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2.5 電磁成形技術(shù)
電磁成形是利用磁場力使金屬坯料變形的高速率成形方法。因為在成形過程中載荷是以脈沖的方式作用于毛坯，因此又稱為磁脈沖成形。
2.5.1 電磁成形技術(shù)的優(yōu)點和局限性
電磁成形與其它加工方法的主要區(qū)別是：磁場力在瞬間作用于毛坯上且無機械接觸，所以是一種高速度、高質(zhì)量的加工方法。它具有如下突出的優(yōu)點：
①在電磁成形過程中，在脈沖壓力作用下，工件獲得很大的加速度，可以大幅度提高材料的成形極限；②磁場可以通過非導(dǎo)體材料，所以可以對非金屬涂層或放在容器內(nèi)的工件進(jìn)行成形加工；③電磁成形屬單模成形，簡化了模具制造，增加了加工柔性；④電磁成形可對復(fù)雜零件進(jìn)行高精度加工，殘余應(yīng)力小，回彈小；⑤電磁成形可進(jìn)行復(fù)合及混合加工，因而縮短加工周期；⑥電磁成形具有純電磁特性，與其它高速高能加工方法相比，容易實現(xiàn)能量控制和生產(chǎn)自動化、機械化；⑦具有很大的工藝靈活性，同一感應(yīng)線圈可以進(jìn)行多種加工。
電磁成形技術(shù)也具有局限性，例如：①單一的電磁成形工藝很難獲得深拉深工件；②不是所有的金屬材料可以用該技術(shù)直接加工，低導(dǎo)電率的材料需用高導(dǎo)電率的材料做“驅(qū)動體”；③電磁成形工藝對工件形狀有嚴(yán)格的要求，以保證形成感應(yīng)電流；④對工件的幾何尺寸有嚴(yán)格的要求。
2.5.2 電磁成形技術(shù)的應(yīng)用
電磁成形技術(shù)主要應(yīng)用于航空、航天、兵器、汽車制造及電子等領(lǐng)域。如大型構(gòu)件的精密校形、膜片無毛刺沖裁、航空航天用異型管的加工、復(fù)雜外形管件加工、飛機操縱桿的連接、核燃料棒的成形、核廢料容器的密封等。在美國汽車制造業(yè)中應(yīng)用電磁成形工藝制造傳動軸，可免去傳統(tǒng)工藝過程中的多道工序，提高了生產(chǎn)效率。在電子領(lǐng)域，可用電磁成形一次放電完成小電機外殼和骨架的固定裝配。
電磁成形常用平板毛坯和管狀毛坯的成形，其典型工藝形式有： ①管毛坯縮徑。②管毛坯脹形。③平板毛坯成形。④連接。⑤沖裁。
此外，電磁成形還可用于多種工序的復(fù)合成形、異型管成形、容器密封、電磁鉚接和粉末壓實等。
2.5.3 國內(nèi)電磁成形技術(shù)發(fā)展情況
目前國內(nèi)磁脈沖輔助板材沖壓成形工藝尚處于試驗研究階段，實際應(yīng)用還很少。近兩年來，哈爾濱工業(yè)大學(xué)開始著手開展電磁成形輔助沖壓工藝基礎(chǔ)理論研究工作，進(jìn)行了該工藝在提高鋁合金材料成形性方面的試驗研究和復(fù)合成形下多場耦合響應(yīng)的數(shù)值模擬方面的研究工作，并取得了一定的進(jìn)展。北京機電研究所進(jìn)行了鋁合金汽車油箱殼體上凹坑的復(fù)合成形試驗，成形形狀和深度基本滿足要求。
國內(nèi)1986年由哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制出第一臺用于生產(chǎn)的放電能量為7.2KJ的通用電磁成形設(shè)備。1990年代中期，該單位分別為上海航天局、航天703所開發(fā)制造了30KJ的電磁成形機之后，又陸續(xù)研制了1.2 KJ～30 KJ能量不等的多臺電磁成形設(shè)備。最新研制的設(shè)備具有斷電保護(hù)、過壓保護(hù)、自動泄荷、故障診斷、模擬運行等功能，設(shè)備的安全性、操作的靈活性都有了很大的提高，同時在設(shè)備的充電回路設(shè)計、保護(hù)功能的完善上都有了很大的提高。
2.6 無模多點成形技術(shù)
多點成形的基本思想是將整體模具離散化，由一系列規(guī)則排列的基本體（或稱沖頭）組成的點陣來代替。在傳統(tǒng)沖壓成形中，板料三維曲面零件由模具曲面來成形，而多點成形中則由基本體球頭的包絡(luò)面（或稱為成形曲面）來完成。各基本體的高度由計算機實時控制，根據(jù)零件的目標(biāo)形狀調(diào)整基本體的行程即可快速構(gòu)造所需的成形曲面，從而實現(xiàn)零件的快速、柔性成形。
2.6.1 主要技術(shù)特點
①實現(xiàn)板料三維曲面零件的無模成形，節(jié)約大量的模具材料及設(shè)計、制造費用；②在一臺設(shè)備上可進(jìn)行多種不同形狀零件的加工；③實現(xiàn)板料變路徑成形；④易于實現(xiàn)CAD/CAE/CAM/CAT一體化及板料成形自動化；⑤縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低產(chǎn)品的成本。
