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专利号: 2023105787101
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种提高铁磁性板料拉深成形极限的成形装置,其特征在于:其包括上模板、下模板、凸模、凸模固定板、弹簧、压料板、凹模、导套、导柱、限位件、位移传感器及电流控制器;

所述凸模通过所述凸模固定板固定在所述上模板中间位置,所述上模板两侧分别设置有一个限位件,所述压料板借助所述限位件与所述上模板连接并能够随所述上模板上下移动,所述凸模固定板与所述压料板上均开设有用于放置弹簧的凹槽,所述凹模通过沉头螺栓固定在所述下模板中间位置,所述凹模上表面放置有板坯;

所述上模板与所述导套过盈配合连接,所述下模板与所述导柱过盈配合连接,所述导套与所述导柱相互配合,所述上模板与下模板之间借助于导套与导柱进行定位;

所述限位件在所述压料板接触板料后对所述压料板进行限位,所述弹簧在拉深过程中随所述凸模固定板与所述压料板之间的距离缩小而压缩,为所述压料板提供压边力;

所需压边力的大小根据下式进行计算:

式中,Q为压边力,单位为N;Uθ为板坯周向伸长应力释放的变形能,单位为J;Uω为板坯失稳起皱时弯曲所需的变形力,单位为J;R0为板坯初始半径,单位为mm;kμ为压边力系数;ym为起皱高度,单位为mm;t为板坯厚度,单位为mm; 为单波所对的圆心角;Rω为法兰外缘半径,单位为mm;r0为凹模入口处的半径,单位为mm; 为单波中任意弧段所对的圆心角;

为与 相关的函数;ρ为径向坐标,单位为mm;σθ为周向应力,单位为MPa;n为硬化指数;B为强度系数,单位为MPa;ε为应变;

所述凸模包括凸模本体、磁性组件和控制组件,所述凸模本体直壁面均开有凹槽,所述凹槽内设置有磁性组件;所述磁性组件包括多个永磁体、多个导磁体、多个可逆磁体以及多个线圈,所述可逆磁体内侧与凹槽底面相抵接,所述可逆磁体外侧与所述导磁体相抵接;所述永磁体环绕所述导磁体布置,所述线圈缠绕在所述可逆磁体侧壁;相邻所述可逆磁体上的线圈绕向相反且所述线圈首尾连接,同一凹槽内线圈由一根导线缠绕形成;所述导线源头与所属电流控制器相连并形成闭合回路;

所述可逆磁体内侧与外侧中的一侧为N极,另一侧为S极,同一凹槽内相邻两个所述可逆磁体的磁极方向相反,所述永磁体顶端与底端中的一端为N极,另一端为S极,接触同一所述导磁体的多个永磁体的接触端极性均相同;相邻两个所述导磁体之间共用一个所述永磁体;

所述磁性组件包括两种不同工作状态,第一工作状态下,所述永磁体与所述可逆磁体构成的磁回路通过板料;第二工作状态下,所述永磁体与所述可逆磁体在凸模内部构成磁回路;通过电流及永磁体形状对磁吸力进行控制:不同永磁体形状的某一位置的磁场强度根据如下公式进行计算:

式中,Br为钕铁硼永磁体的剩磁,单位为T;x为所求位置与永磁体磁体中心点的距离,单位为m;L、W、H分别为永磁体的长、宽、高;

所述控制组件包括依次电连接的位移传感器、上位机和电流控制器,所述位移传感器用于检测凸模位移变化;

所述电流控制器通过控制通入电流的方向控制磁性组件的工作状态并通过调节通入所述线圈中的电流大小控制磁性组件的磁力;不同凹槽内的线圈并联连接,多个电流控制器能够分别调控不同凹槽内磁性组件的工作状态。

2.根据权利要求1所述的提高铁磁性板料拉深成形极限的成形装置,其特征在于:所述凸模本体上开设有导线孔,导线穿过所述导线孔将线圈与所述电流控制器连接。

3.根据权利要求2所述的提高铁磁性板料拉深成形极限的成形装置,其特征在于:所述凹槽内开有螺纹孔,所述导磁体与永磁体中间开有相同的螺纹通孔,所述导磁体与永磁体通过紧定螺钉连接在一起并固定于凸模本体上,所述凹槽内空余空间填充有环氧树脂。

4.根据权利要求1所述的提高铁磁性板料拉深成形极限的成形装置,其特征在于:所述凸模本体和导磁体为钢材质,所述永磁体为硬磁体材质,所述可逆磁体为软磁体材质,所述线圈为铜线圈。

5.根据权利要求1所述的提高铁磁性板料拉深成形极限的成形装置,其特征在于:所述电流控制器的输入端连接外部电源。

6.根据权利要求1所述的提高铁磁性板料拉深成形极限的成形装置,其特征在于:所述上模板、凸模固定板、下模板和凹模均开有圆柱销孔,所述上模板与所述凸模固定板之间以及所述下模板与所述凹模之间均通过圆柱销进行定位。

7.根据权利要求6所述的提高铁磁性板料拉深成形极限的成形装置,其特征在于:所述上模板与所述凸模固定板开有通孔,所述通孔供所述限位件通过,所述压料板上有相应的螺纹孔。

8.根据权利要求1所述的提高铁磁性板料拉深成形极限的成形装置,其特征在于:所述永磁体和所述可逆磁体均为长方体结构,所述导磁体截面形状为矩形或扇形。

9.根据权利要求1所述的提高铁磁性板料拉深成形极限的成形装置,其特征在于:所述位移传感器安装在所述凸模本体侧壁上。

10.一种基于权利要求1所述的提高铁磁性板料拉深成形极限的成形装置的成形方法,其特征在于:具体包括以下步骤:S1、当压力机滑块带动上模板和凸模向下运动时,压料板在重力和弹簧的作用下保持与上模板同步下行,当压料板与板坯接触时,压料板位置锁定,随着压力机滑块继续下行,弹簧压缩,压料板对板料的压边力逐渐增大;

S2、随着压力机滑块下行,凸模与板料接触,开始对板坯进行拉深成形,当位移传感器检测到拉深高度超过凸凹模圆角半径之和后,通过电流控制器向线圈中通入短时脉冲电流,磁性组件处于充磁状态对板料产生磁吸力,增大板料与凸模之间的摩擦力;

S3、在磁性组件充磁状态下,凸模继续下行,直至得到符合要求的成形件,成形过程结束,向线圈中通入短时反向脉冲电流,使磁性组件转变为退磁状态,不再对板料产生磁吸力;

S4、压力机滑块带动凸模上移,弹簧缓慢释放过程中,压料板对成形件仍存在一定压边力,使成形件与凸模分离,随着压力机滑块的不断上升,压料板随之一起上升直至复位,取出成形件,结束拉深。