[发明专利]一种大型零件的电磁分级成形方法及成形装置

说明书

本发明的大型零件的电磁分级成形方法及成形装置，方法包括S1：设置平移路径；S2：设置成形模具；S3：将零件置于平移路径上；S4：将零件设置多个待变形区；S5：对零件施加径向电磁力和轴向电磁力，使零件的第一个待变形区向成形模具挤压成形；S6：将零件的后续待变形区拉直；S7：对零件施加径向电磁力和轴向电磁力，使零件向成形模具挤压成形；S8：保持步骤S6至步骤S7循环进行，直到待变形区成形完成；S9：对零件进行校形。装置包括成形模具、压板和托板，压板和托板之间形成平移路径，压板和托板上均设置有径向侧推线圈，零件上方设有多个轴向推力线圈。该发明具有成型均匀稳定、适用范围广、成形精度高的优点。

技术领域

本发明主要涉及材料塑性加工的高速率成形技术领域，尤其涉及一种大型零件的电磁分级成形方法及成形装置。

背景技术

随着航空航天等高新技术产业的迅速发展，先进飞机、航天器、火箭及导弹中迫切需要采用结构效益十分显著的大型整体薄壁壳体，以减轻质量、提高运载器承载能力极限和航程等整体性能。大型壳体构件目前常用的塑性成形方法主要有：(1)旋压成形，该工艺是目前针对大型回转体薄壁零件塑性加工最为有效的办法。成形过程属于连续局部逐点变形，零件成形抗力小；但大型零件的依旧需要大尺寸、大吨位的旋压设备。并且成形过程容易出现鼓包、破裂等缺陷。为了抑制破裂和起皱，成形过程往往需要多道次旋压，并且需要多次退火工艺，成形工艺复杂；(2)板料充液拉深，该方法利用液体作为成形传力介质代替刚性凹模传递载荷，利用液池内液体受到压缩产生相对压力使毛坯贴紧在凸模上，形成凸模形面所约束的形状。文献“板材液压成形技术与装备新进展”中提到，哈尔滨工业大学正在研制世界最大吨位的“150MN双动板料液压成形装备”，整个装备高度达高度19.5m，工作台面尺寸为4.5m×4.5m。在考虑压边的情况下，该装备能够加工零件的最大尺寸在3.5～4m。但整个设备巨大，并且也难以实现直径4m以上零件的成形；(3)单点渐进成形。该方法通过工具头按照“轨迹”运动，生成表面轮廓。由于是工具头与零件单点接触，成形设备吨位小。但导致板料呈现整体的变薄成形，容易开裂。

电磁成形是一种利用脉冲磁场力对金属工件进行高速加工方法，研究表明：材料在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，并把这种较高成形性的现象称为“高塑性”。但一般的平板电磁脉冲成形工艺，放电线圈处于一个固定位置，其尺寸要与模具的大小一致，通过一次放电使金属板料发生胀形，并最终成形为一个锥形零件。

在文献号为CN104785621A的专利“一种大型薄壁件的拉形和电磁复合渐进成形方法及装置”中，李建军、崔晓辉等提出了先采用拉形工艺，然后采用小线圈按照3D移动轨迹渐进式放电实现零件的成形方法。但该方法存问题：(1)小线圈需要在一层旋转，并对局部小区域多次放电，这导致线圈正对板料区域的变形量和相邻两次线圈放电位置的重叠区域所对板料的变形量往往不一致，会在板料上出现局部的凹坑和凸起，导致同一层板料的变形均匀性较差，并造成整体成形质量不高；(2)由于放电次数多，成形效率低下。

在文献号为CN108097794A的专利“一种电磁渐进预成形和旋压精整形的复合工艺方法”中，黄亮等提出先采用小线圈渐进式放电，实现零件的预变形。然后采用旋压工艺对零件进行整形。与文献号为CN104785621A的专利“一种大型薄壁件的拉形和电磁复合渐进成形方法及装置”相似，渐进式放电会导致成形效率低下，并且每一层板料都会出现局部的凹坑和凸起。这种不均匀变形是难以通过旋压成形工艺完全整形。