一种金属板料电磁成形极限实验装置及实验方法

摘要

本发明公开了一种金属板料电磁成形极限实验装置及实验方法，包括凹模、金属板料、压边器和压力机，凹模内设第一凹槽和设在第一凹槽下方的第二凹槽，第二凹槽内设有平面环形螺旋线圈，平面环形螺旋线圈间通过绝缘材料填充，平面环形螺旋线圈通过充放电电路充电或放电，多块金属板料，每一金属板料中部均设有4个半圆槽，半圆槽的半径大于等于0，4个半圆槽的半径一致，不同金属板料上的半圆槽的半径不同，压边器包括压边块和多个压边拼块，一个压边块和一个压边拼块形成一组压边组件，压力机用于提供压边力。本发明提供一种金属板料电磁成形极限实验装置及实验方法，使感应电流在金属板料中形成自回路，获取电磁成形极限图左侧部分。

说明书

技术领域

本发明涉及金属电磁成形技术领域，具体涉及一种金属板料电磁成形极限实验装置及实验方法。

背景技术

成形极限图是用来评价金属板料综合成形性能较为简易直观的方法，可以用来定量的描述金属薄板的成形性能，为研究金属板料的成形性能、判断板材的失稳及预测板材在成形过程中可能出现的问题提供了很好的理论基础和判据，在正式的生产中起着越来越广泛的作用。

目前，在用电磁成形工艺预测板料成形极限的左半区域时，大多采用准静态单拉试样来获取板料电磁成形极限单拉应变状态，再通过改变试样长宽比与更换不同线圈来获取板料电磁成形极限平面应变状态，但这种方法只能获取金属板料两种极限应变状态，并且在成形过程中板料内部感应电流不能形成自回路，须与导电性差的钢模形成回路，从而导致板料与钢模接触处形成火花放电，形成打火烧蚀问题。

发明内容

根据现有技术的不足，本发明的目的是提供一种金属板料电磁成形极限实验装置及实验方法，使感应电流在金属板料中形成自回路，大大提高能量利用率，旨在获取电磁成形极限图左侧ε

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种金属板料电磁成形极限实验装置，包括凹模、金属板料、压边器和压力机；

所述凹模内设有第一凹槽和第二凹槽，所述第二凹槽设在所述第一凹槽下方，所述第二凹槽内设有平面环形螺旋线圈，所述平面环形螺旋线圈间通过绝缘材料填充，所述平面环形螺旋线圈通过充放电电路充电或放电；

多块所述金属板料，每一所述金属板料包括一体成型的第一板块、第二板块、第三板块和第四板块，所述第一板块、第二板块、第三板块和第四板块依次相连，所述第一板块和所述第三板块分别设与所述第一凹槽左右相对的两个内侧面相匹配，所述第二板块和所述第四板块均为矩形，所述第二板块和所述第四板块间隔一定距离，所述第二板块和所述第四板块中部均设有两个相对的半圆槽，所述半圆槽的开口向外设置，所述半圆槽的半径大于等于0，每一所述金属板料的4个所述半圆槽的半径一致，不同所述金属板料上的所述半圆槽的半径不同；

所述压边器包括压边块和多个压边拼块，所述压边块的一侧与所述第一凹槽的左侧面或右侧面相匹配，另一侧与所述压边拼块接触，每一所述压边拼块的长度不同，一个所述压边块和一个所述压边拼块形成一组压边组件；

所述压力机用于提供压边力，防止所述金属板料的周围板料向中心区域流动。

进一步地，所述充放电电路包括主电路、第一支路和第二支路，所述主电路上设有电源、电阻和第一控制开关，所述第一支路上设有电容，所述第二支路上设置所述平面环形螺旋线圈和第二控制开关。

进一步地，所述绝缘材料为环氧树脂填充物。

进一步地，所述第一凹槽左右相对的两个内侧面均为圆弧形，所述第一凹槽前后相对的两个内侧面均为矩形。

进一步地，所述平面环形螺旋线圈中部设有一定空隙。

进一步地，所述第一板块、所述第二板块、所述第三板块和所述第四板块中，相连处通过圆弧过渡。

进一步地，所述压边拼块的另一侧底部为过渡圆角。

一种金属板料电磁成形极限实验方法，包括：

步骤1、在第二凹槽设置平面环形螺旋线圈，并在平面环形螺旋线圈填充绝缘材料，在平面环形螺旋线圈两端连接充放电电路；

步骤2、在预先准备好的多块金属板料上蚀刻网格，选择半圆槽的半径等于0的金属板料9放置在第一凹槽中，获取极限单拉应变状态；

步骤3、选择合适大小的压边拼块，使该压边拼块与一个压边块接触形成一组压边组件，将两组压边组件设在第一凹槽内且间隔一定距离设在金属板料上，两个压边块分别与第一凹槽的左侧面或右侧面贴合；

