CN116550848B - 一种用于金属板材工件的多点电磁成形装备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属板材成型制造技术领域，公开了一种用于金属板材工件的多点电磁成形装备及方法，所述装备包括电磁成形组件、调姿平台、拉伸组件和多点模组件；所述电磁成形组件的电容量和能量分三挡自动可调，覆盖不同厚度板材的成形；所述调姿平台包括五轴龙门结构可承受25吨冲击力，并使电磁成形组件的成形线圈的位移不大于0.5mm，且能够自动复位；所述多点模组件可调出1200mm×800mm×300mm以内的柔性型面；所述拉伸组件可稳固夹持金属板材工件，使之发生塑性变形，贴向多点模组件的型面。本发明的多点电磁成形装备结构通用性强，尤其适用于复杂型面变化的金属板材工件的电磁成形。

Description

一种用于金属板材工件的多点电磁成形装备及方法

技术领域

本发明涉及金属板材成型制造技术领域，具体的说涉及一种用于金属板材工件的多点电磁成形装备及方法。

背景技术

蒙皮零件在航空、航天等领域应用十分广泛。目前，蒙皮零件多采用拉伸成形工艺制造，该工艺需要整套拉型模具。特别是对多曲度、反凹、鼓包以及带局部结构的蒙皮，则需要拉型模具和上压模具，工装成本高，工艺准备时间长，且对设备的要求较高。

多点拉伸成形是一种板材柔性成形技术，该技术将整体模具离散为多个多点模单元体，通过计算机控制单元体的高度，形成型面可变的柔性模具，减少拉伸模制造成本和周期，达到板材柔性成形的目的。但是，作为单侧模具，采用多点模难以成形多曲度或复杂形状蒙皮。电磁成形是一种使金属板料发生高速变形的高能率成形技术。该技术采用成形线圈提供非接触的电磁力，只需要单侧模具即可实现金属板材工件的成形。将电磁成形和多点拉伸工艺结合的多点电磁成形工艺，可以实现多曲度或复杂形状蒙皮的低成本快速制造。

例如公开号为CN111167919A的发明专利公开了一种用于多曲率蒙皮件的拉形-电磁复合成形装置及其方法，包括底板、模具和用于对模具上的板料成形的电磁线圈，还包括竖直油缸、切向油缸和用于夹持所述板料边缘的夹头。通过采用拉形+放电的复合工艺，拉形已克服一定的回弹问题，随后通过电磁力消除剩余回弹，这样可以使板料的减薄量达到设计要求，同时又可以大幅度降低对电磁成形能量的要求。但是该专利中，装置和方法采用整体模具和一体式整体电磁线圈，要求线圈底面和模具型面匹配，模具和线圈的通用性、柔性化程度不高，无法适用于复杂的型面变化的板材工件，工程化应用难度较大。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题和不足，本发明提出了一种用于金属板材工件的多点电磁成形装备及方法，电磁成形装备中用于拉伸成形的多点模组件以及用于电磁成形的电磁成形组件均为柔性结构，结构通用性强，能够很好的适用于复杂型面变化的金属板材工件的电磁成形。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案具体如下：

一种用于金属板材工件的多点电磁成形装备，其特征在于，包括电磁成形组件、调姿平台、拉伸组件、多点模组件和成形基座；所述电磁成形组件设置在调姿平台上，所述拉伸组件和多点模组件分别固定在成形基座上；所述拉伸组件包括两个对称设置在成形基座上的拉伸机构，所述拉伸机构包括底座、竖直拉伸缸、俯仰油缸、导向缸和钳口，底座固定在成形基座上，竖直拉伸缸、俯仰油缸以及导向缸分别安装在底座上，所述竖直拉伸缸、俯仰油缸以及导向缸的输出端分别与钳口连接；

所述多点模组件位于两个拉伸机构之间，包括多点模支架和多点模单元体机构，所述多点模支架通过垫块固定在成形基座上，多点模单元体机构通过多点模外框设置在多点模支架上；所述多点模单元体机构包括若干个多点模单元体，若干个多点模单元体共同形成多点模型面，所述多点模型面构成金属板材成形的柔性模具；所述多点模支架内部设置安装有调形伺服电机，调形伺服电机与多点模单元体连接，驱动所述多点模单元体上下运动。

