[发明专利]一种筒形件圆角的电磁成形装置及成形方法

说明书

本发明公开了一种筒形件圆角的电磁成形装置及成形方法，该电磁成形装置包括胀形凸模、压边圈和凹模，胀形凸模与凹模相匹配，压边圈活动设置在凹模的上方，用于将待成形的板料压紧在凹模上，压边圈的下侧嵌设有上助推线圈，凹模的上侧对应上助推线圈的位置处嵌设有下助推线圈，胀形凸模的底部圆角处嵌设有胀形线圈，胀形线圈沿胀形凸模的底部圆角呈弧形设置，电磁成形装置还包括至少一个为上助推线圈、下助推线圈和胀形线圈供电的电源模块。该电磁成形装置可降低零件圆角区域的壁厚减薄率、提高零件难变形部位的成形性能、实现筒形零件的小圆角半径尺寸成形。

技术领域

本发明涉及材料塑性成形技术领域，具体涉及一种筒形件圆角的电磁成形装置及成形方法。

背景技术

在传统冲压成形中，铝合金的变形性能较差，主要表现在两个方面：1)冲压成形时金属流动不均，容易产生起皱、破裂等缺陷。这造成传统冲压工艺得到的铝合金成形极限远低于钢材；2)铝合金的弹性模量只有钢材的1/3。这导致零件卸载后的回弹量远大于钢材，并难以控制成形精度。

为了提高铝合金零件的成形性能，目前主要由两种方法：1)温热成形。金属材料在高温下往往会表现出较好的塑性变形能力，但温热成形方法会大幅增加设备成本，并且会对铝合金材料表面涂层造成一定程度的损害；2)电磁脉冲成形，该方法利用脉冲磁场力对金属工件进行高速加工。研究发现：铝合金材料在脉冲磁场力高速变形条件下能够获得高于传统冲压加工下的成形性能。但传统的电磁脉冲成形技术，线圈放电结束后，工件会在惯性力作用下高速变形，这种变形方式难以控制板料的成形精度和实现零件难变形区域的变形。

为了利用高速率变形能提高铝合金成形性能的优势，并同时实现铝合金零件难变形区域的精确控形制造。电磁脉冲辅助冲压(Electromagnetically assisted sheetmetal stamping，EMAS)技术得到国内外学者的高度重视。该方法将电磁脉冲成形的优势与普通冲压成形工艺结合。

在文献“A hybrid quasi-static/dynamic process for forming large sheetmetal parts from aluminum alloys”中，美国Ohio州立大学的V.J.Vohnout和G.S.Daehn选择通用汽车Chevy Cavalier的AA6111-T4铝合金车门内板进行电磁脉冲辅助成形实验研究。首先采用普通冲压技术得到零件的大致变形轮廓，然后用嵌入到冲头里的电磁线圈成形工件的难变形部位(尖角、棱线等)，以达到需要的形状。与传统冲压工艺相比，电磁脉冲辅助冲压能够有效控制工件局部区域的成形能量、改善应变分布、提高成形极限、加工柔性和精度。

在文献“5052铝合金板材磁脉冲辅助冲压成形变形行为及机理研究”中，国内哈尔滨工业大学的刘大海等提出了采用电磁辅助成形工艺来实现小圆角半径筒形零件的成形。该工艺的思路为：首先采用圆角半径较大(R8)的凸模成形出具有较大底部圆角的筒形件轮廓，然后再采用嵌有线圈的模具结构对底部圆角部位放电再成形。与普通冲压相比，磁脉冲辅助成形工艺能显著改善底部圆角成形问题，得到普通拉深方法难以得到的小圆角半径(R5)筒形件，提高了材料的成形性。但是该工艺并不能实现圆角周边材料的塑性流动。那么当电磁线圈放电后，圆角区域主要发生的是胀形减薄变形。从实验结果可以发现，预成形后底部圆角的最大壁厚减薄率为15％，而放电后的壁厚减薄率为38.8％。

零件壁厚减薄率越大，板料的承载能力降低，使用过程中零件发生破裂的机会就越大。如何实现更小圆角半径的成形，提高铝合金零件难变形部位的精确控形，同时又抑制零件圆角区域的壁厚减薄率，提高零件的服役性能是材料塑性成形领域亟需解决的现实问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种可降低零件圆角区域的壁厚减薄率、提高零件难变形部位的成形性能、实现筒形零件的小圆角半径尺寸成形的筒形件圆角的电磁成形装置及成形方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：