一种金属板材电磁脉冲局部流动渐进成形装置及方法

一种金属板材电磁脉冲局部流动渐进成形装置及方法
【专利摘要】本发明公开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。本发明在每一次的放电过程中，电磁成形线圈和径向侧推线圈都使板材的局部区域发生小变形，从而降低了对线圈尺寸和设备能量的需求，解决了传统大型板材成形需要使用高成本的成形装置成形的问题。
【专利说明】一种金属板材电磁脉冲局部流动渐进成形装置及方法

【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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，研宄表明: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:(I)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。
[0004]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一与工具结合的板材电磁辅助成形(MatchedTool-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) o 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】

[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]优选地，所述电磁成形线圈为弧式线圈。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]优选地，所述电源系统包括多个电源子系统，所述径向侧推线圈包括多个助推子线圈，每个助推子线圈分别通过一电源子系统供电。
[0014]优选地，所述径向侧推线圈设置为多个，电磁成形线圈设置为多个，多个径向侧推线圈能对板材侧面的多个部位施加侧推力，多个电磁成形线圈能使板材的多个部位产生变形。
[0015]一种金属板材电磁脉冲局部流动渐进成形方法，包括以下步骤:
[0016]I)、模具成形机构与压板配合夹持待成形板材；
[0017]2)、在待成形板材的上方布置能产生竖直方向磁场力的电磁成形线圈，在压板和/或模具成形机构上安装有用于对板材的侧面施加压力的径向侧推线圈；
[0018]3)、电源系统向电磁成形线圈和径向侧推线圈供电，待成形板材在电磁成形线圈正下方的局部区域在电磁成形线圈磁场力的作用下发生凹陷变形，径向侧推线圈磁场力的推力作用使板材边缘区域材料向板材中心流动；
[0019]4)、让板材与电磁成形线圈、径向侧推线圈发生相对转动，使电磁成形线圈和径向侧推线圈对应板材下一步要发生变形的位置；
[0020]5)、反复执行步骤3)至步骤4)，直至完成待成形板材在一个等高线层的成形；
[0021]6)、电磁成形线圈和径向侧推线圈在板材的下一个等高线层上的待放电位置放电；
[0022]7)、反复执行步骤5)至步骤6)，直至完成待成形板材逐渐覆在模具成形机构的凸模或凹模的轮廓上的整个成形过程。
[0023]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:
[0024]I)、径向侧推线圈在板材侧面产生能够使板材边缘部位材料向板材中心流动的脉冲磁场力，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；同时电磁脉冲成形能够显著提高难成形金属铝合金、镁合金等难成形金属材料的成形极限。该方法可有效用于大型难成形金属板材的圆筒形、锥形和不规则形状等零件的生产；
[0025]2)、在每一次的放电过程中，电磁成形线圈和径向侧推线圈都使板材的局部区域发生小变形，从而降低了对线圈尺寸和设备能量的需求，解决了传统大型板材成形需要使用高成本的成形装置成形的问题；