作为优选地，所述电磁成形组件包括脉冲力缓冲机构和成形线圈，脉冲力缓冲机构与所述调姿平台连接，成形线圈设置在所述脉冲力缓冲机构上。

作为优选地，所述调姿平台包括X轴位移驱动机构、Y轴位移驱动机构、Z轴位移驱动机构、Z轴旋转机构和Y轴旋转机构；所述X轴位移驱动机构设置在X轴导轨支撑座上，Y轴位移驱动机构与所述X轴位移驱动机构连接，Z轴位移驱动机构设置在Y轴位移驱动机构上，所述Z轴旋转机构设置在Z轴位移驱动机构上，Y轴旋转机构设置在Z轴旋转机构上，所述脉冲力缓冲机构设置在Y轴旋转机构上。

作为优选地，所述电磁成形组件还包括电磁成形机，电磁成形机通过同轴电缆与成形线圈连接。

作为优选地，所述脉冲力缓冲机构内部设置有吸能材料或吸能单元，用于减少Y轴旋转机构所受冲击力。

作为优选地，所述钳口的端部为圆弧曲面，上下两个夹持面上分别布置有垫块，垫块的表面设置有与工件拉伸时应力方向相反的倒齿纹。

作为优选地，所述多点电磁成形装备还包括液压动力站，液压动力站分别与竖直拉伸缸、俯仰油缸、导向缸和钳口连接。

作为优选地，所述多点电磁成形装备还包括控制平台，控制平台分别与电磁成形组件、调姿平台、多点模组件以及液压动力站连接。

一种用于金属板材工件的多点电磁成形方法，所述方法基于上述多点电磁成形装备实现，包括以下步骤：

S1.依据金属板材工件的理论数模，考虑多点模型面上放置的弹性橡胶垫厚度和工件回弹的补偿量，使用控制平台的调形软件，计算出多点模型面轮廓，采用多点模组件中的调形伺服电机调出多点模型面；

S2.将拉伸机构升高至多点模型面以上，安装金属板材，驱动拉伸机构的钳口夹紧金属板材；

S3.根据金属板材工件的理论数模，设计拉伸成形曲线，使用控制平台控制拉伸机构的竖直拉伸缸和俯仰油缸完成金属板材的拉伸成形，使金属板材工件贴向多点模组件的型面；

S4.按照金属板材工件待电磁成形区域的特征，设定电磁成形组件的档位和放电电压，设计出多次放电成形时成形线圈的位置和姿态，设定好调姿平台各位移驱动机构和旋转机构的运动参数；

S5.使用控制平台驱动调姿平台中的各位移驱动机构和旋转机构按设计轨迹运动到设定的位置，分别锁紧驱动机构和旋转机构，然后控制电磁成形组件按放电参数执行放电过程，完成一次电磁成形；

S6.根据设定的放电参数和运动参数，依次执行调姿和放电操作，使金属板材工件拉伸成形后未贴模的区域完成贴模，最终完成金属板材零件的多点电磁成形。

本发明的有益效果：

（1）本发明的多点电磁成形装备可由多点模组件调整出不同形状钣金零件的模具型面，由拉伸机构稳固夹持金属板材工件，拉伸板材工件贴向模具型面；可由调姿平台带动成形线圈，由电磁成形机提供大小可调的电磁成形力，驱动金属板材工件进一步贴向模具型面，成形出工件的整体形状和局部结构。本发明的多点模组件和电磁成形组件均为柔性结构，结构通用性强，尤其适用于复杂型面变化的金属板材工件的电磁成形。

（2）本发明的电磁成形机模块化控制，分为可自动切换的三档，能量分别为50kJ、100kJ和200kJ，可分别用于厚度1.5mm以内、1~5mm、3~8mm金属板材的成形和校形。因此，本发明的电磁成形装备适用的金属板材覆盖范围更广，能量利用率更高，设备使用寿命更长。

