阅读说明：本技术 一种利用等势线设计可变型面模具成形金属箔材的方法 (Method for designing variable-profile die to form metal foil by utilizing equipotential lines ) 是由 李超 邹庆 于光宁 于 2021-05-19 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种利用等势线设计可变型面模具成形金属箔材的方法,具体包括：上压头、下压头、高度可调的球头圆柱、压边圈、金属箔材。其特征在于先以原始金属箔材坯料与最终成形金属箔材零件作为两个电极,根据电场等势线的分布确定动态型面模具中各个高度可调的球头圆柱在成形过程中的轴向位置,进而达到最佳成形效果,成形具有复杂曲率结构的金属箔材零件。通过本发明所述的装置能够实现在变形过程中充分利用电场等势线的形状来确定可变模具的中间型面,有效地实现了具有复杂曲率结构的金属箔材零件的制造,解决了复杂曲率金属箔材零件在成形过程中动态型面模具中间型面设计困难的问题,从而提高了复杂曲率金属箔材的成形效率以及成形效果。(The invention relates to a method for designing a variable-profile die forming metal foil by utilizing equipotential lines, which specifically comprises the following steps of: the device comprises an upper pressing head, a lower pressing head, a ball head cylinder with adjustable height, a blank holder and a metal foil. The method is characterized in that an original metal foil blank and a finally formed metal foil part are used as two electrodes, the axial position of each height-adjustable ball head cylinder in a dynamic profile die in the forming process is determined according to the distribution of electric field equipotential lines, the optimal forming effect is achieved, and the metal foil part with a complex curvature structure is formed. The device can determine the middle profile of the variable die by fully utilizing the shape of the equipotential lines of the electric field in the deformation process, effectively realize the manufacture of the metal foil part with a complex curvature structure, and solve the problem of difficult design of the middle profile of the dynamic profile die of the metal foil part with the complex curvature in the forming process, thereby improving the forming efficiency and the forming effect of the metal foil with the complex curvature.)

一种利用等势线设计可变型面模具成形金属箔材的方法

技术领域

本发明涉及金属材料加工领域，具体涉及一种利用等势线设计可变型面模具成形金属箔材的方法

背景技术

金属箔材塑性成形作为金属材料学科内重要分支之一，被广泛应用于电子通讯、航空航天和交通运输等众多领域，但是随着社会需求的不断扩大，原本适用于传统金属材料的塑性成形工艺将不适用于复杂曲率金属箔材成形。

研究表明，通过控制成形过程中模具中间型面的变化，能够改善复杂曲率金属箔材成形时成形效果差、加工效率过低的问题，然而通过控制模具中间型面的手段还存在一些问题亟待解决，例如如何改变模具中间型面、如何确定模具中间型面的改变量等。目前的技术中，模具中间型面的改变量大多是根据经验确定，缺乏科学依据，因此造成了该工艺生产效率较低，材料成形效果较差等问题，严重制约了其推广与发展。为此有必要对成形过程中模具中间型面的设计方法进行改进，以进一步提升其工艺效果、提高加工效率。

动态型面成形是将传统的模具离散化，采用一系列离散的、排列规则的、高度可调的球头圆柱冲头来替代传统模具的凸、凹模，成形过程中通过调节球头圆柱冲头的高度，即可实现模具中间型面的变化，采用动态型面成形技术减少了材料回弹、降低了生产成本投入、易于实现自动化生产，但是在成形过程中如何快速、科学、合理地设计模具中间型面仍是限制此工艺发展的一大问题。众所周知，电场中的等势线分布具有一定的规律，且其形状代表着能量势场的最优分布，与等势线相垂直的流线方向代表着物质流动阻力最小的方向，如果将其流线方向类比成金属成形过程中的塑性流动，则其流线方向可作为金属塑性流动过程中的最佳流动参考方向，其等势面形状可作为最佳成形拘束条件。因此，本发明采用了一种利用等势线设计可变型面模具成形金属箔材的装置及方法，将电场中等势线分布及形状作为成形过程中模具中间型面的确定依据，有效地实现了具有复杂曲率结构的金属箔材零件的制造，解决了复杂曲率金属箔材零件在成形过程中动态型面模具中间型面设计困难的问题，从而提高了复杂曲率金属箔材的成形效率以及成形效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用等势线设计可变型面模具成形金属箔材的方法，以解决复杂曲率金属箔材零件在成形过程中动态型面模具中间型面设计困难的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是:一种利用等势线设计可变型面模具成形金属箔材的方法，其特征在于：它主要包括冲压装置、动态型面模具中间型面确定装置，其中冲压装置包括上压头(1)、压边圈(2)、高度可调的球头圆柱(3)、金属箔材(4)、下压头(5)，动态型面模具中间型面确定装置包括原始金属箔材坯料(6)、电场等势线分布(7)、最终成形金属箔材零件(8)；其中上压头(1)、高度可调的球头圆柱(3)、金属箔材(4)、下压头(5)沿中心线从上往下平行放置，将压边圈(2)贴紧金属箔材(4)放置，高度可调的球头圆柱(3)的轴向位置利用螺纹进行调节。