[0026]3)、板材是逐次渐进式的小变形，可以通过磁场力控制每一步变形后板材成形精度，最终实现大型板材的高精度制造，克服传统电磁成形中，在大的放电能量下工件在惯性力作用下与模具高速贴膜，往往会出现板材局部区域与模具碰撞发生反弹，而有些区域还没有贴膜的成形缺陷；
[0027]4)、板材变形后，可以移动电磁成形线圈到板材的一个平面区域位置，减小电磁成形线圈与板材的距离，提高成形效率。

【专利附图】

【附图说明】
[0028]图1a为进行筒形件电磁脉冲局部流动凸模渐进成形装置示意图；
[0029]图1b为进行锥形件电磁脉冲局部流动凸模渐进成形装置示意图；
[0030]图1c为进行复杂结构件电磁脉冲局部流动凸模渐进成形装置示意图；
[0031]图2为进行筒形件板材电磁脉冲局部流动渐进成形装置的立体剖视图；
[0032]图3为三组电源子系统分别并联的电磁脉冲局部流动凸模渐进成形装置示意图；
[0033]图4为电源子系统整体串联的电磁脉冲助局部流动凸模渐进成形装置示意图；
[0034]图5为板材的电磁脉冲轴向成形和侧向助推磁场力分布图；
[0035]图6a为螺旋形电磁成形线圈在径向侧推线圈单次放电后板材周边材料塑性流动示意图；
[0036]图6b为图6a中的板材相对于径向侧推线圈顺时针旋转一定角度以后螺旋形电磁成形线圈在径向侧推线圈单次放电后板材周边材料塑性流动示意图；
[0037]图6c为马鞍形电磁成形线圈在径向侧推线圈单次放电后板材周边材料塑性流动示意图；
[0038]图6d为图6a中的板材相对于径向侧推线圈顺时针旋转一定角度以后马鞍形电磁成形线圈在径向侧推线圈单次放电后板材周边材料塑性流动示意图；
[0039]图6e为板条形电磁成形线圈在径向侧推线圈单次放电后周边材料塑性流动示意图；
[0040]图6f为图6e中的板材相对于径向侧推线圈顺时针旋转一定角度以后板条形电磁成形线圈在径向侧推线圈单次放电后板材周边材料塑性流动示意图；
[0041]图7为进行筒形件电磁脉冲局部流动凹模渐进成形装置示意图；
[0042]图8为进行锥形件电磁脉冲局部流动凹模渐进成形装置示意图；
[0043]图9为进行复杂结构件的电磁脉冲局部流动凹模渐进成形装置示意图；
[0044]图10为轴对称布置的电磁脉冲局部对相流动渐进成形装置示意图；
[0045]图11(a)、(b)、(c)分别为本发明中不同形状的弧式线圈连接电源子系统的示意图；
[0046]图12为本发明中腰形线圈连接电源子系统的示意图。

【具体实施方式】
[0047]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。
[0048]一种金属板材电磁脉冲局部流动渐进成形装置，包括底座1、设置在底座I上的模具成形机构、用于与模具成形机构配合压住板材6的压板4及由动力装置驱动的能上下左右移动的电磁成形线圈7，所述压板4和/或模具成形机构上安装有用于对板材6的外侧边缘施加推力的径向侧推线圈，即压板4上可以设置径向侧推线圈，模具成形机构上也可以设置径向侧推线圈，或者同时在压板4和模具成形装置上设置径向侧推线圈，放置的径向侧推线圈的位置要保证其能够对板材6的侧面施加推力。本发明设置径向侧推线圈，其作用是在板材6的成形过程中，对板材6有一侧推力，减小板材6变形过程中受到的拉应力，避免放电过程中板材6的过度减薄，从而提高板材6的成形深度。
[0049]所述电磁成形线圈7和径向侧推线圈通过电源系统供电。
[0050]电源系统对电磁成形线圈7及径向侧推线圈供电可以有多种方式。作为一种选择，所述电磁成形线圈7和径向侧推线圈可以由同一个电源系统同时供电。作为另一种选择，所述电源系统包括多个电源子系统，电磁成形线圈7和径向侧推线圈分别由各电源子系统供电；
[0051]作为一种比较优选的方式，每个位置的电磁成形线圈7和径向侧推线圈由多个助推子线圈组成，每个助推子线圈用一个电源子系统来进行供电，这样相对于使用一个电源系统来进行供电的情况，能有效提高放电能量的利用率，使电磁成形线圈7和径向侧推线圈作用于板材6上的磁场力能够根据板材6变形需求而轻易调节。
