板材动圈电磁渐进成形方法及其装置制造方法及图纸

板材动圈电磁渐进成形方法及其装置，属于金属板材成形方法及装置，该装置的组成包括计算机控制系统、电磁力发生系统、包括板材夹持升降装置、支撑模型架、电磁成形夹持杆等的三轴数控成形系统。通过上述装置，根据模型轮廓等高线数据，计算机控制电磁成形线圈从模型顶部开始，沿着模型轮廓等高线一层层向下运动，同时依靠电磁成形线圈产生的电磁力使板材发生局部成形，直至模型底部并完成整个成形过程为止。本发明专利技术通过分层渐进塑性成形的方式，用小电磁脉冲力施行有顺序的局部塑性成形累积成为大变形的方法把金属板材渐进地加工成有三维复杂曲面形状的薄壳件。

Plate moving coil electromagnetic gradual forming method and device thereof

Forming method and device of electromagnetic plate moving coil progressive method and device belongs to the sheet metal forming, the structure of the device comprises a computer control system, electromagnetic force generating system, including three axis CNC plate clamping and lifting device, model supporting frame, electromagnetic forming clamping rod forming system. Through the device, according to the contour data of the model, the computer controls the electromagnetic forming coil from the top down model model, contour layers downward, while relying on the electromagnetic force electromagnetic forming coil due to the occurrence of local sheet forming, until the bottom of the model and complete the whole process. The present invention through layered plastic forming method, using small electromagnetic impulse force sequential partial plastic forming method of large deformation to be accumulated gradually processed into thin sheet metal pieces have complex 3D surface shape.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属板材成形方法及装置，特别适用于各种复杂形状的汽车覆盖件、航空航天飞行器复杂钣金件及具有复杂曲面形状的壳体成形。
技术介绍
至今为止，汽车覆盖件等壳体类工件的加工大多是用压力机压延成形，其能够拉伸的深度、成型的复杂程度都是有限的；而且模具的制造成本高、制造周期长。这对于企业开发新产品、争夺市场都是较大的障碍。电磁成形技术具有加工能量易于精确控制、成形速度快、成形工件精度高、成形模具简单及设备通用性强等特点，且整个成形过程无污染，现已广泛应用于机械、电子、汽车工业、轻化工及仪器仪表、航空航天、兵器工业等诸多领域。电磁成形的基本原理是物理学中的电磁感应定律，一脉冲磁场穿过工件而在工件上产生感应电流，产生的磁场与初始电场、磁场相互间产生了巨大的作用力，当冲击压力值达到工件材料的屈服强度时，工件将发生塑性变形，电磁成形加工正是利用电磁力对工件塑性变形达到金属零件成形目的。专利号92232008.X，名称为“利用电磁力工作的金属工件成形机”的技术专利中，电磁成形线圈与被加工工件在加工时是被固定的，能实现多点成形。专利号98813440.3名称为“利用脉冲式磁力将平板制成碟的设备和方法”的专利技术专利中，提出了两种平板成形为蝶形件的模式，一种是由多个线圈组成的成形线圈组可以沿着垂直于板材的方向移动，使板材被成形压靠在凹模上；另一种是线圈可以沿着平行于板材的平面作直线移动，并利用间歇的脉冲电磁使板材被成形压靠在凹模上；该专利中提出的成形方式，电磁成形线圈组只能在二维平面上运动，其加工柔性程度不高。这些电磁成形工艺目前都存在着一定的局限性，对加工零件的形状有一定的要求，深拉深或变形量大的工件的操作都不便在这些电磁成形设备上进行。专利号00230779.0名称为“多功能数控成型加工机”的技术专利中，日本的松原茂夫提出了板材数控渐进成型的加工方式。其工作原理是将被加工板材架在一个芯模上，在板材四周用压板夹紧材料，该压板可沿导柱上下滑动。加工时，将该装置固定在三轴联动的立铣加工机床上，用事先编制的加工程序控制一个工具头走等高线的方式，将板材逐步压靠在模芯上，最终成形为一个零件。但是该方法有如下缺点成形零件的尺寸精度差，其曲率半径受到工具头半径的限制，不能很小，而且表面存在划痕，表面质量较差；由于工具压头在板材上做摩擦滑动，阻力大，易起皱和拉破。
