一种电磁夹钳柔性拉形机闭环拉形方法

1.本发明属于金属零件塑性加工技术领域，具体涉及电磁夹钳柔性拉形机闭环拉形方法。


背景技术：

2.随着航空、高铁、船舶等产业的快速发展，多曲率大尺寸工件的加工精度要求越来越高，拉伸成形工艺因其具有柔性化、变形均匀化和控制简单化的特点已被广泛应用于多曲率大尺寸工件成形过程。
3.但是，传统的拉伸成形工艺所采用的传统拉形机，如：板材拉形机(zl200910067003.6)、板材拉形机(zl200910067216.9)、高柔性头拉形机(zl200910217701.x)和多夹钳式拉伸成形机(zl201010266441.8)等，在现有的拉伸成形过程中，常常会出现板料的不同区域应力和应变分布不均匀、产生大尺寸回弹、回弹调控困难等问题，致使无法高效得到合格的高精度产品零件。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术中的不足，本发明提供了一种电磁夹钳柔性拉形机闭环拉形方法，采用拉伸成形与电磁成形相结合的复合工艺，减小成形过程中的回弹，并简化回弹调控过程，有效提升大尺寸金属板料的成形性能。
6.结合说明书附图，本发明的技术方案如下：
7.一种电磁夹钳柔性拉形机闭环拉形方法，所述拉形方法采用：两缸式电磁夹钳柔性拉形机、多点模具以及在线测量划线仪；
8.所述两缸式电磁夹钳柔性拉形机的两排两缸加载拉伸机构对称分布，每一排两缸加载拉伸机构均由若干结构相同的两缸加载拉伸机构呈线性排布组成，所述加载拉伸机构中，水平液压缸和垂直液压缸均与夹钳铰接；
9.所述多点模具为下凸模式多点模具，由呈矩阵式分布且高度可独立调节的模具单元体组成，模具单元体顶部为含有电感线圈的摆头；
10.所述在线测量划线仪用于对成形过程中的金属板料进行在线测量及划线；
11.所述拉形机的控制端与内置有智能化拉形软件的电脑终端连接，通过所述智能化拉形软件实现对零件拉形过程的工艺仿真计算，传感器检测到的拉形机实际拉形产生的实时数据反馈至电脑终端，实现对智能拉形过程的闭环控制；
12.所述拉形方法的具体步骤如下：
13.s1：基于目标零件进行工艺仿真计算；
14.s2：根据工艺仿真计算结果做实际拉伸成形准备工作；
15.s3：对金属板料进行实际拉伸成形，并进行一级测量；
16.s4：对金属板料进行电磁补偿成形，并进行二级测量；
17.s5：对成形合格的金属板料进行划线、裁剪及工艺存储。
18.进一步地，所述步骤s1基于目标零件进行工艺仿真计算的具体过程如下：
19.s101将目标零件的三维数字模型导入智能化拉形软件中，识别目标零件的尺寸以及材质，判断是否需要对用于拉伸成形的金属板料进行预热处理；
20.s102计算金属板料尺寸；
21.s103计算目标零件拉伸临界应变值；
22.s104计算拉形机电磁夹钳运动轨迹；
23.s105输出仿真工艺参数。
24.更进一步地，所述步骤s102计算金属板料尺寸具体过程如下：
25.金属板料纵向尺寸lz计算公式如下：
26.lz＝l+2δkl+2l1+2l2··················
(1)
27.上述公式(1)中：
28.l为目标零件展开的表面纵向长度最大值；
29.δk为目标零件余量系数，该目标零件余量系数取决于目标零件材质；
30.l1为拉形机的电磁钳口到拉形模具的水平距离；
31.l2为电磁夹钳的咬合长度；
32.金属板料横向尺寸bh计算公式如下：
33.bh＝b+2δkb
·····················
(2)
34.上述公式(2)中：
35.b为目标零件展开的表面横向长度最大值；
36.δk为目标零件余量系数，该目标零件余量系数取决于目标零件材质。