[0052]作为一种选择，所述模具成形机构包括凸模2、导柱3和托板5，凸模2和导柱3均设置在底座I上，压板4和托板5活动穿装在导柱3上，压板4位于托板5的上方，压板4与托板5可拆卸连接在一起从而夹住板材6，所述径向侧推线圈安装在压板4和/或托板5上。此情况下，渐近成形装置包括压板4、托板5、导柱3、凸模2、底板、电磁成形线圈7、至少一个径向侧推线圈和至少一个电源系统；压板4和托板5采用螺栓连接在一起，二者配合夹持住板材6，可以随着导柱3自由移动；在压板4和托板5的局部区域设置线圈凹槽，将径向侧推线圈设置在此凹槽中；所述电源系统与电磁成形线圈7和每个径向侧推线圈均相连，用于控制电磁成形线圈7和径向侧推线圈是否产生电磁力。电磁成形线圈7与径向侧推线圈中的径向侧推线圈可以是单层或多层，线圈截面均为圆形或矩形的紫铜线绕制而成，各线圈可由一个以上的子线圈组合而成。
[0053]作为另一种选择，所述模具成形机构包括凹模14，所述压板4位于凹模14的上方，压板4与凹模14配合夹住板材6，所述径向侧推线圈安装在压板4和/或凹模14上，变形过程中板材6流入凹模14内部。此情况下，渐近成形装置包括压板4、凹模14、底板、电磁成形线圈7、至少一个径向侧推线圈和至少一个电源系统；板材6放置于压板4和凹模14之间；在压板4和凹模14的局部区域设置线圈凹槽，将径向侧推线圈设置在此凹槽中；成形过程中，电磁成形线圈7可以移动到不同等高线层的待放电位置，而径向侧推线圈不能沿凹模14的轴向移动。图7?图9中的虚线表不电磁成形线圈7、板材6和径向侧推线圈在不同等高线层时的位置和状态。
[0054]Ia?图1c示出了凸模2为不同形状时情况，凸模2形状可以是轴对称的圆筒形、锥形，也可以是其它不规则形状结构；参照图7?图9示出了凹模14为不同形状时的情况，凹模14形状可以是轴对称的圆筒形、锥形，也可以是其它不规则形状结构。Ia?图1c中的电源系统以外的虚线表示电磁成形线圈7、板材6和径向侧推线圈在不同等高线层时的位置和状态。
[0055]参照图6a、图6c、图6e，分别为电磁成形线圈7为不同形状时的示意图。
[0056]所述电磁成形线圈7为弧式线圈，弧式线圈是这样一种线圈，其形状可以是螺旋形、板条或马鞍形；参照图11a、图1lb和图1lc分别是电磁成形线圈7为螺旋形、板条或马鞍形时的示意图。电磁成形线圈7的截面形状在轴向可以是水平等高的，也可以是不等高的。
[0057]参照图11a，螺旋形线圈采用一根导线绕制，导线的进线端和出线端分别与电源系统连接，制造时保证所有匝同心，其中相邻两匝的连接处可以用小圆弧段实施连接。
[0058]参照图11b，板条形线圈采用多跟导线绕制，保证该多根导线同心，每根导线的进线端和出线端分别与另外两根导线连接，实现板条线圈的每匝分别与电源系统并联。
[0059]参照图11c，马鞍形线圈采用一根导线按照蛇形绕制，导线的进线端和出线端分别与电源系统连接。制造时保证线圈的内端面和外端面同心。
[0060]参照图6a、图6c、图6e、图12，所述径向侧推线圈为腰形线圈。腰形线圈是这样一种线圈，其形状是外层线圈的外侧形状首先与板材6外轮廓相对应。待第一次放电后，侧推线圈对应的板材6外轮廓向内收缩，而内层线圈的外侧形状与板材6端部变形后的形状相对应。依次类推，来制造助推线圈的其它匝。制造时采用多根导线按照设计好的每匝形状绕制，相邻两匝之间用一个小弧段连接。
[0061]图12中的腰形线圈设计了两个助推子线圈，分别为外子线圈和内子线圈，其共有四个弧形放电段。板材6在第一个等高线层时，首先是外子线圈右边的弧形放电段进行放电，对板材6的外侧边缘产生推力；板材6在第二个等高线层时，内子线圈右边的弧形放电段进行放电，对板材6的外侧边缘产生推力……依此类推。弧形放电段按从右往左的顺序依次放电，最终完成板材6的成形。按图12中的腰形线圈的设计，由于其有四个放电弧形段，因此共需放电四次，板材6需要在四个等高线层上完成成形。因此，如果腰形线圈设计了 N个助推子线圈，则其有2N个弧形放电段，共需进行2N次放电，板材6需要在2N个等高线层上完成成形。2N个弧形放电段的形状分别与板材6在2N个等高线层时的形状相对应，以利于板材6的成形。
