本发明属于先进制造成形技术领域，更具体地，涉及一种基于磁脉冲同步放电的柔性复合成形装置及方法。
背景技术：
当前的塑性成形技术追求高效率、高质量、低消耗、低成本,并且要求产品开发周期短。电磁成形技术是当前一种较为先进的制造技术，起源于上个世纪五十年代，具备成形效率高、能够有效减少材料的回弹等优点,正好顺应了这一发展需求，在金属塑性加工中的应用逐渐增多。
在传统的电磁成形技术中，通常使用的是单匝或多匝线圈成形，电磁放电装置固定单一，存在着以下问题：
1.通用性差。针对不同的金属板件，线圈结构大小不便更改。
2.成形周期长。在加工过程中，电磁放电装置需要围绕模具逐步进行加工，加工效率低下。
3.加工大型金属板件时，线圈结构过大会导致材料浪费，不宜调整，而线圈过小又会导致成形周期过长。
4.模具柔性差。电磁成形通常采用的模具为一套固定的整体不可拆卸模具，结构大小不易更改，在短周期内难以满足市场对不同模具的需求。
技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于磁脉冲同步放电的柔性复合成形装置及方法，其目的在于提供一种通用性好的磁脉冲放电装置，通过灵活设置多个磁脉冲放电装置，结合柔性多点模具，适应复杂型面成形，提高成形效率和质量，降低生产成本。
为实现上述目的，按照本发明的一方面，提供了一种磁脉冲放电装置，包括线圈固定杆、电容、成形线圈开关、线圈夹持板、螺栓、成形线圈；
所述电容与所述成形线圈开关、成形线圈串联连接形成回路；所述电容为所述成形线圈提供能量，所述成形线圈开关用于单独控制磁脉冲放电装置中的成形线圈电流开关；所述线圈夹持板连接在所述线圈固定杆上，所述线圈固定杆高度可调整；所述成形线圈两端的线路通过绝缘介质与所述线圈夹持板以所述螺栓连接，所述成形线圈两端的线路以所述螺栓为中心能转动。
优选地，所述线圈固定杆的高度通过计算机控制系统进行调整。
优选地，所述绝缘介质为绝缘皮。
其工作过程是，首先将线圈固定杆调节到工作时所需高度，电能储存在高压电容中,当成形线圈开关闭合时,电容对成形线圈快速放电并在其周围产生变化的脉冲磁场,该脉冲磁场穿过工件时在金属工件中产生感应电流(涡流),带电的金属工件处于急剧变化的磁场中受到磁场力的作用,当这股磁场力超过材料的屈服强度时,金属工件发生塑性变形,达到成形金属零件的目的。
按照本发明的另一个方面，提供了一种基于磁脉冲同步放电的柔性复合成形装置，包括放电组总开关、多个以上所述的磁脉冲放电装置、电源、模具；所述多个如以上所述的磁脉冲放电装置相互并联，形成并联电路，所述并联电路与所述放电组总开关、所述电源串联，所述放电组总开关用于统一控制该串联电路电流开关，所述电源用于为所述磁脉冲放电装置中所述电容提供电能；所述模具用于形成成形型面，与所述磁脉冲放电装置配合完成对板料成形。
优选地，所述模具为柔性多点模具。
优选地，所述磁脉冲放电装置的数量及排列方式根据待成形板件尺寸及形状可调整；工作时需要闭合成形线圈开关的磁脉冲放电装置的数量根据待成形型面受力需要进行设置。
优选地，所述一种基于磁脉冲同步放电的柔性复合成形装置还包括压边圈、液压装置，所述压边圈用于压紧待成形金属板件；所述液压装置包括多个液压缸，所述液压缸成对使用、对称布置于待成形板件的上方和下方，位于待成形板件下方的液压缸为待成形板件提供向上的力，位于待成形板件上方的液压缸为待成形板件提供向下的力；所述液压缸数量根据待成形金属板件实际受力需要确定。
使用时，首先调节柔性多点模具，将待成形金属板件放置于已经调好的柔性多点模具之上，然后调节磁脉冲放电装置成形线圈高度，并将成形线圈与金属板件相贴合，最后通过闭合放电总开关，闭合需要通电施力的磁脉冲放电装置成形线圈开关，电源为电容充电，电容向成形线圈放电，产生电磁场，使金属工件受到电磁力发生塑性变形，达到第一道次成形所需型面。调整成形型面，重复成形步骤，一直进行到第n道次，形成最终型面。
按照本发明的另一个方面，提供了一种基于磁脉冲同步放电的柔性复合成形方法，使用以上所述基于磁脉冲同步放电的柔性复合成形装置，包括如下步骤：
(1)根据待成形板件所需变形路径、变形增量分析其所需加工工艺道次n(n＝1，2，3，…)；
(2)以离散的多个基本体组成模具的第一道次成形型面，所述离散的多个基本体为待形成整体模具的柔性组合；
(3)将所述待成形板件放置于第一道次成形型面上，用液压装置压紧所述待成形板件，并对所述待成形板件提供预拉应力；预拉应力一方面压紧待成形板件，一方面使板件发生预变形以接近成形型面形状；