37.更进一步地，所述步骤s103计算目标零件拉伸临界应变值具体过程如下：
38.目标零件拉伸临界应变值ε
临界
计算公式如下：
[0039][0040]
上述公式(3)中：
[0041]
t为金属板料厚度；
[0042]
r为多点模具最大曲率直径，作为多点模具已知数据，多点模具最大曲率直径r已提前输入至智能化拉形软件中；
[0043]
σ为板料的屈服强度；
[0044]
e为板料的弹性模量。
[0045]
更进一步地，所述步骤s104计算拉形机电磁夹钳运动轨迹具体过程如下：
[0046]
拉形机电磁夹钳横向运动轨迹公式如下：
[0047][0048]
上述公式(4)中：
[0049]
δx为当前点夹钳横向移动位移，即上一点到当前点夹钳横向位移；
[0050]
xi为上一点夹钳横向位移；
[0051]
lr为多点模具最小界面边线长度，表征多点模具所能成形的最大边界范围；
[0052]
t为当前点拉伸时间；
[0053]
θ为金属板料截面与多点模具切线倾斜角，为动态更新值，如图6所示；
[0054]
t为拉伸过程总时长；
[0055]
l为目标零件展开的表面纵向长度最大值；
[0056]
拉形机电磁夹钳纵向运动轨迹公式如下：
[0057][0058]
上述公式(5)中：
[0059]
δz为当前点夹钳纵向移动位移，即上一点到当前点夹钳纵向位移；
[0060]
为多点模具的截面曲线方程；
[0061]
l为目标零件展开的表面纵向长度最大值；
[0062]
θ为金属板料截面与多点模具切线倾斜角，为动态更新值，如图6所示；
[0063]
lr为多点模具最小界面边线长度，表征多点模具所能成形的最大边界范围；
[0064]
t为当前点拉伸时间；
[0065]
t为拉伸过程总时长；
[0066]
φ(0,z)为x＝0的时刻，多点模具的截面曲线方程。
[0067]
进一步地，所述步骤s2中实际拉伸成形准备工作包括：
[0068]
①
电磁夹钳通电夹持金属板料；
[0069]
②
根据工艺仿真计算结果调节多点模具中各模具单元体的高度，形成与拉伸成形的目标零件形状相匹配的下凸模面；
[0070]
③
在调节后的多点模具表面放置弹性橡胶垫；
[0071]
④
根据目标零件材质判断是否需要预热处理，如需预热处理，则通过控制控制流经电磁夹钳的电流流动和电流大小，通过电磁夹钳自阻加热进而对金属板料进行预热。
[0072]
进一步地，所述步骤s3中，实际拉伸成形过程为：根据前述步骤计算获得的最佳拉形机电磁夹钳运动轨迹，控制水平液压缸及垂直液压缸拉伸加载控制电磁夹钳运动进而对使金属板料与已调节成形的多点模具贴合成形，金属板料拉伸成形过程中，应变传感器识别金属板料的拉伸应变值，当其达到前述步骤计算获得的目标零件拉伸临界应变值时，向存储有智能拉形软件的电脑终端发送信号，拉伸过程停止。
[0073]
进一步地，所述步骤s3中，一级测量过程为：
[0074]
s301控制减小流经电磁夹钳的电流，利用电磁感应吸附金属板料，维持回弹后金属板料的形状；
[0075]
s302使用在线测量划线仪对完成拉伸成形的金属板料进行一级测量，并将测量结果发送至存储有智能拉形软件的电脑终端；
[0076]
s303通过计算曲率平均误差，判断拉伸成形的金属板材是否合格，如若不合格则进入步骤s4，如合格则进入步骤s5。
[0077]
进一步地，所述步骤s4中电磁补偿拉形过程包括以下三中方式：
[0078]
①
电磁夹钳夹持柱金属板料，多点模具中各模具单元体顶部摆头通电，与金属板料之间产生电磁吸引力，进而使金属板料进一步进行塑性变形，实现电磁补偿拉形；
[0079]
②