[0062]所述径向侧推线圈可以设置为多个，每个径向侧推线圈均包括上下位置对应的上径向侧推线圈和下径向侧推线圈。如果模具成形机构是凸模2，所述上径向侧推线圈嵌在压板4内，所述下径向侧推线圈嵌在托板5内。如果模具成形机构是凹模14，所述第一上径向侧推线圈嵌在压板4内，所述下径向侧推线圈嵌在凹模14内。
[0063]电磁成形线圈7、上径向侧推线圈和下径向侧推线圈可以分别是两个，关于板材6中心轴线对称分布；还可以是三个以上，周向均匀分布在板材6的周围。
[0064]所述电源系统包括多个电源子系统，所述每个电源子系统均包括依次串联的电源、储能电容、分压电阻和控制开关。参照图4，由于设置了多个电源子系统，因此控制开关也有多个，分别为第一控制开关13-1、第二控制开关13-2、第三控制开关13-3。
[0065]参照图la，图3、图4、图10，作为一种选择，所述电磁成形线圈7、上径向侧推线圈和下径向侧推线圈均与一个电源子系统相连。作为另外的选择，所述电磁成形线圈7与一个电源子系统相连，所述径向侧推线圈中的上径向侧推线圈和下径向侧推线圈串联后与另一个电源子系统相连。作为另外的选择，所述电源系统为一个，包括电源、储能电容、分压电阻和多个控制开关，所述电磁成形线圈7与一个控制开关相连，所述径向侧推线圈中的上径向侧推线圈和下径向侧推线圈串联后与另一个控制开关相连。图10中电源系统以外的虚线表示电磁成形线圈7、板材6和径向侧推线圈在不同等高线层时的位置和状态。
[0066]参照图10，径向侧推线圈设置为两个，电磁成形线圈7设置为两个，两个径向侧推线圈能对板材6侧面的两个部位施加侧推力，两个电磁成形线圈7能使板材6的多个部位产生变形。相对于只设置一个径向侧推线圈和一个电磁成形线圈7，设置两个明显可以提高工作效率。图10中电源系统包括第一电源子系统12-1、第二电源子系统12-2、第三电源子系统12-3、第四电源子系统12-4、第五电源子系统12-5、第六电源子系统12_la、第七电源子系统12-2a、第八电源子系统12-3a、第九电源子系统12_4a及第十电源子系统12_5a。
[0067]作为本发明的另一方面，本发明还公开了一种金属板材电磁脉冲局部流动渐进成形，包括如下步骤:
[0068]I)、模具成形机构与压板4配合夹持待成形板材6 ;
[0069]2)、在待成形板材6的上方布置能产生竖直方向磁场力的电磁成形线圈7，在压板4和/或模具成形机构上安装有用于对板材6的侧面施加压力的径向侧推线圈；
[0070]3)、电源系统向电磁成形线圈7和径向侧推线圈供电，待成形板材6在电磁成形线圈7正下方的局部区域在电磁成形线圈7磁场力的作用下发生凹陷变形，径向侧推线圈磁场力的推力作用使板材6边缘区域材料向板材6中心流动；
[0071]4)、让板材6与电磁成形线圈7、径向侧推线圈发生相对转动，使电磁成形线圈7和径向侧推线圈对应板材6下一步要发生变形的位置；
[0072]5)、反复执行步骤3)至步骤4)，直至完成待成形板材6在一个等高线层的成形；
[0073]6)、电磁成形线圈7和径向侧推线圈在板材6的下一个等高线层上的待放电位置放电；
[0074]7)、反复执行步骤5)至步骤6)，直至完成待成形板材6逐渐覆在模具成形机构的凸模2或凹模14的轮廓上的整个成形过程。
[0075]下面结合凸模2的具体工作过程来进行详细说明。
[0076]参照图la、图2，渐近成形装置包括底座1、凸模2、导柱3、托板5、压板4、板材6、电磁成形线圈7、径向侧推线圈和电源系统；压板4和托板5夹持住板材6，可以随着导柱3自由移动；在压板4和托板5的局部区域设置线圈凹槽，将径向侧推线圈设置在此凹槽中。
