本發(fā)明涉及材料塑性成形技術領域，具體涉及一種筒形件圓角的電磁成形裝置及成形方法。

背景技術：

在傳統(tǒng)沖壓成形中，鋁合金的變形性能較差，主要表現(xiàn)在兩個方面：1)沖壓成形時金屬流動不均，容易產(chǎn)生起皺、破裂等缺陷。這造成傳統(tǒng)沖壓工藝得到的鋁合金成形極限遠低于鋼材；2)鋁合金的彈性模量只有鋼材的1/3。這導致零件卸載后的回彈量遠大于鋼材，并難以控制成形精度。

為了提高鋁合金零件的成形性能，目前主要由兩種方法：1)溫熱成形。金屬材料在高溫下往往會表現(xiàn)出較好的塑性變形能力，但溫熱成形方法會大幅增加設備成本，并且會對鋁合金材料表面涂層造成一定程度的損害；2)電磁脈沖成形，該方法利用脈沖磁場力對金屬工件進行高速加工。研究發(fā)現(xiàn)：鋁合金材料在脈沖磁場力高速變形條件下能夠獲得高于傳統(tǒng)沖壓加工下的成形性能。但傳統(tǒng)的電磁脈沖成形技術，線圈放電結束后，工件會在慣性力作用下高速變形，這種變形方式難以控制板料的成形精度和實現(xiàn)零件難變形區(qū)域的變形。

為了利用高速率變形能提高鋁合金成形性能的優(yōu)勢，并同時實現(xiàn)鋁合金零件難變形區(qū)域的精確控形制造。電磁脈沖輔助沖壓(electromagneticallyassistedsheetmetalstamping，emas)技術得到國內(nèi)外學者的高度重視。該方法將電磁脈沖成形的優(yōu)勢與普通沖壓成形工藝結合。

在文獻“ahybridquasi-static/dynamicprocessforforminglargesheetmetalpartsfromaluminumalloys”中，美國ohio州立大學的v.j.vohnout和g.s.daehn選擇通用汽車chevycavalier的aa6111-t4鋁合金車門內(nèi)板進行電磁脈沖輔助成形實驗研究。首先采用普通沖壓技術得到零件的大致變形輪廓，然后用嵌入到?jīng)_頭里的電磁線圈成形工件的難變形部位(尖角、棱線等)，以達到需要的形狀。與傳統(tǒng)沖壓工藝相比，電磁脈沖輔助沖壓能夠有效控制工件局部區(qū)域的成形能量、改善應變分布、提高成形極限、加工柔性和精度。

在文獻“5052鋁合金板材磁脈沖輔助沖壓成形變形行為及機理研究”中，國內(nèi)哈爾濱工業(yè)大學的劉大海等提出了采用電磁輔助成形工藝來實現(xiàn)小圓角半徑筒形零件的成形。該工藝的思路為：首先采用圓角半徑較大(r8)的凸模成形出具有較大底部圓角的筒形件輪廓，然后再采用嵌有線圈的模具結構對底部圓角部位放電再成形。與普通沖壓相比，磁脈沖輔助成形工藝能顯著改善底部圓角成形問題，得到普通拉深方法難以得到的小圓角半徑(r5)筒形件，提高了材料的成形性。但是該工藝并不能實現(xiàn)圓角周邊材料的塑性流動。那么當電磁線圈放電后，圓角區(qū)域主要發(fā)生的是脹形減薄變形。從實驗結果可以發(fā)現(xiàn)，預成形后底部圓角的最大壁厚減薄率為15％，而放電后的壁厚減薄率為38.8％。

零件壁厚減薄率越大，板料的承載能力降低，使用過程中零件發(fā)生破裂的機會就越大。如何實現(xiàn)更小圓角半徑的成形，提高鋁合金零件難變形部位的精確控形，同時又抑制零件圓角區(qū)域的壁厚減薄率，提高零件的服役性能是材料塑性成形領域亟需解決的現(xiàn)實問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是，克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種可降低零件圓角區(qū)域的壁厚減薄率、提高零件難變形部位的成形性能、實現(xiàn)筒形零件的小圓角半徑尺寸成形的筒形件圓角的電磁成形裝置及成形方法。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提出的技術方案為：

