CN103817197B - 一种电磁成形装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电磁成形装置及方法。该装置包括成形线圈、驱动线圈、导体驱动板、第一脉冲电源、第二脉冲电源、凹模和压边圈；压边圈和成形线圈设置在凹模的上方，第一脉冲电源连接成形线圈，导体驱动板设置在成形线圈的上方，与成形线圈固定形成带导体驱动板的成形线圈结构，驱动线圈固定在导体驱动板的正上方，第二脉冲电源连接驱动线圈。本发明通过驱动线圈驱动成形线圈随工件的变形运动，使成形线圈始终贴近工件，为工件的电磁成形提供持续的随形分布的电磁力，能有效提高工件的成形深度，并改善工件的贴模性。

Description

一种电磁成形装置及方法
技术领域
本发明属于金属成形制造技术领域，更具体地，涉及一种电磁成形装置及方法。
背景技术
结构轻量化是航空航天、汽车等领域提高运载器件承载极限能力、实现节能减排的重要途径，采用轻合金材料是实现轻量化的主要途径之一。然而，铝合金、镁合金、钛合金等轻质合金材料在室温下成形塑性较低，采用传统的加工工艺进行加工效果并不理想，特别在深成形加工中。根据国内外现有的研究结果表明，电磁成形技术由于其高速(其时间跨度约100us)成形过程中的惯性效应、高速率本构关系、高速碰撞和动态失效模型等因素能大幅改善金属成形性能，而被认为是实现铝合金、镁合金、钛合金等轻质材料加工的重要方法。
尽管电磁成形拥有众多优于传统加工方法的特点，但是自其被提出以来，从未达到过与传统加工成形技术相抗衡的地位，其应用仍局限于金属管件的铆接，板材的压印，以及板件的局部矫形等。制约电磁成形发展的原因主要有两点，首先，传统电磁驱动线圈由于其结构强度的限制，不可能产生高强磁场，进而限制了电磁成形的成形能力。其次，缺少对脉冲电磁力时空分布规律的认识，而这是电磁成形中驱动力场设计的关键。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种电磁成形装置及方法，通过驱动线圈驱动成形线圈随工件的变形运动，使成形线圈始终贴近工件，为工件的电磁成形提供持续的随形分布的电磁力，能有效提高工件的成形深度，并改善工件的贴模性。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种电磁成形装置，其特征在于，包括成形线圈、驱动线圈、导体驱动板、第一脉冲电源、第二脉冲电源、凹模和压边圈；所述压边圈和所述成形线圈设置在所述凹模的上方，所述第一脉冲电源连接所述成形线圈，所述导体驱动板设置在所述成形线圈的上方，与所述成形线圈固定形成带导体驱动板的成形线圈结构，所述驱动线圈固定在所述导体驱动板的正上方，所述第二脉冲电源连接所述驱动线圈。
优选地，所述压边圈用于为工件的法兰区域提供压边力，所述成形线圈用于为工件提供脉冲电磁力，驱动工件变形，所述驱动线圈用于为所述导体驱动板提供脉冲电磁力，通过所述导体驱动板驱动所述成形线圈随工件的变形运动，使所述成形线圈始终贴近工件。
按照本发明的另一方面，提供了一种电磁成形方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)：将工件置于凹模上；
步骤(2)：将压边圈和成形线圈置于所述工件上，其中，所述成形线圈与所述凹模的型腔对应；
步骤(3)：在所述成形线圈的上方设置导体驱动板，将所述导体驱动板与所述成形线圈固定形成带导体驱动板的成形线圈结构；
步骤(4)：在所述导体驱动板的正上方固定设置驱动线圈；
步骤(5)：通过第一脉冲电源控制所述成形线圈为所述工件提供脉冲电磁力，驱动所述工件变形，通过第二脉冲电源控制所述驱动线圈为所述导体驱动板提供脉冲电磁力，通过所述导体驱动板驱动所述成形线圈随所述工件的变形运动，使所述成形线圈始终贴近所述工件，进而使所述工件在电磁力的作用下贴模成形。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，在传统的电磁成形的成形线圈的基础上，增加了一个驱动线圈，构成了基于线圈驱动线圈的双线圈结构。具体地，将成形线圈与金属导体驱动板固定连接，通过驱动线圈对导体驱动板的电磁力，驱动成形线圈随工件的变形运动，使成形线圈始终贴近工件，为工件的电磁成形提供持续的随形分布的电磁力，能有效提高工件的成形深度，并改善工件的贴模性。
附图说明
图1是本发明实施例的电磁成形装置结构示意图；
图2是本发明实施例的电磁成形装置的工作原理示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-成形线圈，2-驱动线圈，3-工件，4-导体驱动板，51-第一脉冲电源，52-第二脉冲电源，6-凹模，7-压边圈。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明实施例的电磁成形装置包括：成形线圈1、驱动线圈2、导体驱动板4、第一脉冲电源51、第二脉冲电源52、凹模6和压边圈7。压边圈7和成形线圈1设置在凹模6的上方，第一脉冲电源51连接成形线圈1，导体驱动板4设置在成形线圈1的上方，与成形线圈1固定形成带导体驱动板的成形线圈结构，驱动线圈2固定在导体驱动板4的正上方，第二脉冲电源52连接驱动线圈2。