[0077]图1a中每个位置的径向侧推线圈均由两个助推子线圈组成，压板4上的两个助推子线圈分别为第一上径向侧推线圈8和第二上径向侧推线圈9，托板5上的两个助推子线圈分别为第一下径向侧推线圈10和第二下径向侧推线圈11，第一上径向侧推线圈8和第二上径向侧推线圈9分别位于第一下径向侧推线圈10和第二下径向侧推线圈11的正上方。图中第一上径向侧推线圈8和第一下径向侧推线圈10构成第一径向侧推线圈组，第二上径向侧推线圈9和第二下径向侧推线圈11构成第二径向侧推线圈组，第一上径向侧推线圈8和第二上径向侧推线圈9嵌在压板4内，第一下径向侧推线圈10和第二下径向侧推线圈11嵌在托板5内。
[0078]图1a中电源系统包括五个电源子系统，即第一电源子系统12-1、第二电源子系统12-2、第三电源子系统12-3、第四电源子系统12-4、第五电源子系统12_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。所述电磁成形线圈7、第一上径向侧推线圈8、第二上径向侧推线圈9、第一下径向侧推线圈10和第二下径向侧推线圈11分别与一个电源子系统相连，以提高能量利用率，并实现板材6上电磁力的方便控制。
[0079]采用上述电磁脉冲局部流动渐进成形装置对大型金属板材6进行成形的方法如下:
[0080]参照图6a?图6f，图中电磁助推线圈只有四个弧形放电段。因此，板材6经过四个等高线层的成形后即可完成成形。图6a?图6f为板材6在第一个等高线层进行成形时的示意图，板材6的形状均为电磁助推线圈的外子线圈对板材6放电后的形状。其它的等高线层的成形与第一个等高线层成形时相似。
[0081]参照图la，首先电磁成形线圈7和径向侧推线圈在板材6的第一个等高线层上的待放电位置放电。板材6在第一个等高线层上的形状为板材的初始形状。将待成形板材6置于压板4与托板5之间，分别对第一电源子系统12-1、第二电源子系统12-2和第四电源子系统12-4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12-1、第二电源子系统12-2和第四电源子系统12-4中的开关，储能电容通过电缆对电磁成形线圈7放电，电磁成形线圈7、第一上径向侧推线圈8和第一下径向侧推线圈10在板材6周围产生的磁力线分布如图5所不。电磁成形线圈7在板材6上产生垂直向下的电磁力，使待成形板材6位于电磁成形线圈7下部的部分被电磁力推送到板材6位置。与此同时第一上径向侧推线圈8和第一下径向侧推线圈10的右侧部分在板材6的端部产生侧向推力，使待成形板材6在压板4与托板5之间的部分在电磁力的作用下向板材6中心流动，如图6a或图6c或图6e所示，该三个图的区别只是所使用的电磁成形线圈7的形状不同。
[0082]固定电磁成形线圈7和径向侧推线圈，以待成形板材6的中心为轴线旋转板材6，使电磁成形线圈7和径向侧推线圈对应板材6下一步要发生变形的位置。此后分别对第一电源子系统12-1、第二电源子系统12-2和第四电源子系统12-4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12-1、第二电源子系统12-2和第四电源子系统12-4中的开关，储能电容通过电缆对成形线圈放电。电磁成形线圈7在板材6产生的电磁力使板材6发生轴向变形。第一上径向侧推线圈8和第一下径向侧推线圈10的右侧部分在板材6的端部产生侧向推力，使待成形板材6在压板4与托板5之间的部分在电磁力的作用下向板材6中心流动，如图6b或图6d或图6f所示，该三个图的区别只是所使用的电磁成形线圈7的形状不同。
[0083]再次以待成形板材6的中心为轴线旋转板材6，并分别对第一电源子系统12-1、第二电源子系统12-2和第四电源子系统12-4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12-1、第二电源子系统12-2和第四电源子系统12-4中的开关，储能电容通过电缆对成形线圈放电，促使板材6发生变形。
