本发明专利技术提供一种提高铁磁性板料拉深成形极限的成形装置及方法，其包括上模板、下模板、凸模、凸模固定板、弹簧、压料板、凹模、导套、导柱、限位件、位移传感器及电流控制器；凸模通过凸模固定板固定在上模板中间位置，上模板两侧分别设置有一个限位件，压料板借助限位件与上模板连接并能够随上模板上下移动，凸模固定板与压料板上均开设有用于放置弹簧的凹槽，凹模通过沉头螺栓固定在下模板中间位置，凹模上表面放置有板坯。本发明专利技术通过在拉深过程中增大板料与凸模之间的摩擦力，使直壁区与底部圆角区交接部位的板料所受的最大拉应力减小，从而减小危险部位板料的减薄率，降低该处的破裂风险，提高板料的成形极限。提高板料的成形极限。提高板料的成形极限。
【技术实现步骤摘要】
提高铁磁性板料拉深成形极限的成形装置及方法
[0001]本专利技术涉及塑性材料加工
，具体涉及一种提高铁磁性板料拉深成形极限的成形装置及方法。
技术介绍
[0002]金属板料拉深成形是利用金属材料的塑性，使用拉深模具将被加工板料制成零件的一种塑性加工方法。与机加工方法相比，拉深成形的效率和材料利用率都有显著提高，所以在军工、航天、民用和医疗领域得到了广泛应用。
[0003]在薄板拉深过程中，破裂是最主要的失效形式之一。直壁类成形件在拉深过程中，直壁区的板料承受拉应力的作用。一般来说，直壁区与底部圆角区交接部位所受的拉应力最大，此部位的板料厚度最薄，即此部位的板料最容易产生破裂，是拉深成形过程中的破裂危险部位。如何抑制直壁类成形件在拉深成形过程中的破裂，提高金属板料的成形极限已成为本
技术人员需要解决的技术难题。
[0004]近年来的研究表明在拉深过程中对板料已成形部分提供径向力，增大凸模与板料之间的有益摩擦力，可以减少直壁区板料所受拉应力，降低破裂风险，提高板料的成形极限。但当前加载径向力的方式主要为液压加载，导致了拉深模具结构复杂，并且拉深效率低。因此如何在不降低拉深效率前提下专利技术一种可提供稳定附加力的装置是亟需解决的问题。
技术实现思路
[0005]为了解决上述现有技术的不足，本专利技术提出一种提高铁磁性板料拉深成形极限的拉伸装置及方法，其在现有的拉深工艺的基础上增加了电控永磁技术，通过在拉深过程中增大板料与凸模之间的摩擦力，使直壁区与底部圆角区交接部位的板料所受的最大拉应力减小，从而减小危险部位板料的减薄率，降低该处的破裂风险，提高板料的成形极限。
[0006]具体地，本专利技术提供一种提高铁磁性板料拉深成形极限的装置，其包括上模板、下模板、凸模、凸模固定板、弹簧、压料板、凹模、导套、导柱、限位件、位移传感器及电流控制器；
[0007]所述凸模通过所述凸模固定板固定在所述上模板中间位置，所述上模板两侧分别设置有一个限位件，所述压料板借助所述限位件与所述上模板连接并能够随所述上模板上下移动，所述凸模固定板与所述压料板上均开设有用于放置弹簧的凹槽，所述凹模通过沉头螺栓固定在所述下模板中间位置，所述凹模上表面放置有板坯；
[0008]所述上模板与所述导套过盈配合连接，所述下模板与所述导柱过盈配合连接，所述导套与所述导柱相互配合，所述上模板与下模板之间借助于导套与导柱进行定位；
[0009]所述限位件在所述压料板接触板料后对所述压料板进行限位，所述弹簧在拉深过程中随所述凸模固定板与所述压料板之间的距离缩小而压缩，为所述压料板提供压边力；
[0010]所需压边力的大小根据下式进行计算：
[0011][0012][0013][0014]式中，Q为压边力，单位为N；U
θ
为板坯周向伸长应力释放的变形能，单位为J；U
ω
