CN103831339B - 一种电磁成形工装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁成形工装方法。该方法包括如下步骤：（1）将工件置于凹模上；（2）将电磁线圈和压边圈置于工件上，其中，电磁线圈与凹模的型腔对应；（3）将质量块置于电磁线圈和压边圈上；（4）用脉冲电源对电磁线圈放电，驱动工件变形。其中，电磁线圈和压边圈的总质量质量块的质量F为电磁线圈和压边圈所受的向上的脉冲力，T为脉冲持续时间，g为重力加速度，h_max为电磁线圈和压边圈的最大允许位移。本方法通过调整待约束物体的质量或者增加质量块，使电磁成形中待约束物体的运动降低至可承受的范围，操作简单，容易实现，工装效果好且性能稳定。

Description

一种电磁成形工装方法

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，更具体地，涉及一种电磁成形工装方法。

背景技术

材料成形加工中工件承受成形力的同时，施力装置也承受了来自工件的反作用力，为平衡这一反作用力需要增加额外的工装，以保证成形安全有效地进行。用于成型加工的液压机需通过复杂的本体结构设计以满足液压机良好的刚度、强度和整体工作性能。然而，随着液压机吨位的不断增大，为了保持结构的刚度和强度，其本体不断增大，例如，2012年12月11日，我国自主研发的世界最大的模锻液压机，在四川德阳进入调试阶段，其吨位达8万吨，地上高27米，地下15米，总高42米，设备总重2.2万吨。

电磁成形中电磁线圈同样受到工件的巨大的反作用力，而压边圈、凹模也承受了来自工件的接触作用力，这两个作用力方向相反，如果不能采用有效的工装，将引起电磁线圈、压边圈、凹模的相对运动，进而影响成形的安全有效进行。采用通常的螺杆、螺栓等组装成的工装系统，由于电磁成形中巨大的脉冲电磁力，螺杆、螺栓等连接处在冲击载荷下易发生磨损，且该工装增加了时间成本。

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工装方法，能有效地将电磁成形中待约束物体的运动降低至可承受的范围，操作简单，容易实现，工装效果好且性能稳定。

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工装方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将工件置于凹模上；（2）将电磁线圈和压边圈置于工件上，其中，电磁线圈与凹模的型腔对应；（3）将质量块置于电磁线圈和压边圈上；（4）用脉冲电源对电磁线圈放电，驱动工件变形。

优选地，电磁线圈和压边圈的总质量质量块的质量其中，F为电磁线圈和压边圈所受的向上的脉冲力，T为脉冲持续时间，g为重力加速度，h_max为电磁线圈和压边圈的最大允许位移。

按照本发明的另一方面，提供了一种电磁成形工装方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将工件置于凹模上；（2）将电磁线圈和压边圈置于工件上，其中，电磁线圈与凹模的型腔对应；（3）用脉冲电源对电磁线圈放电，驱动工件变形。

优选地，电磁线圈和压边圈的总质量其中，F为电磁线圈和压边圈所受的向上的脉冲力，T为脉冲持续时间，g为重力加速度，h_max为电磁线圈和压边圈的最大允许位移。

按照本发明的又一方面，提供了一种电磁成形工装方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将电磁线圈和压边圈置于工作台上，其中，电磁线圈位于压边圈的中心位置；（2）将工件置于电磁线圈和压边圈上；（3）将凹模置于工件上，其中，凹模的型腔与电磁线圈对应；（4）将质量块置于凹模上；（5）用脉冲电源对电磁线圈放电，驱动工件变形。

优选地，凹模的质量质量块的质量其中，F为凹模所受的向上的脉冲力，T为脉冲持续时间，g为重力加速度，h_max为凹模的最大允许位移。

按照本发明的又一方面，提供了一种电磁成形工装方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将电磁线圈和压边圈置于工作台上，其中，电磁线圈位于压边圈的中心位置；（2）将工件置于电磁线圈和压边圈上；（3）将凹模置于工件上，其中，凹模的型腔与电磁线圈对应；（4）用脉冲电源对电磁线圈放电，驱动工件变形。

优选地，凹模的质量其中，F为凹模所受的向上的脉冲力，T为脉冲持续时间，g为重力加速度，h_max为凹模的最大允许位移。

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，通过调整待约束物体（电磁线圈和压边圈的组合，或者凹模）的质量，或者增加质量块，使电磁成形中待约束物体的运动降低至可承受的范围，操作简单，容易实现，工装效果好且性能稳定。