[0084]重复上述过程，直到完成板材6在凸模2的第一个等高线层的放电成形。
[0085]随后电磁成形线圈7和径向侧推线圈在第二个等高线层上的待放电位置放电。
[0086]分别对第一电源子系统12-1、第三电源子系统12-3和第五电源子系统12_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12-1、第三电源子系统12-3和第五电源子系统12-5中的开关，储能电容通过电缆对成形线圈放电。电磁成形线圈7在板材6上产生的电磁力使板材6在轴向发生变形。与此同时第二上径向侧推线圈9和第二下径向侧推线圈11的右侧部分在板材6的端部产生侧向推力，使待成形板材6在压板4与托板5之间的部分在电磁力的作用下向板材6中心流动。固定电磁成形线圈7和径向侧推线圈，以待成形板材6的中心为轴线旋转板材6，并分别对第一电源子系统12-1、第三电源子系统12-3和第五电源子系统12-5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12-1、第三电源子系统12-3和第五电源子系统12-5中的开关，储能电容通过电缆对电磁成形线圈7放电，促使板材6发生变形。
[0087]重复上述过程，直到完成板材6在第二个等高线层的放电成形。
[0088]随后电磁成形线圈7和径向侧推线圈在第三个等高线层上的待放电位置放电。
[0089]分别对第一电源子系统12-1、第二电源子系统12-2和第四电源子系统12_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12-1、第二电源子系统12-2和第四电源子系统12-4中的开关，储能电容通过电缆对成形线圈放电。电磁成形线圈7在板材6上产生的电磁力使板材6在轴向发生变形。与此同时第二上径向侧推线圈9和第二下径向侧推线圈11的左侧部分在板材6的端部产生侧向推力，使待成形板材6在压板4与托板5之间的部分在电磁力的作用下向板材6中心流动。固定电磁成形线圈7和径向侧推线圈，以待成形板材6的中心为轴线旋转板材6，并分别对第一电源子系统12-1、第二电源子系统12-2和第四电源子系统12-4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12-1、第二电源子系统12-2和第四电源子系统12-4中的开关，储能电容通过电缆对电磁成形线圈7放电，促使板材6发生变形。
[0090]重复上述过程，直到完成板材6在第三个等高线层的放电成形。
[0091]随后电磁成形线圈7和径向侧推线圈在第四个等高线层上的待放电位置放电。
[0092]分别对第一电源子系统12-1、第三电源子系统12-3和第五电源子系统12_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12-1、第三电源子系统12-3和第五电源子系统12-5中的开关，储能电容通过电缆对成形线圈放电。电磁成形线圈7在板材6上产生的电磁力使板材6在轴向发生变形。与此同时第二上径向侧推线圈9和第二下径向侧推线圈11的左侧部分在板材6的端部产生侧向推力，使待成形板材6在压板4与托板5之间的部分在电磁力的作用下向板材6中心流动。固定电磁成形线圈7和径向侧推线圈，以待成形板材6的中心为轴线旋转板材6，并分别对第一电源子系统12-1、第三电源子系统12-3和第五电源子系统12-5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12-1、第三电源子系统12-3和第五电源子系统12-5中的开关，储能电容通过电缆对电磁成形线圈7放电，促使板材6发生变形。完成板材6在第四个等高线层的放电成形后，最终完成板材6的深成形，如图1a中电源系统以外的虚线所示的板材6的位置，此时板材6贴覆在凸模2上。
[0093]凹模14在对板材6进行渐近成形时，参考凸模2渐近成形的方法，二者大致相同。
