CN106944528A - 一种柔性电磁力加载式金属管件电磁成形装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柔性电磁力加载式金属管件电磁成形装置及方法，它包括电容器电源、主线圈模块、辅线圈模块、柔性线圈模块和放电开关；所述主线圈模块、辅线圈模块、柔性线圈模块采用分区域模块化共同构成驱动线圈；所述主线圈模块用于产生感应涡流及径向电磁力；所述辅线圈模块用于产生及调节轴向电磁力；所述柔性线圈模块用于调节径向电磁力。可为金属管件提供可控的径向电磁力和轴向电磁力，消除端部效应，使工件变形更加均匀，提高工件成形性能。
Description
技术领域
本发明属于金属成形制造领域，特别涉及一种柔性电磁力加载式金属管件电磁成形装置及方法，主要用于金属管件的成形加工。
背景技术
轻量化是航空、航天、汽车等工业领域实现节能减排的重要技术手段之一，而实现轻量化的主要途径是采用高性能铝合金、钛合金、镁合金等轻质合金材料。轻质合金材料成形困难是限制其广泛应用的主要因素，电磁成形技术因其高速率成形特点，能大幅改善金属材料成形性能，是解决轻质合金成形困难的有效手段之一。
电磁成形按加工工件类型，主要分为板材电磁成形和管件电磁成形，本发明提出的技术方案是主要针对金属管件电磁成形。现有的电磁成形专利，如U. S. patent 6,047,582，线圈与金属管件的作用力主要为径向电磁力，金属管件以径向胀形为主；专利CN201310336158.1“径向与轴向双向加载式金属管件电磁成形方法及装置”，提供了一种径向与轴向双向加载式金属管件电磁成形方法，利用脉冲电流在金属管件中产生感应涡流，同时在金属管件区域内产生径向磁场和轴向磁场；径向磁场与感应涡流相互作用产生轴向电磁力作用于金属管件，轴向磁场与感应涡流相互作用产生径向电磁力作用于金属管件；金属管件在轴向电磁力的作用下发生轴向变形，同时在径向电磁力的作用下发生径向变形。这一方法虽然能在工件中同时产生径向电磁力与轴向电磁力，但其电磁力的可控性差，导致工件成形性能差。
综上，现有管件电磁成形技术中，电磁力通常仅为径向电磁力方向，加载方式单一；同时，当管件电磁胀形时，管件因为变形，半径增大，管壁减薄，加工工件的成形性能降低。另外，径向与轴向双向加载式金属管件电磁成形方法虽然为工件提供了径向与轴向双向加载，但其径向电磁力与轴向电磁力可控性差，特别地径向电磁力存在端部效应，导致工件胀形时两端变形量明显小于工件中部，严重时将导致工件容易压扁、畸形。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提供了一种柔性电磁力加载式金属管件电磁成形装置及方法，可为金属管件提供可控的径向电磁力和轴向电磁力，消除端部效应，使工件变形更加均匀，提高工件成形性能。
为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种柔性电磁力加载式金属管件电磁成形装置，它包括电容器电源、主线圈模块、辅线圈模块、柔性线圈模块和放电开关；所述主线圈模块、辅线圈模块、柔性线圈模块采用分区域模块化共同构成驱动线圈；
所述主线圈模块用于产生感应涡流及径向电磁力；
所述辅线圈模块用于产生及调节轴向电磁力；
所述柔性线圈模块用于调节径向电磁力。
