一种可减小板料最小弯曲半径的板料成形装置及成形方法与流程

本发明涉及材料塑性成形技术领域，具体涉及一种可减小板料最小弯曲半径的板料成形装置及成形方法。

背景技术：

弯曲是最普通的塑性变形方式之一，几乎发生在所有的板料成形工序中。弯曲时，变形区内靠近曲率中心的一侧即内层的纤维切向受压，产生压缩变形；远离曲率中心的一侧即外侧的纤维受拉，产生伸长变形。随着相对弯曲半径r/t的减小，弯曲变形程度逐步增加，外层边缘纤维的最大拉伸变形也不断增大。当r/t减小到使外层边缘纤维的拉伸变形超过材料的允许变形程度时，最终导致弯曲失效，并表现为板料外层被拉裂，此刻零件的弯曲半径为最小弯曲半径。为了避免零件的弯裂，通常选择塑性好的材料进行弯曲。

但针对铝合金、镁合金、高强钢等塑性差的难变形材料，板料弯曲拉裂的趋势就更加明显。并且，这些难变形材料都具有一个共同的特点，即回弹大，板料回弹示意图见图1。弯曲变形后，回弹会造成弯曲件的弯曲半径增大，从而更难以获得小弯曲半径的板型零件，限制了板材的精确塑性成形。

为了减小回弹，目前主要采用以下两种方式：(1)采用有底凹模的校正弯曲代替无底凹模的自由弯曲。但校正弯曲会极大的增加压力机的成形力，从而对压力机吨位提出更高的要求，并容易对模具和压力机产生破坏；(2)采用拉弯工艺。在板料弯曲的同时沿长度方向施加拉力，使整个变形区处于拉应力状态。但这需要增加复杂的拉弯工装，并且拉弯成形主要针对大圆角半径的板料成形。小圆角半径的弯曲，板料外层本身就受到较大的拉应力，如果再在沿板料长度方向施加拉应力，则板料弯曲角的外层拉应力数值会变大，更容易发生破裂。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种可减小板料的最小弯曲半径极值，避免板料外层弯裂，并可抑制板料回弹的板料成形装置及成形方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种可减小板料最小弯曲半径的板料成形装置，包括凸模、凹模、压边圈、压板和电源系统，所述压边圈设置在凹模的上方，用于将待成形的板料夹持在凹模和压边圈之间，凹模的圆角处嵌设有胀形线圈，凹模的上部于远离圆角的一侧嵌设有第一侧推线圈，所述压边圈上对应于所述第一侧推线圈处嵌设有第二侧推线圈，凹模上于所述圆角的下方嵌设有第三侧推线圈，所述凸模的下部嵌设有第四侧推线圈，所述压板的下部角落处嵌设有用于使板料的弯曲角发生反向变形的反弯线圈，所述电源系统为所述胀形线圈、第一侧推线圈、第二侧推线圈、第三侧推线圈、第四侧推线圈和反弯线圈供电。

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的方法，是未来制造业的关键技术之一。材料在脉冲磁场力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。本发明的成形装置通过设置第一侧推线圈、第二侧推线圈、第三侧推线圈、第四侧推线圈和胀形线圈，凸模下压将板料弯曲后通过胀形线圈放电，板料圆角在胀形电磁力的作用下向远离凹模圆角方向运动，四个侧推线圈放电将板料的两个直边推向板料的弯曲角区域，可减小弯曲角胀形时外层的拉应力数值，避免弯裂；通过在压板的下部角落处设置反弯线圈，胀形线圈放电完毕后，反弯线圈放电，使板料弯曲角发生反向变形，减小甚至消除板料回弹。该成形装置可减小板料的最小弯曲半径极值，避免板料外层弯裂，并可抑制板料回弹。

作为对上述技术方案的进一步改进：

优选的，所述电源系统包括至少两个电源子系统，所述第一侧推线圈、第二侧推线圈、第三侧推线圈、第四侧推线圈和胀形线圈均与同一个电源子系统相连接，所述反弯线圈与另一电源子系统相连接。这样，方便对第一侧推线圈、第二侧推线圈、第三侧推线圈、第四侧推线圈和胀形线圈同时进行充电或放电，操作更加方便。而反弯线圈与上述五个线圈不同时放电，因此其单独采用一个电源子系统供电。

优选的，所述电源系统包括至少六个电源子系统，所述第一侧推线圈、第二侧推线圈、第三侧推线圈、第四侧推线圈、胀形线圈和反弯线圈分别与一个电源子系统相连接。

优选的，所述第一侧推线圈、第二侧推线圈、第三侧推线圈、第四侧推线圈、胀形线圈和反弯线圈均为单层或多层截面为圆形或矩形的紫铜线圈。

优选的，所述第一侧推线圈、第二侧推线圈、第三侧推线圈、第四侧推线圈、胀形线圈和反弯线圈均为由一个以上的子线圈组合而成的线圈。

作为一个总的技术构思，本发明另一方面提供了一种可减小板料最小弯曲半径的板料成形方法，该方法采用上述的板料成形装置对板料进行成形，其具体步骤如下：

s1、将待成形的板料放置在凹模上，用压边圈将板料夹持在凹模和压边圈之间；

s2、将凸模放置在板料上，并在凸模的上方设置压板，压板下压带动凸模向下运动，对板料进行弯曲成形，当压板下压至压板的底面与压边圈的底面平齐时停止下压，此时反弯线圈正对着凹模的圆角处，第四侧推线圈正对着第三侧推线圈，四个侧推线圈均对应于板料的端部。弯曲后板料弯曲角的内层受切向压应力，外层受切向拉应力。