[0094]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。
【权利要求】
1.一种金属板材电磁脉冲局部流动渐进成形装置，包括底座(1)、设置在底座(1)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(4)及由动力装置驱动移动的电磁成形线圈(7)，其特征在于:所述压板(4)和/或模具成形机构上安装有用于对板材(6)的外侧边缘施加推力的径向侧推线圈，所述电磁成形线圈(7)和径向侧推线圈通过电源系统供电。
2.根据权利要求1所述的一种金属板材电磁脉冲局部流动渐进成形装置，其特征在于:所述模具成形机构包括凸模(2)、导柱(3)和托板(5)，凸模(2)和导柱(3)均设置在底座⑴上，压板⑷和托板(5)活动穿装在导柱⑶上，压板⑷位于托板(5)的上方，压板(4)与托板(5)可拆卸连接在一起从而夹住板材(6)，所述径向侧推线圈安装在压板(4)和/或托板(5)上。
3.根据权利要求1所述的一种金属板材电磁脉冲局部流动渐进成形装置，其特征在于:所述模具成形机构包括凹模(14)，所述压板(4)位于凹模(14)的上方，压板(4)与凹模(14)配合夹住板材(6)，所述径向侧推线圈安装在压板(4)和/或凹模(14)上。
4.根据权利要求1所述的一种金属板材电磁脉冲局部流动渐进成形装置，其特征在于:所述径向侧推线圈为与板材(6)成形时的外侧边缘形状相匹配的腰形线圈。
5.根据权利要求1所述的一种金属板材电磁脉冲局部流动渐进成形装置，其特征在于:所述电磁成形线圈(7)为弧式线圈。
6.根据权利要求1所述的一种金属板材电磁脉冲局部流动渐进成形装置，其特征在于:所述电磁成形线圈(7)和径向侧推线圈由同一个电源系统供电。
7.根据权利要求1所述的一种金属板材电磁脉冲局部流动渐进成形装置，其特征在于:所述电源系统包括多个电源子系统，电磁成形线圈(7)和径向侧推线圈分别由各电源子系统供电。
8.根据权利要求1所述的一种金属板材电磁脉冲局部流动渐进成形装置，其特征在于:所述电源系统包括多个电源子系统，所述径向侧推线圈包括多个助推子线圈，每个助推子线圈分别通过一电源子系统供电。
9.根据权利要求1所述的一种金属板材电磁脉冲局部流动渐进成形装置，其特征在于:所述径向侧推线圈设置为多个，电磁成形线圈(7)设置为多个，多个径向侧推线圈能对板材(6)侧面的多个部位施加侧推力，多个电磁成形线圈(7)能使板材￠)的多个部位产生变形。
10.一种金属板材电磁脉冲局部流动渐进成形方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)、模具成形机构与压板(4)配合夹持待成形板材(6); 2)、在待成形板材(6)的上方布置能产生竖直方向磁场力的电磁成形线圈(7)，在压板(4)和/或模具成形机构上安装有用于对板材(6)的侧面施加压力的径向侧推线圈； 3)、电源系统向电磁成形线圈(7)和径向侧推线圈供电，待成形板材(6)在电磁成形线圈(7)正下方的局部区域在电磁成形线圈(7)磁场力的作用下发生凹陷变形，径向侧推线圈磁场力的推力作用使板材(6)边缘区域材料向板材￠)中心流动； 4)、让板材(6)与电磁成形线圈(7)、径向侧推线圈发生相对转动，使电磁成形线圈(7)和径向侧推线圈对应板材(6)下一步要发生变形的位置； 5)、反复执行步骤3)至步骤4)，直至完成板材(6)在一个等高线层的成形； 6)、电磁成形线圈(7)和径向侧推线圈在板材(6)的下一个等高线层上的待放电位置放电； 7)、反复执行步骤5)至步骤6)，直至完成待成形板材(6)逐渐覆在模具成形机构的凸模(2)或凹模(14)的轮廓上的整个成形过程。
【文档编号】B21D43/00GK104475531SQ201410657663
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】莫健华, 李建军, 崔晓辉, 方进秀, 周波, 黄亮 申请人:华中科技大学