（3）本发明的调姿平台由五轴龙门结构和脉冲力缓冲装置组成，其中X轴、Y轴和Z轴行程范围广，Z轴旋转角度±180°，Y轴旋转角度±45°,可在4m×2.6m有效空间内大范围调整成形线圈的位姿，可以满足大部分钣金零件成形需求。并且，调姿平台各平动位移驱动机构均有锁紧装置，可以承受高达25吨的冲击力；各旋转机构均有涨紧装置，可以承受500N•m以内的扭矩作用。

（4）本发明的脉冲力缓冲机构可以在0.0005s内，承受峰值高达25吨的冲击力，使作用到U形叉的冲击力不大于1吨，并且使成形线圈的位移不大于0.5mm，保证了较大的成形力，从而保证较好成形效果。

（5）本发明的多点模组件可调整每个多点模单元体的位置，可形成1200mm×800mm以内的多点模型面，型面最大弦高为300mm，构成金属板材成形的柔性模具。从而节省整体模具的研制成本，缩短研制周期。

附图说明

本发明的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，附图中：

图1为本发明多点电磁成形装备整体结构示意图；

图2为本发明调姿平台结构示意图（图中，ω、θ分别为Z轴旋转机构和Y轴旋转机构的旋转方向）；

图3为本发明拉伸组件结构示意图（图中，γ为钳口竖直方向摆动角度，α为钳口俯仰角度）；

图4为本发明多点模组件结构示意图；

图5为本发明多点电磁成形方法示意图。

图中：

1、调姿平台；2、拉伸组件；3、多点模组件；4、电磁成形组件；5、控制平台；6、液压动力站；7、成形基座；8、拉伸机构；9、X轴导轨支撑座；1-1、X轴位移驱动机构；1-2、Y轴位移驱动机构；1-3、Z轴位移驱动机构；1-4、Z轴旋转机构；1-5、Y轴旋转机构；2-1、底座；2-2、竖直拉伸缸；2-3、俯仰油缸；2-4、导向缸；2-5、钳口；3-1、垫块；3-2、多点模支架；3-3、多点模外框；3-4、多点模单元体机构；4-1、电磁成形机；4-2、同轴电缆；4-3、成形线圈；4-4、脉冲力缓冲机构；9-1、立柱；9-2、X轴导轨底座。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将通过几个具体的实施例来进一步说明实现本发明发明目的的技术方案，需要说明的是，本发明要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

多点拉伸成形是一种板材柔性成形技术，该技术将整体模具离散为多个多点模单元体，通过计算机控制单元体的高度，形成型面可变的柔性模具，减少拉伸模制造成本和周期，达到板材柔性成形的目的。但是，作为单侧模具，采用多点模难以成形多曲度或复杂形状蒙皮。电磁成形是一种使金属板料发生高速变形的高能率成形技术。该技术采用成形线圈提供非接触的电磁力，只需要单侧模具即可实现金属板材工件的成形。将电磁成形和多点拉伸工艺结合的多点电磁成形工艺，可以实现多曲度或复杂形状蒙皮的低成本快速制造。

基于此，本发明的实施例提出了一种用于金属板材工件的多点电磁成形装备及方法，

需要说明的是，本实施例首先对一种用于金属板材工件的多点电磁成形装备进行解释说明。

本实施例公开了一种用于金属板材工件的多点电磁成形装备，参照说明书附图1-图4，所述电磁成形装备包括电磁成形组件4、调姿平台1、拉伸组件2、多点模组件3、控制平台5、液压动力站6以及成形基座7等部分构成；所述电磁成形组件4设置在调姿平台1上，用于对金属板材进行电磁成形；所述拉伸组件2固定在成形基座7上，并且位于电磁成形组件4的下方，所述多点模组件3固定在成形基座7上，并且也位于电磁成形组件4的下方，拉伸组件2与多点模组件3共同作用于金属板材上，两个组件配合实现金属板材的拉伸成形；所述调姿平台1用于实现电磁成形组件4在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的平移运动，以及绕Z轴和Y轴的旋转运动。