所述辅线圈模块包括多个子线圈，其在径向方向分布式排列；它包括第一辅线圈模块子线圈和第二辅线圈模块子线圈；所述辅线圈模块位于主线圈模块以及辅线圈模块的两端；其中不同的所述辅线圈的子线圈绕组截面积不同，能够实现不同脉冲电流密度的加载。
所述柔性线圈模块和主线圈模块轴向重合布置且多个子线圈在轴向和径向双向分布式排列，轴向排列的子线圈数量不少于3个。
所述柔性线圈模块包括关于成形工件中平面对称布置的第一柔性线圈模块子线圈、第二柔性线圈模块子线圈、第三柔性线圈模块子线圈、第四柔性线圈模块子线圈和第五柔性线圈模块子线圈；其中不同的所述柔性线圈模块子线圈的绕组截面积不同，能够实现不同脉冲电流密度的加载。
所述主线圈模块和柔性线圈模块可集成为一凹型线圈。
柔性电磁力加载式金属管件电磁胀形时，主线圈模块位于最内层，其次是柔性线圈模块，最外层设置成形工件，辅线圈模块于成形工件的侧面。
柔性电磁力加载式金属管件电磁压缩时，成形工件位于最内层，其次是柔性线圈模块，最外层为主线圈模块，辅线圈模块位于成形工件的侧面。
所述辅线圈模块能够在成形工件的一侧设置或在成形工件两侧同时设置；仅一侧设置辅线圈模块时另一侧需要设置机械约束，两侧同时设置辅线圈模块时脉冲电流分布需一致。
所述主线圈模块、辅线圈模块及柔性线圈模块采用同一电容器电源串联供电，辅线圈模块和柔性线圈模块的各个子线圈采用正串、反串或短路三种方式连接。
所述主线圈模块及柔性线圈模块可集成为一凹型线圈；对于柔性电磁力加载式金属管件电磁胀形，凹型线圈为外凹型线圈，对于柔性电磁力加载式金属管件电磁压缩，凹型线圈为内凹型线圈。
采用任意一项所述的柔性电磁力加载式金属管件电磁成形装置的成形方法，通过驱动线圈的脉冲电流在成形工件中产生感应涡流，通过离散驱动线圈实现脉冲电流加载形式的可控；通过在不同驱动线圈施加不同脉冲电流密度实现径向电磁力和轴向电磁力的可控；所有离散的驱动线圈串联供电保证脉冲电流的加载同步；同时通过设置不同离散驱动线圈的导体横截面积实现不同脉冲电流密度的加载；通过减小驱动线圈中部的脉冲电流密度、增大驱动线圈端部的脉冲电流密度，实现更为均匀的径向电磁力加载。
本发明有如下有益效果：
1）一种柔性电磁力加载式金属管件电磁成形装置，通过驱动线圈的脉冲电流在成形工件中产生感应涡流，通过离散驱动线圈实现脉冲电流加载形式的可控；通过在不同驱动线圈施加不同脉冲电流密度实现径向电磁力和轴向电磁力的可控。
2）所有离散的驱动线圈串联供电保证脉冲电流的加载同步；同时通过设置不同离散驱动线圈的导体横截面积实现不同脉冲电流密度的加载。
3）通过减小驱动线圈中部的脉冲电流密度、增大驱动线圈端部的脉冲电流密度，实现更为均匀的径向电磁力加载。
4）上述驱动线圈采用分区域模块化，主要包括主线圈模块、辅线圈模块及柔性线圈模块；主线圈模块主要用于产生感应涡流及径向电磁力，辅线圈模块主要用于产生及调节轴向电磁力，柔性线圈模块主要用于调节径向电磁力。
5）柔性电磁力加载式金属管件电磁胀形和柔性电磁力加载式金属管件电磁压缩，柔性电磁力加载式金属管件电磁胀形时，主线圈模块位于最内层，其次是柔性线圈模块，最外层设置成形工件，辅线圈模块位于工件的侧面；柔性电磁力加载式金属管件电磁压缩时，成形工件位于最内层，其次是柔性线圈模块，最外层为主线圈模块，辅线圈模块位于工件的侧面。
6）柔性线圈模块包括多个子线圈在轴向和径向双向分布式排列，且轴向排列的子线圈数量不少于3个。
7）柔性线圈模块子线圈的脉冲电流分布关于成形工件中平面对称分布。
8）辅线圈模块包括多个子线圈，其在径向方向分布式排列。
