[發明專利]金屬板材的環形電磁脈沖漸進反向拉深成形方法及裝置

有效

• 申請號: 201310465430.6
• 申請日: 2013-10-08
• 公開（公告）號: CN103722067A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 莫健華;方進秀;李建軍;崔曉輝;黃亮;李奮強
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B21D22/22
• 分類號: B21D22/22;B21D24/16
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明屬于材料塑性成形領域，具體涉及一種金屬板材的環形電磁脈沖漸進反向拉深成形方法及裝置。

背景技術

傳統的板料拉深成形工藝中，為避免材料的起皺，需要采用壓邊圈輔助成形。如圖1所示為傳統拉深成形時被成形板料的應力應變狀態。法蘭區受徑向拉應力和切向(圓周方向)壓應力，并在徑向和切向分別產生伸長和壓縮變形，板厚稍有增大，在法蘭外緣厚度增加最大。在凹模圓角處，材料除受徑向拉深外，同時產生塑性彎曲使板厚減小，材料離開凹模圓角后產生反向彎曲(校直)，此處材料為最易斷裂區域之一。圓筒側壁受軸向拉伸也為最易斷裂區域之一。圓筒底部材料處于雙向拉伸狀態；在凸模圓角處，材料產生塑性彎曲和徑向拉伸，該處材料也均為易斷裂區。

針對上述板料受力狀況的進一步分析可知，拉深過程中，毛坯法蘭在切向壓應力作用下，可能產生塑性失穩而起皺，甚至使坯料不能通過凸、凹模間隙，從而使得徑向拉應力顯著增大，當徑向拉應力大于板料的抗拉強度時，便會產生拉裂。雖然壓邊圈能在一定程度上避免材料起皺，但當為了加大拉深深度而壓邊力過大時，同樣會使徑向拉應力增大，也會造成板料拉裂。因此，傳統沖壓工藝是很難提高筒形件的拉深深度的。

要避免傳統沖壓工藝的缺陷，提高筒形件的拉深深度，必須提高工件凸緣部位板料的流動性，改變材料成形時的應力應變狀態，減小徑向拉應力，甚至轉變為徑向壓應力，即可大幅提高深筒件成形的可行性。

電磁成形技術具有加工能量易于精確控制、成形速度快、成形工件精度高、模具簡單及設備通用性強等特點。且整個成形過程綠色、環保。現已廣泛應用于機械、電子、汽車工業、輕化工及儀器儀表、航空航天、兵器工業等諸多領域，應用前景十分廣闊。然而，目前國內外學者研究的板材電磁脈沖成形過程，主要工藝均是將筒形件的法蘭部分夾死不讓其產生流動，而凹模部分的變形方式主要是脹形過程。其導致了成形件的壁厚分布不均勻，成形深度較淺。因此，美國俄亥俄州立大學的J.H.Shang和G.S.Daehn學者提出了一種改進的EMAS成形技術，其基本思想是：把線圈嵌入到普通沖壓模具的適當位置，在板料普通沖壓過程中，利用多次小能量電磁脈沖放電，提高材料的成形性和直接控制應變分布，從而大幅度提高材料的成形能力。為了證明這種概念的可行性，他們將線圈嵌入到凸模的底部，增大傳統拉深中幾乎不變形的圓筒件底部材料的拉伸，以此增加材料的成形深度。在沖壓設備壓力相同的前提下，采用傳統的沖壓設備和潤滑油條件的拉深件的最大深度為44mm，而改進的EMAS技術所成形的工件其最大深度則可達到63.5mm。這種成形技術與傳統拉深方法相比，雖然筒形件的拉深深度有所提高，但筒形件底部所受的拉應力急劇增加，它是利用筒形件底部的減薄來提高拉深深度的，所以成形后的筒形件的壁厚分布不均勻，使服役壽命降低。

由此可見，無論是傳統的沖壓成形還是這種改進的EMAS技術，在成形的過程中，板料的成形位置基本上都局限于筒形件底部，使得成形的筒形件出現壁厚分布不均勻、應力集中等缺陷，服役壽命大大降低。

發明內容

為了解決現有的拉深成形中受力狀態不合理，存在的拉裂缺陷、壁厚分布不均勻和成形深度較淺等問題，本發明提出了一種可以大幅度提高拉深極限的金屬板材的環形電磁脈沖漸進反向拉深成形方法；本發明同時提供了一種金屬板材的環形電磁脈沖漸進反向拉深成形裝置。

本發明是通過如下技術方案實現的：

一種金屬板材的環形電磁脈沖漸進反向拉深成形方法，包括如下步驟：

步驟1：將待成形板料置于凹模與凸模之間；并在凹模的外圍設置夾板，在凸模的外圍設置托架；

步驟2：對待成形板料實施預成形，使位于凹模底部的待成形板料向下流動，同時使位于夾板與托架之間的待成形板料下行，并向凸模的中心水平流動；

步驟3：施加電磁力，向下推送待成形板料和夾板；并在待成形板料的周邊均施加電磁力，向凹模的中心水平推送待成形板料，使待成形板料流入凹模內，實現反向拉深成形；

步驟4：施加下壓力，驅動凹模下行，將凹模底部的待成形板料擠入凹模與凸模之間的間隙實現板料的反向拉深成形；

步驟5：反復執行步驟3至步驟4，直至完成待成形板料的反向深拉深成形。

優選的，步驟2中所述的預成形是指對凹模和夾板施加下壓力，使凹模和夾板下行；

或者，施加電磁力，向下推送待成形板料和夾板；并在待成形板料的周邊均施加電磁力。