压边圈7用于为工件3的法兰区域提供压边力，成形线圈1用于为工件3提供脉冲电磁力，进而驱动工件3变形，驱动线圈2用于为导体驱动板4提供脉冲电磁力，通过导体驱动板4驱动成形线圈1随工件3的变形运动，使成形线圈1在成形过程中始终贴近工件3，产生较大的电磁力，有效提高成形深度，改善工件的贴模性。
如图2所示，工件3的初始状态为31，通过第一脉冲电源51控制成形线圈1为工件3提供脉冲电磁力，驱动工件3变形，使工件3逐渐流入凹模。与此同时，通过第二脉冲电源52对驱动线圈2放电，为导体驱动板4提供轴向脉冲电磁力，通过导体驱动板4驱动成形线圈1运动，使成形线圈1进入工件3变形形成的凹槽中，与工件3保持良好的电磁耦合，进而产生较大的电磁力。通过两个线圈的作用，工件3由此初始状态31经过中间状态32、33，,最终得到状态为34的良好贴模的成形工件。
进一步地，本发明实施例的电磁成形装置还可包括导轨，用于引导成形线圈1向凹模6的型腔方向移动，防止成形线圈1产生横向偏移。
本发明实施例的电磁成形方法包括如下步骤：
(1)将工件3置于凹模6上。
(2)将压边圈7和成形线圈1置于工件3上，其中，成形线圈1与凹模6的型腔对应。
(3)在成形线圈1的上方设置导体驱动板4，将导体驱动板4与成形线圈1固定形成带导体驱动板的成形线圈结构。
(4)在导体驱动板4的正上方固定设置驱动线圈2。
(5)通过第一脉冲电源51控制成形线圈1为工件3提供脉冲电磁力，驱动工件3变形，通过第二脉冲电源52控制驱动线圈2为导体驱动板4提供脉冲电磁力，通过导体驱动板4驱动成形线圈1随工件3的变形运动，使成形线圈1始终贴近工件3，进而使工件3在电磁力的作用下贴模成形。
第一脉冲电源51使成形线圈1内通过脉冲电流，该脉冲电流产生的脉冲磁场使工件3上产生感应涡流，感应涡流与脉冲磁场共同作用产生的电磁力使工件3向远离成形线圈1的方向运动，即使工件3向凹模6的型腔方向运动，促使工件3变形。
第二脉冲电源52使驱动线圈2内通过脉冲电流，该脉冲电流产生的脉冲磁场使导体驱动板4上产生感应涡流，感应涡流与脉冲磁场共同作用产生的电磁力使导体驱动板4向远离驱动线圈2的方向移动，由于导体驱动板4与成形线圈1固定形成带导体驱动板的成形线圈结构，成形线圈1随工件3的变形运动，使成形线圈1始终贴近工件3。由于成形线圈1与工件3的间隙越小，电磁力越大，因此，使成形线圈1始终贴近工件3，有利于充分利用能量，产生尽可能大的电磁力，提高工件3的成形深度，并有效改善工件的贴模性。
进一步地，导体驱动板4与成形线圈1的距离较远，使成形线圈1产生的磁场在导体驱动板4处足够小，一方面有利于减小成形线圈1对驱动线圈2作用于导体驱动板4的电磁力的影响，另一方面有利于减小导体驱动板4对成形线圈1作用于工件3的电磁力的影响。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电磁成形装置，其特征在于，包括成形线圈(1)、驱动线圈(2)、导体驱动板(4)、第一脉冲电源(51)、第二脉冲电源(52)、凹模(6)和压边圈(7)；
所述压边圈(7)和所述成形线圈(1)设置在所述凹模(6)的上方，所述第一脉冲电源(51)连接所述成形线圈(1)，所述导体驱动板(4)设置在所述成形线圈(1)的上方，与所述成形线圈(1)固定形成带导体驱动板的成形线圈结构，所述驱动线圈(2)固定在所述导体驱动板(4)的正上方，所述第二脉冲电源(52)连接所述驱动线圈(2)，所述驱动线圈(2)用于为所述导体驱动板(4)提供脉冲电磁力，通过所述导体驱动板(4)驱动所述成形线圈(1)随工件(3)的变形运动，使所述成形线圈(1)始终贴近工件(3)，为工件(3)的电磁成形提供持续的随形分布的电磁力。
2.如权利要求1所述的电磁成形装置，其特征在于，所述压边圈(7)用于为工件(3)的法兰区域提供压边力，所述成形线圈(1)用于为工件(3)提供脉冲电磁力，驱动工件(3)变形。
3.一种电磁成形方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)：将工件(3)置于凹模(6)上；
步骤(2)：将压边圈(7)和成形线圈(1)置于所述工件(3)上，其中，所述成形线圈(1)与所述凹模(6)的型腔对应；
步骤(3)：在所述成形线圈(1)的上方设置导体驱动板(4)，将所述导体驱动板(4)与所述成形线圈(1)固定形成带导体驱动板的成形线圈结构；
步骤(4)：在所述导体驱动板(4)的正上方固定设置驱动线圈(2)；
步骤(5)：通过第一脉冲电源(51)控制所述成形线圈(1)为所述工件(3)提供脉冲电磁力，驱动所述工件(3)变形，通过第二脉冲电源(52)控制所述驱动线圈(2)为所述导体驱动板(4)提供脉冲电磁力，通过所述导体驱动板(4)驱动所述成形线圈(1)随所述工件(3)的变形运动，使所述成形线圈(1)始终贴近所述工件(3)，为所述工件(3)的电磁成形提供持续的随形分布的电磁力，进而使所述工件(3)在电磁力的作用下贴模成形。
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