电磁夹钳夹持柱金属板料，多点模具顶部摆头通电的同时，调节多点模具中各模具单元体高度，通过多点模具电磁吸引及多点模具顶压共同使金属板料进一步进行塑性
变形，实现电磁补偿拉形；
[0080]
③
电磁夹钳夹持柱金属板料，多点模具顶部摆头通电、调节多点模具中各模具单元体高度并对电磁夹钳通电，通过多点模具电磁吸引、多点模具顶压以及电磁夹钳通电使金属板料产生的电磁吸引共同使金属板料进一步进行塑性变形，实现电磁补偿拉形。
[0081]
更进一步地，三种电磁补偿拉形方式按照
①
、
②
、
③
的优先级顺序依次循环进行，且每通过一种方式完成电磁补偿拉形后，均通过在线测量划线仪进行二级测量，并随着每次电磁补偿拉形，对测量结果迭代，直至电磁补偿拉形后的金属板料成形合格，电磁补偿拉形结束。
[0082]
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0083]
1、本发明所述拉形方法采用电磁夹钳拉伸成形和电磁补偿成形相结合的复合工艺，减小成形过程中的回弹，并简化回弹调控过程，提高了大尺寸金属板料的成形性能。
[0084]
2、本发明所述拉形方法通过拉伸成形配合电磁成形后，可以有效地增加金属板料的内流，减少最易发生断裂的区域的厚度减薄，从而有效地提高金属板料的内流率。
[0085]
3、本发明所述拉形方法在金属板料经过拉伸成形后，金属板料只需通过电磁感应发生较小的塑性变形即可以产生高频震荡现象，较小的塑性变形可以有效地减少厚度减薄。
附图说明
[0086]
图1为本发明所述拉形方法中，拉形设备整体结构示意图；
[0087]
图2为本发明所述拉形方法中，拉形设备中的两缸加载拉伸机构示意图；
[0088]
图3a为本发明所述拉形方法中，多点模具成形前示意图；
[0089]
图3b为本发明所述拉形方法中，多点模具成形后示意图；
[0090]
图4为本发明所述拉形方法中，多点模具的模具单元体顶部结构示意图；
[0091]
图5为本发明所述拉形方法的流程框图；
[0092]
图6为本发明所述拉形方法中，金属板料截面与多点模具切线倾斜角示意图；
[0093]
图7为本发明所述拉形方法中，电磁夹钳通电夹持金属板料示意图；
[0094]
图8为本发明所述拉形方法中，金属板料拉伸成形示意图；
[0095]
图9为本发明所述拉形方法中，维持回弹后金属板料的形状示意图；
[0096]
图10为本发明所述拉形方法中，多点模具电磁吸引及多点模具顶压共同使金属板料塑性变形示意图；
[0097]
图11为本发明所述拉形方法中，多点模具电磁吸引及多点模具顶压共同使金属板料塑性变形示意图；
[0098]
图12为本发明所述拉形方法中，在线测量划线仪对金属板料进行二级测量；
[0099]
图中：
[0100]
1-拉形机架，2-两缸加载拉伸机构，3-多点模具，4-在线测量划线仪，5-金属板料，6-弹性橡胶垫；
[0101]
201-水平液压缸，202-垂直液压缸，203-电磁夹钳。
具体实施方式
[0102]
为清楚、完整地描述本发明所述技术方案及其具体工作过程，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：
[0103]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0104]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0105]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0106]
