，在板件上产生向上或向下的电磁力使板件发生变形的同时，移动驱动线圈成形压花板件，变形灵活，易于成形复杂压花结构，无需压花模，适应性好，加工成低。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于脉冲电磁力的板件压花成形装置，它包括第一策略模块、第二策略模块和压边模块；

所述第一策略模块包括与第二策略模块连接的第一电容组、第一电阻、第二电阻、第一二级管、第一电感、第一开关和驱动线圈；

所述第一电阻和第一二级管与第一电容组串联形成回路；

所述第二电阻、第一电感、第一开关、驱动线圈与第一电阻和第一二级管并联形成回路；

所述第二策略模块包括第二电容组连接的第三电阻、第四电阻、第二二级管、第二电感、第二开关和驱动线圈；

所述第三电阻和第二二级管与第二电容组串联形成回路；

所述第四电阻、第二电感、第二开关和驱动线圈与第三电阻和第二二级管并联形成回路；

所述第一电容组和第二电阻的电压大小不同；

所述驱动线圈位于两个压边模块之间的上部，从一端向另一端移动。

所述第一策略模块和第二策略模块与PLC控制系统连接。

所述第一开关闭合，第一策略模块放电的脉冲电流达到峰值时，第二开关闭合触发第二策略模块释放脉冲电流，共同组合成缓慢上升、急速下降的放电电流波形，即为第一策略模块放电。

所述第一开关和第二开关断开后，间隔移动驱动线圈的同时闭合第二开关。

所述第二开关闭合后，采用第二电容组放电，产生的磁场和感应涡流的作用力朝下，即为第二策略模块放电。

如上所述的基于脉冲电磁力的板件压花成形装置的成形方法，它包括如下步骤：

S1，采用压边模块将板件两个相互对应的侧边夹持；夹持力为1~1.5MPa；板件已退火处理；

S2，移动驱动线圈至板件的一侧；该位置作为第一次压花的起始位置；

S3，采用PLC控制系统控制第一策略模块放电；同时间隔移动驱动线圈，在板件上产生向上的电磁力，形成上凸变形；

S4，采用PLC控制系统控制第二策略模块放电；同时间隔移动驱动线圈，在板件上产生向下的电磁力，形成下凹变形；

S5，再次移动驱动线圈至板件的一侧，使其与第一次压花的起始位置错位，作为第二次压花的起始位置；

S6，依次重复S3 、S4，成形波纹压花板件。

一种基于脉冲电磁力的板件压花成形装置及方法，它包括第一策略模块、第二策略模块和压边模块，通过压边模块夹持固定板件对应的两侧，驱动线圈位于板件的上方，通过PLC控制系统控制第一策略模块和第二策略模块放电产生特定波形的电流，在板件上产生向上或向下的电磁力使板件发生变形的同时，移动驱动线圈成形压花板件。本发明克服了原板件压花采用机械冲压噪音污染大，模具规格多，生产成本高的问题，具有结构简单，变形灵活，易于成形复杂压花结构，无需压花模，适应性好，加工成低的特点。

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为本发明结构示意图。

图2为本发明第一策略模块放电电流波形示意图。

图3为发明波浪式板件压花仿真模型图。

图4为本发明第一策略模块和第二策略模块交错成形的局部示意图。

图5为本发明成形成果示意图。

图中：第一策略模块1，第一电容组10，第一电阻11，第二电阻12，第一二级管13，第一电感14，第一开关15，驱动线圈16；第二策略模块2，第二电容组20，第三电阻21，第四电阻22，第二二级管23，第二电感24，第二开关25，压边模块3。