进一步地，所述调姿平台1整体为落地定龙门高架桥式结构，能够实现X轴、Y轴和Z轴的这三个方向的平移运动，以及绕Z轴和Y轴的旋转运动，主要包括X轴位移驱动机构1-1、Y轴位移驱动机构1-2、Z轴位移驱动机构1-3、Z轴旋转机构1-4以及Y轴旋转机构1-5；所述成形基座7位于调姿平台1的正中央，主要用于安装拉伸组件2和多点模组件3；所述X轴位移驱动机构1-1设置在X轴导轨支撑座9上，用于驱动电磁成形组件4沿X轴方向平移运动；所述Y轴位移驱动机构1-2与所述X轴位移驱动机构1-1连接，用于驱动电磁成形组件4沿Y轴方向平移运动；所述Z轴位移驱动机构1-3设置在Y轴位移驱动机构1-2上，用于驱动电磁成形组件4沿Z轴方向平移运动，即竖直方向运动；所述Z轴旋转机构1-4设置在Z轴位移驱动机构1-3上，用于驱动电磁成形组件4在水平面内绕Z轴旋转运动；所述Y轴旋转机构1-5设置在Z轴旋转机构1-4上，电磁成形组件4安装在Y轴旋转机构1-5上，Y轴旋转机构1-5用于驱动电磁成形组件4在竖直平面内绕Y轴旋转运动。

更为具体的，所述X轴导轨支撑座9包括对称设置的立柱9-1和X轴导轨底座9-2，X轴位移驱动机构1-1包括X轴横梁和齿轮齿条传动单元，所述齿轮齿条传动单元为重载线轨的齿轮齿条传动单元，齿轮齿条传动单元包括设置在X轴导轨底座9-2上的X轴齿条、设置在X轴横梁上的X轴驱动电机以及设置在X轴驱动电机输出轴上的X轴齿轮，X轴齿轮与X轴齿条啮合从而驱动X轴横梁沿X轴方向运动，最终实现电磁成形组件4沿X轴方向的平移运动。

所述Y轴位移驱动机构1-2同样也是重载线轨的齿轮齿条传动单元，包括设置在X轴横梁上的Y轴齿条、设置在Z轴位移驱动机构1-3上的Y轴驱动电机和安装在Y轴驱动电机输出轴上的Y轴齿轮，Y轴齿轮与Y轴齿条啮合，驱动Z轴位移驱动机构1-3在Y轴方向运动，进而实现电磁成形组件4沿Y轴方向的平移运动。

所述Z轴位移驱动机构1-3采用十字滑枕滑座结构，采用具有自锁功能的梯形丝杠进行传动。

所述Z轴旋转机构1-4包括第一旋转伺服电机和与第一旋转伺服电机连接的第一减速箱，第一旋转伺服电机和第一减速箱设置在Z轴位移驱动机构1-3最下端的滑枕上，第一减速箱的输出端与Y轴旋转机构1-5连接，第一旋转伺服电机驱动第一减速箱转动，进而带动Y轴旋转机构1-5以及电磁成形组件4一起绕Z轴转动。

所述Y轴旋转机构1-5包括U形叉、第二旋转伺服电机和第二减速箱，U形叉与第一减速箱的输出端连接，第二旋转伺服电机和第二减速箱设置在U形叉的一侧，第二旋转伺服电机的输出端与第二减速箱的输入端连接，电磁成形组件4设置在U形叉的凹槽内，并与U形叉两侧的叉耳铰接连接，第二减速箱的输出端与电磁成形组件4连接，用于驱动电磁成形组件4绕Y轴转动。

所述电磁成形组件4包括脉冲力缓冲机构4-4和成形线圈4-3，脉冲力缓冲机构4-4设置在U形叉的凹槽内，并且与U形叉两侧的叉耳通过转轴铰接连接，第二减速箱的输出端与脉冲力缓冲机构4-4连接，驱动脉冲力缓冲机构4-4绕Y轴转动，所述成形线圈4-3设置在所述脉冲力缓冲机构4-4上。

