CN109834151B

CN109834151B - 一种板材微孔翻边的差温电磁成形方法及成形装置

Info

Publication number: CN109834151B
Application number: CN201910189989.8A
Authority: CN
Inventors: 崔晓辉; 肖昂; 李坤; 喻海良; 杜志浩
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2019-03-13
Filing date: 2019-03-13
Publication date: 2020-04-24
Anticipated expiration: 2039-03-13
Also published as: CN109834151A

Abstract

本发明的板材微孔翻边的差温电磁成形方法及成形装置，方法包括S1：设置相通的平移路径和翻边路径；S2：在平移路径的上下方设置预热区，在翻边路径侧部设置高温区；S3：将板料置于平移路径内；S4：将预热区和高温区运行加热；S5：对板料施加径向电磁力，使板料向翻边路径挤压并在翻边路径内形成翻边；S6：将翻边结束后的板料取出。装置包括凸模和凹模，凸模和凹模之间形成相通的平移路径和翻边路径，凸模和凹模上在平移路径的上下方设置有预热区，凸模上在翻边路径侧部设置有高温区，平移路径附近设置有用于对板料施加径向电磁力的径向侧推线圈。该发明具有成型均匀、塑性变形能力高、成形刚度高、可提高翻孔深度的优点。

Description

一种板材微孔翻边的差温电磁成形方法及成形装置

技术领域

本发明主要涉及材料塑性加工的高速率成形技术领域，尤其涉及一种板材微孔翻边的差温电磁成形方法及成形装置。

背景技术

小直径的圆孔翻边，尤其较厚板材的圆孔翻边，由于变形区刚度高、变形程度大，极易在翻边孔边缘处发生破裂，且钢模翻边成形工序道次多、成形质量不稳定、成形极限低，难以获得满足技术要求的翻边孔零件。

电磁脉冲成形是一种利用脉冲磁场力对金属工件进行高速加工的方法，能够有效提高铝合金、镁合金和钛合金等难变形材料的成形极限、降低回弹。在文献“基于磁脉冲技术的铝合金板材圆孔翻边工艺研究”中，张文忠等提到采用磁脉冲技术实现了直径80mm左右零件的翻孔成形，显著提高了材料的塑性，翻边系数达到0.76。在专利“运载火箭贮箱顶盖上喇叭口翻边孔成形方法”中，张文忠等采用三级线圈实现火箭喇叭口的精确翻边。零件的翻孔尺寸在150～500之间。由于该技术需要的线圈匝数在8～20之间，每一级线圈采用10～30平方的铜排或电缆缠绕，导致绕制的线圈尺寸大，难以适用于板料的微孔翻边成形。

在文献“板料电磁成形集磁器工作原理的模拟及其结构的改进”中，王波描述了集磁器的工作原理。集磁器需要设置一定的纵缝，但该纵缝的出现必然导致板料上磁场力分布的不均匀。在专利“一种铝合金板材小直径翻边孔的磁脉冲成形装置及方法”中，于海平等提出采用螺线管线圈和集磁器实现板材的小孔翻边。但对于小孔翻边，该技术存在以下问题：(1)当小孔尺寸小，与小孔对应的集磁器尺寸小。但集磁器上的纵缝的尺寸不能太小，以避免电击穿。所以，小孔尺寸越小，集磁器纵缝导致板料上的磁场力分布更加不均匀，从而翻边后零件变形不均匀；(2)翻边过程中，板料法兰部位材料难以流入凹模洞口，导致翻边高度低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种成型均匀、塑性变形能力高、成形刚度高、可提高翻孔深度的板材微孔翻边的差温电磁成形方法及成形装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种板材微孔翻边的差温电磁成形方法，包括以下步骤：