具体实施方式

如图1~图5中，一种基于脉冲电磁力的板件压花成形装置，它包括第一策略模块1、第二策略模块2和压边模块3；

所述第一策略模块1包括与第二策略模块2连接的第一电容组10、第一电阻11、第二电阻12、第一二级管13、第一电感14、第一开关15和驱动线圈16；

所述第一电阻11和第一二级管13与第一电容组10串联形成回路；

所述第二电阻12、第一电感14、第一开关15、驱动线圈16与第一电阻11和第一二级管13并联形成回路；

所述第二策略模块2包括第二电容组20连接的第三电阻21、第四电阻22、第二二级管23、第二电感24、第二开关25和驱动线圈16；

所述第三电阻21和第二二级管23与第二电容组20串联形成回路；

所述第四电阻22、第二电感24、第二开关25和驱动线圈16与第三电阻21和第二二级管23并联形成回路；

所述第一电容组10和第二电阻12的电压大小不同；

所述驱动线圈16位于两个压边模块3之间的上部，从一端向另一端移动。通过压边模块3夹持固定板件对应的两侧，驱动线圈16位于板件的上方，通过PLC控制系统控制第一策略模块1和第二策略模块2放电产生特定波形的电流，在板件上产生向上或向下的电磁力使板件发生变形的同时，移动驱动线圈16成形压花板件，变形灵活，易于成形复杂压花结构，无需压花模，适应性好，加工成低。

所述第一策略模块1和第二策略模块2与PLC控制系统连接。

优选地，压边模块3包括上模和下模，上模和下模与两端垂直式压力机连接，垂直式压力机的执行单元与PLC控制系统连接，由PLC控制系统控制压力大小。

优选地，驱动线圈16固定于直线滑动模块的滑动座上，直线滑动模块的伺服电机与PLC控制系统连接，由PLC控制系统控制驱动线圈16的移动量。

所述第一开关15和第二开关25闭合，第一策略模块1放电的脉冲电流达到峰值时，触发第二策略模块2释放脉冲电流，共同组合成缓慢上升、急速下降的放电电流波形，即为第一策略模块1放电。使用时,PLC控制系统对第二策略模块2和第一策略模块1进行时序控制，产生缓慢上升、急速下降的电流波形使板件主要受到轴向向上的洛伦磁力；在电流波形缓慢上升时，电流波形率是在几个毫秒内缓慢上升，电流变化率较小，在板件上产生较小的向下的电磁力，板件不发生变形或微小变形量；当电流处于峰值时，电流波形急速下降，电流变化率较大，板件上主要产生向上的电磁力，使板件发生上凸变形。

所述第一开关15和第二开关25闭合时，由PLC控制系统控制第一开关15和第二开关25闭合改变控制时序，由PLC控制系统控制驱动线圈16间隔移动的同时闭合第二开关25，扩展板件上凸成形花纹的范围。

所述第一开关15断开后，仅采用第二电容组放电，产生的磁场和感应涡流的作用力朝下，即为第二策略模块2放电。使用时，当PLC控制系统控制第一开关15断开后，在板件上产生的磁场和感应涡流的共同作用下，电磁力始终朝向板件下部，形成下凹的变形。

所述第一开关15断开后，间隔移动驱动线圈16。使用时，第二开关25所在回路处于闭合状态，电磁力对板件形成下凹的变形，由PLC控制系统控制驱动线圈16间隔移动，扩展板件下凹成形花纹的范围。

如上所述的基于脉冲电磁力的板件压花成形装置的成形方法，它包括如下步骤：

S1，采用压边模块3将板件两个相互对应的侧边夹持；夹持力为1~1.5MPa；板件已退火处理；

S2，移动驱动线圈16至板件的一侧；该位置作为第一次压花的起始位置；

S3，采用PLC控制系统控制第一策略模块1放电；同时间隔移动驱动线圈16，在板件上产生向上的电磁力，形成上凸变形；

S4，采用PLC控制系统控制第二策略模块2放电；同时间隔移动驱动线圈16，在板件上产生向下的电磁力，形成下凹变形；

S5，再次移动驱动线圈16至板件的一侧，使其与第一次压花的起始位置错位，作为第二次压花的起始位置；

S6，依次重复S3 、S4，成形波纹压花板件。

如下为铝合金板件的花纹成形步骤：

用一块厚度在2㎜，长1000㎜，宽300㎜，材质为AA1060铝合金板件，退火预处理；

将铝合金板件宽度300的两侧分别放入上模和下模之间分别压紧，调整压力为1.25PMa；压力大小以压紧后在受力时不脱出，不变形为准则；

操作PLC控制系统控制驱动线圈16至铝合金板件的一侧；根据铝合金板件厚度配置电容大小，电容电压选择8kV，数值为2880~3200μF组成长脉宽电容组；电容电压选择12kV，数值为40~160μF组成短脉宽电容组；