在本实施例中，需要说明的是，所述X轴位移驱动机构1-1、Y轴位移驱动机构1-2、Z轴位移驱动机构1-3、Z轴旋转机构1-4以及Y轴旋转机构1-5均为本领域比较常规的驱动机构，在此不再过多赘述。

在本实施例中，还需要说明的是，所述X轴位移驱动机构、Y轴位移驱动机构以及Z轴位移驱动机构都设置有导轨锁紧滑块，在运动到位后，能够锁紧位移驱动机构，使得其能够承受25吨以内的冲击力；所述Z轴旋转机构和Y轴旋转机构都分别设置有液压涨紧装置，在调整好角度后实现夹紧的效果，其额定扭矩不小于500N•m。

在本实施例中，还需要进一步说明的是，调姿平台1各个位移机构的行程如下：X轴位移驱动机构1-1在X轴的行程为4000mm，Y轴位移驱动机构1-2在Y轴的行程为2600mm，Z轴位移驱动机构1-3在Z轴的行程为500mm，Z轴旋转机构1-4的旋转角度为±180°，Y轴旋转机构1-5的旋转角度为±45°。

进一步地，所述拉伸组件2安装在所述调姿平台1的成形基座上，由完全相同的两个拉伸机构8组成，两个拉伸机构8沿X轴方向对称布置，可在安装过程中连续调整两个拉伸机构8的钳口2-5之间的间距，钳口2-5间距范围为0.1~3m。具体的，每个拉伸机构8包含一个拉伸基座2-1、两个竖直拉伸缸2-2、一个导向缸2-4、一个钳口2-5和两个俯仰油缸2-3，拉伸基座2-1固定在成形基座7上，竖直拉伸缸2-2、俯仰油缸2-3以及导向缸2-4分别设置在拉伸基座2-1上，并且竖直拉伸缸2-2、俯仰油缸2-3以及导向缸2-4的输出端分别与钳口2-5连接；其中，所述竖直拉伸缸2-2为液压缸，其缸体直径280mm，拉伸力不小于75吨，两个拉伸缸总拉伸力不小于200吨，两个竖直拉伸缸2-2的差动可以调整所述钳口2-5沿竖直方向摆动，摆动角度为±10°；所述钳口2-5由十组钳口单元并排构成，总宽度为2m，钳口2-5的夹持压力30~40MPa，进一步地，所述钳口2-5的端部为圆弧曲面结构，避免夹持运动过程中损伤工件表面，并且钳口2-5的上夹持面和下夹持面分别设置有垫块，垫块的表面分布着与工件拉伸时应力方向相反的倒齿纹结构，以增大夹持摩擦力；所述钳口2-5可通过下方安装的俯仰油缸2-3的伸缩，调整所述钳口2-5的俯仰角度，俯仰角度调整范围为0~45°；所述导向缸2-4用于在将板料向下拉伸的过程中，限定竖直拉伸缸2-1和钳口2-5的运动方向(竖直向下），起到导向作用，使其按设定的轨迹协调运动，导向缸2-4保证拉伸的运动方向，竖直拉伸缸2-2提供拉伸力，决定拉伸距离(位移)大小。

所述多点模组件3由垫块3-1上的紧固件安装在所述成形基座7上，包括多点模支架3-2和多点模单元体机构3-4，所述多点模支架3-2安装在垫块3-1上，多点模单元体机构3-4通过多点模外框3-3设置在多点模支架3-2上，多点模单元体机构3-4由2400个多点模单元体组成，2400个多点模单元体共同形成多点模型面，所述多点模型面构成金属板材成形的柔性模具；所述多点模支架3-2内部设置安装有多个调形伺服电机，可连接至所述多点模单元体机构3-4的下方，驱动所述多点模单元体机构3-4中的多点模单元体上下运动。通过所述控制平台5的调形软件，利用调形伺服电机将所述多点模单元体机构3-4中的每个多点模单元体调整至相应位置，所有2400个多点模单元体形成多点模型面，构成金属板材成形的柔性模具。在使用过程中，在所述多点模型面的上方，放置8~40mm厚度的弹性橡胶垫，以减小拉伸过程中在金属表面形成的痕迹，提高金属板材的成形质量。在本实施例中，所述多点模型面的长度为1200mm，宽度为800mm，最大弦高为300mm。