多點成形適用于各種金屬曲面的制造，這種技術(shù)可實現(xiàn)單件、小批零件的規(guī)范加工。采用無模成形技術(shù)可以節(jié)省大量的模具設(shè)計、制造及修模調(diào)試的費用，具有許多優(yōu)越性，所加工的零件尺寸越大，批量越小，這些優(yōu)越性越突出。這種技術(shù)可廣泛用于車輛覆蓋件、飛機蒙皮、船體外板等成形，還可用于壓力容器、建筑結(jié)構(gòu)件與裝飾件成形及醫(yī)學(xué)工程中各種金屬曲面的制造。
2.6.2 成形工藝
1）一次成形。一次多點成形工藝與傳統(tǒng)的整體模具沖壓成形類似，根據(jù)零件的幾何形狀并考慮材料的回彈等因素設(shè)計出成形面，在成形前調(diào)整各基本體的位置，按調(diào)整后基本體群成形面一次完成零件成形。
2）分段成形。分段成形通過改變基本體群成形面的形狀，在不分離板料的前提下，逐段、分區(qū)域地對板料連續(xù)成形，從而實現(xiàn)小設(shè)備成形大尺寸、大變形量的零件。
3）多道成形。對于變形量較大的零件，可逐次改變多點模具的成形面形狀，進(jìn)行多道次成形。
4）反復(fù)成形。但在多點成形中，可采用反復(fù)成形的方法消除回彈并降低殘余應(yīng)力。
5）閉環(huán)成形。在多點成形中可采用閉環(huán)技術(shù)實現(xiàn)智能化的精確成形。
6）薄板成形。起皺缺陷是薄板曲面件多點成形時的關(guān)鍵問題。在多點成形中，也需采用壓邊技術(shù)抑制起皺的產(chǎn)生。
7）多點拉形。多點拉形是采用多點式柔性模具的鈑金件拉形成形工藝，多點拉形過程與采用整體模具的拉形過程類似。
2.6.3 成形裝備
一個基本的多點成形裝備由三大部分組成，即CAD/CAM軟件、控制系統(tǒng)及多點成形主機。
1）多點成形壓力機
多點成形壓力機的主體為壓力機，其核心是上、下基本體群及基本體調(diào)形系統(tǒng)。壓力機主要有三梁四柱式、框架式與C型結(jié)構(gòu)。C型機架結(jié)構(gòu)對于分段成形更為有利。
2）控制與調(diào)形
多點成形中的成形面是根據(jù)零件成形的需要通過調(diào)整基本體的高度來構(gòu)造，構(gòu)造成形面的過程就是調(diào)形。調(diào)形是多點成形中最重要的環(huán)節(jié)，調(diào)形一般在零件成形前完成，也可在成形過程中完成。
3）CAD/CAM軟件
多點成形過程通過CAD/CAM一體化軟件由計算機完成。CAD軟件的主要功能包括：曲面造型、多點成形工藝計算、基本體群成形面設(shè)計以及工藝仿真、工藝檢驗等。
2.6.4 多點成形技術(shù)的應(yīng)用
1）高速列車流線型車頭覆蓋件成形
采用多點成形技術(shù)實現(xiàn)了流線型車頭覆蓋件的無模多點成形，大大縮短了新產(chǎn)品開發(fā)周期，提高了成形效率與質(zhì)量，降低了工人勞動強度，改善了工作環(huán)境。
2）船體鈦合金外板成形
鈦合金船體外板成形后回彈極大，用傳統(tǒng)方法很難成形，采用多點成形技術(shù)解決了鈦合金成形問題。
3）人腦顱骨三維曲面成形
人腦受損傷后，顱骨損傷部位需要植入鈦合金曲面板進(jìn)行修補。采用多點成形技術(shù)很好地解決了鈦合金曲面板個性化成形需求。目前已有數(shù)百例用于臨床手術(shù)。
4）大型建筑結(jié)構(gòu)件成形
北京奧運會主場館——鳥巢建筑中的彎扭形構(gòu)件多用6~10m長、1.2m寬、10~60mm厚的鋼板成形后拼接，采用多點成形技術(shù)圓滿地解決了鋼板彎扭件加工難題。
5）薄板三維曲面零件成形
采用具有柔性壓邊功能的多點成形壓力機，實現(xiàn)了薄板的多點成形，成形出多種典型的薄板零件。
6）飛機蒙皮件多點成形
飛機蒙皮件成形需要大量的拉形模具，也是飛機數(shù)字化制造的難點之一。采用1200mm×800mm臺面的多點拉形裝備已成形出多種蒙皮件。
3 金屬成形行業(yè)數(shù)字化、信息化的發(fā)展?fàn)顩r
先進(jìn)沖壓技術(shù)是指信息技術(shù)、新材料沖壓、新工藝與傳統(tǒng)沖壓成形技術(shù)的結(jié)合。當(dāng)前，金屬成形行業(yè)的技術(shù)水平和先進(jìn)性，主要表現(xiàn)在以CAD/CAE/CAPP/CAM技術(shù)為代表的數(shù)字化、信息化程度，以及企業(yè)中信息集成和管理網(wǎng)絡(luò)化程度。目前，國內(nèi)汽車覆蓋件模具生產(chǎn)企業(yè)普遍采用了CAD/ CAM技術(shù)； CAPP 和CAE技術(shù)在國外模具廠已廣泛采用，我國的部分模具生產(chǎn)廠家也已開始采用。 |