s3、第一侧推线圈、第二侧推线圈、第三侧推线圈、第四侧推线圈和胀形线圈放电，使得板料的弯曲角在胀形电磁力作用下向远离凹模圆角的方向发生胀形变形，使板料的弯曲半径急剧减小，同时板料的直边在侧推电磁力的作用下实现板料直边向弯曲角的补料，避免了板料弯曲角的厚度过渡减薄。放电结束后，板料弯曲角的内层受切向压应力，外层受切向拉应力。但由于侧推电磁力的作用，降低了外层的切向拉应力数值，避免了弯裂。

s4、反弯线圈放电，使得板料的弯曲角向靠近凹模圆角的方向运动，使板料的弯曲角发生反向变形，板料的弯曲半径小幅度增加。这种反向运动会在板料弯曲角的内层产生附加的切向拉应力，外层产生附加的切向压应力。此附加切向拉应力和附加切向压应力与板料上原有的切向应力方向相反，从而使板料内外层上的切向应力数值减小，甚至消除。而板料的回弹与板料内外层上切向应力所产生的弯曲有关，当切向应力减小甚至消除时，板料的回弹就会减小甚至消除。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明通过设置四个侧推线圈，凸模下压使板料弯曲后，四个侧推线圈均位于弯曲后板料的端部，可以在板料端部产生侧推电磁力，有利于将板料的直边推入板料的弯曲角区域，从而减小弯曲角胀形时外层的拉应力数值，避免弯裂。

(2)本发明通过在压板的下部设置反弯线圈，在板料圆角处发生胀形后，该反弯线圈放电会使板料圆角发生反向变形，改变了圆角内外层的应力状态，从而减小甚至消除回弹，实现零件的精确控形。

(3)本发明采用电磁力对板料进行弯曲成形，能够利用电磁成形的高速率变形特点，提高材料的成形极限，有利于减小零件的弯曲半径。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为板料弯曲后回弹的结构示意图。

图2为本发明的成形装置处于初始状态时的结构示意图。

图3为本发明的成形装置中凸模对板料进行弯曲后的结构示意图。

图4为本发明的成形装置中侧推线圈和胀形线圈放电后板料成形的结构示意图。

图5为本发明的成形装置中反弯线圈放电后板料成形的结构示意图。

图6为本发明的成形装置中侧推线圈和胀形线圈放电后板料端部和圆角区域的磁场力方向示意图。

图7为本发明的成形装置中反弯线圈放电后板料圆角区域的磁场力方向示意图。

图例说明：

1、凸模；2、压边圈；3、凹模；4、压板；5、板料；6、胀形线圈；7、第一侧推线圈；8、第二侧推线圈；9、第三侧推线圈；10、第四侧推线圈；11、反弯线圈。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

实施例：

如图2至图7所示，一种本发明的可减小板料最小弯曲半径的板料成形装置，包括凸模1、凹模3、压边圈2、压板4和电源系统(图中未示出)。其中，压边圈2设置在凹模3的上方，用于将待成形的板料5夹持在凹模3和压边圈2之间。凹模3的圆角处嵌设有胀形线圈6。凹模3的上部于远离圆角的一侧嵌设有第一侧推线圈7。压边圈2上对应于第一侧推线圈7处嵌设有第二侧推线圈8。凹模3上于圆角的下方嵌设有第三侧推线圈9。凸模1的下部嵌设有第四侧推线圈10。压板4的下部角落处嵌设有反弯线圈11，该反弯线圈11放电后可使板料5的弯曲角发生反向变形。电源系统用于为胀形线圈6、第一侧推线圈7、第二侧推线圈8、第三侧推线圈9、第四侧推线圈10和反弯线圈11供电。

本实施例中，电源系统可以为至少两个电源子系统，第一侧推线圈7、第二侧推线圈8、第三侧推线圈9、第四侧推线圈10和胀形线圈6均与其中的同一个电源子系统相连接，而反弯线圈11与另一电源子系统相连接。除此之外，电源系统还可以为至少六个电源子系统，第一侧推线圈7、第二侧推线圈8、第三侧推线圈9、第四侧推线圈10、胀形线圈6和反弯线圈11分别与一个电源子系统相连接。

本实施例中，第一侧推线圈7、第二侧推线圈8、第三侧推线圈9、第四侧推线圈10、胀形线圈6和反弯线圈11均优选采用单层或者多层的截面为圆形或矩形的紫铜线圈。更进一步的，第一侧推线圈7、第二侧推线圈8、第三侧推线圈9、第四侧推线圈10、胀形线圈6和反弯线圈11均优选为由一个以上的子线圈组合而成的线圈。

该板料成形装置的使用方法如下：

第一步、将待成形的板料5放置在凹模3上，用压边圈2将板料5夹持在凹模3和压边圈2之间。

第二步、将凸模1放置在板料5上，并在凸模1的上方设置压板4(如图2)，压板4下压带动凸模1向下运动，对板料5进行弯曲成形，当压板4下压至压板4的底面与压边圈2的底面平齐时停止下压，此时反弯线圈11正对着凹模3的圆角处，第四侧推线圈10正对着第三侧推线圈9(如图3)。

第三步、第一侧推线圈7、第二侧推线圈8、第三侧推线圈9、第四侧推线圈10和胀形线圈6放电，使得板料5的弯曲角向远离凹模3圆角的方向发生胀形变形，同时板料5的直边向板料5的弯曲角方向流动，实现对板料5弯曲角的补料，避免弯曲角的减薄(如图4)。

第四步、反弯线圈11放电，使得板料5的弯曲角向靠近凹模3圆角的方向运动，使板料5的弯曲角发生反向变形，改变弯曲角的内外层应力分布，从而减小甚至消除回弹，即完成对板料5的成形(如图5)。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。