[发明专利]铝合金曲面零件电磁复合成形方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于机械工程领域，具体为铝合金曲面零件电磁复合成形方法及装置。主要用于提高铝合金曲面零件的成形精度，解决铝合金曲面零件模具设计困难的问题。

背景技术

随着汽车、航空航天等制造业结构轻量化的发展趋势，铝合金等高强度低密度材料应用日益增加。但铝合金板材成形的一个重要难题就是成形精度的控制，其中弯曲成形最突出的问题是弯曲件回弹的精确控制。因为即使同牌号、同批次的铝合金板材，由于材料组织的不均匀性所导致其性能的变化及成形工艺条件的波动，均会引起弯曲件回弹量的较大变化，从而在卸载后使弯曲件的形状和尺寸与所要求的形状和尺寸不符。

由于空气动力学以及外观等因素越来越被汽车、飞机制造业所重视，因此其表面覆盖件和蒙皮件开始大量的被设计成曲面流线形。这种空间结构的曲面成形件的回弹控制要比普通的弯曲件复杂的多，通过工艺控制法可以在一定程度上减小工件回弹量，但由于缺乏必要的理论指导，往往需要大量的现场试验，加之工艺调节还要重点考虑对起皱和拉裂的控制，所以往往不能取得满意的回弹控制效果。对于铝合金等轻质金属的曲面零件，在实际生产中很容易出现破裂、起皱、回弹等缺陷，这大大影响了产品制件的成形精度和外观。一方面，这些材料本身的塑性变形延伸率低，弹性模量小；另一方面曲面不规则，在校形过程中无显式尺寸基准。传统的板料成形模具的设计依赖的是经验和直觉，并且通过反复调试来保证成形的质量。特别是在飞机复杂曲面零件生产制造中，往往采用落锤成形后采用胎模手工校形，不仅需要消耗大量的人力和物力，周期长，效率低，而且零件厚度方向变形不均匀，使用过程中会因局部变薄而失效，不能满足使用需要。因此，研究更好的铝合金板材的曲面弯曲成形工艺成为国内外众多学者的研究目标。

电磁成形可有效改善板材的变形条件，提高变形能力，从而减少或消除回弹。并具有加工能量易于精确控制、成形速度快、成形工件精度高、模具简单、设备通用性强，成形过程无污染等优点，在轻量化材料的成形中有着广阔的应用前景。目前板材电磁成形多采用平面螺旋线圈和板条式线圈，存在磁压力分布不均，线圈效率低等缺陷，这相当程度上限制了平板毛坯电磁成形工艺的应用范围。鉴于此，俄亥俄州立大学的G.S.Daehn教授提出一种平板毛坯均匀压力线圈放电成形新工艺。放电线圈的外面有一个凹形导体通道，它和板料组成了一个封闭的回路。当电容放电时，内部线圈中流过脉冲电流，并在板料和凹形通道组成的回路中诱发方向相反的感应电流(里面的线圈和外面的回路是绝缘良好)。由于强脉冲电磁力的作用，金属板料高速贴模成形。因为感应电流的回路完全环绕线圈，所以磁场能量损失小，效率高，此外，由于线圈同时受到板料和凹形通道的反作用力，所以对线圈的作用力相当于集中在心轴上，这对提高线圈的使用寿命也是有利的。相比于传统平面螺旋线圈及板条线圈，均匀压力线圈的磁压力分布较为均匀，成形效率较高。但上述电磁成形线圈及装置均适合于平板零件的局部成形或浅拉深成形，无法较好的应用于曲面零件的成形。

因此，本发明提出一种铝合金曲面零件的电磁复合成形方法及装置，解决铝合金曲面零件成形精度差，模具设计困难的问题，更好地满足铝合金曲面零件的生产需要。

发明内容

本发明目的是提供一种能够有效提高铝合金曲面零件成形精度的塑性加工方法及装置。一种铝合金曲面零件电磁复合成形方法及装置。

本发明的铝合金曲面零件电磁复合成形方法步骤如下(参见附图)：

(1)将铝合金板坯放置在成形凹模1上；

(2)对电磁成形设备的储能电容进行充电，当充电电压达到成形电压后，断开充电回路；

(3)在压力机的作用下，线圈凸模3将铝合金板坯压入成形凹模1内进行预成形，并保持成形线圈外壳3-3与铝合金板坯法兰边良好接触；

(4)闭合电磁成形放电回路，储能电容通过电缆对电磁成形线圈3-1放电，预成形铝合金曲面零件在电磁力的作用下高速贴模，即得到所需工件。

其中，所述铝合金板坯厚度为0.2～3.0mm。

所述的成形电压根据所需放电能量进行设定，成形电压范围为3～20KV，所需放电能量是：铝合金板坯厚度为0.2～1.0mm时，放电能量值范围为3～40KJ；铝合金板坯厚度为1.0～3.0mm时，放电能量范围值为10～200KJ。工件尺寸越大，所需放电能量越高。

成形电压与放电能量的关系式：E＝1/2×C×V²

式中，E-能量，单位：焦尔(J)；

C-电容(储能电容器电容)，单位：法拉；

V-成形电压，单位：伏特。