金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形方法，包括：将待成形板料置于凹模与凸模之间；并在凹模的外围设置夹板，在凸模的外围设置托架；对待成形板料实施预成形；施加电磁力，向下推送待成形板料和夹板；并在待成形板料的周边均施加电磁力，向凹模的中心水平推送待成形板料，使待成形板料流入凹模内，实现反向拉深成形；施加下压力，驱动凹模下行，将凹模底部的待成形板料挤入凹模与凸模之间的间隙实现板料的反向拉深成形；重复凸凹模反向拉深和电磁脉冲拉深，直至完成反向拉深成形。本发明可大幅提高成形极限、提高筒形件成形深度。本发明还同时提供了一种金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形装置。
【专利说明】金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明属于材料塑性成形领域，具体涉及一种金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形方法及装置。
【背景技术】
[0002]传统的板料拉深成形工艺中，为避免材料的起皱，需要采用压边圈辅助成形。如图1所示为传统拉深成形时被成形板料的应力应变状态。法兰区受径向拉应力和切向(圆周方向)压应力，并在径向和切向分别产生伸长和压缩变形，板厚稍有增大，在法兰外缘厚度增加最大。在凹模圆角处，材料除受径向拉深外，同时产生塑性弯曲使板厚减小，材料离开凹模圆角后产生反向弯曲(校直)，此处材料为最易断裂区域之一。圆筒侧壁受轴向拉伸也为最易断裂区域之一。圆筒底部材料处于双向拉伸状态；在凸模圆角处，材料产生塑性弯曲和径向拉伸，该处材料也均为易断裂区。
[0003]针对上述板料受力状况的进一步分析可知，拉深过程中，毛坯法兰在切向压应力作用下，可能产生塑性失稳而起皱，甚至使坯料不能通过凸、凹模间隙，从而使得径向拉应力显著增大，当径向拉应力大于板料的抗拉强度时，便会产生拉裂。虽然压边圈能在一定程度上避免材料起皱，但当为了加大拉深深度而压边力过大时，同样会使径向拉应力增大，也会造成板料拉裂。因此，传统冲压工艺是很难提高筒形件的拉深深度的。
[0004]要避免传统冲压工艺的缺陷，提高筒形件的拉深深度，必须提高工件凸缘部位板料的流动性，改变材料成形时的应力应变状态，减小径向拉应力，甚至转变为径向压应力，即可大幅提高深筒件成形的可行性。
[0005]电磁成形技术具有加工能量易于精确控制、成形速度快、成形工件精度高、模具简单及设备通用性强等特点。且整个成形过程绿色、环保。现已广泛应用于机械、电子、汽车工业、轻化工及仪器仪表、航空航天、兵器工业等诸多领域，应用前景十分广阔。然而，目前国内外学者研究的板材电磁脉冲成形过程，主要工艺均是将筒形件的法兰部分夹死不让其产生流动，而凹模部分的变形方式主要是胀形过程。其导致了成形件的壁厚分布不均匀，成形深度较浅。因此，美国俄亥俄州立大学的J.H.Shang和G.S.Daehn学者提出了一种改进的EMAS成形技术，其基本思想是:把线圈嵌入到普通冲压模具的适当位置，在板料普通冲压过程中，利用多次小能量电磁脉冲放电，提高材料的成形性和直接控制应变分布，从而大幅度提高材料的成形能力。为了证明这种概念的可行性，他们将线圈嵌入到凸模的底部，增大传统拉深中几乎不变形的圆筒件底部材料的拉伸，以此增加材料的成形深度。在冲压设备压力相同的前提下，采用传统的冲压设备和润滑油条件的拉深件的最大深度为44mm，而改进的EMAS技术所成形的工件其最大深度则可达到63.5_。这种成形技术与传统拉深方法相比，虽然筒形件的拉深深度有所提高，但筒形件底部所受的拉应力急剧增加，它是利用筒形件底部的减薄来提高拉深深度的，所以成形后的筒形件的壁厚分布不均匀，使服役寿命降低。
[0006]由此可见，无论是传统的冲压成形还是这种改进的EMAS技术，在成形的过程中，板料的成形位置基本上都局限于筒形件底部，使得成形的筒形件出现壁厚分布不均匀、应力集中等缺陷，服役寿命大大降低。
【发明内容】
[0007]为了解决现有的拉深成形中受力状态不合理，存在的拉裂缺陷、壁厚分布不均匀和成形深度较浅等问题，本发明提出了一种可以大幅度提高拉深极限的金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形方法；本发明同时提供了一种金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形装置。
[0008]本发明是通过如下技术方案实现的:
[0009]一种金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形方法，包括如下步骤:
[0010]步骤1:将待成形板料置于凹模与凸模之间；并在凹模的外围设置夹板，在凸模的外围设置托架；
[0011]步骤2:对待成形板料实施预成形，使位于凹模底部的待成形板料向下流动，同时使位于夹板与托架之间的待成形板料下行，并向凸模的中心水平流动；
[0012]步骤3:施加电磁力，向下推送待成形板料和夹板；并在待成形板料的周边均施加电磁力，向凹模的中心水平推送待成形板料，使待成形板料流入凹模内，实现反向拉深成形；
[0013]步骤4:施加下压力，驱动凹模下行，将凹模底部的待成形板料挤入凹模与凸模之间的间隙实现板料的反向拉深成形；
[0014]步骤5:反复执行步骤3至步骤4，直至完成待成形板料的反向深拉深成形。
[0015]优选的，步骤2中所述的预成形是指对凹模和夹板施加下压力，使凹模和夹板下行；