在上述实施例的基础上，所述脉冲力缓冲机构4-4内部设置有某种吸能材料或机构，可以在0.0005s内，承受其下端面峰值25吨以内的冲击力，使作用到所述U型叉的冲击力不大于1吨，且其下端面位移不大于0.5mm。在冲击力作用结束后，所述脉冲力缓冲机构4-4自动复位。

进一步地，所述脉冲力缓冲机构4-4为液压缓冲装置，主要由蓄压器、液压缓冲缸及单向节流阀组件组成；所述蓄压器采用活塞式蓄压器，主要由蓄压器外筒、浮动活塞、堵盖、充气活门及其他密封件组成；所述液压缓冲缸主要由缸筒、活塞杆及导向套及其他密封件组成，所述液压缓冲缸的介质为YH-15航空液压油和氮气，所述活塞杆直径为150mm，长度550mm，重量为70kg。所述缸筒内径为180mm，行程为60mm。所述蓄压器内径为130mm。初始充气压力为0.35MPa，即初始位置活塞具有缸体对活塞的推力T为0.8吨；所述单向节流阀组件主要由单向节流阀、阀块及其他密封件组成。利用所述液压缸，将冲击能量转化为液体动能，再通过所述液体压缩所述蓄能器里面的气体进行做功，以此来进行缓冲。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述成形基座7与地面齐平，覆盖X轴和Y轴平台有效区域，并且成形基座7表面上分布有一系列T形槽，方便安装所述拉伸组件2和所述多点模组件3。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述电磁成形组件4还包括电磁成形机4-1，电磁成形机4-1设置在地面上并通过同轴电缆4-2与成形线圈4-3连接。所述电磁成形机4-1主要由充电机、脉冲电容器、放电回路、泄能保护单元及控制单元等部分组成，总电容量为640μF，总能量为200kJ，额定工作电压为25kV，最大峰值电流为250kA。电磁成形机4-1的能量共分为三档，能量分别为50kJ、100kJ和200kJ，可由控制单元进行模块化控制，实现档位的自动切换；其中，50kJ用于厚度1.5mm以内金属板材的成形和校形；100kJ用于厚度1~5mm金属板材的成形和校形；200kJ用于厚度3~8mm金属板材的成形和校形。所述成形线圈4-3为平板螺旋线圈，由2mm×4mm矩形截面铜导线绕制而成，绕组外径120mm，线圈直径150mm。所述成形线圈4-3包括两电极，通过直径35mm的所述同轴电缆4-2和所述电磁成形机4-1电性连接。所述脉冲电容器为金属化膜电容器。

更为具体地，所述充电机接入工业电源，将能量存储在脉冲电容器中；放电回路连接脉冲电容器、同轴电缆4-2和成形线圈4-3，将脉冲电容器中的能量经同轴电缆4-2释放至成形线圈4-3，形成脉冲大电流；泄能保护单元用于脉冲电容器和放电回路故障保护及安全接地；控制单元实现电磁成形组件各部分通讯、监测和充放电控制。成形线圈4-3安装在脉冲力缓冲机构4-4的下端面，用于提供脉冲电磁力，使金属板材工件发生塑性变形。同轴电缆4-2实现电磁成形机4-1和成形线圈4-3的电性连接，起始于电磁成形机4-1，并最终连接到成形线圈4-3的两电极，可随调姿平台1在X轴、Y轴以及Z轴有效工作范围内移动，且在Z轴旋转机构1-4和Y轴旋转机构1-5调整时自动适应位置和角度。

在本实施例中，所述液压动力站6分别与竖直拉伸缸2-2、俯仰油缸2-3、导向缸2-4和钳口2-5连接，用于向以上装置机构提供液压动力。所述液压动力站6又与控制平台5连接，由控制平台5进行集中控制。