本发明公开了一种电磁夹钳柔性拉形机闭环拉形方法，为更加清楚地阐述所述拉形方法，现对本发明所述拉形方法所采用的拉形设备的结构做简要介绍：
[0107]
本发明所述拉形方法所采用的拉形设备包括：两缸式电磁夹钳柔性拉形机、多点模具以及在线测量划线仪，其中：
[0108]
如图1所示，所述两缸式电磁夹钳柔性拉形机中，两排两缸加载拉伸机构对称分布，并分别设置在拉形机架1的内侧，每一排两缸加载拉伸机构均由若干结构相同的两缸加载拉伸机构2呈线性排布组成，所述两缸加载拉伸机构2用于夹持在对应位置的板料上，以实现对金属板材施加拉伸力。
[0109]
如图2所示，两缸加载拉伸机构2包括：水平液压缸201、垂直液压缸202以及电磁夹钳203，所述水平液压缸201水平设置，且水平液压缸201的加载端铰接于电磁夹钳203上，水平液压缸201的缸体底部铰接在拉形机架1，所述垂直液压缸202垂直设置，且垂直液压缸202的加载端铰接于电磁夹钳203上，垂直液压缸202的缸体底部铰接在拉形机架1，通过协同控制水平液压缸201和垂直液压缸202输出的液压力，进而电磁夹钳203实施的拉形力的大小和方向，控制向金属板料施加拉力或推力，使金属板料拉伸变形并贴合于多点模具3的上表面。所述电磁夹钳203为具有自阻加热功能的仿兽爪电控永磁夹料机构，一方面电磁夹钳203通电进而向金属板料通电，另一方面使金属板料通电产生磁力电磁夹钳203通电实现自阻加热进而对其所夹持的金属板料进行预热。
[0110]
如图1所示，所述多点模具3为下凸模式多点模具，所述多点模具3设置在拉形机架1内侧拉形区域中间位置的基座上，所述多点模具3由呈矩阵式分布且高度可独立调节的模
具单元体组成，通过调节各模具单元体的高度形成与拉伸成形的目标曲面零件形状相匹配的下凸模面。如图4所示，在组成所述多点模具3的模具单元体顶部为含有电感线圈的摆头，模具单元体顶部摆头的电感线圈通电后，将产生磁力，与此同时，多点模具3上表面已完成初步成形的金属板料亦通电时，同时通电的多点模具3顶部摆头将与金属板料之间产生电磁吸引力，进而使金属板料进一步进行塑性变形。
[0111]
如图5所示，在多点模具3工作中，在金属板料5与多点模具3之间设置有一层弹性橡胶垫6，弹性橡胶垫6一方面防止金属板料5成形过程中形成凹痕缺陷，另一方面在多点模具3与金属板料5之间形成绝缘层，所述弹性橡胶垫6厚度为1mm，且具体设置在多点模具3上表面的模面上。
[0112]
如图1所示，所述在线测量划线仪4置于拉伸区域上方，用于对成型过程中的金属板料进行在线测量及划线。
[0113]
此外，所述拉形机的控制端与电脑终端连接，所述电脑终端内置有智能化拉形软件，通过所述智能化拉形软件实现对零件拉形过程的工艺仿真计算，传感器检测到的拉形机实际拉形产生的实时数据反馈至电脑终端，实现对智能拉形过程的闭环控制。
[0114]
基于上述拉形设备，如图5所示，所述拉形方法的具体步骤如下：
[0115]
s1：基于目标零件进行工艺仿真计算；
[0116]
本步骤s1的具体过程如下：
[0117]
s101将目标零件的三维数字模型导入智能化拉形软件中，识别目标零件的尺寸以及材质，判断是否需要对用于拉伸成形的金属板料进行预热处理；
[0118]
所述目标零件的三维数字模型包括形状、尺寸数据，所述尺寸包括目标零件的长、宽、高、厚度以及曲率；
[0119]
s102计算金属板料尺寸；
[0120]
金属板料纵向尺寸lz计算公式如下：
[0121]
lz＝l+2δkl+2l1+2l2··················
(1)
[0122]
上述公式(1)中：
[0123]
l为目标零件展开的表面纵向长度最大值；
[0124]
