[发明专利]一种金属板材电磁脉冲局部流动渐进成形装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于材料塑性成形技术领域，更具体地，涉及一种金属板材电磁脉冲局部流动渐进成形装置及方法。

背景技术

为了有效的降低能耗和减少环境污染，结构轻量化和材料轻量化已成为现代科技发展的主流趋势。据调查，汽车燃料约60％消耗于汽车自重，汽车质量每减轻10％，可降低油耗6％～8％。高性能铝合金是实现汽车轻量化的有效手段与技术途径。但是在传统冲压成形中，铝合金在的变形性能较差，主要表现在两个方面：1)冲压成形时金属流动不均，容易产生起皱、破裂等缺陷。这造成传统冲压工艺得到的铝合金成形极限远低于钢材；2)铝合金的弹性模量只有钢材的1/3。这导致零件卸载后回弹量远大于钢材，并难以控制成形精度。

电磁脉冲成形是一种利用脉冲磁场力对金属工件进行高速加工方法，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”。因此，高速变形为轻质、高强度材料的加工难问题提供了一个可靠地解决途径。但，一般的电磁脉冲成形工艺，放电线圈处于一个固定位置，其尺寸要与模具的大小一致，通过一次放电使金属板材发生变形。但该技术至今很难直接实现大尺寸、深成形零件的精确成形。这主要是：(1)板材撞击模具反弹和空气阻力，从而造成成形质量差；(2)对于大型零件的成形需要与之匹配的大型线圈结构和高能量电磁储能装置，使得设备规模大增加制造成本。

为了提高电磁成形的成形精度，1998年，美国学者G.S.Daehn课题组提出了一种新的板材塑性成形方法—与工具结合的板材电磁辅助成形(Matched Tool-Electromagnetic Hybrid Sheet Forming，MT-EM)。这种方法将电磁脉冲成形与普通冲压成形工艺结合。即：首先采用普通冲压技术得到零件的大致变形轮廓(预成形)，然后用嵌入到冲头里的电磁线圈成形工件的难变形部位(尖角、棱线等)，以达到需要的形状，提高成形精度。为了提高电磁成形的成形深度，美国学者G.S.Daehn课题组提出了电磁辅助冲压成形工艺(Electromagnetically assisted sheet metal stamping,EMAS)。该工艺将将线圈嵌入到模具中的适当位置，使线圈随着冲模移动。在每一步的模具下降成形过程中，利用电磁力使板材底面拉延减薄，以此来提高成形件高度。上述两种方法在成形过程中，均需要采用较大的压边力限制板材凸缘发生起皱，导致板材与压边之间的摩擦力加大，限制了材料的径向流动，结果增加了板材变形时受到的径向拉应力，容易使板材发生剧烈减薄甚至破裂。在专利号200610018492.2名称为“板材动圈电磁渐进成形方法及其装置”的发明专利中，华中科技大学莫健华课题组提出一种动线圈电磁成形方法。线圈在三维空间沿着模型轮廓等高线一层层向下移动，同时依靠电磁线圈产生的电磁力使板材发生局部成形，直至成形过程中止。但是该方法的夹紧装置会限制板材的塑性流动，结果易使板材拉破、限制了板材的成形高度。

发明内容

针对传统大型金属板材成形过程中，存在设备成本高、材料减薄严重容易破裂和成形深度低等问题，本发明提供一种金属板材电磁脉冲局部流动渐进成形装置和方法，能够有效提高大型金属板材成形深度，提高了材料的塑性流动性，减弱了电磁成形线圈对应的板材区域在变形时受到的拉应力，从而克服了传统冲压成形中因为拉应力过大而造成板材过度减薄而发生破裂的缺陷。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种金属板材电磁脉冲局部流动渐进成形装置，包括底座、设置在底座上的模具成形机构、用于与模具成形机构配合压住板材的压板及由动力装置驱动移动的电磁成形线圈，所述压板和/或模具成形机构上安装有用于对板材的外侧边缘施加推力的径向侧推线圈，所述电磁成形线圈和径向侧推线圈通过电源系统供电。

优选地，所述模具成形机构包括凸模、导柱和托板，凸模和导柱均设置在底座上，压板和托板活动穿装在导柱上，压板位于托板的上方，压板与托板可拆卸连接在一起从而夹住板材，所述径向侧推线圈安装在压板和/或托板上。

优选地，所述模具成形机构包括凹模，所述压板位于凹模的上方，压板与凹模配合夹住板材，所述径向侧推线圈安装在压板和/或凹模上。

优选地，所述径向侧推线圈为与板材成形时的外侧边缘形状相匹配的腰形线圈。

优选地，所述电磁成形线圈为弧式线圈。

优选地，所述电磁成形线圈和径向侧推线圈由同一个电源系统供电。

优选地，所述电源系统包括多个电源子系统，电磁成形线圈和径向侧推线圈分别由各电源子系统供电。