CN114770132B - 一种高强度铝合金瓜瓣侧孔电磁翻边装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度铝合金瓜瓣侧孔电磁翻边装置及方法，包括下定位基座、支撑架、上定位基座、底板和瓜瓣侧孔翻边模，所述下定位基座包括下定位立柱、设于下定位立柱安装孔内的衬套a和设于衬套a内的下定位销，所述上定位基座包括上定位立柱、设于上定位立柱安装孔内的衬套b和设于衬套b内的上定位插销，所述支撑架、下定位立柱、上定位立柱分别设于底板上。本发明还公开了一种高强度铝合金瓜瓣侧孔电磁翻边装置的翻边方法。本发明采用电磁成形瓜瓣侧孔翻边技术方法替代传统大型液压系统模具翻孔，由此避免使用大台面大吨位液体设备，从而简化设备、工艺和模具，提高瓜瓣侧孔翻边制造的质量和效率。

Description

一种高强度铝合金瓜瓣侧孔电磁翻边装置及方法
技术领域
本发明属于装备制造领域，涉及一种高强度铝合金瓜瓣侧孔电磁翻边装置及方法。
背景技术
随着航空航天事业的发展，对航天运载工具的性能提出了更高的要求，从而给制造工艺带来许多新的挑战。在火箭推进剂贮箱等部件中，椭球体箱底由圆环、叉形环和顶盖组成，圆环由八个瓜瓣拼焊而成。瓜瓣为大型薄壁件，外形为椭球体，为便于管路与箱体之间进行焊接，保证焊接质量，需要在瓜瓣上制造翻边孔。瓜瓣零件较大、型面复杂，翻孔轴向与贮箱轴向方向一致。采用传统的瓜瓣侧孔翻边工艺所需工装复杂，易于产生起皱和裂纹等缺陷产品合格率较低。
中国专利CN207508048U公开了一种Ф3350mm椭球瓜瓣法向孔凸孔模具，该模具是利用机械式完成瓜瓣侧孔的法相凸孔，机械凸孔需要多次更换凸模才能成形，效率低容易产生裂纹。其次，该公开专利的凹模是利用中心螺杆在竖直方向拉住，一般机械凸孔力较大，只靠中心螺杆拉住凹模，容易失稳，定位精度不够高。
中国专利CN110899451A公开了一种火箭贮箱整体箱底法兰孔成形方法及装置，具体公开了“包括成形线圈、成形凹模以及定位装置；所述定位装置确保整体箱底法兰孔成形件进行成形定位；通过采用电磁脉冲翻孔技术替代传统钢模翻孔”。该专利只是完成对贮箱整体箱底法兰孔成形加工，贮箱整体箱底较大，占位空间大，但由于整体箱底为对称件，相比瓜瓣件的定位和安装较为简单。其次，当整体箱底凸孔当出现裂纹时，不能像瓜瓣一样可以及时替换，造成成本损失更大。航天的发展需要的火箭直径会更大，随着焊接技术的提高，贮箱主要由瓜瓣拼接为主。
目前，瓜瓣侧孔翻边成形主要是利用大型高吨位液压成形设备，通过常规预先制孔加多道次翻边的工艺完成，需要一套具有凸凹模的大型成形模具。采用现有的工艺，不仅流程复杂，需用多套工装模具，加工成本昂贵。为了避免开裂，生产中经常需要多次成形，中间工序要进行打磨、修边和退火处理，制造工艺相当复杂，致使生产效率低，成本高，工人劳动强度大。为满足瓜瓣侧孔翻边成形要求，整体结构件需在退火状态进行成形，给法侧孔区域的成形留出足够的塑性成形空间和时间，无法进行整个工艺流程的优化，同时，瓜瓣在液压机上下装配调试等工序，造成工艺流程长，耗时多，费用高。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种高强度铝合金瓜瓣侧孔电磁翻边装置及方法。
为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种高强度铝合金瓜瓣侧孔电磁翻边装置，包括下定位基座、支撑架、上定位基座、底板和瓜瓣侧孔翻边模，所述下定位基座包括下定位立柱、设于下定位立柱安装孔内的第一衬套和设于第一衬套内的下定位销，所述上定位基座包括上定位立柱、设于上定位立柱安装孔内的第二衬套和设于第二衬套内的上定位插销，所述支撑架、下定位立柱、上定位立柱分别设于底板上；