δk为目标零件余量系数，该目标零件余量系数取决于目标零件材质，取值为0.1-0.3；
[0125]
l1为拉形机的电磁钳口到拉形模具的水平距离；
[0126]
l2为电磁夹钳的咬合长度；
[0127]
金属板料横向尺寸bh计算公式如下：
[0128]bh
＝b+2δkb
·····················
(2)
[0129]
上述公式(2)中：
[0130]
b为目标零件展开的表面横向长度最大值；
[0131]
δk为目标零件余量系数，该目标零件余量系数取决于目标零件材质，取值为0.1-0.3；
[0132]
s103计算目标零件拉伸临界应变值；
[0133]
目标零件拉伸临界应变值ε
临界
计算公式如下：
[0134][0135]
上述公式(3)中：
[0136]
t为金属板料厚度；
[0137]
r为多点模具最大曲率直径，作为多点模具已知数据，多点模具最大曲率直径r已提前输入至智能化拉形软件中；
[0138]
σ为板料的屈服强度；
[0139]
e为板料的弹性模量；
[0140]
s104计算拉形机电磁夹钳运动轨迹；
[0141]
拉形机电磁夹钳横向运动轨迹公式如下：
[0142][0143]
上述公式(4)中：
[0144]
δx为当前点夹钳横向移动位移，即上一点到当前点夹钳横向位移；
[0145]
xi为上一点夹钳横向位移；
[0146]
lr为多点模具最小界面边线长度，表征多点模具所能成形的最大边界范围；
[0147]
t为当前点拉伸时间；
[0148]
θ为金属板料截面与多点模具切线倾斜角，为动态更新值，如图6所示；
[0149]
t为拉伸过程总时长；
[0150]
l为目标零件展开的表面纵向长度最大值；
[0151]
拉形机电磁夹钳纵向运动轨迹公式如下：
[0152][0153]
上述公式(5)中：
[0154]
δz为当前点夹钳纵向移动位移，即上一点到当前点夹钳纵向位移；
[0155]
为多点模具的截面曲线方程；
[0156]
l为目标零件展开的表面纵向长度最大值；
[0157]
θ为金属板料截面与多点模具切线倾斜角，为动态更新值，如图6所示；
[0158]
lr为多点模具最小界面边线长度，表征多点模具所能成形的最大边界范围；
[0159]
t为当前点拉伸时间；
[0160]
t为拉伸过程总时长；
[0161]
φ(0,z)为x＝0的时刻，多点模具的截面曲线方程；
[0162]
s105输出仿真工艺参数；
[0163]
本步骤s105中，将前述步骤计算获得的金属板料尺寸、目标零件拉伸临界应变值、拉形机电磁夹钳运动轨迹等在内的仿真工艺参数输出并存储至电脑终端的命令存储器，电脑终端分别与多点模具、拉形机构以及在线测量划线仪信号连接。
[0164]
s2：根据工艺仿真计算结果做实际拉伸成形准备工作；
[0165]
所述实际拉伸成形准备工作包括：
[0166]
①
如图7所示，电磁夹钳通电夹持金属板料；
[0167]
②
根据工艺仿真计算结果调节多点模具中各模具单元体的高度，形成与拉伸成形的目标零件形状相匹配的下凸模面；
[0168]
③
在调节后的多点模具表面放置1mm厚的弹性橡胶垫；
[0169]
④
根据目标零件材质判断是否需要预热处理，如需预热处理，则通过控制控制流经电磁夹钳的电流流动和电流大小，通过电磁夹钳自阻加热进而对金属板料进行预热，预热的时间和预热目标温度均具体取决于目标零件的材质。
[0170]
s3：对金属板料进行实际拉伸成形，并进行一级测量；
[0171]
