轻合金微型复杂构件的电磁成形装置及成形方法制造方法及图纸

本发明专利技术所述的基于电致塑性效应和弹性颗粒介质辅助的轻合金微型复杂构件的电磁成形装置及成形方法，属于金属材料加工成形领域，解决了现有微型复杂构件成形方法无法兼顾工件质量和精度的问题。所述装置：轻合金板材夹持在弹性颗粒介质腔室与凹模之间，电致塑性单元使板材发生电致塑性效应，温度测量单元测量板材表面温度，冲击单元承受来自电磁脉冲发生单元的电磁力，并通过弹性颗粒介质对板材施加冲击力，使其贴合于凹模的成形腔。所述方法：通过电致塑性单元使板材发生电致塑性效应，通过该单元与温度测量单元的配合来控制板材表面温度，通过电磁脉冲发生单元对冲击单元施加电磁力，通过冲击单元与弹性颗粒介质的配合，使板材贴合于所述成形腔。

Electromagnetic Forming Device and Forming Method for Light Alloy Micro-complex Components Based on Electroplastic Effect and Elastic Particle Medium

The electromagnetic forming device and forming method of the light alloy micro-complex component based on electroplastic effect and elastic particle medium assistance belong to the field of metal material processing and forming, and solve the problem that the existing forming method of the micro-complex component can not take into account the quality and precision of the workpiece. The device: the light alloy sheet is clamped between the cavity of the elastic granular medium and the die, the electroplastic unit causes the sheet to produce electroplastic effect, the temperature measuring unit measures the surface temperature of the sheet, the impact unit bears the electromagnetic force from the electromagnetic pulse generating unit, and the impact force is applied to the sheet through the elastic granular medium. The forming cavity is attached to the concave die. The method comprises the following steps: the electroplastic effect of the sheet metal is produced by the electroplastic unit, the surface temperature of the sheet metal is controlled by the combination of the unit and the temperature measuring unit, the electromagnetic force is applied to the impact unit by the electromagnetic pulse generating unit, and the sheet metal is bonded to the forming cavity by the combination of the impact unit and the elastic granular medium.