它还包括动态型面模具中间型面确定装置，以原始金属箔材坯料(6)、最终成形金属箔材零件(8)作为两个电极，电场等势线分布及其形状作为设计动态型面模具中间型面的依据，依据等势线的形状调节高度可调的球头圆柱(3)的轴向位置。

它还包括冲压装置，冲压装置主要由多个高度可调的球头圆柱(3)构成，利用螺纹精确调整各个高度可调的球头圆柱(3)的轴向移动位置，大大地提高了加工效率。

它还包括压边圈(2)，通过压边圈(2)与金属箔材(4)充分接触，起到防止金属箔材(4)起皱的作用，保证了金属箔材(4)的有效加工。

与已有技术相比，本发明具有以下有益效果：1.本发明首先搭建特定电场，该电场以原始金属箔材坯料与最终成形金属箔材零件作为两个电极，获得电场中等势线分布及形状，在加工过程中，根据电场等势线的分布设计动态型面模具中间型面，解决了复杂曲率金属箔材在成形过程中模具中间型面设计困难的问题，极大地改进了成形效果。

2.本发明通过采用动态型面成形技术，以高度可调的球头圆柱冲头替代传统模具的凸、凹模，利用螺纹调节高度可调的球头圆柱轴向位置，实现了工艺的连续性与高效性。

3.本发明操作简单，易于改装，可根据具体需要在金属箔材成形过程中快速、合理、科学地调整模具中间型面形状。

4.本发明成本低廉，加工效率高，成形效果好。。

附图说明

图1是一种利用等势线设计可变型面模具成形金属箔材装置的示意图，图2是利用等势线设计可变型面模具成形金属箔材的工艺流程；利用等势线设计可变型面模具成形金属箔材的方法，其特征在于：它主要包括冲压装置、动态型面模具中间型面确定装置，其中冲压装置包括上压头(1)、压边圈(2)、高度可调的球头圆柱(3)、金属箔材(4)、下压头(5)，动态型面模具中间型面确定装置包括原始金属箔材坯料(6)、电场等势线分布(7)、最终成形金属箔材零件(8)；其中上压头(1)、高度可调的球头圆柱(3)、金属箔材(4)、下压头(5)沿中心线从上往下平行放置，将压边圈(2)贴紧金属箔材(4)放置，高度可调的球头圆柱(3)的轴向位置利用螺纹进行调节。

具体实施方式

本发明还提供了针对这种利用等势线设计可变型面模具成形金属箔材装置的使用方法，具体实施方式如下：(1)首先以原始金属箔材坯料(6)、最终成形金属箔材零件(8)作为两个电极，分别连接直流电的正负极，记录两个电极中间产生的电场等势线分布，依据电压值递减顺序对等势线进行编号，例如可编为1号、2号、3号、4号、5号，按电压取值的等势线条数越多，则中间型面变化越多，成形效果越好；

(2)建立坐标系，计算每条等势线中各点的坐标,据此设计动态型面模具中各个高度可调的球头圆柱(3)在成形过程中的轴向移动位置，使得模具的型面在成形过程中始终与编号不同的等势线形状保持一致；

(3)将金属箔材(4)沿模具中心线放置，保持压边圈(2)与金属箔材(4)的充分接触，合模，打开压力机使压力机沿下行方向运动，对金属箔材(4)进行预加压；

(4)在变形开始时保持模具型面与1号等势线形状一致，随着压力机压头的下行，同时通过调整各个高度可调的球头圆柱(3)的轴向位置，使模具型面发生改变并与2号等势线形状一致，以此类推，直到模具中间型面与最终零件轮廓一致，完成成形过程；

(5)开模，经过最终成形得到的复杂曲率金属箔材零件，即为上述利用电场等势线设计可变型面模具的方法加工出来的复杂曲率金属箔材零件。