阅读说明：本技术 一种设有随形组合式线圈的大尺寸板料成型装置及方法 (Large-size plate forming device and method with conformal combined coils ) 是由 崔晓辉 颜子钦 喻海良 代鹏逸 黄长清 于 2019-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种设有随形组合式线圈的大尺寸板料成型装置及方法,板料成型装置包括模具、将所述板料托起于所述模具上方的托板和将所述板料压在所述托板上的压板,还包括多个组合式线圈,所述组合式线圈随形布设在所述板料上方,多个所述组合式线圈沿着所述模具的周向设置以形成直径大小不同的环向线圈结构。本发明能提一方面能提高板料变形均匀性、成形质量和成形效率,另一方面通过拼接式的组合线圈,可以形成直径大小不同的环向线圈结构,避免了目前需要制造多套随形布置线圈的问题,进而能大幅度降低线圈制造成本,同时又适合于先拉形-后放电或先放电后拉形的多种电磁成形工艺的方法,提升了加工的柔性和适用范围。(The invention discloses a large-size plate forming device and method with shape-following combined coils. The invention can improve the deformation uniformity, the forming quality and the forming efficiency of the plate material, and can form the annular coil structure with different diameters by the splicing combined coil, thereby avoiding the problem that a plurality of sets of coils arranged along with the shape need to be manufactured at present, further greatly reducing the manufacturing cost of the coil, being suitable for a plurality of electromagnetic forming processes of drawing-then-discharging or discharging-then-drawing, and improving the processing flexibility and the application range.)

一种设有随形组合式线圈的大尺寸板料成型装置及方法

技术领域

本发明涉及材料加工成形技术领域，尤其涉及一种设有随形组合式线圈的大尺寸板料成型装置及方法。

背景技术

随着航空航天等高新技术产业的迅速发展，先进飞机、航天器、火箭及导弹中迫切需要采用结构效益十分显著的大型整体薄壁壳体，以减轻质量、提高运载器承载能力极限和航程等整体性能。大尺寸、薄壁、质轻、高精度、高强度、良好的抗疲劳性能的零部件就是其中的典型代表，比如航天器的大型贮箱封头、巡航导弹舱段、飞机和航天器头罩、副油箱和发动机壳体等。

目前，大尺寸板型构件的塑性成形方法主要有：旋压成形和板料充液拉深。据报道，我国最大的1000KN立式旋压设备的参数为：占地面积18m×20m，高度13m，可加工的零件直径最大达到2.6m。世界最大吨位的“150MN双动板料液压成形装备”，整个装备高度达高度19.5m，工作台面尺寸为4.5m×4.5m。在考虑压边的情况下，该装备能够加工零件的最大尺寸小于3.5m。因此，目前大尺寸板型构件的成形所需设备巨大，但成形零件尺寸依旧有限。

在专利“一种设有随形布置线圈的工件电磁渐进成形装置及方法”中，崔晓辉等提出采用先拉形-后电磁成形的交替进行的工艺，在被拉形板料的不同高度层设置随形布置线圈，实现不同高度层板料的均匀变形。最终实现板料的整体均匀变形。但该技术存在以下问题：(1)针对特定的模具形面和板料拉形后的形面，就需要单独一套随形布置线圈，导致该方法柔性差，适应范围窄；(2)线圈结构为塔型，适合于被拉形成一定斜面的板料成形。不适合于形面为水平结构的板料成形；(3)零件的主要变形通过拉形进行，电磁成形主要进行小范围的校形和贴模变形，不能完全发挥电磁成形提高零件成形极限的优势。

在专利“一种大型零件的电磁分级成形方法及成形装置”中，崔晓辉等提出采用先电磁成形-后拉形的交替成形方法。由于线圈是水平结构，因此线圈容易加工并且使用寿命高。可适合于不同直径、不同曲率的零件成形，适用范围广。但是该方法存在以下问题：(1)成形大型零件依旧需要加工多套不同直径的线圈。随着线圈直径的增加，线圈的加工难度和成本大幅度提高；(2)线圈每一层放电后，板料难以与模具完全贴合。每层的不贴膜导致最终零件的成形质量低。因此，需要在零件成形的最后采用校形工艺。但校形难度大；(3)放电线圈是水平结构，适合于放电后板料能被拉平的情况。难以应用于放电后板料无法被拉平或不需要被拉平的情况，因此适应性较低。

