浅谈汽车制造中电磁成形技术应用分析

[摘 要]本文在介绍汽车产业轻量化发展趋势及电磁成形相关概念的基础上，对电磁复合冲压成形技术在汽车制造领域中的应用进行了分析和讨论。

[关键词]汽车制造 电磁成形 电磁复合冲压成形

中图分类号：TM568 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）16-0216-01

1.引言

近年来，汽车产业逐渐向着轻量化、环保回收、节约能源的方向发展，而随着汽车结构轻量化，铝、镁合金等低密度材料开始在汽车工业中得到越来越广泛的应用。相对而言，铝、镁合金的应变率低，在常温下塑性较差，加工难度较高，由于车身覆盖件形状复杂，因此难于精确成形，在一定程度上对轻合金的推广应用造成负面影响，而电磁成形技术的出现则为轻合金在汽车批量生产中的广泛应用提供了可能。所谓电磁成形，就是使金属在强脉冲磁场中受磁力作用从而发生塑性变形的一种高效率成形方法，也被称为磁脉冲成形。电磁成形技术具有加工能量控制精确、成形迅速、成形工件精度高、模具设备通用性强等优势，不仅加工过程绿色环保，而且可提升金属成形性能、改善应力分布状态、提高局部变形能力。限于篇幅，本文仅就汽车覆盖件相关的电磁复合冲压成形技术进行分析和讨论。

2.电磁复合冲压成形

汽车覆盖零件的形状相对复杂且在局部有较大变形，目前，传统钢板覆盖件正在被铝合金覆盖件取代，但铝合金在加工性能、延伸率等方面均存在很大不足，较薄的区域容易出现应变、应力不均的问题，进而引起起皱甚至是拉裂，回弹和成形精度难以保证。常规冲压方法的是用冲压设备将某一形式的能量在相对较长的时间里转化为变形功，在为工件提供较大能量的同时降低加工成本；电磁成形的优势主要体现在铝、镁等加工性能较差的轻金属上，有利于提高材料的成形性能。电磁复合冲压成形是对常规冲压和电磁成形技术的结合，即在传统冲压进行时，借通过多次线圈放电改善工件的应力分布、合理分配，在形状复杂区域通过电磁成形完成最终变形而不致发生拉裂。由于冲压过程与电磁成形交替进行无需换模，所以不仅降低了对电磁成形设备的要求，而且也使工件的加工成本得到进一步的控制。

3.电磁复合冲压成形的典型线圈结构及应用

由于电磁成形工艺的种类和成形工件的形状不同，因此线圈结构也分为多种类型，根据成形工艺性质，可分为平板线圈、胀形线圈、缩径线圈等；根据结构形式，可分为平板线圈、带集磁器线圈、螺线管线圈；根据寿命，可分为一次性线圈和多次使用线圈。下面我们对汽车覆盖件制造中两种典型的线圈结构及其应用进行讨论和说明。

3.1 均匀力线圈

均匀力线圈是一种能够提供均匀磁场力的匀压力线圈，在主线圈外设有四形导槽，与板料形成一个封闭回路。在电容放电时，线圈中形成变化的电流，外面的回路同时产生方向与之相反的感应电流，使金属料板在洛伦兹力的作用下快速贴膜。由于感应电流回路完全环绕线圈，因此磁场能量损失较小，效率较高。另外，线圈同时受四形导槽和板料的反作用力，即对线圈的作用力主要集中在芯轴之上，有利于线圈使用寿命的延长。

3.2 平板线圈

依据匝数，平板线圈可分为单匝、多匝两种类型，我们主要对单匝线圈的应用进行介绍。在各类线圈结构中，单匝线圈的结构最为简单，既可以一根高导电率的金属棒做成单棒线圈，也可以切除多余部分的厚金属板制成，还可以由截面为矩形的长导线经多次弯曲后做成不规则形状，用途不同结构也不尽相同。

在板料弯曲成形中，回弹是最为常见的缺陷，同时也是弯曲工艺的技术难点，若采用传统弯曲工艺，往往需要反复试模，而应用单棒线圈则可有效控制回弹，在放电能量达到一定值时，工件的回弹量可为零，不仅操作简单，而且可以取得非常理想的效果。

3.3 汽车覆盖件制造中电磁复合冲压成形的应用

以汽车铝合金门内衬板制造为例，通过应用多种电磁成形线圈及模具校形，汽车前挡板四槽底部圆角可基本消除、棱线清晰，完全达到钢板成形的效果，有效克服了铝合金板成形极限差的缺陷。同时，电磁复合冲压成形单次成形周期不超过5秒，满足汽车制造业批量生产对于工作效率的实际需求。

3.4 电磁复合冲压成形对材料成型性能的影响

在金属成形过程中，其成形范围主要受到两方面限制，一是起皱问题，二是缩颈和撕裂问题。在普通金属成形工艺中，铝合金的成形范围相对狭窄，原因在于其撕裂严重，起皱与回弹明显。而在应用电磁成形技术后，铝合金的成形范围可得到有效提升，缩颈、撕裂与起皱问题也会得到有效解决。试验结果表明，在不致破裂的情况下，应用传统冲压模具与，铝合金板最高可成形4.4cm；将电磁成形线圈安装在相同的成形设备上后，铝合金板最高可成形6.4cm，即成形极限提升47%。

结语

在汽车行业开展轻量化工程的背景下，铝合金材料正在代替钢材用于发动机、散热器、框架结构、汽车底盘等车体结构及其它零件成形，与此同时，随着激光焊接技术的不断发展，铝合金拼焊板的应用也日益增多。采用电磁成形技术不仅可以提高铝合金的成形性能，还可借助板料电磁成形的趋肤效应特性实现对焊缝移动的有效控制，其特性和优势与汽车行业的发展要求契合度较高，相信随着相关技术和设备的进一步完善，电磁成形技术在汽车制造行业的未来发展中将会得到更加广泛的应用。

参考文献

[1] 孟正华、黄尚宇，等.镁合金板材温热电磁复合成形试验研究[J].机械工程学报，2011，（10）：38-42.

[2] 陈琳、靳宣强.汽车覆盖件电磁辅助快速成形技术[J].现代制造技术与装备，2010，（1）：50-51.