【技术实现步骤摘要】
基于电致塑性效应和弹性颗粒介质辅助的轻合金微型复杂构件的电磁成形装置及成形方法
本专利技术涉及一种轻合金微型复杂构件的电磁成形装置及成形方法，属于金属材料加工成形领域。
技术介绍
近年来，复杂微型构件被广泛地应用于医疗器械和航空航天等领域。然而，随着科学技术的不断发展与进步，复杂微型构件的众多应用领域对其质量和精度也提出了更高的要求。现有复杂微型构件的成形方法主要包括在传统塑性成形基础上发展起来的微拉深、微挤压和微弯曲等成形方法。然而，这些成形方法均因易导致复杂微型构件产生裂纹等不可逆的生产缺陷而导致工件良品率低。为了解决上述问题，有学者提出将磁脉冲成形技术推广到复杂微型构件的制造领域中。然而，在磁脉冲成形的过程中，板材与模具成形腔发生碰撞后回弹较严重，这就导致工件的精度较低。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有微型复杂构件的成形方法无法兼顾工件质量和精度的问题，提出了一种基于电致塑性效应和弹性颗粒介质辅助的轻合金微型复杂构件的电磁成形装置及成形方法。本专利技术所述的基于电致塑性效应和弹性颗粒介质辅助的轻合金微型复杂构件的电磁成形装置包括组合式模具单元、电致塑性单元、温度测量单元、电磁脉冲发生单元和冲击单元；组合式模具单元包括凹模1和弹性颗粒介质腔室2，轻合金板材3夹持在凹模1与弹性颗粒介质腔室2之间；电致塑性单元用于使轻合金板材3发生电致塑性效应；温度测量单元用于在轻合金板材3发生电致塑性效应的过程中，实时测量轻合金板材3的表面温度；电磁脉冲发生单元包括第一高压脉冲发生子单元和平板线圈4，二者构成电气回路；冲击单元用于在平板线圈4所产生的电磁力的作用下，通过弹性颗粒介质腔室2内的弹性颗粒介质对轻合金板材3施加冲击力，并使轻合金板材3贴合于凹模1的成形腔。作为优选的是，成形腔设置在凹模1的顶面上，自弹性颗粒介质腔室2的顶面至底面竖直设置有弹性颗粒介质腔，弹性颗粒介质腔与成形腔上下相对设置，轻合金板材3位于弹性颗粒介质腔与成形腔之间，弹性颗粒介质腔内填充有弹性颗粒；组合式模具单元还包括上模座板5、上模垫板6、上模套板7、下模套板8、下模垫板9和下模座板10；下模垫板9、下模套板8、上模套板7和上模垫板6自下而上依次堆叠，并包覆弹性颗粒介质腔室2与凹模1构成的组合体；上模座板5与上模垫板6固设，下模座板10、下模垫板9与下模套板8固设；在上模座板5的两侧分别设置有第一定距拉板11和第二定距拉板12，第一定距拉板11的下端和第二定距拉板12的下端均延伸至下模垫板，在上模套板7的两侧分别设置有第一限位销13和第二限位销14，第一定距拉板11和第二定距拉板12分别与第一限位销13和第二限位销14配合工作。作为优选的是，凹模1与弹性颗粒介质腔室2、上模套板7与弹性颗粒介质腔室2以及下模套板8与凹模1均咬合设置；上模座板5与上模垫板6通过内六角螺钉固设；下模座板10、下模垫板9和下模套板8通过内六角螺钉固设；在上模座板5的底面上竖直设置有第一导柱15～第四导柱，第一导柱15的下端～第四导柱的下端均依次贯穿上模垫板6和上模套板7，并进入下模套板8的内部；在下模垫板9的顶面上设置有第五导柱17和第六导柱18，第五导柱17的上端和第六导柱18的上端均依次贯穿下模套板8和上模套板7，并进入上模垫板6的内部；在上模套板7的顶面上凹陷设置有第一弹簧座～第四弹簧座，在第一弹簧座～第四弹簧座内分别竖直设置有第一压缩弹簧～第四压缩弹簧，第一压缩弹簧～第四压缩弹簧分别套设在第一导柱15～第四导柱上；第一压缩弹簧的初始高度～第四压缩弹簧的初始高度分别大于第一弹簧座的深度～第四弹簧座的深度。作为优选的是，在上模座板5的底面上凹陷设置有平板线圈座，平板线圈4固设在平板线圈座内；冲击单元包括驱动片19、受力板20和冲击杆21，驱动片19固设在受力板20的顶面上，冲击杆21竖直固设在受力板20的底面上；在上模垫板6的顶面上凹陷设置有受力板滑道，受力板20位于受力板滑道内，驱动片19与平板线圈4相接触，冲击杆21的下端在贯穿受力板滑道的底面后与弹性颗粒相接触；在受力板20与受力板滑道的底面之间设置有第五压缩弹簧22，第五压缩弹簧22套设在冲击杆21上；第五压缩弹簧22的初始高度等于受力板20与受力板滑道底面的间距。