一种基于多级电磁力时序加载的板件成形装置及成形方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及金属成形制造领域，公开了一种基于多级电磁力时序加载的板件成形装置，包括位于待成形板件下方的凹模，还包括位于待成形板件上方与凹模配合的凸模，待成形板件上方设有压边圈，压边圈内设有供凸模运动的第一通道，凸模包括与凹模配合的冲头和固定在冲头上方的驱动片，压边圈内第一通道侧壁内从上至下依次设有至少两个产生驱动强磁场驱动驱动片向下运动的驱动线圈。本发明专利技术还公开了一种基于多级电磁力时序加载的板件成形装置的成形方法。本发明专利技术一种基于多级电磁力时序加载的板件成形装置及成形方法，使电磁成形兼具成形速率高、总成形时间短、成形金属材料种类多、成形深度大和贴模性好的特点。

A Sheet Forming Device and Method Based on Multistage Electromagnetic Force Time Series Loading

The invention relates to the field of metal forming and manufacturing, and discloses a sheet metal forming device based on multi-stage electromagnetic force sequential loading, including a concave die located below the sheet metal to be formed, a punch located above the sheet metal to be formed and matched with the concave die, a blank holder is arranged above the sheet metal to be formed, a first passage for the movement of the punch is arranged in the blank holder, and a punch includes a punch matched with the concave die. With the driving sheet fixed above the punch, at least two driving coils are arranged in the side wall of the first channel in the blank holder ring from top to bottom to generate the downward motion of the driving sheet driven by a strong magnetic field. The invention also discloses a forming method of a sheet metal forming device based on multi-stage electromagnetic force sequential loading. The invention provides a sheet metal forming device and forming method based on multi-stage electromagnetic force sequential loading, which makes electromagnetic forming have the characteristics of high forming speed, short total forming time, various kinds of forming metal materials, large forming depth and good clamping property.

