本发明专利技术公开了一种低温冷却控制下的金属板材电磁成形装置及方法，涉及材料成形技术领域，包括电磁成形放电控制系统、冷却成形系统以及冷却控制系统，冷却成形系统包括压边圈和模具，压边圈内设置有放电线圈，电磁成形放电控制系统与放电线圈电连接，电磁成形放电控制系统用于对放电线圈放电，压边圈设置有第一冷却室和/或模具设置有第二冷却室，第一冷却室和/或第二冷却室和/或模具的型腔与冷却控制系统连通，第一冷却室和/或第二冷却室和/或模具的型腔用于冷却待成形板材，冷却控制系统用于控制待成形板材的冷却温度。本发明专利技术能够解决难成形板材局部特征的成形问题及低温电磁成形过程中板材低温冷却控制问题。形过程中板材低温冷却控制问题。形过程中板材低温冷却控制问题。
【技术实现步骤摘要】
一种低温冷却控制下的金属板材电磁成形装置及方法
[0001]本专利技术涉及材料成形
，特别是涉及一种低温冷却控制下的金属板材电磁成形装置及方法。
技术介绍
[0002]随着航空航天等高端制造业的发展，对高强轻质结构件的应用越来越多，因而其成形技术要求越来越高，特别是针对一些室温下难成形金属材料(如2219铝合金、2195铝合金等)的生产与制造。由于难成形材料普遍塑性差，室温下成形复杂薄壁零件容易产生裂纹。其中旋压成形、液压胀形等方法虽然能够在室温下提高材料成形极限，但这些方法设备成本高，工装结构复杂，工艺柔性不高，不便于对大尺寸构件的局部特征进行成形。采用对板材加热的方式虽然能提高金属板材的成形性能，但是热效应会对构件的成形质量和性能造成不利影响，尤其对于大尺寸曲面构件的加热与温度均匀性控制比较难，会造成构件力学性能恶化，影响服役性能。与传统的成形方式相比，电磁脉冲成形(电磁成形)方法工装模具结构简单，工艺柔性高，容易实现构件的局部特征成形，且成形周期短，成本低，工艺绿色环保。但电磁脉冲成形对材料成形性能提升有限，对难成形材料难以符合实际产品技术要求，而热复合电磁脉冲成形，高温会破坏线圈结构及绝缘性能，造成线圈失效，不利于实际生产与制造。研究发现，大多数铝合金材料在低温条件下其塑性提升，并且某些铝合金如Al2219
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T6在低温下进行高速率成形其塑性会得到进一步提升，从而使得对板材在低温下进行电磁脉冲成形能够进一步提升金属材料的成形性能，使得低温电磁成形具有较好的应用前景，因此针对电磁成形过程中板材的低温度冷却结构和控制系统进行了专利技术设计。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的是提供一种低温冷却控制下的金属板材电磁成形装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，结合了金属板材在低温下增塑效应及电磁高速率成形增塑的优势，能够较好地解决大型难成形板材局部特征的成形问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0005]本专利技术提供了一种低温冷却控制下的金属板材电磁成形装置，包括电磁成形放电控制系统、冷却成形系统以及冷却控制系统，所述冷却成形系统包括压边圈和模具，待成形板材设置在所述压边圈和所述模具之间，所述压边圈内设置有放电线圈，所述电磁成形放电控制系统与所述放电线圈电连接，所述电磁成形放电控制系统用于对所述放电线圈放电，所述压边圈设置有第一冷却室和/或所述模具设置有第二冷却室，所述第一冷却室和/或所述第二冷却室和/或所述模具的型腔与所述冷却控制系统连通，所述第一冷却室和/或所述第二冷却室和/或所述模具的型腔用于冷却待成形板材，所述冷却控制系统用于控制待成形板材的冷却温度。
[0006]优选地，所述电磁成形放电控制系统包括变压器、整流器、充电电阻、电容器和放电电阻，所述变压器、所述整流器、所述充电电阻和所述放电电阻依次电连接，所述变压器
与所述放电线圈的一端连接，所述放电电阻与所述放电线圈的另一端连接，所述电容器的一端与所述充电电阻和所述放电电阻之间的导线连接，所述电容器的另一端与所述变压器和所述放电电阻之间的导线连接。
[0007]优选地，所述变压器和所述电容器之间设置有充电开关，所述放电电阻和所述放电线圈之间设置有放电开关。
[0008]优选地，所述放电线圈与待成形板材接触，所述放电线圈为平板线圈，所述放电线圈包括线圈骨架和线圈导线，所述线圈导线缠绕在所述线圈骨架上。
[0009]优选地，所述冷却控制系统包括冷却介质存储结构、控制器和若干温度传感器，所述冷却介质存储结构与所述第一冷却室和/或所述第二冷却室连通，所述冷却介质存储结构与所述第一冷却室和/或所述第二冷却室连通的管路上设置有阀门，所述控制器分别与所述温度传感器和所述阀门电连接，所述温度传感器设置在待成形板材上，所述温度传感器用于测量待成形板材的温度，所述温度传感器将测量的温度传输给所述控制器，进而所述控制器调整所述阀门的开度。
[0010]优选地，所述压边圈的下表面开设有若干第一沟槽，所述第一沟槽与所述第一冷却室连通，所述第一沟槽的出口设置有吸气泵，所述吸气泵用于控制所述第一沟槽内的冷却介质雾气流速。