所述瓜瓣侧孔翻边模包括顶压座、压板、吊耳、上压边模、成形凹模、立座、上定位基座、压边定位销、成形线圈、顶压座定位销和压板定位销，所述成形凹模、立座分别设于底板上，所述立座对称设于成形凹模的两侧，上压边模与压板连接，所述成形线圈与顶压座连接，顶压座连接在压板上，压板与立座固定连接；所述成形线圈包括线圈骨架、线圈和导电线，线圈和导电线分别与线圈骨架连接，导电线与电源连接。成形线圈产生的电磁力作用于瓜瓣所需成形的区域，在作用力下瓜瓣的法向初孔翻边成形为所需的瓜瓣翻边孔。
作为优选方式，所述上压边模的下曲面和瓜瓣侧孔区域的内表面贴合，成形凹模的上表面和瓜瓣侧孔区域的外表面贴合，成形凹模的孔的轴线方向与瓜瓣的瓜瓣翻边孔方向一致。
作为优选方式，所述上压边模和形成凹模通过压边定位销轴向定位，压板和立座之间设有压板定位销，保证后续成形加工上压边模能快速精准安装到位。
作为优选方式，所述顶压座和压板之间设有顶压座定位销，用于快速精准定位安装成形线圈。
作为优选方式，支撑架的支撑点为可调节机构，高度能够调节和锁死。
作为优选方式，所述压板和底板上均设有吊耳，方便于吊取和装配。
本发明还记载了一种高强度铝合金瓜瓣侧孔电磁翻边装置的翻边方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1:利用五轴激光切割设备切割瓜瓣理论边缘线以外的区域，四边都带有加工余量，在瓜瓣上下余量区域利用激光切割加工上定位孔和下定位孔，在侧孔区域沿法向方向切割法向初孔；
S2:将瓜瓣的侧孔加工区域对齐安装于上压边模和成形凹模之间，侧孔为法向初孔，定位块穿过法向初孔，扭转定位块把手将定位块把手的端部螺纹与底板连接；
S3:瓜瓣的下定位孔与下定位基座的下定位销配合，拧紧压板与立座两边的螺钉压紧瓜瓣，拧出定位块把手取走定位块，将上定位插销通过瓜瓣的上定位孔插入上定位基座；
S4：在上压边模内部安装成形线圈，拧紧顶压座与压板之间的螺钉；
S5；连接导电线与电源，通电，在电磁感应作用力下实现法向初孔翻边成形为瓜瓣翻边孔，完成高强度铝合金瓜瓣侧孔电磁翻边成形。
作为优选方式，所述瓜瓣的内表面为椭球曲面，椭球曲面是椭圆线
Figure 172172DEST_PATH_IMAGE001
沿短轴旋转生成，a代表长半轴长，b代表短半轴长，瓜瓣翻边孔的内径为D2，瓜瓣翻边孔的轴心与短轴平行且距离为d1。
作为优选方式，所述瓜瓣的上定位孔为法向腰形孔，上定位孔法向为圆孔，并处于瓜瓣的中心线上，法向初孔、上定位孔、下定位孔利用五轴激光切割一次加工到位。
电磁翻孔成形利用坯料因电磁感应受到的排斥力使坯料产生背离成形线圈的塑性变形，从而将工件成形成特定形状，电磁成形以磁场为介质作用电磁力，避免了相应的机械接触，因此不产生摩擦，也无需润滑剂，减小缺陷出现和回弹量，提高质量。
本发明利用电磁成形高速率成形下铝合金塑性明显改善的特性，实现瓜瓣结构件的局部侧孔翻边成形，装置采用电磁成形瓜瓣侧孔翻边技术方法替代传统大型液压系统模具翻孔，由此避免使用大台面大吨位液体设备，从而简化设备、工艺和模具，提高瓜瓣侧孔翻边制造的质量和效率
本发明具有以下优点：
（1）该高强度铝合金瓜瓣侧孔电磁翻边装置通过电磁成形进行瓜瓣侧孔翻边加工，电磁成形加工方式具有高效率、高质量、高稳定性的优点，避免了传统模压侧孔开裂和尺寸不达标等缺陷；（2）该装置总体空间尺寸不大，加工和返修方便，可以避免大型曲面瓜瓣侧孔翻边所现依赖的大型液压装备的局限性；（3）该装置针对瓜瓣的定位方式简单、快速、精度高；（4）该高强度铝合金瓜瓣侧孔电磁翻边方法，工艺参数单一易控，侧孔成形表面质量佳；（5）该加工方法制造成本低，操作简单安全，避免了相应的机械接触，因此不产生摩擦，也无需润滑剂，是一种高效、环境友好的加工成形技术。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明半剖视图结构示意图；
图3是本发明成形线圈结构示意图；
图4是本发明上压模结构示意图；
图5是瓜瓣侧孔结构示意图；