步骤4、将压力机置于两组压边组件上，提供足够的压边力，防止金属板料的周围板料向中心区域流动；

步骤5、通过充放电电路向平面环形螺旋线圈充电一次和放电一次，当金属板料发生颈缩或者破裂后，取下金属板料，采集相应网格的应变数据；

步骤6、更换另一块金属板料，并更换不同水平长度的压边拼块，重复步骤3到步骤5，直到绘成成形极限图左半区域。

进一步地，在步骤2中，在金属板料上刻蚀的是圆形网格。

进一步地，在步骤5中，通过充放电电路向平面环形螺旋线圈充电一次和放电一次后，金属板料变形后，颈缩处的圆形网格会变成椭圆形网格，测量椭圆形网格的长轴与短轴，然后在根据国标给的换算公式获得极限主应变和次应变。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

1.本发明所述的一种金属板料电磁成形极限实验装置及实验方法，感应电流在金属板料中能形成自回路，大大提高能量利用率，避免了目前在成形过程中金属板料内部不能形成自回路，须与导电性差的钢模形成回路，从而导致金属板料与钢膜接触处形成火花放电，形成打火烧蚀的问题。

2.本发明所述的一种金属板料电磁成形极限实验装置及实验方法，模具结构简单，所设计的模具与金属板料能够达到一模两件的效果。

3.本发明所述的一种金属板料电磁成形极限实验装置及实验方法，通过在平面环形螺旋线圈保持不变的情况下，改变压边拼块的长度与板料形状从而获得左半区不同的应变状态，大大节约了时间与生产成本。

附图说明

图1为金属板料电磁成形极限实验装置的纵向剖面图。

图2为平面环形螺旋线圈俯视图。

图3为压边块俯视图。

图4为为未切割前的金属板料结构图。

图5为获取极限单拉应变状态的金属板料结构示意图。

图6为获取其它应变状态的金属板料结构示意图。

图7为成形过程中金属板料内部感应电流的走向图。

图8为发生极限应变的金属板料的纵向剖面图。

其中：1、压边块；2、绝缘材料；3、凹模；4、第二控制开关；5、第一控制开关；6、电源；7、电容；8、电阻；9、金属板料；91、第一板块；92、第二板块；93、第三板块；94、第四板块；10、平面环形螺旋线圈；11、压边拼块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

一种金属板料电磁成形极限实验装置，参照图1-图7所示，包括凹模3、金属板料9、压边器和压力机。

凹模3内设有第一凹槽和第二凹槽，第二凹槽设在第一凹槽下方，第一凹槽的长度和宽度均大于第二凹槽的长度和宽度，第二凹槽内设有平面环形螺旋线圈10，平面环形螺旋线圈10间通过绝缘材料2填充，绝缘材料2可以是环氧树脂填充物，平面环形螺旋线圈10通过充放电电路充电或放电，平面环形螺旋线圈10放电从而在金属板料9上产生感应电流，金属板料9形成自回路，从而使金属板料9自由胀形，使金属板料9达到颈缩或破裂。

平面环形螺旋线圈10间通过绝缘材料2填充，可以防止平面环形螺旋线圈10内的线圈相互影响，进而使感应电流在金属板料9中能形成自回路。

参照图4所示，为未切割前的金属板料9，为了绘制出金属板料9成形极限图左半区域，参照图6和图7所示，本发明需要设置多块金属板料9，每一金属板料9上均刻蚀网格，每一金属板料9包括一体成型的第一板块91、第二板块92、第三板块93和第四板块94，第一板块91、第二板块92、第三板块93和第四板块94依次相连，第一板块91、第二板块92、第三板块93和第四板块94中，相连处通过圆弧过渡，第一板块91和第三板块93分别设与第一凹槽左右相对的两个内侧面相匹配，第二板块92和第四板块94均为矩形，第二板块92和第四板块94间隔一定距离，第二板块92和第四板块94中部均设有两个相对的半圆槽，半圆槽的开口向外设置，半圆槽的半径大于等于0，每一金属板料9的4个半圆槽的半径一致，不同金属板料9上的半圆槽的半径不同。