本發(fā)明的筒形件圓角的電磁成形裝置分為以下三種不同的類型：

第一種電磁成形裝置的結構為：包括脹形凸模、壓邊圈和凹模，所述脹形凸模與凹模相匹配，所述壓邊圈活動設置在凹模的上方，用于將待成形的板料壓緊在凹模上，所述壓邊圈的下側嵌設有上助推線圈，所述凹模的上側對應所述上助推線圈的位置處嵌設有下助推線圈，所述脹形凸模的底部圓角處嵌設有脹形線圈，所述脹形線圈沿脹形凸模的底部圓角呈弧形設置，所述電磁成形裝置還包括至少一個為所述上助推線圈、下助推線圈和脹形線圈供電的電源模塊。

進一步的，所述脹形凸模為平底凸模，所述脹形線圈為多圈橫截面為圓形或矩形的紫銅線圈。

第二種電磁成形裝置的結構為：將脹形凸模設置為曲面凸模，所述脹形線圈為多圈橫截面為圓形或矩形的紫銅線圈，多圈線圈沿脹形凸模的底部輪廓呈倒塔形布置，采用倒塔形布置可使脹形線圈更接近板料圓角處的形狀，可使作用在板料圓角處的磁場力更大。

對應于上述第一種和第二種電磁成形裝置，本發(fā)明提供了一種采用上述兩種電磁成形裝置進行筒形件圓角成形的方法，包括以下步驟：

第一步、將待成形的板料放置在凹模上，用壓邊圈將板料夾持在壓邊圈和凹模之間；

第二步、對脹形凸模施加下壓力，使板料被壓入凹模內(nèi)；

第三步、向上助推線圈、下助推線圈和脹形線圈通電，使其產(chǎn)生電磁力，板料的法蘭部向凹模內(nèi)流動并擠壓板料筒壁的材料向板料圓角處流動，完成筒形件圓角的成形。

第三種電磁成形裝置的結構為：包括脹形凸模、壓邊圈和凹模，所述脹形凸模與凹模相匹配，所述壓邊圈活動設置在凹模的上方，用于將待成形的板料壓緊在凹模上，所述壓邊圈的下側嵌設有上助推線圈，所述凹模的上側對應所述上助推線圈的位置處嵌設有下助推線圈，所述脹形凸模的底部圓角處嵌設有脹形線圈，所述脹形線圈沿脹形凸模的底部圓角呈弧形設置，所述電磁成形裝置還包括至少一個為所述上助推線圈、下助推線圈和脹形線圈供電的電源模塊。

進一步的，所述脹形凸模為曲面凸模，所述脹形線圈為多圈橫截面為圓形或矩形的紫銅線圈，多圈線圈沿脹形凸模的底部輪廓呈倒塔形布置。

進一步的，所述電磁成形裝置還包括一個預拉深凸模，所述預拉深凸模為平底凸模，預拉深凸模的底面嵌設安裝有拉深線圈，所述拉深線圈不設置在預拉深凸模的圓角處。

更進一步的，所述拉深線圈為上下堆疊設置的多層紫銅線圈，每一層均包括多圈水平同心設置的橫截面為圓形或矩形的線圈。

對應于上述第三種電磁成形裝置，本發(fā)明還提供了一種采用第三種電磁成形裝置進行筒形件圓角成形的方法，包括以下步驟：

第一步、將待成形的板料放置在凹模上，用壓邊圈將板料夾持在壓邊圈和凹模之間；

第二步、對預拉深凸模施加下壓力，使板料被壓入凹模內(nèi)；

第三步、同時給上助推線圈、下助推線圈和拉深線圈通電，使其產(chǎn)生電磁力，板料的法蘭部向凹模內(nèi)流動并擠壓板料筒壁的材料向預拉深凸模的下部流動，使板料形成拋物線形狀；

第四步、將上助推線圈、下助推線圈和拉深線圈斷電，取出預拉深凸模，然后將曲面的脹形凸模放置在板料上，同時給上助推線圈、下助推線圈和脹形線圈通電，板料的法蘭部繼續(xù)向凹模內(nèi)流動并擠壓板料筒壁的材料向板料圓角處流動，完成筒形件圓角的成形。

對于上述三種電磁成形裝置：

進一步的，壓邊圈的下側嵌設有多組所述上助推線圈，所述凹模的上側嵌設有多組分別與上助推線圈位置對應的下助推線圈。

進一步的，電源模塊包括多個分別與上助推線圈、下助推線圈、脹形線圈和拉深線圈連接的電源子模塊，所述電源子模塊包括依次串聯(lián)連接的電源、儲能電容、分壓電阻和控制開關；所述脹形凸模、壓邊圈、凹模和預拉深凸模的形狀為軸對稱的圓筒形、方筒形或錐形。