本步骤s3中，实际拉伸成形过程为：如图8所示，根据前述步骤计算获得的最佳拉形机电磁夹钳运动轨迹，控制水平液压缸及垂直液压缸拉伸加载控制电磁夹钳运动进而对使金属板料与已调节成形的多点模具贴合成形，拉伸速度为0.5-1mm/s，金属板料拉伸成形过程中，应变传感器识别金属板料的拉伸应变值，当其达到前述步骤计算获得的目标零件拉伸临界应变值时，向存储有智能拉形软件的电脑终端发送信号，拉伸过程停止。
[0172]
本步骤s3中，一级测量过程为：
[0173]
s301如图9所示，控制减小流经电磁夹钳的电流，利用电磁感应吸附金属板料，维持回弹后金属板料的形状；
[0174]
s302使用在线测量划线仪对完成拉伸成形的金属板料进行一级测量，并将测量结果发送至存储有智能拉形软件的电脑终端；
[0175]
s303通过计算曲率平均误差，判断拉伸成形的金属板材是否合格，如若不合格则进入步骤s4，如合格则进入步骤s5。
[0176]
所述曲率平均误差值δ的计算公式如下：
[0177][0178]
上述公式(6)中：
[0179]
n为测量点的个数；ni为拉伸成形的零件第i个测量点的高度坐标；n
i1
为目标零件第i个测量点的高度坐标；
[0180]
当曲率平均误差值δ小于预设值5时，判断拉伸成形的金属板材是否合格，否则不合格。
[0181]
s4：对金属板料进行电磁补偿成形，并进行二级测量；
[0182]
本步骤s4，是因为通过步骤s3对金属板料进行实际拉伸成形未获得合格的拉伸成形的金属板材，进而对其进行电磁补偿拉形的过程，所述电磁补偿拉形过程包括以下三中方式：
[0183]
①
电磁夹钳夹持柱金属板料，多点模具中各模具单元体顶部摆头通电，与金属板料之间产生电磁吸引力，进而使金属板料进一步进行塑性变形，实现电磁补偿拉形。
[0184]
②
电磁夹钳夹持柱金属板料，多点模具顶部摆头通电的同时，调节多点模具中各模具单元体高度，如图10、图11所示，通过多点模具电磁吸引及多点模具顶压共同使金属板料进一步进行塑性变形，实现电磁补偿拉形。
[0185]
③
电磁夹钳夹持柱金属板料，多点模具顶部摆头通电、调节多点模具中各模具单元体高度并对电磁夹钳通电，通过多点模具电磁吸引、多点模具顶压以及电磁夹钳通电使
金属板料产生的电磁吸引共同使金属板料进一步进行塑性变形，实现电磁补偿拉形。
[0186]
所述电磁夹钳通电电流为13
ꢀ‑
14kv，且根据实际工况不同，对电流大小进行调节。
[0187]
上述三种电磁补偿拉形方式按照
①
、
②
、
③
的优先级顺序依次循环进行，且每通过一种方式完成电磁补偿拉形后，均通过在线测量划线仪进行二级测量，如图12所示，并随着每次电磁补偿拉形，对测量结果迭代，直至电磁补偿拉形后的金属板料的曲率平均误差小于预设值，金属板料成形合格，电磁补偿拉形结束。
[0188]
所述测量结果迭代过程为：
[0189]
a.测量成形金属板料在x,y,z方向上的位置坐标；
[0190]
b.拟合测量成形金属板料的几何数模与零件原数模对比分析；
[0191]
c.多点模具顶部摆头、通过电磁夹钳流经板料电流大小分析；
[0192]
d.相应多点模具单元体调整高度进行补偿。
[0193]
s5：对成形合格的金属板料进行划线、裁剪及工艺存储。
[0194]
本步骤s5，通过在线测量划线仪对电磁成形后的金属板料进行划线，然后剪裁成形合格的金属板料，获得合格零件，最后通过智能化系统对合格零件的拉伸成形过程进行记忆存储，以简化后续相同零件的加工过程，实现了拉形机高度自动化和智能化的拉伸成形过程。
[0195]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
[0196]
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