S1：设置相通的平移路径和翻边路径；

S2：在平移路径的上下方设置预热区，在翻边路径侧部设置高温区；

S3：将板料置于平移路径内；

S4：将预热区和高温区运行加热；

S5：对板料施加径向电磁力，使板料向翻边路径挤压并在翻边路径内形成翻边；

S6：将翻边结束后的板料取出；

S7：保持步骤S3至步骤S6循环进行。

作为上述技术方案的进一步改进：

在步骤S5中，径向电磁力从板料的端部施加。

在步骤S5中，径向电磁力从板料上下方施加并作用于板料的端部。

在步骤S5中，在翻边路径下方对板料施加轴向拉力。

一种板材微孔翻边的差温电磁成形装置，包括凸模和凹模，所述凸模和凹模之间形成相通的平移路径和翻边路径，所述凸模和凹模上在平移路径的上下方设置有预热区，所述凸模上在翻边路径侧部设置有高温区，所述平移路径附近设置有用于对板料施加径向电磁力的径向侧推线圈。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述预热区内设置有呈点状排布的低温加热棒，所述高温区内设置有呈点状排布的高温热棒。

所述径向侧推线圈设置在板料的端部周沿。

所述所述径向侧推线圈设置在凸模和凹模上并位于平移路径的上下方。

还包括底板，所述底板与凹模底部可拆卸连接，底板上装设有用于对板料施加轴向拉力的预拉机构。

所述预拉机构包括预拉弹簧和预拉块，所述预拉弹簧一端与底板连接、另一端与预拉块连接，所述预拉块与板料连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的一种板材微孔翻边的差温电磁成形方法，采用了磁脉冲翻边技术，可以显著提高零件的成形极限；不在翻孔区域的上方设置线圈，所以翻孔尺寸不受线圈尺寸限制；不采用集磁器结构翻边，避免了集磁器纵缝导致板料上受力不均匀现象，因此最终可以实现微小孔的均匀变形；设置了预热区和高温区，可以实现板料不同区域的不同温度分布，即形成了差温分布，使板料翻孔口部的温度较高，塑性变形能力提高；而板料的法兰部(平直段)温度比翻孔口部的温度低，使翻孔成形时具有较好的刚度；采用了径向电磁力驱动，避免了传统冲压翻孔或电磁脉冲翻孔时板料翻孔口部拉应力太大导致翻孔开裂的现，最终大幅度的提高了翻孔深度。

本发明的板材微孔翻边的差温电磁成形装置，包括凸模和凹模，凸模和凹模之间形成相通的平移路径和翻边路径，凸模和凹模上在平移路径的上下方设置有预热区，凸模上在翻边路径侧部设置有高温区，平移路径附近设置有用于对板料施加径向电磁力的径向侧推线圈。采用了磁脉冲翻边技术，可以显著提高零件的成形极限；不在翻孔区域的上方设置线圈，所以翻孔尺寸不受线圈尺寸限制；不采用集磁器结构翻边，避免了集磁器纵缝导致板料上受力不均匀现象，因此最终可以实现微小孔的均匀变形；设置了预热区和高温区，可以实现板料不同区域的不同温度分布，即形成了差温分布，使板料翻孔口部的温度较高，塑性变形能力提高；而板料的法兰部(平直段)温度比翻孔口部的温度低，使翻孔成形时具有较好的刚度；采用了径向侧推线圈驱动，避免了传统冲压翻孔或电磁脉冲翻孔时板料翻孔口部拉应力太大导致翻孔开裂的现，最终大幅度的提高了翻孔深度。

附图说明

图1是本发明板材微孔翻边的差温电磁成形方法实施例1的流程图。

图2是本发明板材微孔翻边的差温电磁成形装置实施例1的结构示意图(侧推状态)。

图3是本发明板材微孔翻边的差温电磁成形装置实施例1的结构示意图(成形状态)。

图4是本发明板材微孔翻边的差温电磁成形装置实施例2的结构示意图(侧推状态)。

图5是本发明板材微孔翻边的差温电磁成形装置实施例2的结构示意图(成形状态)。

图6是本发明板材微孔翻边的差温电磁成形装置实施例3的结构示意图(成形状态)。

图7是本发明板材微孔翻边的差温电磁成形装置实施例3的结构示意图(拉伸状态)。

图中各标号表示：

1、板料；2、平移路径；3、翻边路径；4、预热区；41、低温加热棒；5、高温区；51、高温热棒；6、凸模；7、凹模；8、径向侧推线圈；9、底板；10、预拉机构；101、预拉弹簧；102、预拉块。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