图6是本发明瓜瓣侧孔翻边成形流程示意图；
图7是本发明瓜瓣位置示意图；
图8是本发明瓜瓣定位安装示意图；
图9是本发明安装电磁线圈示意图；
图10是本发明瓜瓣侧孔完成电磁翻边示意图；
图中：1.下定位基座，2.支撑架，3.顶压座，4.压板，5.吊耳，6.上压边模，7.成形凹模，8.立座，9.上定位基座，10.压边定位销，11.成形线圈，12.瓜瓣，13.顶压座定位销，14.压板定位销，15.定位块把手，16.定位块，17.底板，1-1.下定位立柱，1-2.第一衬套，1-3.下定位销，9-1.上定位插销，9-2.第二衬套，9-3上定位立柱，11-1.线圈骨架，11-2.线圈，11-3.导电线，12-a.瓜瓣翻边孔，12-b.上定位孔，12-c.下定位孔，12-e.法向初孔，12-f.瓜瓣理论边缘线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：
一种高强度铝合金瓜瓣侧孔电磁翻边装置包括下定位基座1、支撑架2、上定位基座9、底板17和瓜瓣侧孔翻边模，所述下定位基座1包括下定位立柱1-1、第一衬套1-2和下定位销1-3；所述上定位基座9包括第二衬套9-2、上定位立柱9-3和上定位插销9-1；所述支撑架2、下定位立柱1-1、上定位立柱9-3都通过螺钉固定在底板17上；所述的瓜瓣侧孔翻边模包括顶压座3、压板4、吊耳5、上压边模6、成形凹模7、立柱8、上定位基座9、压边定位销10、成形线圈11、顶压座定位销13和压板定位销14，成形凹模7通过螺钉固定在底板17上，上压边模6通过螺钉固定在压板4上，立柱8通过螺钉固定在底板17上，立柱8对称分布于成形凹模7的两侧，上压边模6和成形凹模7夹持于瓜瓣12法向初孔12-e所处位置的两侧，成形线圈11与顶压座3通过螺钉连接，顶压座3通过螺钉连接在压板4上，压板4与立柱8之间通过螺钉连接，通过扭紧压板4与立柱8之间的螺钉实现夹紧上压边模6和成形凹模7夹紧瓜瓣12；所述的成形线圈11由线圈骨架11-1、线圈11-2、导电线11-3组成，导电线11-3与电源连接通电，成形线圈11产生的电磁力作用于瓜瓣12所需成形的区域，在作用力下瓜瓣12的法向初孔12-e翻边成形为所需的瓜瓣翻边孔12-a。
所述的上压边模6下曲面和瓜瓣12侧孔区域的内表面一样实现无缝贴合，成形凹模7的上表面和瓜瓣12侧孔区域的外表面一样实现无缝贴合，成形凹模7的孔的轴线方向无瓜瓣12的瓜瓣翻边孔12-a方向一致。
所述的上压边模6和形成凹模7在最初安装时利用两个压边定位销10进行轴向定位，在压板4和两个立座8分别配作压板定位销14，保证后续成形加工上压边模6能快速精准安装到位。
所述的顶压座3和压板4之间设有顶压座定位销13，用于快速精准定位安装成形线圈。
所述的支撑架2为焊接件，用于瓜瓣12的背部支撑，支撑架2的两个支撑点高度能够调节和锁死。
所述的压板4和底板17的上表面安装四个角分别安装有吊耳5，方便于吊取和装配。
所述的瓜瓣12的内表面为椭球曲面，椭球曲面是椭圆线
Figure 181585DEST_PATH_IMAGE002
沿短轴旋转生成，a代表长半轴长，b代表短半轴长，瓜瓣翻边孔12-a的内径为D2，瓜瓣翻边孔12-a的轴心与短轴平行且距离为d1，一种高强度铝合金瓜瓣侧孔电磁翻边方法，包含以下步骤：
S1:利用五轴激光切割设备切割瓜瓣理论边缘线12-f以外的区域，四边都带有加工余量，同时在瓜瓣上下余量区域利用激光切割加工两个的基准孔，基准孔分为上定位孔12-b和下定位孔12-c，并且，在侧孔区域沿法向方向切割法向初孔12-e为后续电磁翻边准备；
S2:将瓜瓣12的侧孔加工区域对齐安装于上压边模6和成形凹模7之间，此时侧孔为法向初孔12-e，定位块16穿过法向初孔12-e，扭转定位块把手15将定位块把手15的端部螺纹与底板17连接；
