一种用于板材的电磁-多点复合成形装置及其成形方法与流程

本发明涉及板材成形技术领域，尤其涉及一种用于板材的电磁-多点复合成形装置及其成形方法。

背景技术：

随着航空航天等高技术产业的迅速发展，先进飞机、航天器、火箭及导弹等迫切需要采用结构效益十分显著的大尺寸板型零件，以减轻质量、提高运载器承载能力极限和航程等整体性能。

大尺寸板型零件的塑性成形需要大型装备，比如利用巨型压力机强力模压成形。目前美、法、俄等发达国家拥有450～750mn级的巨型液压机，而我国也启动了8万t巨型液压机的研制。但这种设备需要投入巨资、并且设备极其复杂。另外大型零件的成形往往需要与零件尺寸相匹配的大型模具结构，并且不同形状的零件往往需要独自一套的模具结构，这都会导致模具的制作成本高。

在大尺寸板料成形中，板料的不同区域往往变形程度不一样，这就会导致板料不同区域产生不同方向、不同大小的回弹，从而最终严重影响成形质量。并且目前铝合金、钛合金等高强度轻质材料在航空航天上大量应用，这类材料相比于传统的钢材具有更大的回弹量，回弹控制更加困难。而常用的解决回弹的方法就是对模具进行修正，这就需要多次调试和修模，来满足成形精度的要求。最终造成产品的生产效率低、成本高、生产周期长，造成了时间和资源的巨大浪费。

多点成形是一种板材柔性成形技术，主要思路是将整体模具离散为多个刚性工具头，通过计算机控制这些刚性工具头的高度，形成型面可变的柔性模具，从而大幅度降低模具的制作成本，达到对板材柔性成形的目的。但板料的回弹大依旧是多点成形方法的最大问题。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。研究表明：材料在高速冲击下，产生不同于传统加工方法准静态的变形行为而出现一种动态行为，即材料在变形弹性波、塑性波的冲击下出现晶体孪生、组织相变、绝热剪切等动力学行为。因而能够有效提高难变形材料的成形极限、降低回弹。

在专利“一种蒙皮件的温热电磁成形装置及方法”中，崔晓辉等提出“拉形-加热-电磁”多次交替进行实现板料的精确成形以及回弹控制。但是多次交替进行的成形工艺导致成形效率低下，并且每一层板料被拉型后，板料与模具之间的距离较大，必须精确控制放电参数才能实现板料与模具的精确贴合，从而也增加了成形过程的复杂性。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种用于板材的电磁-多点复合成形装置及其成形方法，从而解决上述问题。

为实现上述目的，本发明首先公开了一种用于板材的电磁-多点复合成形装置，包括上冲头和下冲头，多个所述上冲头阵列形成所述凸模，多个所述下冲头阵列形成所述凹模，所述凸模和/或凹模内设置有可上下位移的线圈支撑杆，所述线圈支撑杆的靠近所述板材的一端设置有可对所述板材成形的电磁线圈。

进一步的，所述凸模和凹模内均设置有所述线圈支撑杆，所述凸模内的线圈支撑杆为上线圈支撑杆，所述凹模内的线圈支撑杆为下线圈支撑杆。

进一步的，所述上线圈支撑杆与所述上冲头交替间隔布置，所述下线圈支撑杆与所述下冲头交替间隔布置。

进一步的，所述电磁线圈设置在所述上冲头下端所形成的曲面的上侧，所述电磁线圈在所述下冲头上端所形成的曲面的下侧。

进一步的，所述凸模上的电磁线圈和所述凹模上的电磁线圈从内到外交替间隔设置。

进一步的，所述凸模和凹模之间设置有弹性垫，所述板材设置在两块所述弹性垫之间。

进一步的，所述弹性垫为橡胶或者聚氨酯树脂。

进一步的，可与待成形板材的型面平行的所述电磁线圈转动安装在所述线圈支撑杆上。

然后，本发明公开了一种用于板材的电磁-多点复合成形方法，包括上述方案所述的用于板材的电磁-多点复合成形装置，包括如下步骤：

s1、将上冲头和/或下冲头按照成形后板材的型面轮廓进行组合，其中，电磁线圈尽量靠近上冲头和/或下冲头端部所形成的型面，但不要超过所形成的型面；

s2、采用所述弹性垫夹紧板材，并放置于所述下冲头上；

s3、驱动所述上冲头下降以对板材进行预成形；

s4、控制所述电磁线圈放电使板材局部区域发生塑性变形和高频震荡，使板材局部区域的回弹被消除，多个所述电磁线圈放电使板材的局部变形叠加为板材的整体变形，最终实现整体板材回弹的消除。