方法实施例1：

如图1至图3所示，本发明板材微孔翻边的差温电磁成形方法的第一种实施例，包括以下步骤：

S1：设置相通的平移路径2和翻边路径3；

S2：在平移路径2的上下方设置预热区4，在翻边路径3侧部设置高温区5；

S3：将板料1置于平移路径2内；

S4：将预热区4和高温区5运行加热；

S5：对板料1施加径向电磁力，使板料1向翻边路径3挤压并在翻边路径3内形成翻边；

S6：将翻边结束后的板料1取出；

S7：保持步骤S3至步骤S6循环进行。

本发明的板材微孔翻边的差温电磁成形方法，采用了磁脉冲翻边技术，可以显著提高零件的成形极限；不在翻孔区域的上方设置线圈，所以翻孔尺寸不受线圈尺寸限制；不采用集磁器结构翻边，避免了集磁器纵缝导致板料上受力不均匀现，因此最终可以实现微小孔的均匀变形；设置了预热区4和高温区5，可以实现板料1不同区域的不同温度分布，即形成了差温分布，使板料1翻孔口部的温度较高，塑性变形能力提高；而板料1的法兰部(平直段)温度比翻孔口部的温度低，使翻孔成形时具有较好的刚度；采用了径向电磁力驱动，避免了传统冲压翻孔或电磁脉冲翻孔时板料1翻孔口部拉应力太大导致翻孔开裂的现，最终大幅度的提高了翻孔深度。

本实施例中，在步骤S5中，径向电磁力从板料1的端部施加。这样设置利于一次性成型，所需要的径向电磁力较大。

方法实施例2：

如图1、图4和图5所示，本发明板材微孔翻边的差温电磁成形方法的第二种实施例，该成形方法与实施例1基本相同，区别仅在于：本实施例中，在步骤S5中，径向电磁力从板料上下方施加并作用于板料的端部，可实现翻边的分次成形，所需要的单个径向电磁力较小。

方法实施例3：

如图1、图6和图7所示，本发明板材微孔翻边的差温电磁成形方法的第三种实施例，该成形方法与实施例2基本相同，区别仅在于：本实施例中，在步骤S5中，在翻边路径3下方对板料1施加轴向拉力。对板料1施加轴向拉力，有利于下一次放电成形时材料的塑性流动，从而进一步提高翻孔高度。

装置实施例1

如图2和图3所示，本发明板材微孔翻边的差温电磁成形装置的第一种实施例，包括凸模6和凹模7，凸模6和凹模7之间形成相通的平移路径2和翻边路径3，凸模6和凹模7上在平移路径2的上下方设置有预热区4，凸模6上在翻边路径3侧部设置有高温区5，平移路径2附近设置有用于对板料1施加径向电磁力的径向侧推线圈8。采用了磁脉冲翻边技术，可以显著提高零件的成形极限；不在翻孔区域的上方设置线圈，所以翻孔尺寸不受线圈尺寸限制；不采用集磁器结构翻边，避免了集磁器纵缝导致板料上受力不均匀现，因此最终可以实现微小孔的均匀变形；设置了预热区4和高温区5，可以实现板料1不同区域的不同温度分布，即形成了差温分布，使板料1翻孔口部的温度较高，塑性变形能力提高；而板料1的法兰部(平直段)温度比翻孔口部的温度低，使翻孔成形时具有较好的刚度；采用了径向侧推线圈8驱动，避免了传统冲压翻孔或电磁脉冲翻孔时板料1翻孔口部拉应力太大导致翻孔开裂的现，最终大幅度的提高了翻孔深度。

本实施例中，预热区4内设置有呈点状排布的低温加热棒41，高温区5内设置有呈点状排布的高温热棒51。在凸模6和凹模7上设置不同密度和不同尺寸的低温加热棒41和高温热棒51，可以实现板料1不同区域的不同温度分布，使板料1翻孔口部的温度较高，塑性变形能力提高；而板料1的法兰温度比翻孔口部的温度低，使翻孔成形时具有较好的刚度。

本实施例中，径向侧推线圈8设置在板料1的端部周沿。这样设置利于一次性成型，所需要的径向电磁力较大。

装置实施例2

如图4和图5所示，本发明板材微孔翻边的差温电磁成形装置的第二种实施例，该成形装置与实施例1基本相同，区别仅在于：本本实施例中，径向侧推线圈8设置在凸模6和凹模7上并位于平移路径2的上下方。将径向侧推线圈8设置在平移路径2的上下方，可实现翻边的分次成形，所需要的单个径向电磁力较小。

