一种基于单脉冲电源的板件压花成形方法及装置与流程

[0001]
本发明属于金属成形制造领域，特别涉及一种基于单脉冲电源的板件压花成形方法及装置，主要用于成形金属材料的凹槽、花边等。


背景技术：

[0002]
传统金属材料的压花成形多采用冲压成形技术，而冲压成形技术利用上方的冲头和下方的成形模具在一瞬间利用机械力冲击成形。此种方案下金属工件由于成形所需要的模具成本高昂，且由于冲头的存在导致表面质量较差，影响工件的使用寿命，甚至会造成金属工件破裂。而电磁力属于非接触力，可直接避免因冲头导致的表面质量问题，利用脉冲电磁力可有效的提高金属材料的成形极限，减少起皱。
[0003]
现有的此类板件成形技术，主要是以传统冲压成形为主，方法比较单一。无论是传统冲压成形技术还是与脉冲电磁力相结合的技术都存在下列不足：1、目前实际的工艺制造技术，采用冲压等手段，虽然成形质量高，但冲压设备较大，对设计者和制造者要求较高，且板件存在起皱、受力分布不均匀、板件壁厚减薄量不一致等缺点；2、少量与脉冲电磁力相结合的方案，则存在成本较高，制造难度较大、周期较长，对制造者存在较高的要求等缺点。3、一个工件对应一个模具，而较高的开模成本，对于单件、小批量的生产有巨大的限制。4、已有的一些技术方案主要以一步成形为主，易造成成形效果不均匀，合格率较低，导致经济效益低。并且在此类电磁成形方案之中，单线圈单电源的方案，有效的避免了多级脉冲电流带来的线圈过热的问题，同时也避免了应用多个线圈带来的板件上由于涡流竞争所带来的一些成形缺陷。