9）通过设置柔性线圈模块各个子线圈不同的绕组截面实现不同脉冲电流密度的加载。
10）柔性线圈模块子线圈的脉冲电流密度自成形工件端部到成形工件中平面逐渐减小。
11）柔性电磁力加载式金属管件电磁胀形时，柔性线圈模块子线圈脉冲电流密度自内而外逐渐减小；柔性电磁力加载式金属管件电磁压缩时，柔性线圈模块子线圈脉冲电流密度自内而外逐渐增大。
12）通过设置辅线圈模块各个子线圈不同的绕组截面实现不同脉冲电流密度的加载。
13）可在成形工件一侧设置辅线圈模块，或在成形工件两侧同时设置辅线圈模块；仅一侧设置辅线圈模块时另一侧需机械约束，两侧同时设置辅线圈模块时脉冲电流分布需一致。
14）上述主线圈模块、辅线圈模块及柔性线圈模块采用同一电容器电源串联供电；辅线圈模块和柔性线圈模块的各个子线圈采用正串、反串或短路等三种方式连接。
15）上述的主线圈模块及柔性线圈模块可集成为一凹型线圈。
16）对于柔性电磁力加载式金属管件电磁胀形，凹型线圈为外凹型线圈；对于柔性电磁力加载式金属管件电磁压缩，凹型线圈为内凹型线圈。
17）通过离散驱动线圈实现脉冲电流加载形式的可控；通过在不同驱动线圈施加不同脉冲电流密度实现径向电磁力和轴向电磁力的可控。其中，所有离散的驱动线圈串联供电保证脉冲电流的加载同步；此时通过设置不同离散驱动线圈的导体横截面积实现不同脉冲电流密度的加载。为达到径向电磁力更为均匀的目的，通常在驱动线圈中部设置较小脉冲电流密度、在驱动线圈端部设置较大的脉冲电流密度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为两侧同时设置辅线圈模块的轴向四分层柔性电磁力加载式金属管件电磁成形线圈组装与装置连接示意图。
图1（a）为两侧同时设置辅线圈模块的轴向四分层柔性电磁力加载式金属管件电磁胀形线圈组装示意图。
图1（b）为两侧同时设置辅线圈模块的轴向四分层柔性电磁力加载式金属管件电磁压缩线圈组装示意图。
图1（c）为两侧同时设置辅线圈模块的轴向四分层柔性电磁力加载式金属管件电磁成形装置连接示意图。
图2为单侧设置辅线圈模块的轴向三分层柔性电磁力加载式金属管件电磁成形线圈组装与装置连接示意图。
图2（a）为单侧设置辅线圈模块的轴向三分层柔性电磁力加载式金属管件电磁胀形线圈组装示意图。
图2（b）为单侧设置辅线圈模块的轴向三分层柔性电磁力加载式金属管件电磁压缩线圈组装示意图。
图2（c）为单侧设置辅线圈模块的轴向三分层柔性电磁力加载式金属管件电磁成形装置连接示意图。
图3为两侧同时设置辅线圈模块的轴向五分层柔性电磁力加载式金属管件电磁成形线圈组装与装置连接示意图。
图3（a）为两侧同时设置辅线圈模块的轴向五分层柔性电磁力加载式金属管件电磁胀形线圈组装示意图。
图3（b）为两侧同时设置辅线圈模块的轴向五分层柔性电磁力加载式金属管件电磁压缩线圈组装示意图。
图3（c）为两侧同时设置辅线圈模块的轴向五分层柔性电磁力加载式金属管件电磁成形装置连接示意图。
图4为两侧同时设置辅线圈模块的凹型线圈柔性电磁力加载式金属管件电磁成形线圈组装与装置连接示意图。
图4（a）为两侧同时设置辅线圈模块的凹型线圈柔性电磁力加载式金属管件电磁胀形线圈组装示意图。
图4（b）为两侧同时设置辅线圈模块的凹型线圈柔性电磁力加载式金属管件电磁压缩线圈组装示意图。
图4（c）为两侧同时设置辅线圈模块的凹型线圈柔性电磁力加载式金属管件电磁成形装置连接示意图。
图中：1.主线圈模块；