技术特征：
1.一种电磁夹钳柔性拉形机闭环拉形方法，其特征在于：所述拉形方法采用：两缸式电磁夹钳柔性拉形机、多点模具以及在线测量划线仪；所述两缸式电磁夹钳柔性拉形机的两排两缸加载拉伸机构对称分布，每一排两缸加载拉伸机构均由若干结构相同的两缸加载拉伸机构呈线性排布组成，所述加载拉伸机构中，水平液压缸和垂直液压缸均与夹钳铰接；所述多点模具为下凸模式多点模具，由呈矩阵式分布且高度可独立调节的模具单元体组成，模具单元体顶部为含有电感线圈的摆头；所述在线测量划线仪用于对成形过程中的金属板料进行在线测量及划线；所述拉形机的控制端与内置有智能化拉形软件的电脑终端连接，通过所述智能化拉形软件实现对零件拉形过程的工艺仿真计算，传感器检测到的拉形机实际拉形产生的实时数据反馈至电脑终端，实现对智能拉形过程的闭环控制；所述拉形方法的具体步骤如下：s1：基于目标零件进行工艺仿真计算；s2：根据工艺仿真计算结果做实际拉伸成形准备工作；s3：对金属板料进行实际拉伸成形，并进行一级测量；s4：对金属板料进行电磁补偿成形，并进行二级测量；s5：对成形合格的金属板料进行划线、裁剪及工艺存储。2.如权利要求1所述一种电磁夹钳柔性拉形机闭环拉形方法，其特征在于：所述步骤s1基于目标零件进行工艺仿真计算的具体过程如下：s101将目标零件的三维数字模型导入智能化拉形软件中，识别目标零件的尺寸以及材质，判断是否需要对用于拉伸成形的金属板料进行预热处理；s102计算金属板料尺寸；s103计算目标零件拉伸临界应变值；s104计算拉形机电磁夹钳运动轨迹；s105输出仿真工艺参数。3.如权利要求2所述一种电磁夹钳柔性拉形机闭环拉形方法，其特征在于：所述步骤s102计算金属板料尺寸具体过程如下：金属板料纵向尺寸l
z
计算公式如下：l
z
＝l+2δkl+2l1+2l2··················
(1)上述公式(1)中：l为目标零件展开的表面纵向长度最大值；δk为目标零件余量系数，该目标零件余量系数取决于目标零件材质；l1为拉形机的电磁钳口到拉形模具的水平距离；l2为电磁夹钳的咬合长度；金属板料横向尺寸b
h
计算公式如下：b
h
＝b+2δkb
·····················
(2)上述公式(2)中：b为目标零件展开的表面横向长度最大值；δk为目标零件余量系数，该目标零件余量系数取决于目标零件材质。
4.如权利要求2所述一种电磁夹钳柔性拉形机闭环拉形方法，其特征在于：所述步骤s103计算目标零件拉伸临界应变值具体过程如下：目标零件拉伸临界应变值ε
临界
计算公式如下：上述公式(3)中：t为金属板料厚度；r为多点模具最大曲率直径，作为多点模具已知数据，多点模具最大曲率直径r已提前输入至智能化拉形软件中；σ为板料的屈服强度；e为板料的弹性模量。5.如权利要求2所述一种电磁夹钳柔性拉形机闭环拉形方法，其特征在于：所述步骤s104计算拉形机电磁夹钳运动轨迹具体过程如下：拉形机电磁夹钳横向运动轨迹公式如下：上述公式(4)中：δx为当前点夹钳横向移动位移，即上一点到当前点夹钳横向位移；x
i
为上一点夹钳横向位移；l
r
为多点模具最小界面边线长度，表征多点模具所能成形的最大边界范围；t为当前点拉伸时间；θ为金属板料截面与多点模具切线倾斜角，为动态更新值，如图6所示；t为拉伸过程总时长；l为目标零件展开的表面纵向长度最大值；拉形机电磁夹钳纵向运动轨迹公式如下：上述公式(5)中：δz为当前点夹钳纵向移动位移，即上一点到当前点夹钳纵向位移；为多点模具的截面曲线方程；l为目标零件展开的表面纵向长度最大值；θ为金属板料截面与多点模具切线倾斜角，为动态更新值，如图6所示；l
r