進一步的，所述上助推線圈和下助推線圈均為上下堆疊設置的多層紫銅線圈，每一層均包括多圈水平同心設置的線圈。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(1)傳統(tǒng)的電磁成形僅采用脹形線圈放電，使筒形件圓角發(fā)生脹形減薄變形，零件圓角區(qū)域的壁厚減薄率大，降低了零件的使用性能；本發(fā)明結合傳統(tǒng)的沖壓拉深技術和電磁脈沖成形技術，先對板料進行預成形，再通過助推線圈和設置在凸模圓角處呈弧形布置的脹形線圈放電，提高了板料法蘭部和圓角處材料的流動性，使板料法蘭部的材料流入板料圓角處，降低了板料變形區(qū)域的厚度減薄率，提高零件的使用性能。

(2)本發(fā)明第二種方案采用曲面凸模，多圈線圈沿曲面的脹形凸模的底部輪廓呈倒塔形布置。平底凸模拉深時，平底凸模底部所對應的板料在拉深和線圈放電過程中均不會發(fā)生明顯變形。該方案采用曲面凸模拉深，可以使板料底部先發(fā)生脹形，當脹形線圈和助推線圈共同放電時，板料底部的曲面材料會向板料圓角處填充，有利于抑制板料處的材料過渡減薄，進一步提高零件的使用性能。

(3)本發(fā)明第三種方案采用平底的預拉深凸模結合曲面的脹形凸模的方式，整個成形過程包含兩次線圈放電過程，兩次線圈放電均包含助推線圈(上助推線圈和下助推線圈)放電。先通過拉深線圈和助推線圈放電，將板料底部成形為拋物線形狀；再通過脹形線圈和助推線圈放電完成筒形件圓角的成形，有利于提高板料法蘭部和底部材料的流動性，更進一步降低了板料變形區(qū)域的厚度減薄，實現(xiàn)了筒形件圓角成形的精確控形，更進一步提高了零件的使用性能。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例1的電磁成形裝置工作初始狀態(tài)的結構示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例1的電磁成形裝置平底凸模對板料進行預拉深時的結構示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例1的電磁成形裝置脹形線圈和徑向側推線圈放電后的結構示意圖。

圖4為本發(fā)明實施例2的電磁成形裝置工作初始狀態(tài)的結構示意圖。

圖5為本發(fā)明實施例2的電磁成形裝置曲面凸模對板料進行預拉深時的結構示意圖。

圖6為本發(fā)明實施例2的電磁成形裝置脹形線圈和徑向側推線圈放電后的結構示意圖。

圖7為本發(fā)明實施例3的電磁成形裝置工作初始狀態(tài)的結構示意圖。

圖8為本發(fā)明實施例3的電磁成形裝置平底凸模對板料進行預拉深時的結構示意圖。

圖9為本發(fā)明實施例3的電磁成形裝置拉深線圈放電后的結構示意圖。

圖10為采用圖9中板料變形輪廓設計的曲面凸模結構進行成形的結構示意圖。

圖11為本發(fā)明實施例3的電磁成形裝置脹形線圈和徑向側推線圈放電后板料變形示意圖。

圖例說明：

1、脹形凸模；2、壓邊圈；3、凹模；4、上助推線圈；5、下助推線圈；6、脹形線圈；7、預拉深凸模；8、拉深線圈；9、板料；91、法蘭部；92、板料圓角。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明，下文將結合說明書附圖和較佳的實施例對本發(fā)明作更全面、細致地描述，但本發(fā)明的保護范圍并不限于以下具體的實施例。

需要特別說明的是，當某一元件被描述為“固定于、固接于、連接于或連通于”另一元件上時，它可以是直接固定、固接、連接或連通在另一元件上，也可以是通過其他中間連接件間接固定、固接、連接或連通在另一元件上。

除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術語與本領域技術人員通常理解的含義相同。本文中所使用的專業(yè)術語只是為了描述具體實施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明的保護范圍。

實施例1：

如圖1、圖2和圖3所示，一種本發(fā)明的筒形件圓角的電磁成形裝置，該電磁成形裝置主要包括脹形凸模1、壓邊圈2和凹模3，脹形凸模1與凹模3相匹配，壓邊圈2活動設置在凹模3的上方，用于將待成形的板料9壓緊在凹模3上，壓邊圈2的下側嵌設有上助推線圈4，凹模3的上側對應上助推線圈4的位置處嵌設有下助推線圈5，脹形凸模1的底部圓角處嵌設有脹形線圈6，脹形線圈6沿脹形凸模1的底部圓角呈弧形設置，電磁成形裝置還包括至少一個為上助推線圈4、下助推線圈5和脹形線圈6供電的電源模塊。