[0016]或者，施加电磁力，向下推送待成形板料和夹板；并在待成形板料的周边均施加电磁力。
[0017]本发明还同时提供了一种金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形装置，包括凹模驱动机构、凹模、环形拉深线圈、夹板驱动机构、夹板、托架、多根导柱、凸模、底座、至少一个助推线圈组和电源系统；
[0018]凹模与凸模相匹配，环形拉深线圈嵌在凹模内，导柱和凸模均固定安装在底座上;
[0019]所述夹板设置在凹模的外围；所述凹模由凹模驱动机构驱动，所述夹板由夹板驱动机构驱动；所述夹板通过周向布置的多个螺钉与托架连接，托架套装在导柱和凸模上，并能够沿着导柱运动；
[0020]所述电源系统与环形拉深线圈和每个助推线圈组均相连，用于控制环形拉深线圈和助推线圈组是否产生用于驱动待成形板料运动的电磁力。
[0021]优选的，所述凹模驱动机构包括电机、固定横梁和动横梁，以及两组相同的传动单元，所述传动单元包括第一皮带轮、皮带、第二皮带轮、丝杆、螺母，螺母安装在动横梁上，并旋入丝杆，与丝杆组成一丝杠螺母传动机构；所述丝杠螺母传动机构安装在固定横梁上，所述电机的输出轴经由第一皮带轮、皮带和第二皮带轮与所述丝杆相连；所述凹模固定安装在动横梁的下表面。[0022]优选的，所述凹模驱动机构包括气/液压缸和滑块，滑块与气/液压缸相连，由气/液压缸驱动，所述凹模固定安装在滑块的下表面。
[0023]优选的，所述夹板驱动机构包括下推线圈座、下推线圈和驱动片，下推线圈座固定安装在动横梁的下表面，下推线圈嵌在下推线圈座内，驱动片固定安装于夹板上，并与下推线圈的位置对应。
[0024]优选的，所述夹板驱动机构包括预紧压缩设置在动横梁与夹板之间的弹簧。
[0025]优选的，所述夹板驱动机构包括一气/液压缸，所述气/液压缸设置在动横梁与夹板之间。
[0026]优选的，所述助推线圈组为多个，每个助推线圈组均包括上下位置对应的上水平推力线圈和下水平推力线圈，所述上水平推力线圈嵌在夹板内，所述下水平推力线圈嵌在托架内。
[0027]优选的，所述助推线圈组为一个，所述助推线圈组由侧助推线圈组成，所述侧助推线圈安装在环形线圈槽中，所述环形线圈槽设置在夹板与托架上。
[0028]本发明具有如下有益效果:
[0029]1、本发明将传统凸凹模反向拉深、电磁脉冲拉深与电磁脉冲助推技术结合在一起实施渐进成形，能在每一步反向拉深的同时，将法兰部分的板料推向凸模中心，以此改变板料的应力应变状态，改善应变分布，以减小筒形件圆角、直壁和底部的拉应力，或部分形成压应力。
[0030]2、本发明提高了工件凸缘部位板料的流动性，既克服了传统拉深成形中的拉裂缺陷，提高了板料的成形性能，又克服了单一电磁脉冲拉深成形仅能用于局部成形或浅拉深成形的不足，可大幅提高成形极限、提高筒形件成形深度，有效用于深筒形拉深件的生产。
[0031]3、本发明通过渐进成形的方法，减少每一步成形过程材料的应变率，既可提高筒形件的成形高度，又可减少每一步成形过程需要的能量，以降低电源系统的总能量、减小设备规模降低投资成本。
[0032]4、本发明能够使成形的筒形件的直壁和底部的材料不出现减薄现象，并且厚度均匀，还可使塑性差、难变形的金属板料易于成形。
[0033]5、本发明通过采用电磁脉冲拉深与助推的方法，提高材料的变形速率，达到提高金属材料的成形极限。
[0034]6、本发明在成形过程中板料受力和变形区域为环状，并不断从中心向外移，使板料的受力与变形不在同一区域，使板料的受力和变形均衡分布，成形件的壁厚均匀，且可大幅度提高其服役寿命。而传统拉深成形及单一电磁脉冲成形，在同区域反复受力和变形，不利于板料均衡变形和工件服役寿命。
[0035]7、本发明所提供的装置能够精确控制成形能量和板材变形程度，使得在每一成形步骤后板材均能流动到预定位置。
[0036]8、本发明所提供的装置，所采用的多组水平推力线圈，能够形成多级渐进拉深成形，使筒形件比传统工艺拉得更深。
[0037]9、本发明所提供的装置，所采用的夹板和托架装置能够沿导柱自由向下滑动，在环形拉深线圈和水平推力线圈作用下，板料变形流动的同时，可以靠重力向下移动加速板料的流动，提高板料成形效率。[0038]10、本发明所提供的装置，采用下推线圈机构或者弹簧机构或者气压缸或者液压缸，可在环形拉深线圈和水平推力线圈作用使板料变形流动的同时，强制使夹板和托架装置向下移动，加速板料的流动，提高板料成形效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]图1为传统冲压工艺拉深筒形件时各区域的应力应变状态；
[0040]图2为金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形装置示意图；
[0041]图3为气/液压缸取代电机驱动条件下的金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形装置示意图；
[0042]图4为板料的电磁脉冲助推原理图；
[0043]图5为弹簧取代下推线圈条件下的金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形装置不意图；
[0044]图6为气/液压缸取代下推线圈条件下的金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形装置示意图；
[0045]图7为四组电源系统分别串联的金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形装置不意图；