技术实现要素：

[0004]
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于单脉冲电源板件压花成形方法及装置，在成形方式上完全采用脉冲电磁力，利用单脉冲电源与单线圈完成整个成形过程。
[0005]
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种本发明提出了一种基于单脉冲电源的金属板件压花成形装置。
[0006]
一种基于单脉冲电源的金属板件压花成形装置，包括单脉冲电源放电系统、成形线圈、金属板件、压边模块和约束模块；其中所述单脉冲电源放电系统对所述成形线圈进行放电，所述成形线圈置于金属板件待成形区域的上方，并且可平行于金属工件上方移动，所述压边模块将金属工件两端固定，所述约束模块对金属板件的待成形区域的上端和下端进行约束，辅助金属板件发生特定形变。
[0007]
该装置将所述放电线圈置于金属板件待成形区域的上方，采用所需单脉冲电源放电系统对所述成形线圈进行放电；将一整个波浪式起伏看作是金属板件的一次完整成形，并把一次完整的成形过程分为两个成形区域部分：第一部分和第二部分，首先在第一部分成形时触发短脉宽电流，通过所述单脉冲电源对所述线圈进行放电产生脉冲电流，脉冲电
流产生脉冲磁场，从而在板件上产生感应涡流，涡流与磁场共同作用产生向下的电磁力，促使金属板件发生向下的形变，形成下凹式成形，当第一部分成形完成之后，移动所述线圈至第二部分待成形区域，此时在所述待成形区域上方两端和下方加上约束模块，再次触发短脉宽电流，由于约束条件的存在，板件不能发生向下的形变或板件发生向下的形变量很小，由于约束模块使板件不产生向下的形变，并给予板件抗衡变形的力，当短脉宽电流处于下降沿时，由于电流的减小，板件上的感应涡流反向，板件在瞬间受到的向下的力消失并产生部分微弱的向上的力，使板件发生向上的形变，从而形成上凸式成形。重复上述过程，多次移动放电线圈，使金属板件产生规律的压花形变。
[0008]
优选的，所述单脉冲电源放电系统为短脉宽电流触发电路，该电路部分由第一电阻rd1、整流二极管d1、电容器组c1、第二电阻r1、电感l1、开关s1组成，所述第一电阻rd1的一端连接二极管d1的阳极、另一端连接所述电容c1的一端以及所述第二电阻r1的一端、所述整流二极管d1的阴极连接所述电容c1的另一端以及所述开关s1的一端，所述第二电阻的另一端连接所述电感l1的一端，所述电感l1的另一端连接所述成形线圈的一端连接，所述开关s1的另一端连接所述成形线圈另一端连接，以对所述成形线圈进行脉冲放电。
[0009]
优选的，所述成形线圈为螺线管线圈。
[0010]
按照本发明的一个方面，提供了一种本发明提出了一种基于单脉冲电源的金属板件压花成形方法。
[0011]
基于单脉冲电源的金属板件压花成形装置的成形方法，包括以下步骤：
[0012]
步骤1：将一块铝合金板件，做退火预处理操作；
[0013]
步骤2：适配几何形状的线圈骨架，再利用绕线机缠绕成形线圈，后利用柴龙纤维进行层间加固以及外部固定；
[0014]
步骤3：利用压边模具压紧金属板件后利用液压设备将板件以及压边模具固定，从而确保板件法兰区域不发生轴向运动；
[0015]
步骤4：根据板件厚度及放电能量大小选择合适数目的电容器，组装连接短脉宽电容器组脉冲电源发生装置；
[0016]
步骤5：通过另一组计算机对线圈的位移大小进行设计，按照需求的不同可以移动不同间距；
[0017]
步骤6：放电系统对成形线圈放电，在第一部分形成第一组向下的压花模型；
[0018]
步骤7：将所述成形线圈移动预设距离，在第二部分待成形板件的两端和下方同时加上约束模块，再次触发放电系统，在短脉宽电流处于下降沿的时候形成向上凸起的压花模型，其中，下方的约束模块是为了约束板件在洛伦兹力作用下产生向下的形变，上方两端的约束模块是为了防止板件由于不能向下形变而产生向上的形变；
[0019]
步骤8：待一整组的波浪式压花形变完成后，再次将成形线圈移动预设距离，重复上述过程，直至得到所需大小的波浪式压花板件。
[0020]
优选的，所述线圈为4
×
10＝40匝，截面为1mm
×
4mm。
[0021]
优选的，所述电容器为40～160μ
f
的电容器组,电容器电压为12kv。
[0022]
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，优点在于：
[0023]
1、本发明仅使用一套短脉冲电源，通过在成形区域两端添加约束的方式便实现了板件向下或向上的变形，通过多次渐进放电的方式即可在金属板件上产生波浪式的起伏，
最终完成整个花边成形。
[0024]
2、只使用单脉冲电源的方案，在根本上直接避免了在成形过程中，线圈因多级脉冲电流导致的线圈过热的问题。特别是在多次触发和大功率的波浪式板件成形上。
[0025]
3、本发明相较于多线圈多电源的成形方案，避免了金属工件上由于涡流竞争所带来的成形缺陷的问题。
[0026]
4、本发明提出的方法，成形过程中仅需压边装置固定板件，无须成形模具，极大地节约了成本，避免了模具制造困难的一大难题。
附图说明
[0027]
图1是单脉冲电源板件成形装置整体示意图；
[0028]
图2是短脉宽电流波形图。
[0029]
图3是第一部分与第二部分成形模块图。
[0030]
图4是理想成形效果图。
具体实施方式
[0031]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0032]