发明内容

本发明目的在于提供一种设有随形组合式线圈的大尺寸板料成型装置及方法，从而解决上述问题。

为实现上述目的，本发明首先公开了一种设有随形组合式线圈的大尺寸板料成型装置，包括模具、将所述板料托起于所述模具上方的托板和将所述板料压在所述托板上的压板，还包括多个组合式线圈，所述组合式线圈随形布设在所述板料上方，多个所述组合式线圈沿着所述模具的周向设置以形成直径大小不同的环向线圈结构。

进一步的，所述组合式线圈包括主成形线圈和过渡线圈，所述主成形线圈的长度大于所述过渡线圈的长度，所述过渡线圈设置在两个所述主成形线圈之间的间隙中，所述主成形线圈和过渡线圈形成直径大小不同的密闭环形线圈。

进一步的，所述密闭环形线圈设置为可相对所述模具的中心轴转动。

进一步的，所述组合式线圈包括多个相同的主成形线圈，所述主成形线圈沿着所述模具的周向间隙设置以形成直径大小不同的间断式环状线圈。

进一步的，所述间断式环状线圈设置为可相对所述模具的中心轴转动。

进一步的，任一所述组合式线圈设置为可相对所述模具平移和转动。

然后本发明公开了一种大尺寸板料成型方法，包括上述方案所述的设有随形组合式线圈的大尺寸板料成型装置，包括如下步骤：

S1、将板料放置于所述托板上，驱动压板将板料压在所述模具的上方；

S2、拼接多个组合式线圈，形成第一直径大小的环向线圈结构；

S3、控制多个组合式线圈同步放电，使板料贴合所述模具；

S4、重复步骤S2，形成第二直径大小的环向线圈结构，然后执行步骤S3；

S5、重复执行步骤S2-S4，直至板料成型结束。

进一步的，在所述步骤S3后，多次将所述环向线圈结构转动一定角度再次放电以使板料变形均匀。

进一步的，所述组合式线圈平移为相对所述模具平行设置时，在所述S3后，驱动所述板料与模具相对位移，使板料拉压成型。

进一步的，所述组合式线圈转动为相对所述模具倾斜设置时，在所述S3前，驱动所述板料与模具相对位移，使板料拉压成型。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明能提一方面能提高板料变形均匀性、成形质量和成形效率，另一方面通过拼接式的组合线圈，可以形成直径大小不同的环向线圈结构，避免了目前需要制造多套随形布置线圈的问题，进而能大幅度降低线圈制造成本，同时又适合于先拉形-后放电或先放电后拉形的多种电磁成形工艺的方法，提升了加工的柔性和适用范围。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为采用先放电再拉形工艺，第N层板料被拉平后的示意图；