(4)安装多个磁脉冲放电装置，调整各个磁脉冲放电装置中成形线圈高度，使其贴近所述待成形板件；
判定需要对所述待成形板件放电的磁脉冲放电装置，接通这些磁脉冲放电装置电流，对所述待成形板件施加电磁力，使其贴模于所述第一道次成形型面，剩余未参与放电的磁脉冲放电装置中的成形线圈开关无需闭合；
(5)调节磁脉冲放电装置高度使其离开所述待成形板件，断开磁脉冲放电装置放电开关，调整所述多个基本体的排列方式，形成下一工艺道次成形型面，按照前一道次成形步骤，进行下一道次成形，一直进行到第n道次，得到最终所需型面。
优选地，步骤(2)中在第一道次成形型面上放置弹性垫，步骤(3)中将待成形板件安置于第一道次成形型面上的所述弹性垫上，避免材料在成形过程中流入所述离散的多个基本体空隙之中。
优选地，所述弹性垫材料为树脂。
优选地，步骤(4)中所述多个磁脉冲放电装置与离散的多个基本体在数量上相等、在空间位置上是上下一一对应关系。
多个磁脉冲放电装置数量、排列方式、高度均可调节，并可通过电流调整电磁力大小，适应复杂型面成型，提高成形效率，并抑制材料回弹，提高成形质量；
采用柔性多点成形将模具离散化，通过调整其在竖直方向的排列方式以获得待成形的模具型面。该成形方法能够灵活调整模具的大小和形状，减少了重新设计模具的时间，降低了生产成本。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、磁脉冲放电装置通用性好；装置结构简单，成形线圈上下位置、左右角度均可调整，通过电流调整电磁力大小，可同时对零件的复杂部位进行加工；利用电磁成形技术抑制材料回弹的优势，提高板料表面加工质量；
2、根据待成形金属板件成型面形状及尺寸，灵活调整磁脉冲放电装置数量及排列方式；通过线圈开关控制每个磁脉冲放电装置电磁力的开关，根据工件成形需要设置释放电磁力的磁脉冲放电装置数量及位置，灵活选择放电施力部位，适应复杂型面成型；
3、多个磁脉冲放电装置灵活布置，适应复杂型面成型，结合柔性多点成形将模具离散化，能够灵活调整模具的大小和形状，减少了重新设计模具的时间，降低了生产成本；对于传统方法需要多次成形的复杂型面，通过设置的多个磁脉冲放电装置灵活调整可一次成形，极大地提高了加工效率；
4、利用电磁成形技术抑制材料回弹的优势，提高所加工的板料表面质量，结合柔性成形，简化复杂型面的零件加工工艺，提高了复杂件的成形质量，节约了成本；
5、本发明成形方法简单易懂，成形装置简易实用、成本较低，不仅为以后的工业技术创新打下基础，而且指出了行业发展的新方向，是一种具有前瞻性的创新。
附图说明
图1是本发明实施例中磁脉冲放电装置；
图2是本发明实施例2中使用基于磁脉冲同步放电的柔性复合成形装置一道次成型面成形图；
图3是本发明实施例2中一种基于磁脉冲同步放电的柔性复合成形方法流程图；
图4是本发明实施例3中基于磁脉冲同步放电的柔性复合成形第一道次成型面成形图；
图5是本发明实施例3中基于磁脉冲同步放电的柔性复合成形第n道次成型面成形图。
在所有的附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，图中数字表达内容如下：
1、放电组总开关2、液压缸3、压边圈
4、待成形板件5、柔性多点模具6、磁脉冲放电装置
6-1、线圈固定杆6-2、电容6-3、成形线圈开关
6-4、线圈夹持板6-5、螺栓6-6、成形线圈
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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。
实施例1：
如图1所示，为磁脉冲放电装置，它包括线圈固定杆6-1、电容6-2、成形线圈开关6-3、线圈夹持板6-4、螺栓6-5、成形线圈6-6；
电容6-2与成形线圈开关6-3、成形线圈6-6串联连接形成回路；电容6-2为成形线圈6-6提供能量，成形线圈开关用于单独控制磁脉冲放电装置6中的成形线圈6-6电流开关；线圈夹持板6-4连接在线圈固定杆6-1上；线圈固定杆6-1高度可通过计算机控制系统进行调整；成形线圈6-6两端的线路通过绝缘皮与线圈夹持板6-4用所述螺栓6-5连接，成形线圈6-6两端的线路以螺栓6-5为中心可转动。