[0046]图8为电源系统整体串联的金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形装置示意图；
[0047]图9为金属板材的环形电磁脉冲单次助推式渐进反向拉深成形装置示意图；
[0048]图1Oa为实施例1、2、5-8中工作初始状态示意图；
[0049]图1Ob为实施例1、2、5_8中板料经第一次电磁脉冲反向拉深成形后示意图；
[0050]图1Oc为实施例1、2、5_8中板料经第一次凸凹模反向拉深成形后示意图；
[0051]图1Od为实施例1、2、5_8中板料经第二次电磁脉冲反向拉深成形后示意图；
[0052]图1Oe为实施例1、2、5_8中板料经第二次凸凹模反向拉深成形后最终示意图；
[0053]图1la为实施例3中工作初始状态示意图；
[0054]图1lb为实施例3中板料经第一次凸凹模反向拉深成形后示意图；
[0055]图1lc为实施例3中板料经第一次电磁脉冲反向拉深成形后示意图；
[0056]图1ld为实施例3中板料经第二次凸凹模反向拉深成形后示意图；
[0057]图lie为实施例3中板料经第二次电磁脉冲反向拉深成形后示意图；
[0058]图1lf为实施例3中板料经第三次凸凹模反向拉深成形后最终示意图；
[0059]图12a为实施例4中工作初始状态示意图；
[0060]图12b为实施例4中板料经第一次电磁脉冲反向拉深成形后示意图；
[0061]图12c为实施例4中板料经第一次凸凹模反向拉深成形后示意图；
[0062]图12d为实施例4中板料经第二次电磁脉冲反向拉深成形后示意图；
[0063]图12e为实施例4中板料经第二次凸凹模反向拉深成形后最终示意图；
[0064]图中各零部件的标号说明:
[0065]1:电机、2-1:第一皮带轮、2-2:第二皮带轮、3:皮带、4:丝杆、5:螺母、6:固定横梁、7:动横梁、8:四|旲、9:环形拉深线圈、10:下推线圈座、11:下推线圈、12:驱动片、13:夹板、14-1:第一上水平推力线圈、14-2:第二上水平推力线圈、15:待成形板料、16-1:第一下水平推力线圈、16-2:第二下水平推力线圈、17:托架、18:导柱、19:凸模、20:底座、22:螺钉、23:气/液压缸、24:滑块、25:弹簧、28:环形线圈槽、29:侧助推线圈。
【具体实施方式】
[0066]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0067]实施例1:
[0068]如图2所示，本发明提供了一种金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形装置，包括凹模驱动机构、凹模8、环形拉深线圈9、夹板驱动机构、夹板13、托架17、导柱18、凸模19、底座20、螺钉22、两个助推线圈组和电源系统。
[0069]凹模8与凸模19相匹配，环形拉深线圈9嵌在凹模8里，导柱18和凸模19均固定安装在底座20上，夹板13通过周向布置的四个螺钉22与托架17连接，托架17套装在导柱18上，并能够沿着导柱18上下滑动；所述夹板13设置在凹模8的外围；所述凹模8由凹模驱动机构驱动，所述夹板13由夹板驱动机构驱动；待成形板料15放置于凹模8与凸模19之间，也即夹板13与托架17之间。
[0070]所述凹模驱动机构包括电机1、固定横梁6和动横梁7，以及两组相同的传动单元，所述传动单元包括第一皮带轮2-1、皮带3、第二皮带轮2-2、丝杆4、螺母5，螺母5安装在动横梁7上，并旋入丝杆4，与丝杆4组成一丝杠螺母传动机构；所述丝杠螺母传动机构安装在固定横梁6上，所述电机I的输出轴经由第一皮带轮2-1、皮带3和第二皮带轮2-2与所述丝杆4相连；所述凹模8固定安装在动横梁7的下表面。
[0071]所述夹板驱动机构包括下推线圈座10、下推线圈11和驱动片12，下推线圈座10固定安装在动横梁7的下表面，下推线圈11嵌在下推线圈座10内，驱动片12固定安装于夹板13上，并与下推线圈11的位置对应。所述驱动片12的材料为导电性能良好的铝、铜、金及银等。
[0072]每个助推线圈组均包括上下位置对应的上水平推力线圈和下水平推力线圈，本实施例中第一上水平推力线圈14-1和第一下水平推力线圈16-1构成第一个助推线圈组，第二上水平推力线圈14-2和第二下水平推力线圈16-2构成第二个助推线圈组，第一上水平推力线圈14-1和第二上水平推力线圈14-2嵌在夹板13里，第一下水平推力线圈16-1和第二下水平推力线圈16-2嵌在托架17里。
[0073]所述电源系统包括多个电源子系统，即第一电源子系统21-1、第二电源子系统21-2、第三电源子系统21-3、第四电源子系统21-4、第五电源子系统21_5、第六电源子系统21-6，所述每个电源子系统均包括依次串联的电源、储能电容、分压电阻和开关。所述环形拉深线圈9、下推线圈11、第一上水平推力线圈14-1、第二上水平推力线圈14-2、第一下水平推力线圈16-1和第二下水平推力线圈16-2均与一个电源子系统相连。
[0074]其中，凸模19、凹模8也可为矩形或不规则形状，环形拉深线圈9、下推线圈11与助推线圈组中的水平推力线圈的截面均为圆形或矩形的紫铜线绕制成的螺旋管线圈，各线圈可由一个以上的子线圈组合而成。
[0075]采用上述金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形装置进行反向拉深成形的方法具体包括:
[0076]如图1Oa所示，首先将待成形板料15置于凹模8与凸模19之间，此时待成形板料15位于初始板料位置15-1 ;分别对第一电源子系统21-1、第二电源子系统21-2、第四电源子系统21-4和第五电源子系统21-5的储能电容充电，当充电电压达到成形电压后，断开充电回路；同时闭合第一电源子系统21-1、第二电源子系统21-2、第四电源子系统21-4和第五电源子系统21-5中的开关，储能电容通过电缆对成形线圈放电，环形拉深线圈9、下推线圈11与第一上水平推力线圈14-1和第一下水平推力线圈16-1同时产生电磁力，使待成形板料15位于凹模8下部的部分被环形拉深线圈9产生的电磁力轴向向下推动实现反向拉深成形；与此同时驱动片12在下推线圈11产生的电磁力作用下驱动夹板13下行，带动位于夹板13与托架17之间的待成形板料15下行，此外，该区域的待成形板料15同时被第一上水平推力线圈14-1和第一下水平推力线圈16-1产生的电磁力推向凸模19中心，实现更好的贴模，此时待成形板料15到达第二板料位置15-2，如图1Ob所示；通过电机1、第一皮带轮2-1、皮带3、第二皮带轮2-2、丝杆4、螺母5的传动，对动横梁7施加下压力，使凹模8及下推线圈座10随动横梁7下行至下推线圈座10底部接触到驱动片12上端，为下一步电磁反向拉深成形做准备，在凹模8下行的同时将凹模8底部的待成形板料15挤入凹模8与凸模19之间的间隙，将待成形板料15反向拉深至第三板料位置15-3，如图1Oc所示；分别对第一电源子系统21-1、第二电源子系统21-2、第三电源子系统21-3和第六电源子系统21-6的储能电容充电，当充电电压达到成形电压后，断开充电回路；同时闭合第一电源子系统21-1、第二电源子系统21-2、第三电源子系统21-3和第六电源子系统21_6中的开关，储能电容通过电缆对成形线圈放电，环形拉深线圈9、下推线圈11与第二上水平推力线圈14-2和第二下水平推力线圈16-2同时产生电磁力，使待成形板料15位于凹模8下部的部分被环形拉深线圈9产生的电磁力轴向向下推动实现反向拉深成形；与此同时驱动片12在下推线圈11产生的电磁力作用下驱动夹板13下行，带动位于夹板13与托架17之间的待成形板料15下行，此外，该区域的待成形板料15同时被第二上水平推力线圈14-2和第二下水平推力线圈16-2产生的电磁力推向凸模19中心，实现更好的贴模，此时待成形板料15到达第四板料位置15-4，如图1Od所示；通过电机1、第一皮带轮2-1、皮带3、第二皮带轮2-2、丝杆4、螺母5的传动，对动横梁7施加下压力，使凹模8及下推线圈座10随动横梁7下行至下推线圈座10底部刚好接触到驱动片12的上端部，为下一步电磁反向拉深成形做准备，在凹模8下行的同时将凹模8底部的待成形板料15挤入凹模8与凸模19之间的间隙，将待成形板料15反向拉深至第五板料位置15-5，如图1Oe所示，最终完成板料的反向深拉深成形。
[0077]实施例2:
[0078]所述凹模驱动机构还可以通过气/液压缸23和滑块24来实现，如图3所示，凹模8与下推线圈座10固定安装于滑块24的下表面，滑块24使用气/液压缸23驱动，其它部分的结构及反向拉深成形的方法与实施例1完全相同，在此不再重复说明。
[0079]实施例3:
[0080]采用实施例1中所述的金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形装置，进行反向拉深成形的方法具体包括:
[0081]如图1la所示，首先将待成形板料15置于凹模8与凸模19之间，此时待成形板料15位于初始板料位置15-1 ;通过电机1、第一皮带轮2-1、皮带3、第二皮带轮2-2、丝杆4、螺母5的传动，对动横梁7施加下压力，使凹模8及下推线圈座10随动横梁7下行至下推线圈座10底部刚好接触到驱动片12的上端部，为下一步电磁反向拉深成形做准备，在凹模8下行的同时将凹模8底部的待成形板料15挤入凹模8与凸模19之间的间隙，将待成形板料15反向拉深至第二板料位置15-2，如图1lb所示；然后分别对第一电源子系统21-1、第二电源子系统21-2、第四电源子系统21-4和第五电源子系统21-5的储能电容充电，当充电电压达到成形电压后，断开充电回路；同时闭合第一电源子系统21-1、第二电源子系统21-2、第四电源子系统21-4和第五电源子系统21-5中的开关，储能电容通过电缆对成形线圈放电，环形拉深线圈9、下推线圈11与第一上水平推力线圈14-1和第一下水平推力线圈16-1同时产生电磁力，使待成形板料15位于凹模8下部的部分被环形拉深线圈9产生的电磁力轴向向下推动实现反向拉深成形，与此同时驱动片12在下推线圈11产生的电磁力作用下驱动夹板13下行，带动位于夹板13与托架17之间的待成形板料15下行；此外，该区域的待成形板料15同时被第一上水平推力线圈14-1和第一下水平推力线圈16-1产生的电磁力推向凸模19中心，实现更好的贴模，此时待成形板料15到达第三板料位置15-3，如图1lc所示；通过电机1、第一皮带轮2-1、皮带3、第二皮带轮2-2、丝杆4、螺母5的传动，对动横梁7施加下压力，使凹模8及下推线圈座10随动横梁7下行至下推线圈座10底部刚好接触到驱动片12的上端部，为下一步电磁反向拉深成形做准备，在凹模8下行的同时将凹模8底部的待成形板料15挤入凹模8与凸模19之间的间隙，将待成形板料15反向拉深至第四板料位置15-4，如图1ld所示；分别对第一电源子系统21-1、第二电源子系统21-2、第三电源子系统21-3和第六电源子系统21-6的储能电容充电，当充电电压达到成形电压后，断开充电回路；同时闭合第一电源子系统21-1、第二电源子系统21-2、第三电源子系统21-3和第六电源子系统21-6中的开关，储能电容通过电缆对成形线圈放电，环形拉深线圈9、下推线圈11与第二上水平推力线圈14-2和第二下水平推力线圈16-2同时产生电磁力，使待成形板料15位于凹