在本实施例中，控制平台5还分别与电磁成型机4-1、X轴位移驱动机构1-1、Y轴位移驱动机构1-2、Z轴位移驱动机构1-3、Z轴旋转机构1-4、Y轴旋转机构1-5以及调形伺服电机连接。

基于同一发明构思，本实施例还公开了一种用于金属板材工件的多点电磁成形方法，所述方法基于上述多点电磁成形装备实现，参照说明书附图5，具体步骤如下：

S1.依据金属板材工件的理论数模，考虑多点模型面上放置的弹性橡胶垫厚度和工件回弹的补偿量，使用控制平台5的调形软件，计算出多点模型面轮廓，采用多点模组件3中的调形伺服电机调出多点模型面；

S2. 控制平台5控制竖直拉伸缸2-2将钳口2-5升高至多点模型面以上，安装金属板材，接着驱动钳口2-5夹紧金属板材；

S3.根据金属板材工件的理论数模，设计拉伸成形曲线，使用控制平台5控制拉伸机构8的竖直拉伸缸2-2和俯仰油缸2-3完成金属板材的拉伸成形，使金属板材工件贴向多点模组件3的型面；

S4.按照金属板材工件待电磁成形区域的特征，设定电磁成形组件4的档位和放电电压，设计出多次放电成形时成形线圈4-3的位置和姿态，设定好调姿平台1各位移驱动机构和旋转机构的运动参数；

S5.使用控制平台5驱动调姿平台1中的各位移驱动机构和旋转机构按设计轨迹运动到设定的位置，分别锁紧驱动机构和旋转机构，然后控制电磁成形组件4按放电参数执行放电过程，完成一次电磁成形；

S6.根据设定的放电参数和运动参数，依次执行调姿和放电操作，使金属板材工件拉伸成形后未贴模的区域完成贴模，最终完成金属板材零件的多点电磁成形。

在本实施例中，需要说明的是，所述未贴模区域指的是在预拉伸时，金属板材工件的表面未与多点模型面贴合的区域为未贴模的区域，该区域也是后续需要电磁成形的区域。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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保护范围的阻碍。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的阻碍，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于金属板材工件的多点电磁成形装备，其特征在于，包括电磁成形组件（4）、调姿平台（1）、拉伸组件（2）、多点模组件（3）和成形基座（7）；所述电磁成形组件（4）设置在调姿平台（1）上，所述拉伸组件（2）和多点模组件（3）分别固定在成形基座（7）上；所述拉伸组件（2）包括两个对称设置在成形基座（7）上的拉伸机构（8），所述拉伸机构（8）包括底座（2-1）、竖直拉伸缸（2-2）、俯仰油缸（2-3）、导向缸（2-4）和钳口（2-5），底座（2-1）固定在成形基座（7）上，竖直拉伸缸（2-2）、俯仰油缸（2-3）以及导向缸（2-4）分别安装在底座（2-1）上，所述竖直拉伸缸（2-2）、俯仰油缸（2-3）以及导向缸（2-4）的输出端分别与钳口（2-5）连接；所述成形基座（7）位于调姿平台（1）的正中央，成形基座（7）表面上分布有一系列T形槽，用于安装拉伸组件（2）和多点模组件（3）；

所述多点模组件（3）位于两个拉伸机构（8）之间，包括多点模支架（3-2）和多点模单元体机构（3-4），所述多点模支架（3-2）通过垫块（3-1）固定在成形基座（7）上，多点模单元体机构（3-4）通过多点模外框（3-3）设置在多点模支架（3-2）上；所述多点模单元体机构（3-4）包括若干个多点模单元体，若干个多点模单元体共同形成多点模型面，所述多点模型面构成金属板材成形的柔性模具；所述多点模支架（3-2）内部设置安装有调形伺服电机，调形伺服电机与多点模单元体连接，驱动所述多点模单元体上下运动；