附图说明

图1是本发明实施例1的电磁成形工装方法的原理示意图；

图2是本发明实施例2的电磁成形工装方法的原理示意图；

图3是本发明实施例3的电磁成形工装方法的原理示意图；

图4是本发明实施例4的电磁成形工装方法的原理示意图。

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-电磁线圈，2-工件，3-凹模，4-脉冲电源，5-压边圈，6-质量块，7-工作台。

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。

电磁成形中，待约束物体在放电结束后获得的初速度为：

$v_1=\frac{{\∫}_0^T\mathrm{Fdt}}{m}---\left(1\right)$

增加质量块后，待约束物体在放电结束后获得的初速度为：

$v_2=\frac{{\∫}_0^T\mathrm{Fdt}}{m+\mathrm{\Δm}}---\left(2\right)$

由式（1）和式（2）得到：

$\frac{v_2}{v_1}=\frac{m}{m+\mathrm{\Δm}}---\left(3\right)$

其中，F是成形过程中待约束物体受到的脉冲力，T是脉冲力的持续时间，m是待约束物体的质量，v₁是未增加质量块时待约束物体在放电结束后获得的初速度，Δm是增加的质量块的质量，v₂是增加质量块后待约束物体在放电结束后获得的初速度。

由式（3）可知，增加质量为Δm的质量块后，线圈、压边圈或凹模的运动速度明显下降，当Δm>>m时，运动速度接近0。

实际上，待约束物体的运动速度不必为0，存在一个待约束物体的最大允许位移h_max，当待约束物体的实际位移小于h_max时，该位移对电磁成形的影响可以忽略。

工装使得待约束物体的初速度方向与重力方向相反，由式（2）可知，v₂在重力作用下的位移为：

$\mathrm{\Δh}=\frac{{v_2}^2}{2g}---\left(4\right)$

其中，g为重力加速度。

工装使得Δh<h_max，即：

$\frac{{v_2}^2}{2g}<h_{\max }$

结合式（2）得到：

$m+\mathrm{\&Delta;m}>\frac{{\&Integral;}_0^T\mathrm{Fdt}}{\sqrt{2g{h}_{\max }}}$

因此，当待约束物体和质量块的质量之和大于时，便可使得待约束物体的实际位移小于h_max，满足工装要求。

如果即待约束物体自身具有较大质量，则可取Δm=0，即无需额外增加质量块便可满足工装要求。

如果即待约束物体自身质量较小，则即需要额外增加质量块才能满足工装要求。一般地，从节约成本和轻量化的角度来看，质量块的质量在上述下限值的基础上，按一定的安全裕度选取，且质量块的质量不得过大，其上限值的选取以不压坏其下方的其它部件为准。

基于上述理论，本发明通过调整待约束物体（电磁线圈和压边圈的组合，或者凹模）的质量，或者增加质量块，使电磁成形中待约束物体的运动降低至可承受的范围。

为使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合具体实施例对本发明的电磁成形工装方法进行详细说明。

实施例1

如图1所示，电磁成形工装方法包括如下步骤：

（1）将凹模3置于工作台7上。

（2）将工件2置于凹模3上。

（3）将电磁线圈1和压边圈5置于工件2上，其中，电磁线圈1与凹模3的型腔对应。

（4）将质量块6置于电磁线圈1和压边圈5上。

（5）用脉冲电源4对电磁线圈1放电，驱动工件2变形。

其中，电磁线圈1和压边圈5的总质量F为电磁线圈1和压边圈5所受的向上的脉冲力，T为脉冲持续时间，g为重力加速度，h_max为电磁线圈1和压边圈5的最大允许位移，质量块6的质量

电磁线圈1和压边圈5作为待约束物体，由于其总质量通过上述工装方法，将电磁线圈1受到的轴向电磁力冲量和压边圈5受到的来自工件2的接触力冲量转化为电磁线圈1、压边圈5和质量块6三者的动量，当三者总质量时，能够保证电磁线圈1、压边圈5和质量块6的运动速度足够小，从而使其位移小于设定的最大允许位移h_max。