图2为采用先放电再拉形工艺，第N层线圈放电后板料变形，但板料与模具未贴模的示意图；

图3为采用先放电再拉形工艺，第N层旋转线圈再次放电，板料与模具贴模的示意图；

图4为采用先放电再拉形工艺，第N+1层板料被拉平后的示意图；

图5为采用先放电再拉形工艺，第N+1层线圈放电后板料变形，但板料与模具未贴模的示意图；

图6为采用先放电再拉形工艺，第N+1层线圈再次放电，但板料与模具贴模的示意图；

图7为第N层组合线圈示意图，组合线圈由主变形线圈和过渡线圈构成一个闭合结构；

图8为第N层组合线圈旋转一定角度，组合线圈由主变形线圈和过渡线圈构成一个闭合结构；

图9为第N+1层组合线圈示意图，组合线圈由主变形线圈和过渡线圈构成一个闭合结构；

图10为第N+1层组合线圈旋转一定角度，组合线圈由主变形线圈和过渡线圈构成一个闭合结构；

图11为第N层组合线圈示意图，组合线圈由主变形线圈按一定角度和直径散射分布；

图12为第N层组合线圈旋转一定角度，组合线圈由主变形线圈按一定角度和直径散射分布；

图13为第N+1层组合线圈示意图，组合线圈由主变形线圈按一定角度和直径散射分布；

图14为第N+1层组合线圈旋转一定角度，组合线圈由主变形线圈按一定角度和直径散射分布；

图15为采用先拉形再放电工艺，第1层板料被拉弯及组合线圈旋转一定角度的示意图；

图16为采用先拉形再放电工艺，第2层板料被拉弯及组合线圈旋转一定角度的示意图。

图例说明：

1、模具；2、压板；3、托板；4、组合式线圈；5、板料；6、主成形线圈；7、过渡线圈；8、中心轴；9、密闭环形线圈；10、间断式环状线圈。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1-16所示，本发明实施例首先公开了一种设有随形组合式线圈的大尺寸板料成型装置，包括模具1、将板料5托起于模具1上方的托板3和将板料5压在托板3上的压板2，压板2可以采用液压油缸夹紧，同时，托板3和模具1之间可相对运动以拉压变形，具体也可以采用液压油缸驱动上下运动，还包括多个组合式线圈4，组合式线圈4为弧形分段式结构，组合式线圈4随形布设在板料5上方，多个组合式线圈4沿着模具1的周向设置以形成直径大小不同的环向线圈结构，具体使用时，通过拼装组合式线圈4即可完成，从而避免了目前需要制造多套随形布置线圈的问题，进而能大幅度降低线圈制造成本。

在本实施例中，组合式线圈4包括主成形线圈6和过渡线圈7，主成形线圈6的长度大于过渡线圈7的长度，过渡线圈7设置在两个主成形线圈6之间的间隙中，从而避免两个主成形线圈6之间的间隙处的变形量与主成形线圈6正对板料5处的变形量不一致，主成形线圈6和过渡线圈7按照一定的待成形直径(或形面)组合在一起，形成直径大小不同的密闭环形线圈9。进一步，组合后的密闭环形线圈9不会是一个完全的圆形或与板料5形面完全一致的结构，因此，在本实施例中，密闭环形线圈9设置为可相对模具1的中心轴8转动，从而一次放电后，将密闭环形线圈9转一定的角度再次放电，通过多次放电解决板料5变形均匀性问题。

在本实施例中，组合式线圈4包括多个相同的主成形线圈6，主成形线圈6沿着模具1的周向间隙设置以形成直径大小不同的间断式环状线圈10，这导致主成形线圈6之间存在一定的间隙，虽然间隙所对应的板料5会被周围的材料变形带动一起变形，但间隙处的变形量与主成形线圈6正对板料5处的变形量不一致。因此，同样的，间断式环状线圈10设置为可相对模具1的中心轴8转动，当主成形线圈6放电一次后，可以将间断式环状线圈10旋转一定的角度再次放电，同样，通过多次放电改善板料5变形均匀性。

在本实施例中，任一组合式线圈4设置为可相对模具1平移和转动，从而，当组合式线圈4平移可以得到不同直径的环向线圈结构，从而降低环向线圈结构的制作成本。当组合式线圈4旋转，可以对之前已变弯的板料5进行校形。从而提高每一层板料5的变形均匀性。每层的高质量变形最终累加为板料5整体的高质量变形。无论多大直径的待变形区域，组合式线圈4放电一次就可以实现同一层板料5的整体变形，因此板料5的成形效率高。

然后本发明公开了一种大尺寸板料成型方法，包括上述方案的设有随形组合式线圈的大尺寸板料成型装置，包括如下步骤：

S1、将板料5放置于托板3上，驱动压板2将板料5压在模具1的上方，从而将板料5装夹固定；

S2、拼接多个组合式线圈4，形成第一直径大小的环向线圈结构；

S3、控制多个组合式线圈4同步放电，使板料5贴合模具1；

S4、重复步骤S2，形成第二直径大小的环向线圈结构，具体的，第二直径大于第一直径，从而使板料5从内到外逐步贴合模具1，然后执行步骤S3；

S5、重复执行步骤S2-S4，直至板料5成型结束。

在本实施例中，在步骤S3后，多次将环向线圈结构转动一定角度再次放电，可以对之前已变弯的板料5进行校形，以使板料5变形均匀。

在本实施例中，组合式线圈4平移为相对模具1平行设置时(以模具1的中心轴8为中心转动)，在S3后，驱动板料5与模具1相对位移，使板料5拉压成型。

在本实施例中，组合式线圈4转动为相对模具1倾斜设置时，在S3前，驱动板料与模具相对位移，使板料拉压成型。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。