所述电磁成形组件（4）包括脉冲力缓冲机构（4-4）和成形线圈（4-3），脉冲力缓冲机构（4-4）与所述调姿平台（1）连接，成形线圈（4-3）设置在所述脉冲力缓冲机构（4-4）上；

所述调姿平台（1）包括X轴位移驱动机构（1-1）、Y轴位移驱动机构（1-2）、Z轴位移驱动机构（1-3）、Z轴旋转机构（1-4）和Y轴旋转机构（1-5）；所述X轴位移驱动机构（1-1）设置在X轴导轨支撑座（9）上，Y轴位移驱动机构（1-2）与所述X轴位移驱动机构（1-1）连接，Z轴位移驱动机构（1-3）设置在Y轴位移驱动机构（1-2）上，所述Z轴旋转机构（1-4）设置在Z轴位移驱动机构（1-3）上，Y轴旋转机构（1-5）设置在Z轴旋转机构（1-4）上，所述脉冲力缓冲机构（4-4）设置在Y轴旋转机构（1-5）上；

所述Y轴旋转机构（1-5）包括U形叉，U形叉与Z轴旋转机构（1-4）连接，脉冲力缓冲机构（4-4）设置在U形叉的凹槽内，并且与U形叉两侧的叉耳通过转轴铰接连接；

所述脉冲力缓冲机构（4-4）为液压缓冲装置，包括蓄压器、液压缓冲缸及单向节流阀组件，脉冲力缓冲机构（4-4）内部设置有吸能材料或吸能单元，用于减少U形叉所受冲击力，U形叉下端面位移不大于0.5mm；

所述多点电磁成形装备还包括液压动力站（6），液压动力站（6）分别与竖直拉伸缸（2-2）、俯仰油缸（2-3）、导向缸（2-4）和钳口（2-5）连接；

所述多点电磁成形装备还包括控制平台（5），控制平台（5）分别与电磁成形组件（4）、调姿平台（1）、多点模组件（3）以及液压动力站（6）连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于金属板材工件的多点电磁成形装备，其特征在于，所述电磁成形组件（4）还包括电磁成形机（4-1），电磁成形机（4-1）通过同轴电缆（4-2）与成形线圈（4-3）连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于金属板材工件的多点电磁成形装备，其特征在于，所述钳口（2-5）的端部为圆弧曲面，上下两个夹持面上分别布置有垫块，垫块的表面设置有与工件拉伸时应力方向相反的倒齿纹。

4.一种用于金属板材工件的多点电磁成形方法，所述方法基于上述权利要求1-3任意一项所述的多点电磁成形装备实现，其特征在于，包括以下步骤：

S1.依据金属板材工件的理论数模，考虑多点模型面上放置的弹性橡胶垫厚度和工件回弹的补偿量，使用控制平台（5）的调形软件，计算出多点模型面轮廓，采用多点模组件（3）中的调形伺服电机调出多点模型面；

S2.将拉伸机构（8）升高至多点模型面以上，安装金属板材，驱动拉伸机构（8）的钳口（2-5）夹紧金属板材；

S3.根据金属板材工件的理论数模，设计拉伸成形曲线，使用控制平台（5）控制拉伸机构（8）的竖直拉伸缸（2-2）和俯仰油缸（2-3）完成金属板材的拉伸成形，使金属板材工件贴向多点模组件（3）的型面；

S4.按照金属板材工件待电磁成形区域的特征，设定电磁成形组件（4）的档位和放电电压，设计出多次放电成形时成形线圈（4-3）的位置和姿态，设定好调姿平台（1）各位移驱动机构和旋转机构的运动参数；

S5.使用控制平台（5）驱动调姿平台（1）中的各位移驱动机构和旋转机构按设计轨迹运动到设定的位置，分别锁紧驱动机构和旋转机构，然后控制电磁成形组件（4）按放电参数执行放电过程，完成一次电磁成形；

S6.根据设定的放电参数和运动参数，依次执行调姿和放电操作，使金属板材工件拉伸成形后未贴模的区域完成贴模，最终完成金属板材零件的多点电磁成形。