模8下部的部分被环形拉深线圈9产生的电磁力轴向向下推动实现反向拉深成形，与此同时驱动片12在下推线圈11产生的电磁力作用下驱动夹板13下行，带动位于夹板13与托架17之间的待成形板料15下行，此外，该区域的待成形板料15同时被第二上水平推力线圈14-2和第二下水平推力线圈16-2产生的电磁力推向凸模19中心，实现更好的贴模，此时待成形板料15到达第五板料位置15-5，如图lie所示；通过电机1、第一皮带轮2-1、皮带3、第二皮带轮2-2、丝杆4、螺母5的传动，对动横梁7施加下压力，使凹模8及下推线圈座10随动横梁7下行至下推线圈座10底部刚好接触到驱动片12的上端部，为下一步电磁反向拉深成形做准备，在凹模8下行的同时将凹模8底部的待成形板料15挤入凹模8与凸模19之间的间隙，将待成形板料15反向拉深至第六板料位置15-6，如图1lf所不，最终完成板料的反向深拉深成形。
[0082]实施例4
[0083]如图5所示，本发明提供了一种金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形装置，包括凹模驱动机构、凹模8、环形拉深线圈9、夹板13、托架17、导柱18、凸模19、底座20、螺钉22、夹板驱动机构、两个助推线圈组和电源系统。所述凹模驱动机构与实施例1中的凹模驱动机构相同，所述夹板驱动机构为预紧压缩设置在动横梁7与夹板13之间的弹簧25。
[0084]所述电源系统包括多个电源子系统，即第一电源子系统21-1、第二电源子系统21-2、第三电源子系统21-3、第四电源子系统21-4、第五电源子系统21-5，所述每个电源子系统均包括依次串联的电源、储能电容、分压电阻和开关。
[0085]所述环形拉深线圈9与第一电源子系统21-1相连，第一上水平推力线圈14-1与第三电源子系统21-3相连，第二上水平推力线圈14-2与第二电源子系统21-2相连，第一下水平推力线圈16-1与第四电源子系统21-4相连，第二下水平推力线圈16-2与第五电源子系统21-5相连。
[0086]其余部分结构与实施例1的结构完全相同，在此不再重复说明。
[0087]采用上述金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形装置进行反向拉深成形的方法具体包括:
[0088]如图12a所示，首先将待成形板料15置于凹模8与凸模19之间，此时待成形板料15位于初始板料位置15-1 ;分别对第一电源子系统21-1、第三电源子系统21-3和第四电源子系统21-4的储能电容充电，当充电电压达到成形电压后，断开充电回路；同时闭合第一电源子系统21-1、第三电源子系统21-3和第四电源子系统21-4中的开关，储能电容通过电缆对成形线圈放电，环形拉深线圈9、第一上水平推力线圈14-1和第一下水平推力线圈16-1同时产生电磁力，使待成形板料15位于凹模8下部的部分被环形拉深线圈9产生的电磁力轴向向下推动实现反向拉深成形；与此同时带有预紧力的弹簧25推动待成形板料15下行，此外，该区域的待成形板料15同时被第一上水平推力线圈14-1和第一下水平推力线圈16-1产生的电磁力推向凸模19中心，实现更好的贴模，此时待成形板料15到达第二板料位置15-2，如图12b所示；通过电机1、第一皮带轮2-1、皮带3、第二皮带轮2_2、丝杆4、螺母5的传动，对动横梁7施加下压力，使凹模8及下推线圈座10随动横梁7下行至下推线圈座10底部刚好接触到驱动片12的上端部，为下一步电磁反向拉深成形做准备，在凹模8下行的同时将凹模8底部的待成形板料15挤入凹模8与凸模19之间的间隙，将待成形板料15反向拉深至第三板料位置15-3，如图12c所示；分别对第一电源子系统21-1、第二电源子系统21-2和第五电源子系统21-5的储能电容充电，当充电电压达到成形电压后，断开充电回路；同时闭合第一电源子系统21-1、第二电源子系统21-2和第五电源子系统21-5中的开关，储能电容通过电缆对成形线圈放电，环形拉深线圈9、第二上水平推力线圈14-2和第二下水平推力线圈16-2同时产生电磁力，使待成形板料15位于凹模8下部的部分被环形拉深线圈9产生的电磁力轴向向下推动实现反向拉深成形；与此同时带有预紧力的弹簧25推动待成形板料15下行，此外，该区域的待成形板料15同时被第二上水平推力线圈14-2和第二下水平推力线圈16-2产生的电磁力推向凸模19中心，实现更好的贴模，此时待成形板料15到达第四板料位置15-4，如图12d所示；通过电机1、第一皮带轮2-1、皮带
3、第二皮带轮2-2、丝杆4、螺母5的传动，对动横梁7施加下压力，使凹模8及下推线圈座10随动横梁7下行至下推线圈座10底部刚好接触到驱动片12的上端部，为下一步电磁反向拉深成形做准备，在凹模8下行的同时将凹模8底部的待成形板料15挤入凹模8与凸模19之间的间隙，将待成形板料15反向拉深至第五板料位置15-5，如图12e所示，最终完成板料的反向深拉深成形。
[0089]实施例5
[0090]如图6所示，将实施例4中的弹簧25使用气/液压缸23代替，其它结构及反向拉深成形方法同实施例4完全相同，在此不再重复说明。[0091]实施例6
[0092]如图7所示为本发明所述金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形装置，包括凹模驱动机构、凹模8、环形拉深线圈9、下推线圈座10、下推线圈11、驱动片12、夹板13、托架17、导柱18、凸模19、底座20、螺钉22、两个助推线圈组和电源系统。所述凹模驱动机构包括电机1、第一皮带轮2-1、第二皮带轮2-2、皮带3、丝杆4、螺母5、固定横梁6和动横梁7。除电源系统外，其结构与实施例1的结构完全相同，在此不再重复说明。