【技术实现步骤摘要】
一种基于多级电磁力时序加载的板件成形装置及成形方法
本专利技术涉及金属成形制造领域，具体涉及一种基于多级电磁力时序加载的板件成形装置及成形方法。
技术介绍
电磁成形，是利用待成形金属工件在交变磁场中感应的涡流与磁场相互作用，产生电磁力作用于工件，使工件发生变形的一种成形加工方式。相比传统的准静态成形方法，电磁成形具有成形速率高的特点，能够显著改善材料的成形性能，提高成形极限。因此，电磁成形技术在汽车、航空航天制造等领域有着广阔的应用前景。传统的电磁成形方法为电磁直接成形法，即金属工件中感应的涡流与磁场相互作用产生的电磁力直接作用于工件。中国技术专利申请(公开日：2018年04月10日、公开号：CN207204963U)公开了一种轴向-径向电磁力分时加载的板件电磁翻边装置及方法，包括：轴向电磁力加载线圈，径向电磁力加载线圈，压边，凹模，电容电源，轴向电磁力加载线圈置于压边之内，翻边工件置于轴向电磁力加载线圈与压边的上表面，径向电磁力加载线圈置于翻边工件的内孔中，凹模置于翻边工件之上；径向电磁力加载线圈与续流二极管反向串联，然后与轴向电磁力加载线圈并联，电容电源通过放电开关为连接好的线圈供电。该技术采用径向电磁力和轴向电磁力分开加载的方式，先通过径向电磁力直接作用于金属板件待翻边区域，使其开始翻边，后通过轴向电磁力直接作用于板件，完成最后的贴模过程。但是，电磁直接成形法存在的不足主要有两点：(1)由于没有凸模，无法在成形过程中对工件反向约束，使得工件的成形形状难以控制；(2)对于不锈钢等低电导率金属工件，成形过程中所感应的涡流强度较弱，从而难以产生强度足够使其发生明显变形的电磁力，因此该成形方法仅适用于电导率高的金属，如铝、铜等。同时，针对这一问题，国内外学者提出了以下两种改进措施：第一种为电磁辅助成形法，即电磁成形与准静态冲压成形相结合的成形方法，如文献“ProcessdesignofcombineddeepdrawingandelectromagneticsharpedgeformingofDP980steelsheet”中，韩国科学技术院(KAIST)的M.K.Choi和H.Huh等学者研究了DP980高强度不锈钢的电磁辅助成形方法，先用冲头将不锈钢板预成形至与凹模轮廓大致接近的形状，再通过嵌入冲头内的成形线圈放电，将电磁力作用于预成形后的不锈钢，完成最后的贴模过程。但该方法的不足之处在于准静态冲压力(作用时间通常为秒级)和脉冲电磁力(作用时间通常为微秒或毫秒级)难以实现时序上的连续配合加载，需将两种成形方式间歇加载于工件上，导致成形过程复杂，耗时较长。第二种为电磁间接成形法，即通过电磁力驱动冲头对工件进行冲压成形，如：中国专利技术专利申请(公开日：2017年06月13日、公开号：CN106825192A)公开了一种电磁深成形装置及方法，该装置包括驱动线圈、固定单元、成形冲头、助推线圈、压边单元以及成形模具，通过向助推线圈中注入第二脉冲电流产生第二交变磁场，第二交变电磁场在待成形板件中产生助推脉冲电磁力，由助推脉冲电磁力分解的助推脉冲电磁轴向力用于为待成形板件提供压边力，由助推脉冲电磁力分解的助推脉冲电磁径向力有助于待成形板件中材料向成形模具中流动。在第二脉冲电流期间，通过向驱动线圈中注入第一脉冲电流产生第一交变磁场，第一交变磁场在成形冲头中感应涡流，驱动成形冲头向下运动，作用于待成形板件上，此时待成形板件的流动性高，能够提高成形性能,由成形冲头作用于待成形板件使其成形，能够提高贴膜性能。但在该方法中，当冲头远离驱动线圈时，所受的电磁力将显著下降，为达到较大的成形深度，驱动线圈需在一个放电周期后，向下靠近冲头，再进行下一个放电周期，因此整个深成形过程需要多个放电周期才能完成，总体所需的时间较长。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对上述技术的不足，提供一种基于多级电磁力时序加载的板件成形装置及成形方法，使电磁成形兼具成形速率高、总成形时间短、成形金属材料种类多、成形深度大和贴模性好的特点。为实现上述目的，本专利技术所设计的一种基于多级电磁力时序加载的板件成形装置，包括位于待成形板件下方的凹模，还包括位于所述待成形板件上方与所述凹模配合的凸模，通过所述凹模和凸模使所述待成形板件最终成形加工至所需形状，所述待成形板件上方设有压边圈，所述压边圈与所述凹模相配合，对所述待成形板件进行压边，防止成形过程中所述待成形板件端部起皱，影响最终成形效果，所述压边圈内设有供所述凸模运动的第一通道，所述凸模包括与所述凹模配合的冲头和固定在所述冲头上方的驱动片，所述压边圈内第一通道侧壁内从上至下依次设有至少两个产生驱动强磁场驱动所述驱动片向下运动的驱动线圈，所述驱动线圈产生驱动强磁场后，在所述驱动片中感应涡流，该涡流与强磁场相互作用产生驱动电磁力，使所述驱动片向下运动，从而使所述冲头共同向下运动，所述冲头位于所述待成形板件上方，将所述驱动片经所述驱动线圈受到的驱动电磁力传递至所述待成形板件上。优选地，每个所述驱动线圈连有相互独立的脉冲电源，可以单独进行充放电操作。优选地，所述脉冲电源均与充放电控制系统相连，通过所述充放电控制系统控制每个所述脉冲电源的充放电。优选地，所述驱动片为反凹型结构，所述驱动片盖在所述冲头上，增大了所述驱动线圈对所述驱动片的感应区间。优选地，还包括固定单元，所述固定单元包括位于所述压边圈上方的上固定板和位于所述凹模下方的下固定板，所述固定单元将整个装置进行固定。优选地，所述压边圈和所述上固定板之间上设有支撑圈，所述支撑圈与所述上固定板相配合，将整个装置进行固定，所述支撑圈内设有与所述第一通道同轴的第二通道，所述第二通道的内径大于等于所述第一通道的内径，所述上固定板下表面设有驱动线圈，所述驱动线圈位于所述凸模正上方。优选地，所述冲头的外径与所述驱动片的外径相等，使成形过程中，所述凸模能整体在所述压边圈所述第一通道中运动，所述压边圈内第一通道的内径与所述凸模的外径相等，使所述凸模在受到电磁力作用时，只能沿轴向运动。优选地，所述冲头内部为空心结构，在保证冲头大小、形状不变的前提下，减轻所述凸模的质量，提高成形过程中所述凸模的速度，以提高材料成形性能，所述冲头为高强度不锈钢材料，以保证在成形过程中，所述冲头自身不至发生损坏，所述冲头形状与所述凹模相匹配，以使所述待成形板件成形至所需形状时，成形后的板件贴模性好，所述凹模的腔体底部开有排气孔，使所述待成形板件成形过程中，所述凹模的腔体内的空气得以顺利地通过所述排气孔排出，所述待成形板件端部与所述凹模和压边圈接触的部位均均匀涂有润滑剂，以在成形过程中，减小所述待成形板件端部所受摩擦力，促进所述待成形板件端部向所述凹模流动。一种基于多级电磁力时序加载的板件成形装置的成形方法，包括如下步骤：A)将所述待成形板件放置在所述凹模上，所述压边圈位于所述待成形板件上方压住所述待成形板件；B)开始成形，启动最上方的驱动线圈产生驱动强磁场，在所述驱动片中产生驱动电磁力，驱动所述凸模向下运动，通过所述冲头将驱动电磁力传递至所述待成形板件，使所述待成形板件在驱动电磁力的作用下开始向所述凹模的腔内变形；C)所述驱动片在驱动电磁力的驱动下向下运动，当经过下一个所述驱动线圈时，该所述驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多级电磁力时序加载的板件成形装置，包括位于待成形板件(1)下方的凹模(2)，其特征在于：还包括位于所述待成形板件(1)上方与所述凹模(2)配合的凸模(3)，所述待成形板件(1)上方设有压边圈(4)，所述压边圈(4)内设有供所述凸模(3)运动的第一通道(5)，所述凸模(3)包括与所述凹模(2)配合的冲头(6)和固定在所述冲头(6)上方的驱动片(7)，所述压边圈(4)内第一通道(5)侧壁内从上至下依次设有至少两个产生驱动强磁场驱动所述驱动片(7)向下运动的驱动线圈(8)。

