[发明专利]电磁控制压边力的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及塑性成形领域，具体涉及一种复杂变截面板料成形过程中的利用电磁控制压边力的方法及其控制装置，主要应用于超薄板的微塑性成形领域(如微拉深、微弯曲等)，也适用于宏观塑性成形领域。

发明背景

随着MEMS的飞速发展，市场对微器件的需求越来越大，同时对微器件的加工工艺和加工质量等方面提出了新的要求。随着微器件尺寸的缩小，晶粒尺寸的大小、体表面积比等因素对微器件成形的影响越来越大，因此尺寸效应成为微成形研究的主要对象。在微成形过程中，不仅要考虑尺寸效应，而且其他宏观的工艺参数和工艺也需要调整。在各影响因素中，压边力对成形性能的影响比较大。一般来讲，当压边力过小时，就无法有效地控制材料的流动，板料很容易起皱甚至起不到压边的效果；当压边力过大时，虽然能很好的控制起皱，但由于材料流动性能受到很大抑制，会影响板料的成形质量，且容易产生拉裂现象，并可能导致模具受损，影响模具的使用寿命。在微变截面板成形过程中，需要压边装置产生足够的摩擦抗力，以增加板料中拉应力、控制材料的流动、避免起皱、提高材料的成型性能。对于微变截面板成形工艺而言，成形过程中压边力一般需要根据一定的规律变化。压边力控制曲线的加载模式主要有四种模式：压边力数值恒定模式、压边力数值增加模式、压边力数值减小模式、压边力数值混合模式。其中压边力数值混合模式是变压边力中常用的一种模式。在压边装置中，传统的压边装置主要有弹性压边装置、液压或气压装置。弹性压边装置主要是弹簧和橡胶等，压边力是由大变小的过程，这与实际成形工艺要求正好相反，并且压缩量有限。液压和气压装置的压边力虽然可调，但价格昂贵，并且很难微型化。随着工件的微型化，这些传统压边装置已无法满足实际加工需求。因此，如何对微塑性成形中的压边圈进行力的施加成为一个急需解决的问题。

在微产品和微机电领域中，为了满足某种性能要求、实现轻量化、节省材料、降低价格等需求，微变截面板的应用变的越来越广泛。微变截面板在成形过程中，为了满足各部分成形工艺的需求，需对不同部位施加不同的压边力。在宏观领域的变截面板成形中，常通过液压装置来控制压边圈的压边力，但液压装置很难实现局部变压边，目前通常是通过安装在液压装置上的顶出杆来实现局部变压边，该方法不但难以及时有效的调整变压边力，同时很难在复杂成形中实现各部位的变压边，此外液压系统的微形化也是个比较难的问题，微顶出杆微形化的同时需要保证足够的刚度要求，液压系统要实现提供较小压边力也变的很困难，因此价格会变的相对昂贵。因此如何有效、经济地对微变截面板各成形部位的压边圈根据成形工艺需求施加变压边力也成为一个新的难题。

经检索国内外目前还很难看到针对微塑性成形中，根据各成形工艺的需求对各不同部位压边圈施加变压力的报道。只有针对宏观领域的相关报道，如美国Paul H申请专利：Electromagnetic stylus force adjustment mechanism(电磁触针压力调节机构)，美国专利号4669300，报道了如何根据压边圈受力的变化来调整电磁触针压力的变化，该装置主要是通过电磁力来驱动带有触针的杆件，从而实现对工件外形轮廓的施压，比如对唱片机碟片的施压。该装置的缺陷是不能对整个压边圈施加压力，只能在局部某点处施加压力，并且该装置主要是通过电磁力驱动带有触针的杆件进行移动，而未能真正将电力吸引力应用到压边圈的试压中去。

中国专利号CN 1555936A。介绍了一种变压边力控制拉深成形的组合压边圈装置。该装置通过小顶拄和下顶杆来控制压边力的变化，小顶柱和下顶杆的力是由顶出油缸提供的。该装置的缺点是，虽然能实现压边圈的变压边力，但不能适时根据凸模的运动提供及时的变压边力，只能实现点控制压边力，价格也相对昂贵，并且只适合应用于宏观塑性成形领域。