[发明专利]铝合金曲面零件局部感应加热的电磁渐进成形系统及方法

说明书

本发明属于金属板材成形领域，并公开了铝合金曲面零件局部感应加热的电磁渐进成形系统及方法。该系统包括凹模、移动平台、成形线圈、电磁成形模块和感应加热模块，本发明还公开了该成形系统的成形方法。通过将电磁渐进成形与感应加热相结合，在电磁渐进成形每次放电之前，在相应的放电区域进行局部加热，实现铝合金的温成形，降低电磁渐进成形大型板件的放电电压，同时，采用感应加热对放电区域进行局部加热，致使放电区域材料塑性好，而周围金属仍保持低温状态，材料流动困难，降低了变形区域对已变形区域的影响，由此解决对电磁成形设备要求高，以及成形过程中容易起皱、鼓包和隆起的技术问题，改善变形的均匀性。

技术领域

本发明属于金属板材成形领域，更具体地，涉及铝合金曲面零件局部感应加热的电磁渐进成形系统及方法。

背景技术

对于大型航天航空铝合金曲面零件，传统冲压成形过程中，由于模具制造成本高，且对冲压设备要求高，不适于单件小批量生产；而采用冲压与焊接的分块成形，不但工艺复杂，而且在焊接过程中会产生较大的应力和变形，成形的尺寸精度和性能达不到使用要求。电磁成形作为一种高速率成形工艺，有效的提高了材料成形极限，解决了传统工艺成形下板材成形精度不高、性能不好等一系类问题。但对于尺寸以及板厚较大的板件，电磁成形过程中需要很大的成形电压，对设备要求高，且高的放电电压会导致变形的不均匀性，因此提出了电磁渐进成形工艺，采用低电压、多次放电的方法，成形大型的曲面零件。

对于直径达到Φ700mm、板厚到达3mm的铝合金板件，在实际电磁渐进成形过程中，采用三层线圈成形放电电压为15KV左右，仍需要较大的放电电压，这对放电设备依然有较高的要求，且一次放电板料变形量较小，成形零件所需要的总的放电次数多，成形的效率低。对于直径较大的板件而言，其成形刚度差，在板料电磁渐进凹模成形过程中，由于应力波的作用，放电变形区域会对已变形区域有拉扯作用，导致已变形区域形成起皱、鼓包、隆起，导致零件成形的不均匀性。

铝合金温成形时在300～500℃内塑性较好，采用电磁感应加热，可以提高铝合金的成形性能，且感应加热效率好，非接触式加热保证了铝合金表面质量，对于特定的铝合金板料，感应加热所需功率基本恒定，从而可以精准的确定加热温度，工艺重复性好。但是，对于大型铝合金曲面零件，由于电磁渐进成形工艺较为复杂，所需放电次数多，成形周期长，整体感应加热后电磁渐进成形过程中温度耗散严重，而且整体电磁感应加热装置庞大复杂，所以整体电磁感应加热并不适用于大型曲面零件的电磁渐进成形。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了铝合金曲面零件局部感应加热的电磁渐进成形系统及方法，通过将电磁渐进成形与感应加热相结合，在电磁渐进成形每次放电之前，在相应的放电区域进行局部加热，实现铝合金的温成形，降低电磁渐进成形大型板件的放电电压，同时，采用感应加热对放电区域进行局部加热，致使放电区域材料塑性好，而周围金属仍保持低温状态，材料流动困难，降低了变形区域对已变形区域的影响，由此解决对电磁成形设备要求高，以及成形过程中容易起皱、鼓包和隆起的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种铝合金曲面零件局部感应加热的渐进成形系统，该系统包括凹模、移动平台、成形线圈、电磁成形模块和感应加热模块，其特征在于，

所述电磁成形模块与所述成形线圈连接，用于实现所述成形线圈的充电和放电过程，所述成形线圈与所述移动平台连接，且设置在所述凹模的上方，用于对待成形铝合金板材进行电磁成形；

所述感应加热模块与所述成形线圈连接，该感应加热模块给所述成形线圈通入交变电流，并通过电磁感应在待成形铝合金板材中产生局部涡流，由此待成形铝合金板材中产生焦耳热，从而实现待成形铝合金板材的局部感应加热，此外，所述电磁成形模块与感应加热模块并联，所述电磁成形模块进行充电的同时，所述感应加热模块通过成形线圈对待成形铝合金板材实施局部加热。

优选地，所述成形线圈优选采用多层平板线圈。