为板坯失稳起皱时弯曲所需的变形力，单位为J；R0为板坯初始半径，单位为mm；k
μ
为压边力系数；y
m
为起皱高度，单位为mm；t为板坯厚度，单位为mm；为单波所对的圆心角；R
ω
为法兰外缘半径，单位为mm；r0为凹模入口处的半径，单位为mm；为单波中任意弧段所对的圆心角；为与相关的函数；ρ为径向坐标，单位为mm；σ
θ
为周向应力，单位为MPa；n为硬化指数；B为强度系数，单位为MPa；ε为应变；
[0015]所述凸模包括凸模本体、磁性组件和控制组件，所述凸模本体直壁面均开有凹槽，所述凹槽内设置有磁性组件；所述磁性组件包括多个永磁体、多个导磁体、多个可逆磁体以及多个线圈，所述可逆磁体内侧与凹槽底面相抵接，所述可逆磁体外侧与所述导磁体相抵接；所述永磁体环绕所述导磁体布置，所述线圈缠绕在所述可逆磁体侧壁；相邻所述可逆磁体上的线圈绕向相反且所述线圈首尾连接，同一凹槽内线圈由一根导线缠绕形成；所述导线源头与所属电流控制器相连并形成闭合回路；
[0016]所述可逆磁体内侧与外侧中的一侧为N极，另一侧为S极，同一凹槽内相邻两个所述可逆磁体的磁极方向相反，所述永磁体顶端与底端中的一端为N极，另一端为S极，接触同一所述导磁体的多个永磁体的接触端极性均相同；相邻两个所述导磁体之间共用一个所述永磁体；
[0017]所述磁性组件包括两种不同工作状态，第一工作状态下，所述永磁体与所述可逆磁体构成的磁回路通过板料；第二工作状态下，所述永磁体与所述可逆磁体在凸模内部构成磁回路；通过电流及永磁体形状对磁吸力进行控制：
[0018]不同永磁体形状的某一位置的磁场强度根据如下公式进行计算：
[0019][0020]式中，B
r
为钕铁硼永磁体的剩磁，单位为T；x为所求位置与永磁体磁体中心点的距离，单位为m；L、W、H分别为永磁体的长、宽、高；
[0021]所述控制组件包括依次电连接的位移传感器、上位机和电流控制器，所述位移传感器用于检测凸模位移变化并将凸模位移变化信号发送至所述上位机，所述上位机根据凸模位移变化向所述电流控制器发送控制信号；所述电流控制器通过控制通入电流的方向控制磁性组件的工作状态并通过调节通入所述线圈中的电流大小控制磁性组件的磁力；不同凹槽内的线圈并联连接，多个电流控制器能够分别调控不同凹槽内磁性组件的工作状态。
[0022]优选地，所述凸模本体上开设有导线孔，导线穿过所述导线孔将线圈与所述电流
控制器连接。
[0023]优选地，所述凹槽内开有螺纹孔，所述导磁体与永磁体中间开有相同的螺纹通孔，所述导磁体与永磁体通过紧定螺钉连接在一起并固定于凸模本体上，所述凹槽内空余空间填充有环氧树脂。
[0024]优选地，所述凸模本体和导磁体为钢材质，所述永磁体为硬磁体材质，所述可逆磁体为软磁体材质，所述线圈为铜线圈。
[0025]优选地，所述电流控制器的输入端连接外部电源。
[0026]优选地，所述上模板、凸模固定板、下模板和凹模均开有圆柱销孔，所述上模板与所述凸模固定板之间以及所述下模板与所述凹模之间均通过圆柱销进行定位。
[0027]优选地，所述上模板与所述凸模固定板开有通孔，所述通孔供所述限位件通过，所述压料板上有相应的螺纹孔。
[0028]优选地，所述永磁体、所述可逆磁体均为长方体结构，所述导磁体截面形状为矩形或扇形，对应不同的凸模形状。
[0029]优选地，所述位移传感器安装在所述凸模本体侧壁上。
[0030]另一方面，本专利技术还提供一种基于上述成形装置的成形方法，具体包括以下步骤：
[0031]S1、当压力机滑块带动上模板和凸模向下运动时，压料板在重力和弹簧的作用下保持与上模板同步下行，当压料板与板坯接触时，压料板位置锁定，随着压力机滑块继续下行，弹簧压缩，压料板对板料的压边力逐渐增大；
