一种预应力与脉冲电磁力复合作用下板材调形与调性方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于金属塑性成形技术领域，具体来说，是一种利用脉冲电磁力对具有一定初始预应力状态的预应力与脉冲电磁力复合作用下板材调形与调性方法
【背景技术】
[0002]电容器中存储的电量突然释放会在与其串联的电磁线圈附近产生强而短促的磁场，当磁场作用在临近导体上时会在导体上产生与线圈电流方向相反的涡流，涡流与磁场共同产生作用于线圈和导体的脉冲电磁排斥力。
[0003]电磁成形是一种基于该脉冲电磁力的单模成形工艺，也称为磁脉冲成形，主要应用于管件、板件等薄壁类零件的成形。电磁成形使用脉冲电磁力作为零件成形的驱动力，以凹模或者凸模作为基准获得零件的形状。电磁成形的优点是可以有效的提高材料的成形性能，同时降低材料的成形回弹量，提高成形零件的尺寸精度。但是，在通常情况下电磁成形零件的变形程度都很大，零件相对于线圈快速的背离运动减少了脉冲电磁力的作用时间，同时也减小了放电回路的电感值，使得电容器组释放的能量不能充分转化成材料的塑性变形能，能量的利用率较低。此外，电磁成形通过脉冲电磁力的作用直接获取零件的形状，其研究的重点是零件的成形问题，对于成形后零件的表面硬度、内部组织结构等材料性能方面的研究相对较少。
[0004]经对现有国内外专利技术文献检索，得到与本发明相关的专利:
[0005]美国专利授权公告号为US005813265A，发明名称为:Balanced ElectromagneticPeening。该专利公布了一种电磁喷丸方法。使用时，将两个线圈分开固定在试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，电磁力使试件表面产生一定的塑性变形，从而影响试件表面的压应力层而达到强化试件表面的效果。
[0006]美国专利授权公告号为US007378622B2，发明名称为:System and Method forElectromagnetic Pulse Surface Treatment。该专利涉及一种在电磁脉冲作用下对试件表面进行处理的系统及方法，主要针对试件表面的强化要求，克服喷丸强化的缺点，并从有限元分析的角度说明其发明的可行性，但没有实际应用的说明。上述专利均运用脉冲电磁力对原始状态的试件进行表面处理，改变材料的性能，没有兼顾试件成形方面的研究。
[0007]综上可知，目前国内外尚未出现基于脉冲电磁力的针对具有一定初始预应力状态的金属板材进行形状与性能综合研究的方法。
【发明内容】
[0008]针对上述问题，本发明提出一种运用脉冲电磁力的针对具有一定初始预应力状态的金属板材进行形状与性能综合研究的方法，并将其应用于大型铝合金蒙皮壁板类零件的预应力电磁调形与调性。
[0009]本发明预应力与脉冲电磁力复合作用下板材调形与调性方法，通过下述方法完成:
[0010]步骤1:对板材夹持固定。
[0011]步骤2:将板材设置在模具上方。
[0012]步骤3:在板材上方设置电磁线圈。
[0013]步骤4:建立包含模具、压边机构与板材的有限元力学分析模型。
[0014]步骤5:对板材施加预拉伸、预弯曲或同时施加预拉伸与预弯曲，实现板材的预加载；
[0015]步骤6:获取板材的应力与应变分布关系。
[0016]步骤7:对板材进行分区，通过控制板材得移动以及电磁线圈的移动，由电磁线圈对板材上各区域施加脉冲电磁力。
[0017]步骤8:力学计算；
[0018]获取板材的应力与应变分布关系。
[0019]步骤9:判断板材的应力应变状态；
[0020]若板材达到了预期的应力应变状态，则进行步骤10;否则根据板材的应力应变分布情况，对板材进行分区域调形，直至板材达到了预期的应力应变状态。
[0021]步骤10:对完成调形和调性后的板材进行卸载，随后进行硬度和强度测试，得出脉冲电磁力与材料性能之间的变化规律。
[0022]本发明的优点在于:
[0023]1、本发明预应力与脉冲电磁力复合作用下板材调形与调性方法，针对具有一定初始预应力状态的金属板材；
[0024]2、本发明预应力与脉冲电磁力复合作用下板材调形与调性方法，将传统机械力与脉冲电磁力相结合，体现多学科交叉；
[0025]3、本发明预应力与脉冲电磁力复合作用下板材调形与调性方法，通过调整板材内部应力应变状态而获得形状，不是直接成形；
[0026]4、本发明预应力与脉冲电磁力复合作用下板材调形与调性方法，利用脉冲电磁力产生的冲击波，改变材料内部的组织结构，优化了材料性能；
[0027]5、本发明预应力与脉冲电磁力复合作用下板材调形与调性方法，在工作过程中，线圈与板材的相对位置不变，延长了脉冲电磁力的作用时间，提高了能量利用率；
[0028]6、本发明预应力与脉冲电磁力复合作用下板材调形与调性方法，采用电磁线圈渐进与板材渐进相结合的方式，对试验装置的安装空间要求小；
[0029]7、本发明预应力与脉冲电磁力复合作用下板材调形与调性方法，结合有限元分析，有助于了解板材内部应力应变状态，缩短工作时间；
[0030]8、本发明预应力与脉冲电磁力复合作用下板材调形与调性方法，可用于各种的金属板材，适用范围广。
【附图说明】
[0031]图1为本发明预应力与脉冲电磁力复合作用下板材调形与调性方法流程图；
[0032]图2为本发明双动渐进式预应力板材四轴脉冲电磁调形与调性装置结构示意图；
[0033]图3为本发明双动渐进式预应力板材四轴脉冲电磁调形与调性装置中主框架结构示意图；
[0034]图4为本发明双动渐进式预应力板材四轴脉冲电磁调形与调性装置中线圈控制液压缸组件结构示意图；
[0035]图5为本发明双动渐进式预应力板材四轴脉冲电磁调形与调性装置中液压缸平移驱动组件结构示意图；
[0036]图6为本发明双动渐进式预应力板材四轴脉冲电磁调形与调性装置中液压缸摆角驱动组件结构示意图；
[0037]图7为本发明双动渐进式预应力板材四轴脉冲电磁调形与调性装置中板材进给框组件结构示意图；
[0038]图8为本发明双动渐进式预应力板材四轴脉冲电磁调形与调性装置中板材夹头组件结构示意图；
[0039]图9为本发明双动渐进式预应力板材四轴脉冲电磁调形与调性装置中板材进给框驱动组件结构示意图；
[0040]图10为本发明双动渐进式预应力板材四轴脉冲电磁调形与调性装置中压边框组件结构示意图；
[0041]图11为本发明双动渐进式预应力板材四轴脉冲电磁调形与调性装置中顶面为平面的柔性模具；
[0042]图12为本发明双动渐进式预应力板材四轴脉冲电磁调形与调性装置中顶面为曲面的柔性模具；
[0043]图13为使用本发明双动渐进式预应力板材四轴脉冲电磁调形与调性装置对金属板材前部进行脉冲电磁力作用的示意图；
[0044]图14为使用本发明双动渐进式预应力板材四轴脉冲电磁调形与