其工作过程是，将线圈固定杆6-1调节到工作时所需高度，电能储存在高压电容6-2中,当成形线圈开关6-3闭合时,电容6-2对成形线圈6-6快速放电并在其周围产生变化的脉冲磁场,该脉冲磁场穿过待成形板件时在金属板件中产生感应电流(涡流),带电的金属板件处于急剧变化的磁场中受到磁场力的作用,当这股磁场力超过材料的屈服强度时,金属工件发生塑性变形,达到成形金属零件的目的。
实施例2：
提供了一种基于磁脉冲同步放电的柔性复合成形装置，基于前述实施例中的磁脉冲放电装置，如图2所示，为使用基于磁脉冲同步放电的柔性复合成形装置一道次成型面成形图；基于磁脉冲同步放电的柔性复合成形装置包括放电组总开关1、液压缸2，压边圈3、待成形板件4、柔性多点模具5、磁脉冲放电装置6；
多个磁脉冲放电装置6相互并联，形成并联电路，放电组总开关1与所述并联电路串联、统一控制电路开闭；设置电源与放电组总开关1串联，用于为磁脉冲放电装置中电容提供电能；柔性多点模具5由离散的多个基本体组成，位于待成形板件4下方，由离散的多个基本体组成各工艺道次待成形型面；
液压装置包括多个液压缸2，液压缸数量根据实际需要确定；由液压缸向压边圈3提供方向相反的力压紧待成形板件4，并向待成形板件4提供预拉应力；所述液压缸成对使用、对称布置于待成形板件4的上方和下方，位于待成形板件4下方的液压缸为待成形板件4提供向上的力，位于待成形板件4上方的液压缸为待成形板件4提供向下的力；液压缸上下、左右位置根据金属板件受力需求可进行调整。
使用时，首先调节柔性多点模具5，形成待第一道次成形型面，将待成形板件4放置于已经调好的柔性多点模具5之上；然后调节各磁脉冲放电装置成形线圈高度，并将成形线圈与待成形板件4相贴合；最后通过闭合放电总开关1，闭合需要通电施力的磁脉冲放电装置成形线圈开关，电源为电容充电，电容向成形线圈放电，产生电磁场，使金属待成形板件4受到电磁力发生塑性变形，达到第一道次成形型面。调整成形型面，重复成形步骤，一直进行到第n道次，形成最终型面。
其中磁脉冲放电装置有多个，柔性多点模具5的基本体有多个，它们的数量及排列方式根据待成形板件型面结构及尺寸确定。
实施例3：
本实施例提供一种基于前述实施例柔性复合成形装置的柔性复合成形方法，方法中涉及的主要部件及参数设置如下：
待成形板件为铝合金板件，待成形区域直径大小在1000mm-1500mm；磁脉冲放电装置中线圈固定杆上下移动的最大可移动行程为400mm，成形线圈的直径为50mm；柔性多点模具5中离散的多个基本体顶端球头直径为60mm；液压装置的液压缸数量为8-12个；使用实施例2中的基于磁脉冲同步放电的柔性复合成形装置。
本发明中待成形板件的材质并不限于铝合金，其材质还可以是镁合金、钛合金等轻质高强度材料。
本实施例提供的方法如图3所示，包括如下步骤：
(1)根据待成形板件所需变形路径、变形增量分析其所需加工工艺道次n(n＝1，2，3，…)；
(2)柔性多点模具中离散的多个基本体以矩形排列，数量规格为15×15或19×19；以离散的多个基本体组成模具的第一道次成形型面；将树脂材料制作的弹性垫放置于第一道次成形型面之上，避免材料在成形过程中流入离散的多个基本体空隙之中；
(3)将所述待成形板件放置于第一道次成形型面上的弹性垫上，用液压装置液压缸压紧所述待成形板件，并对所述待成形板件提供预拉应力；预拉应力一方面压紧待成形板件，一方面使板件发生预变形以接近成形型面形状；
(4)安装多个磁脉冲放电装置，以矩形排列，数量规格为15×15或19×19；磁脉冲放电装置的空间位置与离散的多个基本体是上下一一对应关系或不一一对应关系，磁脉冲放电装置的数量与离散的多个基本体数量对应相等或不等；
调整各个磁脉冲放电装置高度，判定需要对所述待成形板件放电的磁脉冲放电装置，接通这些磁脉冲放电装置电流，对所述待成形板件施加电磁力，使其贴模于所述第一道次成形型面；第一道次成型面成形图如图4所示，板件成形为本实施例中设定的第一道次成型面形状，即设定直径的凸起球面；
(5)调节磁脉冲放电装置高度使其离开所述待成形板件，断开磁脉冲放电装置放电开关，调整所述多个基本体的排列方式，形成下一工艺道次成形型面，按照前一道次成形步骤，进行下一道次成形，一直进行到第n道次，得到最终所需型面；第n道次成型面成形图如图5所示，板件成形为本实施例中设定的第n道次成型面形状，即设定直径的凸起球面。
前述实施例中，各步骤方法流程可以基于实施例2的柔性复合成形装置实现。
本发明中所述绝缘皮为具有较大体积电阻率和耐电击穿的胶板，用nr，sbr和iir等绝缘性能优良的非极性橡胶制造。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。