本发明所述的一种基于单脉冲电源的板件压花成形方法及装置，主要用来成形一些金属材料的凹凸槽、花边等。具体装置图如图1所示。设置成形线圈位于待成形区域上方7mm，成形时线圈距离左方压边模块4mm，每次移动线圈都在两边4mm的空间(如图3所示)，防止影响已成形部分。首先通过充电系统对电容器组进行充电，将电能储存在电容中，随后闭合放电开关，电容器组、成形线圈及线路构成一个rlc震荡电路，在成形线圈中产生一个瞬时的交变大电流，该电流产生强大的脉冲磁场，使之在工件待成形部分产生强大的感应涡流，涡流与磁场相互作用产生洛伦兹力驱动工件变形。采用所需短脉宽脉冲电源放电系统对线圈进行放电，电流波形图如图2所示。
[0033]
在成形方式上完全采用脉冲电磁力，利用单脉冲电源与单线圈完成整个成形过程。在板件的待成形区域放置成形线圈，将一整个波浪式起伏看作是板件的一次完整成形，并把一次完整的成形过程分为两个部分：第一部分和第二部分。在第一部分成形触发短脉宽电流，通过电源对线圈放电产生脉冲电流，脉冲电流产生脉冲磁场，从而在板件上产生感应涡流，涡流与磁场共同作用产生向下的电磁力，促使板件发生向下的形变。当第一部分成形完成之后，移动成形线圈至第二部分成形区域，此时在待成形区域两端和下方加上约束，触发短脉宽电流，由于约束条件的存在，板件并不能发生向下的形变或板件发生向下的形变量很小几乎可以忽略不计。当短脉宽电流处于下降沿的时，由于电流的减小板件上的感应涡流将发生反向，此时板件上将会产生微弱的向上的力但是由于约束使板件不产生向下的形变，此时突然地部分吸引力加上一部分约束条件所给的惯性力，促使板件发生向上的形变。此时在板件待成形区域两端和下方加上约束，调整放电参数，使板件在电磁力的惯性作用下完成上凸式成形。重复上述过程，通过多次移动，可使金属板件产生规律的压花式形
变。
[0034]
我们将一整个的波浪式起伏看作是板件的一次完整成形(120mm)，并把一次完整的成形过程分为两个部分：第一部分和第二部分(本方案把每一部分成形区域定为60mm)。
[0035]
首先触发短脉宽脉冲电流，在第一部分待成形板件上产生感应涡流，由于楞次定律，涡流与磁场共同作用在板件上产生向下的电磁力，此时第一部分成形时无约束条件，板件在向下的电磁力作用下自由形变。
[0036]
当第一部分下凹式成形完成后，将成形线圈向右移动60mm至第二部分成形区域进行放电。此时在第二部分待成形板件两端和下方加上约束模块，调整放电参数。触发短脉宽电流，涡流与磁场相互作用，作用在板件上的洛伦兹力可以表示为：
[0037]
f＝j
e
×
b
[0038]
式中，j
e
和b分别为板件上感应涡流密度和磁通量密度。此时板件受力向下，但由于在约束条件的情况下，板件并不能产生向下的形变或者形变量非常小几乎可以忽略。而当电流达到顶峰之后处于下降沿的时候，此时板件上的涡流将会发生反向，由上式可知，当j
e
发生反向时，板件上的洛伦兹了f也会发生反向此时板件上将会产生微弱的向上的力，但是由于约束使板件不产生向下的形变，此时突然地部分吸引力加上一部分约束条件所给的惯性力，促使板件能够发生向上的形变。通过多次放电，使金属板件产生规律的压花式形变，使板件在电磁力作用下高质量成形。
[0039]
一种基于单脉冲电源的板件压花成形方法，具体实施步骤如下：
[0040]
步骤1：用一块厚度在2
㎜
(厚度可按需求改变)，尺寸常见的aa1060铝合金板件，做退火预处理操作；
[0041]
步骤2：制作如图3所示，适配线圈几何形状的线圈骨架，再利用绕线机缠绕成形线圈,线圈为4
×
10＝40匝(1mm
×
4mm的截面)，后利用柴龙纤维进行层间加固以及外部固定；
[0042]
步骤3：利用液压设备将成形线圈、板件以及压边模具按图1的排列顺序固定，并采用压边模具压紧，为了确保板件法兰区域不发生轴向运动，且压强一般设置为1～1.5mpa；
[0043]
步骤4：根据板件厚度及放电能量大小选择合适数目的电容器，短脉宽电流发生装置选择电容值较小，为40～160μ
f
(可按需求改变)的电容器组,且电容器电压为12kv，组装连接短脉宽电容器组脉冲电源发生装置；
[0044]
步骤5：通过另一组计算机对线圈的位移大小进行设计，按照需求的不同可以移动不同间距,本方案设定移动距离为60mm；
[0045]
步骤6：放电系统对成形线圈放电，在第一部分形成第一组向下的压花模型；
[0046]
步骤7：将所述成形线圈移动预设距离，在第二部分待成形板件的两端和下方同时加上约束模块，再次触发放电系统，在短脉宽电流处于下降沿的时候形成向上凸起的压花模型，其中，下方的约束模块是为了约束板件在洛伦兹力作用下产生向下的形变，上方两端的约束模块是为了防止板件由于不能向下形变而产生向上的形变；
[0047]
步骤8：一整组的波浪式压花形变完成之后，再次将成形线圈移动60mm，开始再次触发短脉宽电源，重复上述过程，直至得到所需大小的波浪式压花板件。
[0048]
在本发明中以金属板件为对象，通过理论和仿真进行验证；提供实现上述方法的装置，包括放电电路、成形线圈、金属板件、压边模块、移动控制装置等，实现了板件在可移动成形线圈下的高质量可控渐进成形，拓宽金属板件压花成形的成形方式，提高成形质量，
满足使用需求。
[0049]
单脉冲电源单线圈的成形方案相较于多电源单线圈的成形方案，避免了在成形过程中，线圈因多级脉冲电流导致的线圈过热的问题；并且相较于多线圈多电源的成形方案，避免了金属工件上由于涡流竞争所带来的成形缺陷的问题。非常适用于形状复杂、非批量化、单件、个性化的板件压花成形；且同时采用电磁力可提高材料的成形极限，因而板件的成形范围和成形质量均能得到显著提高；此外，成形过程仅需压边装置固定板件，无需成形模具，极大的节约了成本。
[0050]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。