【技术特征摘要】
1.一种基于多级电磁力时序加载的板件成形装置，包括位于待成形板件(1)下方的凹模(2)，其特征在于：还包括位于所述待成形板件(1)上方与所述凹模(2)配合的凸模(3)，所述待成形板件(1)上方设有压边圈(4)，所述压边圈(4)内设有供所述凸模(3)运动的第一通道(5)，所述凸模(3)包括与所述凹模(2)配合的冲头(6)和固定在所述冲头(6)上方的驱动片(7)，所述压边圈(4)内第一通道(5)侧壁内从上至下依次设有至少两个产生驱动强磁场驱动所述驱动片(7)向下运动的驱动线圈(8)。2.根据权利要求1所述一种基于多级电磁力时序加载的板件成形装置，其特征在于：每个所述驱动线圈(8)连有相互独立的脉冲电源(9)。3.根据权利要求2所述一种基于多级电磁力时序加载的板件成形装置，其特征在于：所述脉冲电源(9)均与充放电控制系统相连。4.根据权利要求1所述一种基于多级电磁力时序加载的板件成形装置，其特征在于：所述驱动片(7)为反凹型结构，所述驱动片(7)盖在所述冲头(6)上。5.根据权利要求1或2或3或4所述一种基于多级电磁力时序加载的板件成形装置，其特征在于：还包括固定单元，所述固定单元包括位于所述压边圈(4)上方的上固定板(10)和位于所述凹模(2)下方的下固定板(11)。6.根据权利要求5所述一种基于多级电磁力时序加载的板件成形装置，其特征在于：所述压边圈(4)和所述上固定板(10)之间上设有支撑圈(12)，所述支撑圈(12)内设有与所述第一通道(5)同轴的第二通道(13)，所述第二通道(13)的内径大于等于所述第一通道(5)的内径，所述上固定板(10)下表面设有驱动线圈(8)，所述驱动线圈(8)位于所述凸模(3)正上方。7.根据权利要求6所述一种基于多级电磁力时序加载的板件成形装置，其特征在于：所述冲头(6)的外径与所述驱动片(7)的外径相等，所述压边圈(4)内第一通道(5)的内径与所述凸模(3)的外径相等。8.根据权利要求7所述一种基于多级电磁力时序加载的板件成形装置，其特征在于：所述冲头(6)内部为空心结构，所述冲头(6)为高强度不锈钢材料，所述冲头(6)形状与所述凹模(2)相匹配，所述凹模(2)的腔体底部开有排气孔，所述待...

【专利技术属性】
技术研发人员：张骁，马霁旻，王晓光，赵云，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42