[发明专利]一种低温冷却控制下的金属板材电磁成形装置及方法

说明书

本发明公开了一种低温冷却控制下的金属板材电磁成形装置及方法，涉及材料成形技术领域，包括电磁成形放电控制系统、冷却成形系统以及冷却控制系统，冷却成形系统包括压边圈和模具，压边圈内设置有放电线圈，电磁成形放电控制系统与放电线圈电连接，电磁成形放电控制系统用于对放电线圈放电，压边圈设置有第一冷却室和/或模具设置有第二冷却室，第一冷却室和/或第二冷却室和/或模具的型腔与冷却控制系统连通，第一冷却室和/或第二冷却室和/或模具的型腔用于冷却待成形板材，冷却控制系统用于控制待成形板材的冷却温度。本发明能够解决难成形板材局部特征的成形问题及低温电磁成形过程中板材低温冷却控制问题。

技术领域

本发明涉及材料成形技术领域，特别是涉及一种低温冷却控制下的金属板材电磁成形装置及方法。

背景技术

随着航空航天等高端制造业的发展，对高强轻质结构件的应用越来越多，因而其成形技术要求越来越高，特别是针对一些室温下难成形金属材料(如2219铝合金、2195铝合金等)的生产与制造。由于难成形材料普遍塑性差，室温下成形复杂薄壁零件容易产生裂纹。其中旋压成形、液压胀形等方法虽然能够在室温下提高材料成形极限，但这些方法设备成本高，工装结构复杂，工艺柔性不高，不便于对大尺寸构件的局部特征进行成形。采用对板材加热的方式虽然能提高金属板材的成形性能，但是热效应会对构件的成形质量和性能造成不利影响，尤其对于大尺寸曲面构件的加热与温度均匀性控制比较难，会造成构件力学性能恶化，影响服役性能。与传统的成形方式相比，电磁脉冲成形(电磁成形)方法工装模具结构简单，工艺柔性高，容易实现构件的局部特征成形，且成形周期短，成本低，工艺绿色环保。但电磁脉冲成形对材料成形性能提升有限，对难成形材料难以符合实际产品技术要求，而热复合电磁脉冲成形，高温会破坏线圈结构及绝缘性能，造成线圈失效，不利于实际生产与制造。研究发现，大多数铝合金材料在低温条件下其塑性提升，并且某些铝合金如Al2219-T6在低温下进行高速率成形其塑性会得到进一步提升，从而使得对板材在低温下进行电磁脉冲成形能够进一步提升金属材料的成形性能，使得低温电磁成形具有较好的应用前景，因此针对电磁成形过程中板材的低温度冷却结构和控制系统进行了发明设计。

发明内容

本发明的目的是提供一种低温冷却控制下的金属板材电磁成形装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，结合了金属板材在低温下增塑效应及电磁高速率成形增塑的优势，能够较好地解决大型难成形板材局部特征的成形问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种低温冷却控制下的金属板材电磁成形装置，包括电磁成形放电控制系统、冷却成形系统以及冷却控制系统，所述冷却成形系统包括压边圈和模具，待成形板材设置在所述压边圈和所述模具之间，所述压边圈内设置有放电线圈，所述电磁成形放电控制系统与所述放电线圈电连接，所述电磁成形放电控制系统用于对所述放电线圈放电，所述压边圈设置有第一冷却室和/或所述模具设置有第二冷却室，所述第一冷却室和/或所述第二冷却室和/或所述模具的型腔与所述冷却控制系统连通，所述第一冷却室和/或所述第二冷却室和/或所述模具的型腔用于冷却待成形板材，所述冷却控制系统用于控制待成形板材的冷却温度。

优选地，所述电磁成形放电控制系统包括变压器、整流器、充电电阻、电容器和放电电阻，所述变压器、所述整流器、所述充电电阻和所述放电电阻依次电连接，所述变压器与所述放电线圈的一端连接，所述放电电阻与所述放电线圈的另一端连接，所述电容器的一端与所述充电电阻和所述放电电阻之间的导线连接，所述电容器的另一端与所述变压器和所述放电电阻之间的导线连接。

优选地，所述变压器和所述电容器之间设置有充电开关，所述放电电阻和所述放电线圈之间设置有放电开关。

优选地，所述放电线圈与待成形板材接触，所述放电线圈为平板线圈，所述放电线圈包括线圈骨架和线圈导线，所述线圈导线缠绕在所述线圈骨架上。