进一步的，所述板材冲压时，通过凸模的电磁线圈一次放电成形，或者凸模和凹模的电磁线圈两次放电成形，或者横向移动板材的多次放电成形。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明采用电磁力驱动板料高速率变形，能提高材料的成形极限。

(2)本发明的冲头冲压后，对板料直接放电可消除板料回弹，实现高效-高质量的零件快速成形。避免了专利“一种蒙皮件的温热电磁成形装置及方法”中，多次“拉形-加热-电磁”过程，从而大幅度提高成形效率。

(3)本发明板料被整体冲压后，只需要较小的放电能量使板料发生较小的塑性变形既可以产生高频震荡现象，较小的塑性变形会降低板料减薄。相比于专利“一种蒙皮件的温热电磁成形装置及方法”中，被拉型后的板料与模具往往存在较大的间隙，这就需要较大的放电能量，并且板料需要较大的塑性变形量，会导致板料发生减薄。

(4)本发明将线圈和刚性工具头间隙式布置，同时具有多点成形和电磁成形的优势，从而能大幅度降低模具对的制作成本，并解决传统多点成形所出现的大回弹缺陷。

(5)本发明通过弹性垫的设置有利于避免刚性工具头在板料上会产生的压痕。并且由于弹性垫较软，当线圈放电驱使板料向背离线圈方向运动外，弹性垫的恢复又驱动板料反向移动，保证板料最终的变形精度。同时由于电磁成形的高频震荡效应消除回弹，以及弹性垫驱动零件反向弯曲变形，都有助于消除回弹。

(6)本发明对于特大型零件，可以使板料沿与冲压方向垂直的方向移动板料，实现板料的分区成形及分区回弹消除，从而大幅度降低成形装置的尺寸。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1a为本发明实施例一中板材上层布置线圈的多点模具预冲压结果示意图；

图1b为本发明实施例一中板材上层布置线圈的线圈放电过程中板材变形结果示意图；

图1c为本发明实施例一中板材上层布置线圈的线圈放电结束后板材形状示意图；

图1d为本发明实施例一中板材上层布置线圈的上下刚性冲头卸载后的板材形状示意图；

图1f为本发明实施例一中电磁线圈通过铰链结构与线圈支撑杆的连接示意图；

图2a为本发明实施例二中板材上下层布置相对线圈的多点模具预冲压结果示意图；

图2b为本发明实施例二中板材上下层布置相对线圈的上线圈放电过程中板材变形结果示意图；

图2c为本发明实施例二中板材上下层布置相对线圈的上线圈放电结束后板材形状示意图；

图2d为本发明实施例二中板材上下层布置相对线圈的下线圈放电过程中板材形状示意图；

图2e为本发明实施例二中板材上下层布置相对线圈的下线圈放电结束后板材形状示意图；

图2f为本发明实施例二中板材上下层布置相对线圈的上下刚性冲头卸载后的板材形状示意图；

图3a为本发明实施例三中板材上下层布置交错线圈的成形结果示意图；

图4a为本发明实施例四中大型板材移动式成形的第一次放电后板材变形结果示意图；

图4b为本发明实施例四中大型板材移动式成形的第二次放电后板材变形结果示意图；

图4c为本发明实施例四中大型板材移动式成形的第三次放电后板材变形结果示意图。

图例说明：

1、上冲头；2、下冲头；3、上线圈支撑杆；4、电磁线圈；5、上弹性垫；6、下弹性垫；7、板材；8、凸模；9、凹模；10、下线圈支撑杆；11、铰链结构。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例一：