实施例2

如图2所示，电磁成形工装方法包括如下步骤：

（1）将凹模3置于工作台7上。

（2）将工件2置于凹模3上。

（3）将电磁线圈1和压边圈5置于工件2上，其中，电磁线圈1与凹模3的型腔对应。

（4）用脉冲电源4对电磁线圈1放电，驱动工件2变形。

其中，电磁线圈1和压边圈5的总质量F为电磁线圈1和压边圈5所受的向上的脉冲力，T为脉冲持续时间，g为重力加速度，h_max为电磁线圈1和压边圈5的最大允许位移。

电磁线圈1和压边圈5作为待约束物体，由于其总质量通过上述工装方法，将电磁线圈1受到的轴向电磁力冲量和压边圈5受到的来自工件2的接触力的冲量转化为电磁线圈1和压边圈5的动量，便能够保证电磁线圈1和压边圈5的运动速度足够小，从而使其位移小于设定的最大允许位移h_max。

实施例3

如图3所示，电磁成形工装方法包括如下步骤：

（1）将电磁线圈1和压边圈5置于工作台7上，其中，电磁线圈1位于压边圈5的中心位置。

（2）将工件2置于电磁线圈1和压边圈5上。

（3）将凹模3置于工件2上，其中，凹模3的型腔与电磁线圈1对应。

（4）将质量块6置于凹模3上。

（5）用脉冲电源4对电磁线圈1放电，驱动工件2变形。

其中，凹模3的质量F为凹模3所受的向上的脉冲力，T为脉冲持续时间，g为重力加速度，h_max为凹模3的最大允许位移，质量块6的质量

凹模3作为待约束物体，由于其质量通过上述工装方法，将凹模3受到的来自工件2的接触力冲量转化为凹模3和质量块6的动量，当凹模3和质量块6的总质量时，能够保证凹模3和质量块6的运动速度足够小，从而使其位移小于设定的最大允许位移h_max。

实施例4

如图4所示，电磁成形工装方法包括如下步骤：

（1）将电磁线圈1和压边圈5置于工作台7上，其中，电磁线圈1位于压边圈5的中心位置。

（2）将工件2置于电磁线圈1和压边圈5上。

（3）将凹模3置于工件2上，其中，凹模3的型腔与电磁线圈1对应。

（4）用脉冲电源4对电磁线圈1放电，驱动工件2变形。

凹模3的质量F为凹模3所受的向上的脉冲力，T为脉冲持续时间，g为重力加速度，h_max为凹模3的最大允许位移。

凹模3作为待约束物体，由于其质量通过上述工装方法，将凹模3受到的来自工件2的接触力冲量转化为凹模3的动量，便能够保证凹模3的运动速度足够小，从而使其位移小于设定的最大允许位移h_max。

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 (4)

1.一种电磁成形工装方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将工件置于凹模上；

(2)将电磁线圈和压边圈置于工件上，其中，电磁线圈与凹模的型腔对应；

(3)将质量块置于电磁线圈和压边圈上；

(4)用脉冲电源对电磁线圈放电，驱动工件变形；

电磁线圈和压边圈的总质量质量块的质量其中，F为电磁线圈和压边圈所受的向上的脉冲力，T为脉冲持续时间，g为重力加速度，h_max为电磁线圈和压边圈的最大允许位移。

2.一种电磁成形工装方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将工件置于凹模上；

(2)将电磁线圈和压边圈置于工件上，其中，电磁线圈与凹模的型腔对应；

(3)用脉冲电源对电磁线圈放电，驱动工件变形；

电磁线圈和压边圈的总质量其中，F为电磁线圈和压边圈所受的向上的脉冲力，T为脉冲持续时间，g为重力加速度，h_max为电磁线圈和压边圈的最大允许位移。

3.一种电磁成形工装方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将电磁线圈和压边圈置于工作台上，其中，电磁线圈位于压边圈的中心位置；

(2)将工件置于电磁线圈和压边圈上；

(3)将凹模置于工件上，其中，凹模的型腔与电磁线圈对应；

(4)将质量块置于凹模上；

(5)用脉冲电源对电磁线圈放电，驱动工件变形；

凹模的质量质量块的质量其中，F为凹模所受的向上的脉冲力，T为脉冲持续时间，g为重力加速度，h_max为凹模的最大允许位移。

4.一种电磁成形工装方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将电磁线圈和压边圈置于工作台上，其中，电磁线圈位于压边圈的中心位置；

(2)将工件置于电磁线圈和压边圈上；

(3)将凹模置于工件上，其中，凹模的型腔与电磁线圈对应；

(4)用脉冲电源对电磁线圈放电，驱动工件变形；

凹模的质量其中，F为凹模所受的向上的脉冲力，T为脉冲持续时间，g为重力加速度，h_max为凹模的最大允许位移。