[0011]优选地，所述模具的上表面开设有若干第二沟槽，所述第二沟槽与所述第二冷却室及所述模具的型腔连通，所述第二沟槽的出口设置有吸气泵，所述吸气泵用于控制所述第二沟槽内的冷却介质雾气流速。
[0012]优选地，所述第一冷却室和/或所述第二冷却室和/或所述模具的型腔内设置有冷却喷头，所述冷却喷头与所述冷却控制系统通过管路连通。
[0013]优选地，所述冷却成形系统还包括保温层，所述保温层设置在所述压边圈和所述模具的外侧。
[0014]本专利技术还提供了一种采用所述低温冷却控制下的金属板材电磁成形装置的成形方法，包括以下步骤：
[0015]步骤一，安装低温冷却控制下的金属板材电磁成形装置，预设待成形板材成形时的温度；
[0016]步骤二，采集并监测待成形板材不同位置的温度；开启冷却控制系统，当待成形板材的温度高于预设温度时，控制器控制阀门打开，冷却介质加压流出，以设定流速分别流入冷却成形系统，配合打开吸气泵使冷却介质雾气以合适流速在第一沟槽和第二沟槽中直接对待成形板材的非变形区进行冷却，实现待成形板材的冷却；
[0017]步骤三，待成形板材各处位置持续降温，当待成形板材各处温度快接近设定温度时，逐渐减小冷却介质流速，维持待成形板材在预设温度并保持一定时间；
[0018]步骤四，打开电磁成形放电控制系统，预设放电电压，对电容器进行充电，充电结束后，电容器对放电线圈进行放电，一定温度条件下的待成形板材在短时间内受力产生塑性变形，完成电磁成形过程；
[0019]步骤五，关闭电磁成形放电控制系统、冷却控制系统，卸下压边圈，取出成形后的板材。
[0020]本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0021]本专利技术的低温冷却控制下的金属板材电磁成形装置及方法，结合金属板材在低温下的增塑效应及电磁脉冲高速率成形增塑的优势，针对电磁成形装置设置独特的冷却控制方法和结构，使待成形板材能够在低温冷却条件下获得更加均匀的温度分布，并对待成形板材温度实现精确的调节控制，进而实现低温电磁脉冲成形，从而进一步提升难成形材料的成形性能和成形精度。针对大多数难成形金属板材在室温下塑性较差而易产生减薄开裂等问题，不仅避免了加热材料提升塑性对组织性能的影响，也避免了高温对线圈结构和绝缘性能的破坏，更容易实现难成形金属板材构件低温控制和精密成形。同时，本专利技术的低温冷却控制下的金属板材电磁成形装置结合电磁成形工作特点，工装结构简单，工艺柔性高，板材冷却方式合理可控，更容易实现大型难变形板材件上的局部特征成形，能突破现有技术对金属板材成形能力的限制，拓宽电磁成形工艺应用范围。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种低温冷却控制下的金属板材电磁成形装置，其特征在于：包括电磁成形放电控制系统、冷却成形系统以及冷却控制系统，所述冷却成形系统包括压边圈和模具，待成形板材设置在所述压边圈和所述模具之间，所述压边圈内设置有放电线圈，所述电磁成形放电控制系统与所述放电线圈电连接，所述电磁成形放电控制系统用于对所述放电线圈放电，所述压边圈设置有第一冷却室和/或所述模具设置有第二冷却室，所述第一冷却室和/或所述第二冷却室和/或所述模具的型腔与所述冷却控制系统连通，所述第一冷却室和/或所述第二冷却室和/或所述模具的型腔用于冷却待成形板材，所述冷却控制系统用于控制待成形板材的冷却温度。2.根据权利要求1所述的低温冷却控制下的金属板材电磁成形装置，其特征在于：所述电磁成形放电控制系统包括变压器、整流器、充电电阻、电容器和放电电阻，所述变压器、所述整流器、所述充电电阻和所述放电电阻依次电连接，所述变压器与所述放电线圈的一端连接，所述放电电阻与所述放电线圈的另一端连接，所述电容器的一端与所述充电电阻和所述放电电阻之间的导线连接，所述电容器的另一端与所述变压器和所述放电电阻之间的导线连接。3.根据权利要求2所述的低温冷却控制下的金属板材电磁成形装置，其特征在于：所述变压器和所述电容器之间设置有充电开关，所述放电电阻和所述放电线圈之间设置有放电开关。4.根据权利要求1所述的低温冷却控制下的金属板材电磁成形装置，其特征在于：所述放电线圈与待成形板材接触，所述放电线圈为平板线圈，所述放电线圈包括线圈骨架和线圈导线，所述线圈导线缠绕在所述线圈骨架上。5.根据权利要求1所述的低温冷却控制下的金属板材电磁成形装置，其特征在于：所述冷却控制系统包括冷却介质存储结构、控制器和若干温度传感器，所述冷却介质存储结构与所述第一冷却室和/或所述第二冷却室连通，所述冷却介质存储结构与所述第一冷却室和/或所述第二冷却室连通的管路上设置有阀门，所述控制器分别与所述温度传感器和所述阀门电连接，所述温度传感器设置在待成形板材上，所述温度传感器用于测量待成形板材的温度，所述温度传感器将测量的温度传输给所述控制...
【专利技术属性】
技术研发人员：于海平，吕枫，徐永超，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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