本實施例中，脹形凸模1為平底凸模，脹形線圈6優(yōu)選采用多圈橫截面為圓形或矩形的紫銅線圈。優(yōu)選在壓邊圈2的下側嵌設多組上助推線圈4，在凹模3的上側嵌設多組分別與上助推線圈4位置對應的下助推線圈5。電源模塊優(yōu)選包括多個分別與上助推線圈4、下助推線圈5和脹形線圈6連接的電源子模塊，該電源子模塊包括依次串聯(lián)連接的電源、儲能電容、分壓電阻和控制開關(圖中均未示出)。脹形凸模1、壓邊圈2和凹模3的形狀優(yōu)選為軸對稱的圓筒形、方筒形或錐形，也可以采用不規(guī)則形狀。上助推線圈4和下助推線圈5均優(yōu)選為上下堆疊設置的多層紫銅線圈，每一層均包括多圈水平同心設置的線圈。

該電磁成形裝置使用時，先將待成形的板料9放置在凹模3上，用壓邊圈2將板料9夾持在壓邊圈2和凹模3之間；然后將脹形凸模1放置在板料9上，對脹形凸模1施加下壓力，使板料9被壓入凹模3內(nèi)；向上助推線圈4、下助推線圈5和脹形線圈6通電，使其產(chǎn)生電磁力，板料9的法蘭部91向凹模3內(nèi)流動并擠壓板料9筒壁的材料向板料圓角92處流動，完成筒形件圓角的成形。

該電磁成形裝置通過上助推線圈4、下助推線圈5產(chǎn)生電磁力來提高板料9法蘭部91材料的流動性，使板料9法蘭部91的材料流入板料圓角92處，通過脹形線圈6產(chǎn)生電磁力使板料圓角92處小圓角成形，如此，實現(xiàn)了對筒形件小圓角處的控形，降低了圓角處材料的減薄率，大大提高了零件的使用性能。

實施例2：

如圖4、圖5和圖6所示，一種本發(fā)明的筒形件圓角的電磁成形裝置，該電磁成形裝置主要包括脹形凸模1、壓邊圈2和凹模3，脹形凸模1與凹模3相匹配，壓邊圈2活動設置在凹模3的上方，用于將待成形的板料9壓緊在凹模3上，壓邊圈2的下側嵌設有上助推線圈4，凹模3的上側對應上助推線圈4的位置處嵌設有下助推線圈5，脹形凸模1的底部圓角處嵌設有脹形線圈6，脹形線圈6沿脹形凸模1的底部圓角呈弧形設置，電磁成形裝置還包括至少一個為上助推線圈4、下助推線圈5和脹形線圈6供電的電源模塊。

本實施例中，脹形凸模1為曲面凸模，脹形線圈6優(yōu)選為多圈橫截面為圓形或矩形的紫銅線圈，該多圈線圈沿脹形凸模1的底部輪廓呈倒塔形布置。優(yōu)選在壓邊圈2的下側嵌設多組上助推線圈4，在凹模3的上側嵌設多組分別與上助推線圈4位置對應的下助推線圈5。電源模塊優(yōu)選包括多個分別與上助推線圈4、下助推線圈5、脹形線圈6連接的電源子模塊，電源子模塊包括依次串聯(lián)連接的電源、儲能電容、分壓電阻和控制開關(圖中均未示出)。脹形凸模1、壓邊圈2、凹模3的形狀優(yōu)選為軸對稱的圓筒形、方筒形或錐形，當然也可以是其他不規(guī)則的形狀。上助推線圈4和下助推線圈5均優(yōu)選為上下堆疊設置的多層紫銅線圈，每一層均包括多圈水平同心設置的線圈。

該電磁成形裝置使用時，先將待成形的板料9放置在凹模3上，用壓邊圈2將板料9夾持在壓邊圈2和凹模3之間；然后將脹形凸模1放置在板料9上，并對脹形凸模1施加下壓力，使板料9被壓入凹模3內(nèi)；再向上助推線圈4、下助推線圈5和脹形線圈6通電，使其產(chǎn)生電磁力，板料9的法蘭部91向凹模3內(nèi)流動并擠壓板料9筒壁的材料向板料圓角92處流動，完成筒形件圓角的成形。