[0032]S2、随着压力机滑块下行，凸模与板料接触，开始对板坯进行拉深成形，当位移传感器检测到拉深高度超过凸凹模圆角半径之和后，通过电本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种提高铁磁性板料拉深成形极限的成形装置，其特征在于：其包括上模板、下模板、凸模、凸模固定板、弹簧、压料板、凹模、导套、导柱、限位件、位移传感器及电流控制器；所述凸模通过所述凸模固定板固定在所述上模板中间位置，所述上模板两侧分别设置有一个限位件，所述压料板借助所述限位件与所述上模板连接并能够随所述上模板上下移动，所述凸模固定板与所述压料板上均开设有用于放置弹簧的凹槽，所述凹模通过沉头螺栓固定在所述下模板中间位置，所述凹模上表面放置有板坯；所述上模板与所述导套过盈配合连接，所述下模板与所述导柱过盈配合连接，所述导套与所述导柱相互配合，所述上模板与下模板之间借助于导套与导柱进行定位；所述限位件在所述压料板接触板料后对所述压料板进行限位，所述弹簧在拉深过程中随所述凸模固定板与所述压料板之间的距离缩小而压缩，为所述压料板提供压边力；所需压边力的大小根据下式进行计算：所需压边力的大小根据下式进行计算：所需压边力的大小根据下式进行计算：式中，Q为压边力，单位为N；U
θ
为板坯周向伸长应力释放的变形能，单位为J；U
ω
为板坯失稳起皱时弯曲所需的变形力，单位为J；R0为板坯初始半径，单位为mm；k
μ
为压边力系数；y
m
为起皱高度，单位为mm；t为板坯厚度，单位为mm；为单波所对的圆心角；R
ω
为法兰外缘半径，单位为mm；r0为凹模入口处的半径，单位为mm；为单波中任意弧段所对的圆心角；为与相关的函数；ρ为径向坐标，单位为mm；σ
θ
为周向应力，单位为MPa；n为硬化指数；B为强度系数，单位为MPa；ε为应变；所述凸模包括凸模本体、磁性组件和控制组件，所述凸模本体直壁面均开有凹槽，所述凹槽内设置有磁性组件；所述磁性组件包括多个永磁体、多个导磁体、多个可逆磁体以及多个线圈，所述可逆磁体内侧与凹槽底面相抵接，所述可逆磁体外侧与所述导磁体相抵接；所述永磁体环绕所述导磁体布置，所述线圈缠绕在所述可逆磁体侧壁；相邻所述可逆磁体上的线圈绕向相反且所述线圈首尾连接，同一凹槽内线圈由一根导线缠绕形成；所述导线源头与所属电流控制器相连并形成闭合回路；所述可逆磁体内侧与外侧中的一侧为N极，另一侧为S极，同一凹槽内相邻两个所述可逆磁体的磁极方向相反，所述永磁体顶端与底端中的一端为N极，另一端为S极，接触同一所述导磁体的多个永磁体的接触端极性均相同；相邻两个所述导磁体之间共用一个所述永磁体；所述磁性组件包括两种不同工作状态，第一工作状态下，所述永磁体与所述可逆磁体构成的磁回路通过板料；第二工作状态下，所述永磁体与所述可逆磁体在凸模内部构成磁回路；通过电流及永磁体形状对磁吸力进行控制：不同永磁体形状的某一位置的磁场强度根据如下公式进行计算：
式中，B
r
为钕铁硼永磁体的剩磁，单位为T；x为所求位置与永磁体磁体中心点的距离，...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦泗吉，贺思成，李学洋，孟林园，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：
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