[发明专利]一种柔性板料电磁成形系统

说明书

本发明公开了一种柔性板料电磁成形系统，包括电磁成形机、板料电磁成形机器人控制装置、板料夹持装置和集成控制系统；所述集成控制系统分别与电磁成形机、板料电磁成形机器人控制装置连接；所述板料夹持装置设置在板料电磁成形机器人控制装置前方，并将待加工板料定位夹紧。首先板料夹持装置夹持待成形板料；机器人控制系统控制机械臂运动，将集磁器前端针对待成形部位，其轴线与待成形部位外法线方向一致且保持与板料间合理的初始距离；电磁成形控制系统控制电磁成形机充电并放电进行板料电磁成形。最后重复上述步骤按预先设定的成形路径进行板料的依次逐点电磁成形。本发明还具有结构简单、操作方便、容易实施、且能实现柔性的板料成形等优点。

技术领域

本发明涉及材料加工成形技术领域，尤其涉及一种柔性板料电磁成形系统。

背景技术

电磁成形是一种利用电磁力对金属材料进行高速率成形的加工方法，成形时在线圈中通过一瞬时的脉冲电流产生一瞬时的脉冲强磁场，从而在对应的工件中产生涡流，然后相互作用产生洛伦兹力，实现金属材料高速成形加工。因为在成形过程中载荷是以脉冲的方式作用于毛坯，因此又称为磁脉冲成形。

电磁成形基本原理是楞次定律，即通过随时间变化的磁场在金属工件内感应一个抵抗磁场变化的涡流，两者相互作用，瞬间产生一个巨大的电磁力，使金属工件变形。典型电磁成形系统如图1所示，其成形过程：首先通过充电系统对电容器组进行充电，将电能储存在电容器中，随后闭合放电开关，电容器组、线圈及线路构成一个RLC震荡电路，从而在线圈中产生一个瞬时的交变大电流。该电流产生一个强大的脉冲磁场，进而在工件中激发出感应涡流，感应涡流与磁场相互作用产生强大的排斥力，驱动工件变形。

电磁成形装置主要由三个部件构成：电源系统、成形线圈、控制系统。

电源系统：电源系统需要在极短时间内提供足够的能量以产生足够强大的电磁力驱动工件变形，是电磁成形设备的能量源。

成形线圈：电磁成形线圈是将电源系统中的电磁能转化为工件动能的关键部件，其磁场大小和磁场位形直接影响待成形工件的受力大小和受力分布，最后直接影响加工成形效果。

控制系统：控制系统是电磁成形装置的重要组成部分，对成形过程及充放电时间、电压等工艺参量进行控制。

相比于传统金属成形工艺，电磁成形具有以下一些优点：

1)高应变率：整个成形过程一般在几百微秒到几个毫秒左右，成形速度一般超过300m/s。电磁成形的高应变率特性，可显著提高材料的塑性变形能力和变形均匀性，有效减少零件回弹，并抑制材料起皱。

2)非接触：电磁成形磁场为介质对工件施加作用，变形过程不与工件发生接触，成形工件表面完整性髙，疲劳寿命大幅提髙。

3)单模具：电磁成形一般只需要单独的凸模或凹模，工装要求简单，装备柔性强，可适应多种规格零件的加工制造。

4)电塑性效应：电磁成形中，金属材料在电的作用下(电流、电场或者电子照射等)的变形行为与常规变形行为不同，其微观结构会发生变化，这些变化可以降低金属变形过程中的流动应力，大幅度提高材料的成形极限即产生电塑性效应。

5)工艺重复性好：与其他高速成形技术(如爆炸成形，电液成形等)相比，电磁成形中的磁脉冲强度能够准确控制，易于实现机械化、自动化，重复性好、稳定度高。

由于电磁成形存在的工艺特点，该工艺在管坯成形、板坯成形、体积成形及粉末成形等领域都得到应用。