本发明涉及一种预防磁脉冲凸孔圆角断裂和减薄的方法。
背景技术：
运载火箭燃料贮箱包括氧化剂和燃烧剂箱，全部采用铝合金制造，贮箱箱底采用瓜瓣和顶盖拼焊结构，在箱底上有若干个圆孔翻边，零件材料厚度、翻边孔直径和位置各不相同。简化后的结构如图1所示，这样的圆孔翻边可采用磁脉冲凸孔成形技术完成。
磁脉冲成形技术是一种依靠电磁力使材料发生变形的高能率技术，具有成形各种圆孔翻边的功能，磁脉冲凸孔技术以投入少，模具简单，获得产品快等特点，在新型号研制中发挥了重要作用。
磁脉冲成形力来源于电磁力，是由通过线圈中的电流和在零件表面感应电流相互作用产生的，电磁力一般垂直于板材，毛坯在电磁力的作用下，高速运动，然后受到模具的阻挡发生碰撞变形。
采用磁脉冲技术进行凸孔加工时，尤其在壁厚大于4mm，圆孔翻边直径小于70mm时，由于毛坯与模具的碰撞时，毛坯厚度发生变形，尤其在圆角部位容易发生断裂和减薄的问题，影响产品质量。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：在磁脉冲凸孔技术的基础上，提供了一种预防磁脉冲凸孔圆角断裂和减薄的方法，用于解决运载火箭推进剂贮箱圆孔磁脉冲翻边过程中，在圆角部位容易产生变薄或断裂的问题，从而保证了产品质量和研制进度。
本发明所采用的技术方案是：一种预防磁脉冲凸孔圆角断裂和减薄的方法，包括如下步骤：
步骤一、按照图纸标注的翻边孔位置，依据定位样板在待加工零件表面用冲头确定圆孔翻边结构的圆心；
步骤二、以圆孔翻边结构的圆心为中心，用划规画出预制孔线和模具外形线，加工出预制孔，并用锉刀和砂纸打磨、抛光预制孔边缘；
步骤三、对应任意一个预制孔的位置，将模具、线圈分别放置在待加工零件两侧；将零件定位块安装在被加工零件的待加工孔内，位于线圈内的线圈支架上，将模具定位环安装在模具的中心通孔内压紧零件定位块，使用螺杆依次穿过模具定位环、零件定位块、线圈支架、垫板，在螺杆端部用螺母固定；将上盖板安装固定在模具上，压紧模具；
步骤四、将线圈与磁脉冲设备输出端连接，打开设备电源，充电、放电，在预制孔处形成圆孔翻边结构；
步骤五、拆卸上盖板、模具、线圈和零件；
步骤六、用砂布打磨和清理零件表面，用卡尺检测步骤四中生成的翻边孔的直径尺寸，用外径千分尺检查磁脉冲凸孔部位的厚度；如果磁脉冲凸孔变形区部位出现变薄或裂纹，则减小线圈的内径、外径，重复步骤三～步骤五，直至生成的磁脉冲凸孔的弧形翻边结构未出现变薄或裂纹。
所述步骤二中，预制孔直径d0的计算公式如下：
d0＝d1-2(h-0.43r-0.22δ)
式中：d1为翻边孔内径；r为圆孔翻边结构内弯曲半径；δ为待加工零件的毛坯厚度；h为翻边后零件高度。
所述线圈使用带有绝缘层的截面积为6～10平方毫米的导线或电缆制成，线圈内径d1比预制孔d2小10mm～20mm，线圈匝数为5～8匝。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明针对运载火箭贮箱箱底法兰圆孔翻边结构的厚壁(大于4mm)、孔径小(小于70mm)、铝合金材料塑性差、难成形的特点，创新性地提出了一种通过控制电磁力作用点的方法，解决了磁脉冲翻边过程中在圆孔翻边的圆角部位经常出现的壁厚变薄严重的问题，实现了磁脉冲凸孔在某型号研制中的全面应用。
(2)本发明针对磁脉冲凸孔技术中的线圈结构进行了改进，通过改变线圈内外径尺寸，将电磁力的作用点向内移动，减小了圆角部位的作用力，从而降低了圆角部位变薄的趋势，同时有利于圆孔翻边成形，提高了圆孔翻边的效率和材料的成形极限。能够扩大磁脉冲凸孔技术的应用范围，对于直径φ70mm的圆孔翻边周围的厚度，变形后的最小厚度，可以从目前的3.5mm提高到4mm以上。