[0093]所述电源系统包括多个电源子系统，即第一电源子系统21-1、第二电源子系统21-2、第三电源子系统21-3、第四电源子系统21-4，所述每个电源子系统均包括依次串联的电源、储能电容、分压电阻和开关。
[0094]所述环形拉深线圈9与第一电源子系统21-1相连，下推线圈11与第二电源子系统21-2相连，第一上水平推力线圈14-1与第一下水平推力线圈16-1串联后，与第三电源子系统21-3相连，第二上水平推力线圈14-2与第二下水平推力线圈16-2串联后，与第四电源子系统21-4相连。
[0095]采用上述金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形装置进行反向拉深成形的方法具体包括:
[0096]如图1Oa所示，首先将待成形板料15置于凹模8与凸模19之间，此时待成形板料15位于初始板料位置15-1 ;分别对第一电源子系统21-1、第二电源子系统21-2、第三电源子系统21-3的储能电容充电，当充电电压达到成形电压后，断开充电回路；同时闭合第一电源子系统21-1、第二电源子系统21-2和第三电源子系统21-3中的开关，储能电容通过电缆对成形线圈放电，环形拉深线圈9、下推线圈11与第一上水平推力线圈14-1和第一下水平推力线圈16-1同时产生电磁力，使待成形板料15位于凹模8下部的部分被环形拉深线圈9产生的电磁力轴向向下推动实现反向拉深成形，与此同时驱动片12在下推线圈11产生的电磁力作用下驱动夹板13下行，带动位于夹板13与托架17之间的待成形板料15下行，此外，该区域的待成形板料15同时被第一上水平推力线圈14-1和第一下水平推力线圈16-1产生的电磁力推向凸模19中心，实现更好的贴模，此时待成形板料15到达第二板料位置15-2，如图1Ob所示；通过电机1、第一皮带轮2-1、皮带3、第二皮带轮2-2、丝杆4、螺母5的传动，对动横梁7施加下压力，使凹模8及下推线圈座10随动横梁7下行至下推线圈座10底部刚好接触到驱动片12的上端部，为下一步电磁反向拉深成形做准备，在凹模8下行的同时将凹模8底部的待成形板料15挤入凹模8与凸模19之间的间隙，将待成形板料15反向拉深至第三板料位置15-3，如图1Oc所示；分别对第一电源子系统21-1、第二电源子系统21-2、第四电源子系统21-4的储能电容充电，当充电电压达到成形电压后，断开充电回路；同时闭合第一电源子系统21-1、第二电源子系统21-2和第四电源子系统21-4中的开关，储能电容通过电缆对成形线圈放电，环形拉深线圈9、下推线圈11与第二上水平推力线圈14-2和第二下水平推力线圈16-2同时产生电磁力，使待成形板料15位于凹模8下部的部分被环形拉深线圈9产生的电磁力轴向向下推动实现反向拉深成形，与此同时驱动片12在下推线圈11产生的电磁力作用下驱动夹板13下行，带动位于夹板13与托架17之间的待成形板料15下行，此外，该区域的待成形板料15同时被第二上水平推力线圈14-2和第二下水平推力线圈16-2产生的电磁力推向凸模19中心，实现更好的贴模，此时待成形板料15到达第四板料位置15-4，如图1Od所示；通过电机1、第一皮带轮2-1、皮带3、第二皮带轮2-2、丝杆4、螺母5的传动，对动横梁7施加下压力，使凹模8及下推线圈座10随动横梁7下行至下推线圈座10底部刚好接触到驱动片12的上端部，为下一步电磁反向拉深成形做准备，在凹模8下行的同时将凹模8底部的待成形板料15挤入凹模8与凸模19之间的间隙，将待成形板料15反向拉深至第五板料位置15-5，如图1Oe所示，最终完成板料的反向深拉深成形。
[0097]实施例7
[0098]如图8所示为本发明所述金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形装置，包括凹模驱动机构、凹模8、环形拉深线圈9、下推线圈座10、下推线圈11、驱动片12、夹板13、托架17、导柱18、凸模19、底座20、螺钉22、两个助推线圈组和电源系统。所述凹模驱动机构包括电机1、第一皮带轮2-1、第二皮带轮2-2、皮带3、丝杆4、螺母5、固定横梁6和动横梁
7。除电源系统外，其结构与实施例1的结构完全相同，在此不再重复说明。
[0099]所述电源系统26包括依次串联的电源、储能电容、分压电阻和多个开关(27-1、27-2、27-3)。所述环形拉深线圈9与下推线圈11串联后，与第一开关27_1相连，第一上水平推力线圈14-1与第一下水平推力线圈16-1串联后，与第二开关27-2相连，第二上水平推力线圈14-2与第二下水平推力线圈16-2串联后，与第三开关27-3相连。
[0100]采用上述金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形装置进行反向拉深成形的方法具体包括:
[0101]如图1Oa所示，首先将待成形板料15置于凹模8与凸模19之间，此时待成形板料15位于初始板料位置15-1 ;对电源系统的储能电容充电，当充电电压达到成形电压后，断开充电回路；同时闭合第一开关27-1、第二开关27-2，断开第三开关27-3，储能电容通过电缆对成形线圈放电，环形拉深线圈9、下推线圈11与第一上水平推力线圈14-1和第一下水平推力线圈16-1同时产生电磁力，使待成形板料15位于凹模8下部的部分被环形拉深线圈9产生的电磁力轴向向下推动实现反向拉深成形，与此同时驱动片12在下推线圈11产生的电磁力作用下驱动夹板13下行，带动位于夹板13与托架17之间的待成形板料15下行，此外，该区域的待成形板料15同时被第一上水平推力线圈14-1和第一下水平推力线圈16-1产生的电磁力推向凸模19中心，实现更好的贴模，此时待成形板料15到达第二板料位置15-2，如图1Ob所示；通过电机1、第一皮带轮2-1、皮带3、第二皮带轮2-2、丝杆4、螺母5的传动，对动横梁7施加下压力，使凹模8及下推线圈座10随动横梁7下行至下推线圈座10底部刚好接触到驱动片12的上端部，为下一步电磁反向拉深成形做准备，在凹模8下行的同时将凹模8底部的待成形板料15挤入凹模8与凸模19之间的间隙，将待成形板料15反向拉深至第三板料位置15-3，如图1Oc所示；对电源系统的储能电容充电，当充电电压达到成形电压后，断开充电回路；同时闭合第一开关27-1、第三开关27-3，断开第二开关27-2，储能电容通过电缆对成形线圈放电，环形拉深线圈9、下推线圈11与第二上水平推力线圈14-2和第二下水平推力线圈16-2同时产生电磁力，使待成形板料15位于凹模8下部的部分被环形拉深线圈9产生的电磁力轴向向下推动实现反向拉深成形，与此同时驱动片12在下推线圈11产生的电磁力作用下驱动夹板13下行，带动位于夹板13与托架17之间的待成形板料15下行，此外，该区域的待成形板料15同时被第二上水平推力线圈14-2和第二下水平推力线圈16-2产生的电磁力推向凸模19中心，实现更好的贴模，此时待成形板料15到达第四板料位置15-4，如图1Od所示；通过电机1、第一皮带轮2-1、皮带3、第二皮带轮2-2、丝杆4、螺母5的传动，对动横梁7施加下压力，使凹模8及下推线圈座10随动横梁7下行至下推线圈座10底部刚好接触到驱动片12的上端部，为下一步电磁反向拉深成形做准备，在凹模8下行的同时将凹模8底部的待成形板料15挤入凹模8与凸模19之间的间隙，将待成形板料15反向拉深至第五板料位置15-5，如图1Oe所示，最终完成板料的反向深拉深成形。
[0102]实施例8
[0103]如图9所示为本发明所述金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形装置，包括凹模驱动机构、凹模8、环形拉深线圈9、下推线圈座10、下推线圈11、驱动片12、夹板13、托架17、导柱18、凸模19、底座20、螺钉22、环形线圈槽28、一个助推线圈组和电源系统。所述凹模驱动机构包括电机1、第一皮带轮2-1、第二皮带轮2-2、皮带3、丝杆4、螺母5、固定横梁6和动横梁7。
[0104]所述助推线圈组包括一侧助推线圈29，所述侧助推线圈29设置在环形线圈槽28中，所述环形线圈槽28设置在夹板13与托架17上。除该处结构与电源系统外，其结构与实施例1的结构完全相同，在此不再重复说明。
[0105]所述电源系统包括第一电源子系统21-1、第二电源子系统21-2和第三电源子系统21-3 ;环形拉深线圈9与第一电源子系统21-1相连，下推线圈11与第二电源子系统21-2相连，侧助推线圈29与第三电源子系统21-3相连。
[0106]采用上述金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形装置进行反向拉深成形的方法具体包括:
[0107]首先将待成形板料15置于凹模8与凸模19之间，此时待成形板料15位于初始板料位置15-1，如图1Oa所示；分别对第一电源子系统21-1、第二电源子系统21-2、第三电源子系统21-3的储能电容充电，当充电电压达到成形电压后，断开充电回路；同时闭合第一电源子系统21-1、第二电源子系统21-2、第三电源子系统21-3中的开关，储能电容通过电缆对成形线圈放电，环形拉深线圈9、下推线圈11与侧助推线圈29同时产生电磁力，使待成形板料15位于凹模8下部的部分被环形拉深线圈9产生的电磁力轴向向下推动实现反向拉深成形，与此同时驱动片12在下推线圈11产生的电磁力作用下驱动夹板13下行，带动位于夹板13与托架17之间的待成形板料15下行，此外，该区域的待成形板料15同时被侧助推线圈29产生的电磁力推向凸模19中心，实现更好的贴模，此时待成形板料15到达第二板料位置15-2，如图1Ob所示；通过电机1、第一皮带轮2-1、皮带3、第二皮带轮2-2、丝杆4、螺母5的传动，对动横梁7施加下压力，使凹模8及下推线圈座10随动横梁7下行至下推线圈座10底部刚好接触到驱动片12的上端部，为下一步电磁反向拉深成形做准备，在凹模8下行的同时将凹模8底部的待成形板料15挤入凹模8与凸模19之间的间隙，将待成形板料15反向拉深至第三板料位置15-3，如图1Oc所示；对第一电源子系统21-1、第二电源子系统21-2的储能电容充电，当充电电压达到成形电压后，断开充电回路；同时闭合第一电源子系统21-1、第二电源子系统21-2中的开关，储能电容通过电缆对成形线圈放电，环形拉深线圈9与下推线圈11同时产生电磁力，使待成形板料15位于凹模8下部的部分被环形拉深线圈9产生的电磁力轴向向下推动实现反向拉深成形，与此同时驱动片12在下推线圈11产生的电磁力作用下驱动夹板13下行，带动位于夹板13与托架17之间的待成形板料15下行，此时待成形板料15到达第四板料位置15-4，如图1Od所示；通过电机1、第一皮带轮2-1、皮带3、第二皮带轮2-2、丝杆4、螺母5的传动，对动横梁7施加下压力，使凹模8及下推线圈座10随动横梁7下行至下推线圈座10底部刚好接触到驱动片12的上端部，为下一步电磁反向拉深成形做准备，在凹模8下行的同时将凹模8底部的待成形板料15挤入凹模8与凸模19之间的间隙，将待成形板料15反向拉深至第五板料位置15-5，如图1Oe所不,最终完成板料的反向深拉深成形。
[0108]以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