與實施例1的電磁成形裝置相比，本實施例的脹形凸模1采用曲面凸模。平底凸模拉深時，平底凸模底部所對應的板料9在拉深和線圈放電過程中均不會發(fā)生明顯變形。而采用曲面凸模拉深，可以使板料9底部先發(fā)生脹形。當脹形線圈6、上助推線圈4和下助推線圈5共同放電時，板料9底部的曲面材料會向板料圓角92處填充，有利于更好地抑制板料圓角92處的材料過渡減薄，進一步實現(xiàn)對筒形件小圓角處的精確控形，提高零件的使用性能。

實施例3：

如圖7至圖11所示，一種本發(fā)明的筒形件圓角的電磁成形裝置，該電磁成形裝置主要包括脹形凸模1、壓邊圈2和凹模3，脹形凸模1與凹模3相匹配，壓邊圈2活動設置在凹模3的上方，用于將待成形的板料9壓緊在凹模3上，壓邊圈2的下側嵌設有上助推線圈4，凹模3的上側對應上助推線圈4的位置處嵌設有下助推線圈5，脹形凸模1的底部圓角處嵌設有脹形線圈6，脹形線圈6沿脹形凸模1的底部圓角呈弧形設置，電磁成形裝置還包括至少一個為上助推線圈4、下助推線圈5和脹形線圈6供電的電源模塊。

脹形凸模1為曲面凸模，脹形線圈6優(yōu)選為多圈橫截面為圓形或矩形的紫銅線圈，該多圈線圈沿脹形凸模1的底部輪廓呈倒塔形布置。該電磁成形裝置還包括一個預拉深凸模7，該預拉深凸模7為平底凸模，預拉深凸模7的底面嵌設安裝有拉深線圈8，該拉深線圈8不設置在預拉深凸模7的圓角處。拉深線圈8優(yōu)選為上下堆疊設置的多層紫銅線圈，每一層均包括多圈水平同心設置的橫截面為圓形或矩形的線圈。優(yōu)選在壓邊圈2的下側嵌設有多組上助推線圈4，在凹模3的上側嵌設有多組分別與上助推線圈4位置對應的下助推線圈5。電源模塊優(yōu)選包括多個分別與上助推線圈4、下助推線圈5、脹形線圈6和拉深線圈8連接的電源子模塊，該電源子模塊包括依次串聯(lián)連接的電源、儲能電容、分壓電阻和控制開關(圖中均未示出)。脹形凸模1、壓邊圈2、凹模3和預拉深凸模7的形狀優(yōu)選為軸對稱的圓筒形、方筒形或錐形，當然也可以是不規(guī)則的形狀。而上助推線圈4和下助推線圈5均優(yōu)選為上下堆疊設置的多層紫銅線圈，每一層均包括多圈水平同心設置的線圈。

該電磁成形裝置使用時，先將待成形的板料9放置在凹模3上，用壓邊圈2將板料9夾持在壓邊圈2和凹模3之間；對預拉深凸模7施加下壓力，使板料9被壓入凹模3內(nèi)；同時給上助推線圈4、下助推線圈5和拉深線圈8通電，使其產(chǎn)生電磁力，板料9的法蘭部91向凹模3內(nèi)流動并擠壓板料9筒壁的材料向預拉深凸模7的下部流動，使板料9形成拋物線形狀；將上助推線圈4、下助推線圈5和拉深線圈8斷電，取出預拉深凸模7，然后將曲面的脹形凸模1放置在板料9上，同時給上助推線圈4、下助推線圈5和拉深線圈8通電，板料9的法蘭部91繼續(xù)向凹模3內(nèi)流動并擠壓板料9筒壁的材料向板料圓角92處流動，完成筒形件圓角的成形。

與實施例1和實施例2相比，本實施例的電磁成形裝置采用兩套凸模(平面的預拉深凸模7和曲面的脹形凸模1)，預拉深凸模7和曲面的脹形凸模1中分別設置拉深線圈8和脹形線圈6。整個成形過程包含兩次線圈放電階段，兩次線圈放電均包含上助推線圈4、下助推線圈5放電。有利于提高板料9的法蘭部91和底部材料的流動性，更進一步降低板料9變形區(qū)域的厚度減薄，實現(xiàn)筒形件成形的精確控形，更進一步提高零件的使用性能。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。