为多点模具最小界面边线长度，表征多点模具所能成形的最大边界范围；t为当前点拉伸时间；t为拉伸过程总时长；φ(0,z)为x＝0的时刻，多点模具的截面曲线方程。6.如权利要求1所述一种电磁夹钳柔性拉形机闭环拉形方法，其特征在于：所述步骤s2中实际拉伸成形准备工作包括：
①
电磁夹钳通电夹持金属板料；
②
根据工艺仿真计算结果调节多点模具中各模具单元体的高度，形成与拉伸成形的目标零件形状相匹配的下凸模面；
③
在调节后的多点模具表面放置弹性橡胶垫；
④
根据目标零件材质判断是否需要预热处理，如需预热处理，则通过控制控制流经电磁夹钳的电流流动和电流大小，通过电磁夹钳自阻加热进而对金属板料进行预热。7.如权利要求1所述一种电磁夹钳柔性拉形机闭环拉形方法，其特征在于：所述步骤s3中，实际拉伸成形过程为：根据前述步骤计算获得的最佳拉形机电磁夹钳运动轨迹，控制水平液压缸及垂直液压缸拉伸加载控制电磁夹钳运动进而对使金属板料与已调节成形的多点模具贴合成形，金属板料拉伸成形过程中，应变传感器识别金属板料的拉伸应变值，当其达到前述步骤计算获得的目标零件拉伸临界应变值时，向存储有智能拉形软件的电脑终端发送信号，拉伸过程停止。8.如权利要求1所述一种电磁夹钳柔性拉形机闭环拉形方法，其特征在于：所述步骤s3中，一级测量过程为：s301控制减小流经电磁夹钳的电流，利用电磁感应吸附金属板料，维持回弹后金属板料的形状；s302使用在线测量划线仪对完成拉伸成形的金属板料进行一级测量，并将测量结果发送至存储有智能拉形软件的电脑终端；s303通过计算曲率平均误差，判断拉伸成形的金属板材是否合格，如若不合格则进入步骤s4，如合格则进入步骤s5。9.如权利要求1所述一种电磁夹钳柔性拉形机闭环拉形方法，其特征在于：所述步骤s4中电磁补偿拉形过程包括以下三中方式：
①
电磁夹钳夹持柱金属板料，多点模具中各模具单元体顶部摆头通电，与金属板料之间产生电磁吸引力，进而使金属板料进一步进行塑性变形，实现电磁补偿拉形；
②
电磁夹钳夹持柱金属板料，多点模具顶部摆头通电的同时，调节多点模具中各模具单元体高度，通过多点模具电磁吸引及多点模具顶压共同使金属板料进一步进行塑性变形，实现电磁补偿拉形；
③
电磁夹钳夹持柱金属板料，多点模具顶部摆头通电、调节多点模具中各模具单元体高度并对电磁夹钳通电，通过多点模具电磁吸引、多点模具顶压以及电磁夹钳通电使金属板料产生的电磁吸引共同使金属板料进一步进行塑性变形，实现电磁补偿拉形。10.如权利要求9所述一种电磁夹钳柔性拉形机闭环拉形方法，其特征在于：三种电磁补偿拉形方式按照
①
、
②
、
③
的优先级顺序依次循环进行，且每通过一种方式完成电磁补偿拉形后，均通过在线测量划线仪进行二级测量，并随着每次电磁补偿拉形，对测量结果迭代，直至电磁补偿拉形后的金属板料成形合格，电磁补偿拉形结束。

技术总结
本发明提供了一种电磁夹钳柔性拉形机闭环拉形方法，采用：两缸式电磁夹钳柔性拉形机、多点模具以及在线测量划线仪；所述拉形方法包括基于目标零件进行工艺仿真计算；根据工艺仿真计算结果做实际拉伸成形准备工作；对金属板料进行实际拉伸成形，并进行一级测量；对金属板料进行电磁补偿成形，并进行二级测量；对成形合格的金属板料进行划线、裁剪及工艺存储。本发明所述拉形方法采用拉伸成形与电磁成形相结合的复合工艺，减小成形过程中的回弹，并简化回弹调控过程，有效提升大尺寸金属板料的成形性能。成形性能。成形性能。


技术研发人员：韩奇钢 姜嘉鑫 梁策 李义 雒锋 梁继才
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2023.04.20
技术公布日：2023/10/7