[發明專利]雙動漸進式預應力板材四軸脈沖電磁調形與調性裝置

有效

• 申請號: 201610007043.1
• 申請日: 2016-01-05
• 公開（公告）號: CN105642730B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 龍安林;吳向東;方春平;王文平;萬敏
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B21D26/14
• 分類號: B21D26/14
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所11121
• 代理人: 周長琪

技術領域

本發明屬于金屬塑性成形裝備領域，具體來說，是一種可使金屬板材具有一定初始預應力狀態，并利用脈沖電磁力對其進行漸進式調形與調性的四軸裝置，。

背景技術

大型鋁合金蒙皮和整體壁板能有效滿足航空航天領域結構輕量化需求，其在強度及波紋度等方面也優于小蒙皮拼接結構，在飛機設計中被普遍采用。大型蒙皮和整體壁板成形需要與其尺寸相應的大型設備，同時也對成形設備的形狀控制能力提出了更高要求。傳統的滾彎、閘壓、拉形等成形設備已經不能滿足大型蒙皮和整體壁板的生產要求，空客、波音等大飛機制造公司主要采用噴丸成形和蠕變時效成形技術以解決上述問題。由于他們都強烈的依賴于工藝裝備，特別是對于一些大型構件，給裝備制造業提出了極大的挑戰。空客的噴丸成形機床尺寸為13.5m×4.5m×6m，而蠕變熱壓罐重達到300t，直徑6m，長度42m。其安裝空間極大，不適合一般的小型工廠和實驗室研究使用。

電容器中存儲的電量突然釋放會在與其串聯的電磁線圈附近產生強而短促的磁場，當磁場作用在臨近導體上時會在導體上產生與線圈電流方向相反的渦流，渦流與磁場共同產生作用于線圈和導體的脈沖電磁排斥力。電磁成形是一種基于該脈沖電磁力的單模成形工藝，也稱為磁脈沖成形，主要應用于管件、板件等薄壁類零件的成形。與之相應地，電磁成形領域的相關學者研制了許多專用的電磁成形裝置。

經對現有國內外專利技術文獻檢索，得到與本發明相關的專利如下：

中國專利授權公告號為CN 100447690C，發明名稱為：板材動圈電磁漸進成形方法及其裝置。該發明通過分層漸進塑性成形的方式，用小電磁脈沖力實施有順序的局部塑性成形，然后逐漸累積成為大變形，最后金屬板材漸進地加工成有三維復雜曲面形狀的薄殼件。但其僅限于在低強度薄殼類毛坯電磁成形方面的應用，成形力相對較小，通用性較差。此外，其夾持裝置不可調，導致成形毛坯大小固定，不能根據實際生產情況更改毛坯大小，適應性和經濟性有待改善。

中國專利授權公告號為CN 103817197 A，發明名稱為：一種電磁成形裝置及方法。該專利涉及的電磁成形裝置具有兩套放電裝置分別控制兩個電磁線圈，驅動線圈驅動成形線圈使得成形過程中成形線圈始終貼近工件，能有效提高工件的成形深度，并改善工件的貼模性。但其只能用于小尺寸零件基于凹模的成形，成形過程依賴人工操作。

中國專利授權公告號為CN 104475531 A，發明名稱為：一種金屬板材電磁脈沖局部流動漸進成形裝置及方法。該專利通過小型線圈在金屬板材不同位置進行放電，不同位置產生的局部變形逐漸累積成大變形來成形大型金屬板材。由于使用的線圈尺寸小，成形力小，放電次數多，能量利用率低。此外，其夾具相對位置固定，適應性與柔性化程度也有待改善。

上述裝置還存在一些共性的不足：

1)不能提供預應力，只能對原始零應力狀態的板材進行直接成形。

2)安裝空間大。裝置均采用線圈運動的漸進方式，裝置的外形尺寸規格要大到滿足所有尺寸的試件要求。

3)空間利用率低。裝置的工作空間與安裝空間等大，不工作時空間得不到合理利用。

綜上可知，目前國內外尚未出現能夠克服上述不足且基于脈沖電磁力對金屬板材進行形狀與性能綜合研究的試驗裝置。

發明內容

針對上述問題本發明提出一種可使金屬板材產生一定初始預應力狀態的雙動漸進式預應力板材四軸脈沖電磁調形與調性裝置，應用于基于脈沖電磁力的大型鋁合金蒙皮壁板類零件的預應力狀態調形與調性試驗研究。

本發明雙動漸進式預應力板材四軸脈沖電磁調形與調性裝置，包括主框架、線圈控制液壓缸組件、液壓缸平移驅動組件、液壓缸擺角驅動組件、板材進給框組件、板材夾頭組件、板材進給框驅動組件、壓邊框組件以及柔性模具。

其中，主框架具有上梁板與下梁板；上梁板上安裝有線圈控制液壓缸組件；線圈控制液壓缸組件采用中間鉸軸式液壓缸，在液壓缸活塞桿上安裝電磁線圈，使電磁線圈具有繞自身軸線轉動與沿軸線運動兩個自由度；同時，通過液壓缸平移驅動組件、液壓缸擺角驅動組件分別實現線圈控制液壓桿缸組件沿空間Y軸的移動以及擺動，進而使電磁線圈具有沿空間Y軸的移動以及擺動兩個自由度。

板材進給框組件為可調節長度矩形框架，安裝在下梁板上，通過板材進給框驅動組件實現板材進給框組件沿空間X軸的移動。板材進給框空間X軸方向上的兩條側邊上安裝有板材夾頭組件，對板材進行夾持，且為板材提供拉伸預載荷。