本发明中，金属板料9中形成自回路，参照图7所示，平面环形螺旋线圈10在第二板块92和第四板块94上产生感应电流，由于第二板块92和第四板块94均为矩形，第二板块92和第四板块94间隔一定距离，使第二板块92和第四板块94中的感应电流互不影响，第二板块92和第四板块94中部均设有两个相对的半圆槽，半圆槽的开口向外设置，半圆槽的半径大于等于0，4个半圆槽的半径一致，调整金属板料9与平面环形螺旋线圈10的相对位置，使第二板块92和第四板块94受力相同，从而获得相应的应变状态，使本装置能够达到一模两件的效果，即相比传统实验，现有的一次实验可以获得之前两次实验获得的结果，减少实验次数，大大提高能量利用率。

参照图1和图3所示，压边器包括压边块1和多个压边拼块11，压边块1的一侧与第一凹槽的左侧面或右侧面相匹配，另一侧与压边拼块11接触，每一压边拼块11的长度不同，一个压边块1和一个压边拼块11形成一组压边组件。

本实验主要测试金属板料9中部的成形极限，即半圆槽处的成形极限，为了增加实验的准确率，在实验过程中，一个压边拼块11与一个压边拼块11接触形成一组压边组件，两组压边组件设在第一凹槽内且间隔一定距离设在金属板料9上，两个压边块1分别与第一凹槽的左侧面或右侧面贴合，防止金属板料9的周围板料向中心区域流动。

压力机用于提供压边力，实验时，压力机放置在置于两组压边组件上，进一步防止金属板料9的周围板料向中心区域流动。

在一些实施例中，参照图1所示，充放电电路包括主电路、第一支路和第二支路，主电路上设有电源6、电阻8和第一控制开关5，第一支路上设有电容7，第二支路上设置平面环形螺旋线圈10和第二控制开关4。

在一些实施例中，第一凹槽左右相对的两个内侧面均为圆弧形，第一凹槽前后相对的两个内侧面均为矩形，方便金属板料9和压边组件放入。

在一些实施例中，参照图2和图5所示，平面环形螺旋线圈10中部设有一定空隙，使平面环形螺旋线圈10为跑道型。

在一些实施例中，参照图1所示，压边拼块11的另一侧底部为过渡圆角，可以防止金属板料9与压边拼块11接触的地方破裂，如果没有圆角，设计为直角，板料胀形的时候肯定会在那个地方破裂。

本发明还提供一种金属板料电磁成形极限实验方法，包括：

步骤1、在第二凹槽设置平面环形螺旋线圈10，并在平面环形螺旋线圈10填充绝缘材料2，在平面环形螺旋线圈10两端连接充放电电路；

步骤2、在预先准备好的多块金属板料9上蚀刻网格，选择半圆槽的半径等于0的金属板料9放置在第一凹槽中，获取极限单拉应变状态；

步骤3、选择合适大小的压边拼块11，使该压边拼块11与一个压边块1接触形成一组压边组件，将两组压边组件设在第一凹槽内且间隔一定距离设在金属板料9上，两个压边块1分别与第一凹槽的左侧面或右侧面贴合；

步骤4、将压力机置于两组压边组件上，提供足够的压边力，防止金属板料9的周围板料向中心区域流动；

步骤5、通过充放电电路向平面环形螺旋线圈10充电一次和放电一次，当金属板料9发生颈缩或者破裂后，取下金属板料9，采集第二板块92和第四板块94相应网格的应变数据；

步骤6、更换另一块金属板料9，并更换不同水平长度的压边拼块11，重复步骤3到步骤5，直到绘成电磁成形极限图左侧部分。

在步骤2中，在金属板料9上刻蚀的是圆形网格。

在步骤5中，通过充放电电路向平面环形螺旋线圈10充电一次和放电一次后，金属板料9变形后，颈缩处的圆形网格会变成椭圆形网格，测量椭圆形网格的长轴与短轴，然后在根据国标给的换算公式获得极限主应变和次应变。

步骤6中的金属板料的半圆槽的半径大于0。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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。