作为优选的是，第一高压脉冲发生子单元包括高压变压器T、整流器UF、充电电阻R、开关S、储能电容C和放电间隙F；高压变压器T的原边线圈的两端分别与交流电压源AC的两端相连，高压变压器T的副边线圈的第一端依次通过整流器UF和充电电阻R与开关S的第一端相连，开关S的第二端同时与储能电容C的第一端和放电间隙F的第一外接端相连，放电间隙F的第二外接端与平板线圈4的第一端相连，高压变压器T的副边线圈的第二端、储能电容C的第二端和平板线圈4的第二端均与电源地相连。作为优选的是，电致塑性单元包括第二脉冲电压信号发生子单元、第一电极23和第二电极24；第一电极23的下端和第二电极24的下端均依次竖直贯穿上模座板5、上模垫板6和弹性颗粒介质腔室2，并与轻合金板材3相接触；第一电极23的上端和第二电极24的上端分别与第二脉冲电压信号发生子单元的正极和负极相连。作为优选的是，在第一电极23和第二电极24上分别紧密套设有第一绝缘套25和第二绝缘套26；第一电极23包括第一子电极和第二子电极，第二电极24包括第三子电极和第四子电极；第一子电极的上端和第三子电极的上端分别为第一电极23的上端和第二电极24的上端，第一子电极的下端和第三子电极的下端均依次贯穿上模座板5和上模垫板6，并超出上模垫板6的底面；第二子电极的下端和第四子电极的下端分别为第一电极23的下端和第二电极24的下端，第二子电极的上端和第四子电极的上端均贯穿弹性颗粒介质腔室2，并与弹性颗粒介质腔室2的顶面平齐；第一子电极的下端与第二子电极的上端、第三子电极的下端与第四子电极的上端均咬合设置。作为优选的是，温度测量单元通过热电偶27测量轻合金板材3的表面温度。作为优选的是，所述电磁成形装置还包括顶出单元，组合式模具单元还包括支撑板28；支撑板28固设在下模垫板9与下模座板10之间，自支撑板28的顶面至底面竖直设置有通孔；顶出单元包括推板29、推杆固定板30、推杆31、第七导柱32和第八导柱16，推杆31通过推杆固定板30竖直固设在推板29的顶面上；推板29位于通孔内，并与下模座板10相接触，推杆31的上端依次贯穿下模垫板9和凹模1，并与成型腔的底面平齐；第七导柱32和第八导柱16均竖直固设在下模垫板9与下模座板10之间；推板29能够经第七导柱32和第八导柱16在通孔内平移。本专利技术所述的轻合金微型复杂构件的成形方法基于所述基于电致塑性效应和弹性颗粒介质辅助的轻合金微型复杂构件的电磁成形装置实现，所述方法包括：步骤一、将轻合金板材3夹持在凹模1与弹性颗粒介质腔室2之间；步骤二、通过电致塑性单元使轻合金板材3发生电致塑性效应；步骤三、在轻合金板材3发生电致塑性效应的过程中，通过温度测量单元实时测量轻合金板材3的表面温度，并通过电致塑性单元控制轻合金板材3的表面温度；步骤四、开启第一高压脉冲发生子单元，并通过平板线圈4对冲击单元施加电磁力；步骤五、通过冲击单元与弹性颗粒介质的配合作用，使轻合金板材3贴合于凹模1的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于电致塑性效应和弹性颗粒介质辅助的轻合金微型复杂构件的电磁成形装置，其特征在于，所述电磁成形装置包括组合式模具单元、电致塑性单元、温度测量单元、电磁脉冲发生单元和冲击单元；组合式模具单元包括凹模(1)和弹性颗粒介质腔室(2)，轻合金板材(3)夹持在凹模(1)与弹性颗粒介质腔室(2)之间；电致塑性单元用于使轻合金板材(3)发生电致塑性效应；温度测量单元用于在轻合金板材(3)发生电致塑性效应的过程中，实时测量轻合金板材(3)的表面温度；电磁脉冲发生单元包括第一高压脉冲发生子单元和平板线圈(4)，二者构成电气回路；冲击单元用于在平板线圈(4)所产生的电磁力的作用下，通过弹性颗粒介质腔室(2)内的弹性颗粒介质对轻合金板材(3)施加冲击力，并使轻合金板材(3)贴合于凹模(1)的成形腔。

