[发明专利]一种用于金属板材成形的材料流动性控制方法

说明书

技术领域

本发明属于金属成形制造技术领域，更具体地，涉及一种用于金属板材成形的材料流动性控制方法。

背景技术

金属板材加工过程中（无论是传统的冲压成形，还是包括电磁成形、爆炸成形、电液成形等在内的高速成形技术），两种常见的缺陷是起皱和撕裂。当材料流动不足时，材料将承受过度的拉应力，在局部发生颈缩，进而出现撕裂；而当材料流动过度时，材料发生塑性失稳，出现起皱现象。为抑制起皱，主要的方法是增加压边力，增加压边筋；为抑制撕裂，主要的方法是改善金属板材法兰与凹模、压边圈间的润滑性能，如使用润滑剂。然而，这里抑制起皱和抑制材料撕裂是相互矛盾的：一方面，增加压边力、施加压边筋将导致法兰区域的变形抗力增大，进而增大金属板材传力区的拉应力，增大撕裂的可能性；另一方面，改善法兰区域的润滑性能，减小压边力，可促进材料的流动性能，但同时又将增大金属板材直壁区域起皱的可能性。

归根到底，抑制起皱和撕裂就是要合理地控制材料的流动性能。目前主要有以下三种方法：

（1）变压边力控制方式。根据板材成形过程中起皱和撕裂的不同趋势，在不同的冲程采用不同的压边力，这种方式能够有效控制法兰区域的材料流动，进而避免加工缺陷的产生。然而，变压边力控制方式的成形中，例如冲压成形，其极限拉深比不能太大，特别是铝合金等成形性能较差的材料。其原因在于当成形拉深比较大的金属板材时，金属板材的变形抗力过大，进而导致撕裂的发生，而压边力的存在在法兰区域增加了一横向摩擦阻力，进一步加大了金属板材变形抗力，进而加剧了撕裂的可能性。

（2）施加横向液压力。用于加工成形性能较差的材料或进行大拉深比的拉深成形，一种已有的方案是在法兰最外沿施加横向液压力，即双路径充液拉深。该方法在金属板材法兰最外围施加横向液压力，该横向液压力用以促进材料的流动，通过施加合适的液压力可以有效地提高极限拉深比。然而，该方法只能在金属板材最外围施加横向液压力，且是一表面力，不能实现横向力在法兰区域空间分布的控制。

（3）电磁辅助金属板材冲压（J.Shang,Electromagnetically assisted metal sheet stamping,Journal of Materials Processing Technology,2011,211(5):868～874）。采用电磁成形实现材料流动性的控制，在应变较小的区域附近施加脉冲电磁力以产生额外的变形。例如，在金属板材法兰区域下方的凹模处嵌入电磁线圈，而在此处的压边圈留出一定的空隙，当冲头下压到某一位置时，线圈放电，在金属板材法兰区域形成小鼓包，这一小鼓包使得冲头所施加的静载荷不平衡，进而可以进一步地成形。该方法能有效地改进板件冲压过程中的应变分布，进而有效提高成形深度。然而，当待成形板件尺寸较大时，该方法对成形深度的增加作用有限，即对大拉深比的加工效果还不明显。

综上所述，以上方法均存在固有缺陷，无法很好地实现金属板材成形中材料流动性的柔性控制。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于金属板材成形的材料流动性控制方法，通过在金属板材法兰区域产生空间分布、时序、幅值和方向可调的横向电磁力，实现金属板材成形中材料流动性的柔性、多自由度控制，有效抑制起皱和撕裂，提高极限拉深系数。该方法简单，可广泛用于辅助金属板材加工（传统冲压、电磁成形等）。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于金属板材成形的材料流动性控制方法，其特征在于，利用涡流线圈在金属板材的法兰区域感应涡流，并将产生感应涡流的区域置于含有垂直于板面的轴向磁场分量的磁场中，在涡流与磁场的共同作用下，产生平行于板面的指向凹模型腔或由凹模型腔向外的横向电磁力，该横向电磁力与轴向成形力相互配合，实现对材料流动性的控制。

优选地，包括如下步骤：

（1）将金属板材置于凹模上；

（2）将压边圈置于金属板材上，压边圈内嵌涡流线圈；

（3）利用脉冲电源使涡流线圈内流过脉冲电流，从而在金属板材的法兰区域产生感应涡流的同时，产生垂直于板面的轴向磁场分量，感应涡流与轴向磁场分量共同作用，产生平行于板面的指向凹模型腔或由凹模型腔向外的横向电磁力；

（4）横向电磁力与施加在凹模型腔位置的金属板材上的轴向成形力相互配合，实现对材料流动性的控制。