技术实现思路
本专利技术提出一种板材动圈电磁渐进成形方法及其装置，目的是针对现有技术中的不足，把电磁成形技术引入板材数控渐进成形中，综合平板电磁成形和板材数字化渐进成形的特点，用CAD模型直接驱动，依靠电磁成形线圈和板坯之间的电磁力使板坯贴模分层成形。本专利技术的一种板材动圈电磁渐进成形方法，包括如下步骤(1)根据待加工工件CAD三维模型切片分层所获得的数据，转换成NC数据；(2)计算机通过NC数据控制电磁成形线圈在三轴数控成形系统上实现三轴联动；(3)电磁成形线圈作规定的三维曲线移动的同时通过电磁力发生系统的脉冲储能电容器不断充放电释放电磁脉冲力，依靠电磁成形线圈和板材之间的电磁力对板材进行单点渐进局部的塑性加工，使板料逐步成形为所需的工件。所述的板材动圈电磁渐进成形方法，所述脉冲储能电容器的电容量可以为10～60000μF、工作电压可以为300～30000V，电磁成形线圈形状可以为圆形或椭圆形，电磁成形线圈导线截面形状可以为矩形以实现对不同形状及材料的工件成形。本专利技术的一种板材动圈电磁渐进成形装置，由计算机控制系统、电磁力发生系统和三轴数控成形系统组成；所述三轴数控成形系统框架式机身内下部装设工作台，工作台上方的框形托板装有四根导柱构成托架，框形托板上面具有框形夹板，四根导柱可以通过工作台上的导套上下滑动，在工作台下设置有支撑托板并可带动托板升降的支撑传动装置；动梁位于框架式机身顶面，可沿X方向移动；滑板装在动梁上、可沿动梁在Y方向移动；下端设置有夹持杆的滑块装在滑板内，夹持杆端头安装电磁成形线圈，在计算机控制系统控制下，夹持杆带着电磁成形线圈可作三维曲线运动；其特征在于电磁力发生系统包括脉冲储能电容器组、充电装置、充电开关、放电开关和电磁成形线圈，脉冲储能电容器组与充电装置、充电开关串联构成充电回路；脉冲储能电容器组与放电开关和电磁成形线圈串联构成放电回路；脉冲储能电容器组的电容量为10～60000μF、工作电压300～30000V。所述的板材动圈电磁渐进成形装置，所述充电装置可以为直流充电器；电磁成形线圈可以为圆形或椭圆形密绕导线平板线圈，电磁成形线圈导线截面形状可以为矩形。所述的板材动圈电磁渐进成形装置，所述带动托板升降的支撑传动装置可以为气缸、液压缸、直线电机传动装置或者齿轮齿条传动装置中的一种。本专利技术应用小能量的电磁脉冲力、计算机、数控技术形成一种金属板材数控电磁三维渐进成形方法，根据CAD三维模型切片分层所获得的数据转换成NC数据，通过计算机控制三轴联动，控制安置在滑块端头的电磁成形线圈作三维曲线移动，同时依靠程序控制电容器组反复进行充放电不断释放电磁脉冲力，对被固定在夹持支撑机构上的板材进行有选择地分层成形加工。如设定的层间距为Δh，则以工件最顶端为零点控制电磁成形线圈，脉冲储能电容器组首次放电，在板材和电磁成形线圈之间产生电磁力，使电磁成形线圈的下方的板材被压下一个高度为Δh的凹坑，接着电磁成形线圈沿着根据该层的轮廓线得到的运动轨迹指定的方向移动一段设定的距离，同时脉冲储能电容器组完成充电再次放电，使板材被压下第二个高度为Δh凹坑并与第一个凹坑衔接，形成连续的变形，然后放电—移动—放电—移动反复进行，直到电磁成形线圈按该层等高线环的轨迹走完一圈回到起点，此时完成对工件顶层轮廓的加工，形成了第一层的轮廓曲面，接着电磁成形线圈再下降Δh高度并重复上述过程，以此类推，直到完成全部层的成形，即通过分层渐进塑性成形的方式，用小电磁脉冲力施行许多有顺序的局部塑性成形累积成为大变形的方法把板材渐进地加工成与三维数字模型形状相同的薄壳件。本专利技术具有如下优点(1)电磁成形线圈作三维曲线移动的同时，脉冲储能电容器组反复进行充放电不断释放电磁脉冲力使板材渐进成形，由于是电磁力在起作用，成形速度不受移动部件机械惯性的限制，电磁脉冲载荷时间可以达到微秒的精度，电磁脉冲载荷的强度可以电力控制达到很高的精度，电磁成形线圈产生的能量和对金属平板施加的力的变化可控制在总量的0.5％以内，因为电磁成形线圈的结构形状尺寸可调，所以既能进行大板的复杂成形，又可以进行局部微细成形，实现定量精确成形。因为电磁渐进成形的各种工艺参数的可定量控制，所以重复性好、容易实现能量控制和自动化生产。(2)由于电磁成形是以磁场作介质，并能穿过非电导体材料，为非接触加工过程，无工具与工件变形表面相接触，在成形部位表面无机械损伤，因此工件在数控电磁渐进加工前可先电镀、阳极化、喷漆，成形后其表面不受任何影响。另外，对某些成形后不易抛光的或表面处理困难的工件可先抛光或先表面处理再成形。由于成形过程无机械接触，无摩擦，不需润滑，因而对工作环境或工件均不污染；(3)与传统的金属成形工艺不同，大部分的金属成形发生在脉冲载荷结束之后。在脉冲载荷作用期间，金属迅速地加速而获得很高的动能，之后动能转化为金属变形的变形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种板材动圈电磁渐进成形方法，包括如下步骤：（１）根据待加工工件ＣＡＤ三维模型切片分层所获得的数据，转换成ＮＣ数据；（２）计算机通过ＮＣ数据控制电磁成形线圈在三轴数控成形系统上实现三轴联动；（３）电磁成形线圈作规定的三维曲线移动的同时通过电磁力发生系统的脉冲储能电容器不断充放电释放电磁脉冲力，依靠电磁成形线圈和板材之间的电磁力对板材进行单点渐进局部的塑性加工，使板料逐步成形为所需的工件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：莫健华，黄树槐，韩飞，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]