S3:瓜瓣12下定位孔12-c与下定位基座1的下定位销1-3配合，拧紧压板4与立座8两边的螺钉压紧瓜瓣12，后续，拧出定位块把手15取走定位块16，将上定位插销9-1通过瓜瓣12的上定位孔12-b插入上定位基座；
S4：在上压边模6内部安装成形线圈11，拧紧顶压座3与压板4之间的螺钉；
S5；连接导电线11-3与电源，通电，在电磁感应作用力下实现法向初孔12-e翻边成形为瓜瓣翻边孔12-a，完成高强度铝合金瓜瓣侧孔电磁翻边成形。
所述的瓜瓣12上定位孔12-b为法向腰形孔，上定位孔12-b法向为圆孔，并处于瓜瓣12的中心线上，法向初孔12-e、上定位孔12-b、上定位孔12-b利用五轴激光切割一次加工到位。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (7)

1.一种高强度铝合金瓜瓣侧孔电磁翻边装置，其特征在于：包括下定位基座、支撑架、上定位基座、底板和瓜瓣侧孔翻边模，所述下定位基座包括下定位立柱、设于下定位立柱安装孔内的第一衬套和设于第一衬套内的下定位销，所述上定位基座包括上定位立柱、设于上定位立柱安装孔内的第二衬套和设于第二衬套内的上定位插销，所述支撑架、下定位立柱、上定位立柱分别设于底板上；
所述瓜瓣侧孔翻边模包括顶压座、压板、吊耳、上压边模、成形凹模、立座、上定位基座、压边定位销、成形线圈、顶压座定位销和压板定位销，所述成形凹模、立座分别设于底板上，所述立座对称设于成形凹模的两侧，上压边模与压板连接，所述成形线圈与顶压座连接，顶压座连接在压板上，压板与立座固定连接；所述成形线圈包括线圈骨架、线圈和导电线，线圈和导电线分别与线圈骨架连接，导电线与电源连接；所述上压边模的下曲面和瓜瓣侧孔区域的内表面贴合，成形凹模的上表面和瓜瓣侧孔区域的外表面贴合，成形凹模的孔的轴线方向与瓜瓣的瓜瓣翻边孔方向一致；支撑架的支撑点为可调节机构，高度能够调节和锁死。
2.根据权利要求1所述的一种高强度铝合金瓜瓣侧孔电磁翻边装置，其特征在于，所述上压边模和形成凹模通过压边定位销轴向定位，压板和立座之间设有压板定位销。
3.根据权利要求1所述的一种高强度铝合金瓜瓣侧孔电磁翻边装置，其特征在于：所述顶压座和压板之间设有顶压座定位销。
4.根据权利要求1所述的一种高强度铝合金瓜瓣侧孔电磁翻边装置，其特征在于：所述压板和底板上均设有吊耳。
5.一种根据权利要求1-4任一所述的高强度铝合金瓜瓣侧孔电磁翻边装置的翻边方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1:利用五轴激光切割设备切割瓜瓣理论边缘线以外的区域，四边都带有加工余量，在瓜瓣上下余量区域利用激光切割加工上定位孔和下定位孔，在侧孔区域沿法向方向切割法向初孔；
S2:将瓜瓣的侧孔加工区域对齐安装于上压边模和成形凹模之间，侧孔为法向初孔，定位块穿过法向初孔，扭转定位块把手将定位块把手的端部螺纹与底板连接；
S3:瓜瓣的下定位孔与下定位基座的下定位销配合，拧紧压板与立座两边的螺钉压紧瓜瓣，拧出定位块把手取走定位块，将上定位插销通过瓜瓣的上定位孔插入上定位基座；
S4：在上压边模内部安装成形线圈，拧紧顶压座与压板之间的螺钉；
S5；连接导电线与电源，通电，在电磁感应作用力下实现法向初孔翻边成形为瓜瓣翻边孔，完成高强度铝合金瓜瓣侧孔电磁翻边成形。
6.根据权利要求5所述的一种翻边方法，其特征在于：所述瓜瓣的内表面为椭球曲面，球曲面是椭圆线
Figure 504315DEST_PATH_IMAGE001
沿短轴旋转生成，a代表长半轴长，b代表短半轴长，瓜瓣翻边孔的内径为D2，瓜瓣翻边孔的轴心与短轴平行且距离为d1。
7.根据权利要求5所述的一种翻边方法，其特征在于：所述瓜瓣的上定位孔为法向腰形孔，上定位孔法向为圆孔，并处于瓜瓣的中心线上，法向初孔、上定位孔、下定位孔利用五轴激光切割一次加工到位。
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