[发明专利]一种采用小球垫模的电磁脉冲强化和成形装置

说明书

技术领域

本发明属于机械成型技术领域，涉及板材强化和成形，具体地说，是指一种针对蒙皮壁板类构件的采用小球垫模的电磁脉冲强化和成形装置。

背景技术

目前国内的蒙皮壁板构件的强化主要采用喷丸强化技术；蒙皮壁板构件的成形主要采用拉形、喷丸成形、时效成形技术。

一方面，这些成形技术强烈地依赖工艺装备。由于装备加工能力限制，特别是对一些大型构件，不得不分解成小型构件分别成形后连接在一起，极大地降低了构件的整体性能；或者采用大型装备，这又给装备制造业提出了极大的挑战。另一方面，这类成形技术在坯料和模具之间存在强烈的摩擦和材料变形的不均匀性，不仅降低了材料的变形极限，而且残余应力大，影响构件的服役性能，对难成形的轻合金材料尤为突出。因此，研究蒙皮壁板类构件的强化和成形新技术一直以来备受人们关注。

美国授权公告号为US005813265A专利，发明名称为：Balanced Electromagnetic Peening。该专利涉及一种电磁喷丸装置，该装置包含两个电磁线圈。使用时，将两个线圈分开固定在工件相反的两个表面上，通过电源给线圈提供能量产生电磁力，电磁力使工件表面产生一定的塑性变形，从而影响工件表面的压应力层而达到强化工件表面的效果，但是该方法不适用于蒙皮壁板类构件。

美国授权公告号为US007378622B2专利，发明名称为：System and Method for Electromagnetic Pulse Surface Treatment。该专利涉及一种在电磁脉冲作用下对工件表面进行处理的系统及方法，设计目的主要针对工件表面的强化要求，克服喷丸强化的缺点，并从有限元分析的角度说明其发明实施的可行性，但没有实际应用的说明，此外，也并非针对蒙皮壁板类构件的强化和成形。

蒙皮壁板类构件的先进制造技术对促进航空航天运载器技术的发展有着重大的支撑作用，因此，蒙皮壁板类构件的先进制造技术备受航空航天业的重视，专家们一直致力于探索如何改进现有大型蒙皮成形技术的不足或提出新的工艺方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用小球垫模的电磁脉冲强化和成形的装置，适用于蒙皮壁板类构件，应用所述装置进行强化和成形，具有操作简单、易于控制、方便快捷等特点，能够克服现有成形方法的不足。

本发明提供一种小球垫模电磁脉冲强化和成形的装置，该装置可以将电磁脉冲成形及喷丸成形相结合，针对蒙皮壁板类零件的强化和成形进行设计。所述装置主要包括小球垫模、柔性垫层、电磁线圈、电磁脉冲动力源和控制系统。所述的小球垫模上铺设柔性垫层，柔性垫层上铺设蒙皮壁板类毛坯，在蒙皮壁板类毛坯上方设置电磁线圈，所述的电磁线圈通过导线连接电磁脉冲动力源。所述的控制系统包括电路控制和机械控制两部分，其中电路控制部分连接电磁脉冲动力源，机械部分连接小球垫模和电磁线圈的驱动装置。

所述的小球垫模通过金属小球铺设于模具型腔的底部形成。

所述控制系统的机械部分包括调节蒙皮壁板类毛坯位置的横向丝杠A和纵向丝杠A，蒙皮壁板类毛坯由夹持机构固定边缘，纵向丝杠A和横向丝杠A相互垂直，驱动夹持机构在工作台平面上的运动。

所述机械部分还包括调节电磁线圈位置的横向丝杠B和纵向丝杠B，电磁线圈固定在线圈支架上，横向丝杠B和纵向丝杠B相互垂直，并驱动线圈支架运动，实现电磁线圈相对于蒙皮壁板类毛坯的位置调整。

本发明提供一种针对蒙皮壁板类构件的强化和成形装置，与现有强化和成形工艺相比，主要有益效果如下：

(1)在电磁线圈产生的脉冲磁场力及小球垫模的支撑力双重作用下，使蒙皮壁板类毛坯的上下表面均得到一定深度的压应力层，起到强化蒙皮，提高疲劳寿命的作用。

(2)与电磁线圈相对的蒙皮壁板类毛坯表面在成形过程中无机械接触；与小球垫模相对的蒙皮壁板类毛坯表面，由于小球垫模上的橡胶垫层的缓冲作用减小蒙皮壁板类毛坯表面的局部机械摩擦，从而使蒙皮壁板类毛坯具有良好的表面质量不会降低疲劳寿命。

(3)可以简化工艺。施加在蒙皮壁板类毛坯上的脉冲磁场力使蒙皮壁板类毛坯获得很大的加速度，具有很高的惯性力，有助于分散蒙皮壁板类毛坯变形、抑制变形集中化。因此采用本装置进行蒙皮壁板类零件的加工时，蒙皮壁板类毛坯的热处理状态可直接选用使用态的，从而减少或消除传统加工工艺中的预处理、中间热处理或最终热处理等环节。

(4)本发明采用的小球垫模结构简单、通用性强。