如图1a-图1d所示，本发明实施例首先公开了一种用于板材的电磁-多点复合成形装置，包括上冲头1和下冲头2，多个上冲头1阵列形成凸模8，多个下冲头2阵列形成凹模9，其中，上冲头1和下冲头2通过计算机控制液压油缸驱动上下位移，凸模8内设置有可上下位移的上线圈支撑杆3，同样，上线圈支撑杆3也通过液压油缸驱动上下位移，上线圈支撑杆3的下端设置有可对板材7成形的电磁线圈4，从而通过电磁线圈4的电磁力驱动板料高速率变形。具体的，为了保证板材7均匀变形上线圈支撑杆3与上冲头2交替间隔布置，为了保护电磁线圈4，电磁线圈4设置在上冲头1下端所形成的曲面的上侧，一方面可以将计算机控制上冲头1和下冲头2的位置形成形状可变的“柔性模具”，从而实现不同形状的板材7的快速成形，另一方面通过电磁成形实现板材7回弹的大幅度降低甚至完全消除。

在本实施例中，凸模8和凹模9之间设置有弹性垫，弹性垫包括上弹性垫5和下弹性垫6，板材7设置在上弹性垫5和下弹性垫6垫之间。在弹性垫的作用下对板材7进行冲压成形。弹性垫有助于抑制上冲头1和下冲头2在板材7表面产生压痕，更为重要的是电磁线圈4放电使板材7局部区域发生塑性变形及高频震荡效应，消除板材7局部区域的回弹，而弹性垫的恢复会对板材7进行反向弯曲，从而保证成形质量。进一步，多个板材7局部区域的变形叠加为整体零件的塑性变形，最终实现零件回弹的大幅度降低甚至完全消除。具体的，弹性垫为橡胶或者聚氨酯树脂等柔性材质。

在本实施例中，参见图1f，电磁线圈4为可与待成形板材7的型面平行的转动设置，具体的，电磁线圈4通过一活动的铰链结构11(比如球铰)安装在上线圈支撑杆3和下线圈支撑杆10的端部，从而，由于电磁线圈4在电磁力的作用下，动态平衡，会自动保持与板材7的型面保持平行。

然后，本发明公开了一种用于板材的电磁-多点复合成形方法，包括上述方案的用于板材的电磁-多点复合成形装置，包括如下步骤：

s1、通过计算机控制驱动油缸，将上冲头1和下冲头2按照成形后板材7的型面轮廓进行组合，其中，电磁线圈4尽量靠近上冲头1和下冲头2端部所形成的型面，但不要超过所形成的型面；

s2、采用弹性垫夹紧板材7，并放置于下冲头2上；

s3、驱动上冲头1下降以对板材7进行预成形；

s4、控制电磁线圈4放电使板材7局部区域发生塑性变形和高频震荡，使板材7局部区域的回弹被消除，多个电磁线圈4放电使板材7的局部变形叠加为板材7的整体变形，最终实现整体板材7回弹的消除。

在本实施实例中，板材7冲压时，通过凸模8的电磁线圈4一次放电成形。

实施例二：

如图2a-图2f所示，本实施中的凸模8的结构与实施例一基本相同，不同之处在于：在本实施例中，凹模9内设置有可上下位移的下线圈支撑杆10，下线圈支撑杆10的上端设置有可对板材7成形的电磁线圈4，板材7冲压时，通凸模8和凹模9的电磁线圈4两次放电成形，电磁线圈4在下冲头2上端所形成的曲面的下侧。从而，通过凸模8和凹模9上的电磁线圈对于板材7的相辅相成，进一步提高了板材7的成形效率和成形质量。

实施例三：

如图3a所示，本实施中的凸模8和凹模9的结构与实施例二基本相同，不同之处在于：在本实施例中，凸模8上的电磁线圈4和凹模9上的电磁线圈4从内到外交替间隔设置，从而可以实现电磁线圈4对于板材7的成形面全覆盖，进一步提高板材7的成形效率和成形质量。

实施例四：

如图4a-4c所示，本实施中的凸模8和凹模9的结构与实施例一基本相同，不同之处在于：本实施中的上冲头1和下冲头2数量相对较少，不能实现板材7成形面的全覆盖。具体操作时，通过多次变换上冲头1和下冲头2的上下位置，同时移动板材7的不同压型区域，进而最终形成复合要求的零件。

以上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。