操作PLC控制系统控制第一策略模块1放电，同时间隔移动驱动线圈16，在铝合金板件上形成间隔向上凸起的变形；

操作PLC控制系统控制第二策略模块2放电，同时间隔移动驱动线圈16，在铝合金板件上形成间隔向下凹的变形；

再次操作PLC控制系统控制移动驱动线圈16至铝合金板件的一侧，驱动线圈16位于铝合金板件的两个相邻的凸起部之间；两个相邻的凸起部之间的距离为60mm。

再次操作PLC控制系统控制第一策略模块1放电，同时间隔移动驱动线圈16，在铝合金板件上形成间隔向上凸起的变形；驱动线圈16移动距离为60mm；

再次操作PLC控制系统控制第二策略模块2放电，同时间隔移动驱动线圈16，在铝合金板件上形成间隔向下凹的变形；驱动线圈16移动距离为60mm；最终成形波浪结构的花纹铝合金板件。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于脉冲电磁力的板件压花成形装置，其特征是：它包括第一策略模块（1）、第二策略模块（2）和压边模块（3）；

所述第一策略模块（1）包括与第二策略模块（2）连接的第一电容组（10）、第一电阻（11）、第二电阻（12）、第一二级管（13）、第一电感（14）、第一开关（15）和驱动线圈（16）；

所述第一电阻（11）和第一二级管（13）与第一电容组（10）串联形成回路；

所述第二电阻（12）、第一变压器（14）、第一开关（15）、第一驱动线圈（16）与第一电阻（11）和第一二级管（13）并联形成回路；

所述第二策略模块（2）包括第二电容组（20）连接的第三电阻（21）、第四电阻（22）、第二二级管（23）、第二电感（24）、第二开关（25）和第二驱动线圈（26）；

所述第三电阻（21）和第二二级管（23）与第二电容组（20）串联形成回路；

所述第四电阻（22）、第二变压器（24）、第二开关（25）和驱动线圈（16）与第三电阻（21）和第二二级管（23）并联形成回路；

所述第一电容组（10）和第二电阻（12）的电压大小不同；

所述驱动线圈（16）位于两个压边模块（3）之间的上部，从一端向另一端移动。

2.根据权利要求1所述的基于脉冲电磁力的板件压花成形装置，其特征是：所述第一策略模块（1）和第二策略模块（2）与PLC控制系统连接。

3.根据权利要求1所述的基于脉冲电磁力的板件压花成形装置，其特征是：所述第一开关（15）和第二开关（25）闭合，第一策略模块（1）放电的脉冲电流达到峰值时，触发第二策略模块（2）释放脉冲电流，共同组合成缓慢上升、急速下降的放电电流波形，即为第一策略模块（1）放电。

4.根据权利要求3所述的基于脉冲电磁力的板件压花成形装置，其特征是：所述第一开关（15）和第二开关（25）闭合时，间隔移动驱动线圈（16）的同时开闭第一开关（15）。

5.根据权利要求1所述的基于脉冲电磁力的板件压花成形装置，其特征是：所述第一开关（15）断开后，此时仅有第二电容组（20）放电，产生的磁场和感应涡流的作用力朝下，即为第二策略模块（2）放电。

6.根据权利要求5所述的基于脉冲电磁力的板件压花成形装置，其特征是：所述第一开关（15）断开后，间隔移动驱动线圈（16）的同时闭合第二开关（25）。

7.根据权利要求1~6任一项所述的基于脉冲电磁力的板件压花成形装置的成形方法，其特征是，它包括如下步骤：

S1，采用压边模块（3）将板件两个相互对应的侧边夹持；夹持力为1~1.5MPa；板件已退火处理；

S2，移动驱动线圈（16）至板件的一侧；该位置作为第一次压花的起始位置；

S3，采用PLC控制系统控制第一策略模块（1）放电；同时间隔移动驱动线圈（16），在板件上产生向上的电磁力，形成上凸变形；

S4，采用PLC控制系统控制第二策略模块（2）放电；同时间隔移动驱动线圈（16），在板件上产生向下的电磁力，形成下凹变形；

S5，再次移动驱动线圈（16）至板件的一侧，使其与第一次压花的起始位置错位，作为第二次压花的起始位置；

S6，依次重复S3 、S4，成形波纹压花板件。

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