【权利要求】
1.一种金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1:将待成形板料(15)置于凹模⑶与凸模(19)之间；并在凹模⑶的外围设置夹板(13)，在凸模(19)的外围设置托架(17)； 步骤2:对待成形板料(15)实施预成形，使位于凹模(8)底部的待成形板料(15)向下流动，同时使位于夹板(13)与托架(17)之间的待成形板料(15)下行，并向凸模(19)的中心水平流动； 步骤3:施加电磁力，向下推送待成形板料(15)和夹板(13);并在待成形板料(15)的周边均施加电磁力，向凹模(8)的中心水平推送待成形板料(15)，使待成形板料(15)流入凹模(8)内，实现反向拉深成形； 步骤4:施加下压力，驱动凹模(8)下行，将凹模(8)底部的待成形板料(15)挤入凹模(8)与凸模(19)之间的间隙实现板料的反向拉深成形； 步骤5:反复执行步骤3至步骤4，直至完成待成形板料(15)的反向深拉深成形。
2.根据权利要求1所述的金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形方法，其特征在于，步骤2中所述的预成形是指对凹模(8)和夹板(13)施加下压力，使凹模(8)和夹板(13)下行； 或者，施加电磁力，向下推送待成形板料(15)和夹板(13);并在待成形板料(15)的周边均施加电磁力。
3.一种金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形装置，其特征在于，包括凹模驱动机构、凹模(8)、环形拉深线圈(9)、夹板驱动机构、夹板(13)、托架(17)、多根导柱(18)、凸模(19)、底座(20)、至少一个助推线圈组和电源系统； 凹模⑶与凸模(19)相匹配，环形拉深线圈(9)嵌在凹模⑶内，导柱(18)和凸模(19)均固定安装在底座(20)上； 所述夹板(13)设置在凹模(8)的外围；所述凹模(8)由凹模驱动机构驱动，所述夹板(13)由夹板驱动机构驱动；所述夹板(13)通过周向布置的多个螺钉(22)与托架(17)连接，托架(17)套装在导柱(18)和凸模(19)上，并能够沿着导柱(18)运动； 所述电源系统与环形拉深线圈(9)和每个助推线圈组均相连，用于控制环形拉深线圈(9)和助推线圈组是否产生用于驱动待成形板料(15)运动的电磁力。
4.根据权利要求3所述的金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形装置，其特征在于，所述凹模驱动机构包括电机(I)、固定横梁(6)和动横梁(7)，以及两组相同的传动单元，所述传动单元包括第一皮带轮(2-1)、皮带(3)、第二皮带轮(2-2)、丝杆(4)、螺母(5)，螺母(5)安装在动横梁(7)上，并旋入丝杆(4)，与丝杆(4)组成一丝杠螺母传动机构；所述丝杠螺母传动机构安装在固定横梁(6)上，所述电机(I)的输出轴经由第一皮带轮(2-1)、皮带(3)和第二皮带轮(2-2)与所述丝杆(4)相连；所述凹模(8)固定安装在动横梁(7)的下表面。`
5.根据权利要求3所述的金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形装置，其特征在于，所述凹模驱动机构包括气/液压缸(23)和滑块(24)，滑块(24)与气/液压缸(23)相连，由气/液压缸(23)驱动，所述凹模(8)固定安装在滑块(24)的下表面。
6.根据权利要求4所述的金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形装置，其特征在于，所述夹板驱动机构包括下推线圈座(10)、下推线圈(11)和驱动片(12)，下推线圈座(10)固定安装在动横梁(7)的下表面，下推线圈(11)嵌在下推线圈座(10)内，驱动片(12)固定安装于夹板(13)上，并与下推线圈(11)的位置对应。
7.根据权利要求4所述的金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形装置，其特征在于，所述夹板驱动机构包括预紧压缩设置在动横梁(7)与夹板(13)之间的弹簧(25)。
8.根据权利要求4所述的金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形装置，其特征在于，所述夹板驱动机构包括一气/液压缸(23)，所述气/液压缸(23)设置在动横梁(7)与夹板(13)之间。
9.根据权利要求3所述的金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形装置，其特征在于，所述助推线圈组为多个，每个助推线圈组均包括上下位置对应的上水平推力线圈和下水平推力线圈，所述上水平推力线圈嵌在夹板(13)内，所述下水平推力线圈嵌在托架(17)内。
10.根据权利要求3所述的金属板材的环形电磁脉冲渐进反向拉深成形装置，其特征在于，所述助推线圈组为一个，所述助推线圈组由侧助推线圈(29)组成，所述侧助推线圈(29)安装在环形线圈槽(28)中，所述环形线 圈槽(28)设置在夹板(13)与托架(17)上。
【文档编号】B21D24/16GK103722067SQ201310465430
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年10月8日 优先权日:2013年10月8日
【发明者】莫健华, 方进秀, 李建军, 崔晓辉, 黄亮, 李奋强 申请人:华中科技大学