[发明专利]一种铝合金板材小直径翻边孔的磁脉冲成形装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属板材小直径翻边孔的磁脉冲成形装置及方法，属于金属板材零件塑性成形制造领域。

背景技术

为了改善大气环境，节能降耗是制造业可持续发展必须要遵循的原则，而结构和材料的轻量化的一种必然途径。由于比强度高的特点，在先进汽车制造业中，高强度铝合金、镁合金等轻质合金板材应用越来越多，而在航空航天制造业中，铝合金更是大量的应用在各种运载火箭及飞机上。航天航空器上常用的框架结构，有许多位置需要对孔进行翻边，一方面在减重的同时提高结构刚度，另一方面为管路焊接做准备，用对接焊缝代替T型结构，提高焊缝的强度、韧性和服役寿命。对于大直径的、直边高度小的铝合金板材圆孔翻边，根据一般的冲压成形理论，加工难度不高，经过几道次的钢模成形，再辅以相邻道次之间的退火热处理，就可达到成形目的。而对于小直径的圆孔翻边，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。

磁脉冲成形具有加载速率高、模具简单、成形精度高等技术优点，在铝合金板材、管材成形方面有显著的技术优势。基于常规的平板螺旋线圈，磁脉冲成形已经被用于铝合金板材100～150mm直径圆孔的翻边成形，只需一次放电成形，无需多道次热处理工序，因此，加工效率大大提高。但是，受螺旋形平板线圈结构限制，在进行小直径翻边孔成形时，线圈结构极易破坏，因此，在非生产条件下，常用一次性线圈进行小孔翻边成形。然而，由于高强冲击力破坏了线圈结构，匝线拉断，常伴随翻边孔零件表面的烧蚀和划伤。这种现象是不能被高标准要求的新型汽车和航空航天制造所能接受的。因此，常规的基于螺旋线结构的平板线圈和一次性线圈的磁脉冲成形方法不能满足铝合金小直径翻边孔成形的需求，尤其是铝合金厚板的情况下。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝合金板材小直径翻边孔的磁脉冲成形装置及方法，以解决现有磁脉冲成形技术对铝合金板材进行翻边孔成形，存在线圈寿命低、被加工件易损伤以及采用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的问题。本发明基于柱状集磁器和螺线管线圈实现铝合金板材小直径翻边孔的磁脉冲成形。

本发明为实现上述目的采取的技术方案是：

一种铝合金板材小直径翻边孔的磁脉冲成形装置，它包括磁脉冲控制电路、上压板、集磁器限位环、柱状集磁器、定位环、翻边凹模、底板及螺线管线圈；所述螺线管线圈包括线圈骨架及线圈匝线，线圈匝线缠绕成螺旋圆柱状灌封在线圈骨架内，翻边凹模固定在底板上端面，定位环的外侧壁设有环形平台，环形平台将定位环分成上下两段，定位环的下段设置在翻边凹模内，定位环的上段设置在柱状集磁器内，集磁器限位环设置在柱状集磁器上端面，螺线管线圈套设在柱状集磁器和集磁器限位环的外侧壁上，集磁器限位环、柱状集磁器、螺线管线圈、定位环及翻边凹模同轴设置，柱状集磁器的侧壁沿其轴向开有与内腔相通的纵缝；上压板设置在集磁器限位环及线圈骨架上端面；磁脉冲成形前，将所述铝合金板材设置在翻边凹模与线圈骨架之间，铝合金板材中部设有与翻边凹模同轴的预制孔，环形平台设置在铝合金板材的预制孔内，与铝合金板材对应的柱状集磁器下端面称为柱状集磁器的工作区；磁脉冲控制电路的一个输出端穿过线圈骨架与线圈匝线的一接线端相连，线圈匝线的另一接线端从线圈骨架内伸出，并与磁脉冲控制电路的另一个输出端相连。

一种利用磁脉冲成形装置实现铝合金板材小直径翻边孔的的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：根据磁脉冲成形工艺原理，对电容器组充电，当电容器组被充电到3～20kV时，则断开由高压变压器、整流器、限流电阻器及电容器组组成的充电电路；

步骤二：高压开关闭合，储存在电容器组中的电能通过引线对线圈匝线放电，由于线圈匝线的电流具有瞬时衰减震荡的特性，根据电磁感应定律和集肤效应，在柱状集磁器外壁表层产生20～200kA感应电流，感应电流沿柱状集磁器外壁表层和侧壁上的纵缝流入到柱状集磁器的工作区表面，此感应电流对应的变化磁场在置于柱状集磁器工作区下面的铝合金板材的上表面产生感应电流，此感应电流和被约束在柱状集磁器与铝合金板材间隙内的增强磁场相互作用，产生沿轴向向下的、作用于铝合金板材待成形区的脉冲磁场力，在此脉冲磁场力作用下，待成形区向下以30～100m/s的高速率运动和变形，直到与翻边凹模冲击接触，从而得到成形后的铝合金翻边孔零件。