【技术特征摘要】
1.基于电致塑性效应和弹性颗粒介质辅助的轻合金微型复杂构件的电磁成形装置，其特征在于，所述电磁成形装置包括组合式模具单元、电致塑性单元、温度测量单元、电磁脉冲发生单元和冲击单元；组合式模具单元包括凹模(1)和弹性颗粒介质腔室(2)，轻合金板材(3)夹持在凹模(1)与弹性颗粒介质腔室(2)之间；电致塑性单元用于使轻合金板材(3)发生电致塑性效应；温度测量单元用于在轻合金板材(3)发生电致塑性效应的过程中，实时测量轻合金板材(3)的表面温度；电磁脉冲发生单元包括第一高压脉冲发生子单元和平板线圈(4)，二者构成电气回路；冲击单元用于在平板线圈(4)所产生的电磁力的作用下，通过弹性颗粒介质腔室(2)内的弹性颗粒介质对轻合金板材(3)施加冲击力，并使轻合金板材(3)贴合于凹模(1)的成形腔。2.如权利要求1所述的基于电致塑性效应和弹性颗粒介质辅助的轻合金微型复杂构件的电磁成形装置，其特征在于，成形腔设置在凹模(1)的顶面上，自弹性颗粒介质腔室(2)的顶面至底面竖直设置有弹性颗粒介质腔，弹性颗粒介质腔与成形腔上下相对设置，轻合金板材(3)位于弹性颗粒介质腔与成形腔之间，弹性颗粒介质腔内填充有弹性颗粒；组合式模具单元还包括上模座板(5)、上模垫板(6)、上模套板(7)、下模套板(8)、下模垫板(9)和下模座板(10)；下模垫板(9)、下模套板(8)、上模套板(7)和上模垫板(6)自下而上依次堆叠，并包覆弹性颗粒介质腔室(2)与凹模(1)构成的组合体；上模座板(5)与上模垫板(6)固设，下模座板(10)、下模垫板(9)与下模套板(8)固设；在上模座板(5)的两侧分别设置有第一定距拉板(11)和第二定距拉板(12)，第一定距拉板(11)的下端和第二定距拉板(12)的下端均延伸至下模垫板，在上模套板(7)的两侧分别设置有第一限位销(13)和第二限位销(14)，第一定距拉板(11)和第二定距拉板(12)分别与第一限位销(13)和第二限位销(14)配合工作。3.如权利要求2所述的基于电致塑性效应和弹性颗粒介质辅助的轻合金微型复杂构件的电磁成形装置，其特征在于，凹模(1)与弹性颗粒介质腔室(2)、上模套板(7)与弹性颗粒介质腔室(2)以及下模套板(8)与凹模(1)均咬合设置；上模座板(5)与上模垫板(6)通过内六角螺钉固设；下模座板(10)、下模垫板(9)和下模套板(8)通过内六角螺钉固设；在上模座板(5)的底面上竖直设置有第一导柱(15)～第四导柱，第一导柱(15)的下端～第四导柱的下端均依次贯穿上模垫板(6)和上模套板(7)，并进入下模套板(8)的内部；在下模垫板(9)的顶面上设置有第五导柱(17)和第六导柱(18)，第五导柱(17)的上端和第六导柱(18)的上端均依次贯穿下模套板(8)和上模套板(7)，并进入上模垫板(6)的内部；在上模套板(7)的顶面上凹陷设置有第一弹簧座～第四弹簧座，在第一弹簧座～第四弹簧座内分别竖直设置有第一压缩弹簧～第四压缩弹簧，第一压缩弹簧～第四压缩弹簧分别套设在第一导柱(15)～第四导柱上；第一压缩弹簧的初始高度～第四压缩弹簧的初始高度分别大于第一弹簧座的深度～第四弹簧座的深度。4.如权利要求3所述的基于电致塑性效应和弹性颗粒介质辅助的轻合金微型复杂构件的电磁成形装置，其特征在于，在上模座板(5)的底面上凹陷设置有平板线圈座，平板线圈(4)固设在平板线圈座内；冲击单元包括驱动片(19)、受力板(20)和冲击杆(21)，驱动片(19)固设在受力板(20)的顶面上，冲击杆(21)竖直固设在受力板(20)的底面上；在上模垫板(6)的顶面上凹陷设置有受力板滑道，受力板(20)位于受力板滑道内，驱动片(19)与平板线圈(4)相接触，冲击杆(21)的下端在贯穿受力板滑道的底面后与弹性颗粒相接触；在受力板(20)与受力板滑道的底面之间设置有第五压缩弹簧(22)，第五压缩弹簧(22)套设在...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐俊瑞，张静，华摩西，封元华，谢雪云，文智生，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43