(3)本发明的成形方法与传统的模压成形方法相比，该成形方法不仅具有模具简单、柔性好、产品制造快的优点，而且采用该方法生产的产品成形精度高、生产成本低，并且能够对设计变化做出快速反应。尤其在航空航天领域的多品种、小批量的生产模式下，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为圆孔翻边简化结构；
图2为线圈与被加工零件的位置关系图(图3的局部放大图)；
图3为磁脉冲凸孔成形装置结构图；
图4为本发明的方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
预防磁脉冲凸孔圆角断裂和减薄的成形装置，如图3所示，包括模具2和线圈9，模具2为环形圆盘，从横截面角度看，模具2中心通孔在端口处的孔壁为弧形，在被加工零件的内侧放置线圈9，在被加工零件的外侧放置模具2，模具2上面安装上盖板1，线圈9底部安装有垫板7；零件定位块4安装在被加工零件的待加工孔内，位于线圈9内的线圈支架5上，模具定位环3安装在模具2的中心通孔内压紧零件定位块4，使用螺杆6穿过模具定位环3、零件定位块4、线圈支架5的中心，连接模具2、被加工零件和线圈9，螺杆6端部使用螺母8固定。零件定位块4为沿中心轴开有通孔的圆盘结构，圆盘结构一侧中部有向外凸起的环形凸台，环形凸台与圆盘结构共轴；模具定位环3沿中心轴开有台阶孔的圆盘结构，圆盘结构一侧中部有向外凸起的环形凸台，环形凸台与圆盘结构共轴；
图4为本发明所述的工艺流程图，采用磁脉冲凸孔技术加工运载火箭贮箱箱底零件圆孔翻边，同时保证圆角部位厚度不发生严重减薄或者断裂的方法，包括如下步骤：
步骤一、准备好被加工零件，按照图纸标注的翻边孔位置，依据定位样板在零件表面，用冲头确定圆孔翻边的圆心；
步骤二、以圆孔翻边的圆心为中心，用划规画出预制孔线和模具外形线，用水切割、电锯等工具加工出预制孔，并用锉刀和砂纸打磨、抛光预制孔边缘，预制孔直径d0的计算方法见下列公式
d0＝d1-2(h-0.43r-0.22δ)
式中，d1为翻边孔内径；r为翻边孔内弯曲半径；δ为待加工零件的毛坯厚度；h为翻边后零件高度。
步骤三、加工线圈。用带有绝缘层的截面积为6-10平方毫米的导线或电缆加工线圈，线圈内径d1比预制孔d2小约10-20mm，线圈匝数5-8匝。
步骤四、按照图3所示将被加工的零件、模具2和线圈9等安装，用螺栓6、垫板7和螺母8固定。
步骤五、凸孔成形。将线圈2与磁脉冲设备输出端连接，打开设备电源，充电、放电；
步骤六、拆卸模具2、线圈9和零件。
步骤七、检验。用砂布打磨和清理零件表面，用卡尺检测凸孔直径尺寸，用外径千分尺检查凸孔部位的厚度。如果磁脉冲凸孔圆角部位出现变薄或裂纹，则减小线圈9的内径、外径，重复步骤三～步骤五，直至生成的磁脉冲凸孔的弧形翻边结构未出现变薄或裂纹。
本发明采取了移动电磁力中心和控制电磁力大小等2项措施对变形区的厚度进行控制，平板线圈在放电过程中在线圈的大小径的中心部位电磁力最大，此最大点与变形材料的相对位置，即线圈的大小径的中心与预制孔边缘的距离为δ，如图2所示。δ大，电磁力中心与预制孔边缘距离增大，力的作用点趋近于圆角部位，在电磁力的作用下，待加工零件与模具2发生碰撞，待加工零件的厚度发生变形而减薄甚至断裂。为了避免圆角部位变薄或者断裂现象的发生，需要减小δ，使电磁力中心向预制孔边缘移动，在电磁力的作用下，既完成了圆孔翻边加工，圆角部位的厚度也得到了保证。
根据上述分析进行了试验，对不同的δ值进行了比较，经过实验检验，随着电磁力作用中心的偏移，圆角处变薄和断裂现象随着δ值的缩小逐渐减轻。因此，通过调整δ值，变形区材料壁厚变薄和断裂情况得到控制。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。