装置实施例3

如图6和图7所示，本发明板材微孔翻边的差温电磁成形装置的第三种实施例，该成形装置与实施例2基本相同，区别仅在于：本实施例中，还包括底板9，底板9与凹模7底部可拆卸连接，底板9上装设有用于对板料1施加轴向拉力的预拉机构10。该结构中，当第一次翻边后，预拉机构10拉伸与板料1形成连接，在下一次放电成形时，预拉机构10收缩形成轴向拉力，有利于材料的塑性流动，从而进一步提高翻孔高；同时，预拉机构10的轴向拉力能减小径向侧推线圈8的负荷，进一步减小了需要的单个径向电磁力。底板9与凹模7底部可拆卸连接，便于下一板料1翻边成形时预拉机构10与其形成连接的可操作性。

本实施例中，预拉机构10包括预拉弹簧101和预拉块102，预拉弹簧101一端与底板9连接、另一端与预拉块102连接，预拉块102与板料1连接。该结构中，预拉块102带动预拉弹簧101拉伸与板料1连接，预拉弹簧101收缩时通过预拉块102对板料1形成轴向拉力，其结构简单可靠。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种板材微孔翻边的差温电磁成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：设置相通的平移路径（2）和翻边路径（3）；

S2：在平移路径（2）的上下方设置预热区（4），在翻边路径（3）侧部设置高温区（5），高温区（5）的加热温度高于预热区（4）的加热温度；

S3：将板料（1）置于平移路径（2）内；

S4：将预热区（4）和高温区（5）运行加热；

S5：对板料（1）施加径向电磁力，使板料（1）向翻边路径（3）挤压并在翻边路径（3）内形成翻边；

S6：将翻边结束后的板料（1）取出；

S7：保持步骤S3至步骤S6循环进行。

2.根据权利要求1所述的板材微孔翻边的差温电磁成形方法，其特征在于：在步骤S5中，径向电磁力从板料（1）的端部施加。

3.根据权利要求2所述的板材微孔翻边的差温电磁成形方法，其特征在于：在步骤S5中，径向电磁力从板料（1）上下方施加并作用于板料（1）的端部。

4.根据权利要求3所述的板材微孔翻边的差温电磁成形方法，其特征在于：在步骤S5中，在翻边路径（3）下方对板料（1）施加轴向拉力。

5.一种板材微孔翻边的差温电磁成形装置，其特征在于：包括凸模（6）和凹模（7），所述凸模（6）和凹模（7）之间形成相通的平移路径（2）和翻边路径（3），所述凸模（6）和凹模（7）上在平移路径（2）的上下方设置有预热区（4），所述凸模（6）上在翻边路径（3）侧部设置有高温区（5），所述平移路径（2）端部设置有用于对板料（1）施加径向电磁力的径向侧推线圈（8）。

6.根据权利要求5所述的板材微孔翻边的差温电磁成形装置，其特征在于：所述预热区（4）内设置有呈点状排布的低温加热棒（41），所述高温区（5）内设置有呈点状排布的高温热棒（51）。

7.根据权利要求6所述的板材微孔翻边的差温电磁成形装置，其特征在于：所述径向侧推线圈（8）设置在板料（1）的端部周沿。

8.根据权利要求6所述的板材微孔翻边的差温电磁成形装置，其特征在于：所述径向侧推线圈（8）设置在凸模（6）和凹模（7）上并位于平移路径（2）的上下方。

9.根据权利要求8所述的板材微孔翻边的差温电磁成形装置，其特征在于：还包括底板（9），所述底板（9）与凹模（7）底部可拆卸连接，底板（9）上装设有用于对板料（1）施加轴向拉力的预拉机构（10）。

10.根据权利要求9所述的板材微孔翻边的差温电磁成形装置，其特征在于：所述预拉机构（10）包括预拉弹簧（101）和预拉块（102），所述预拉弹簧（101）一端与底板（9）连接、另一端与预拉块（102）连接，所述预拉块（102）与板料（1）连接。