2.辅线圈模块；21.第一辅线圈模块子线圈；22.第二辅线圈模块子线圈；
3.柔性线圈模块；31.第一柔性线圈模块子线圈；32.第二柔性线圈模块子线圈；33.第三柔性线圈模块子线圈；34.第四柔性线圈模块子线圈；35.第五柔性线圈模块子线圈；
4.成形工件；41.成形工件端部；42.成形工件中平面；
5.串联；51.正串；52.反串；53.短路；
6.机械约束；
7.凹型线圈；71.外凹型线圈；72.内凹型线圈。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
如图1（a）、1（c），两侧同时设置辅线圈模块的轴向四分层柔性电磁力加载式金属管件电磁胀形具体实施方案：
采用10平方毫米截面导线绕制一个主线圈模块线圈，采用1平方毫米截面导线绕制两个辅线圈模块线圈子线圈1，采用6平方毫米截面导线绕制两个辅线圈模块线圈子线圈2，采用1平方毫米截面导线绕制两个柔性线圈模块线圈子线圈1，采用3平方毫米截面导线绕制两个柔性线圈模块线圈子线圈2，采用6平方毫米截面导线绕制两个柔性线圈模块线圈子线圈3。按照图1（a）所示组装主线圈模块、辅线圈模块、柔性线圈模块及成形工件。按照图1（c）所示连接两侧同时设置辅线圈模块的轴向四分层柔性电磁力加载式金属管件电磁胀形装置，即依次串联电容器电源、串联放电开关、正串主线圈模块、正串第一辅线圈模块子线圈、正串第二辅线圈模块子线圈、正串第一柔性线圈模块子线圈、正串第二柔性线圈模块子线圈、反串第三柔性线圈模块子线圈、反串第三柔性线圈模块子线圈、正串第二柔性线圈模块子线圈、正串第一柔性线圈模块子线圈、正串第一辅线圈模块子线圈、正串第二辅线圈模块子线圈。给电容器电源充电，通过放电开关给主线圈模块、辅线圈模块及柔性线圈模块放电，在线圈内产生脉冲电流，在成形工件中产生感应涡流，脉冲电流与感应涡流之间相互作用产生轴向电磁力与径向电磁力，驱动成形工件以轴向压缩和径向胀形的方式发生变形，完成成形工件电磁胀形加工。
如图1（b）、1（c），两侧同时设置辅线圈模块的轴向四分层柔性电磁力加载式金属管件电磁压缩具体实施方案：
采用10平方毫米截面导线绕制一个主线圈模块线圈，采用1平方毫米截面导线绕制两个辅线圈模块线圈子线圈1，采用6平方毫米截面导线绕制两个辅线圈模块线圈子线圈2，采用1平方毫米截面导线绕制两个柔性线圈模块线圈子线圈1，采用3平方毫米截面导线绕制两个柔性线圈模块线圈子线圈2，采用6平方毫米截面导线绕制两个柔性线圈模块线圈子线圈3。按照图1（b）所示组装主线圈模块、辅线圈模块、柔性线圈模块及成形工件。按照图1（c）所示连接两侧同时设置辅线圈模块的轴向四分层柔性电磁力加载式金属管件电磁压缩装置，即依次串联电容器电源、串联放电开关、正串主线圈模块、正串第一辅线圈模块子线圈、正串第二辅线圈模块子线圈、正串第一柔性线圈模块子线圈、正串第二柔性线圈模块子线圈、反串第三柔性线圈模块子线圈、反串第三柔性线圈模块子线圈、正串第二柔性线圈模块子线圈、正串第一柔性线圈模块子线圈、正串第一辅线圈模块子线圈、正串第二辅线圈模块子线圈。给电容器电源充电，通过放电开关给主线圈模块、辅线圈模块及柔性线圈模块放电，在线圈内产生脉冲电流，在成形工件中产生感应涡流，脉冲电流与感应涡流之间相互作用产生轴向电磁力与径向电磁力，驱动成形工件以轴向压缩和径向压缩的方式发生变形，完成成形工件电磁压缩加工。
实施例2：
如图2（a）、2（c），单侧设置辅线圈模块的轴向三分层柔性电磁力加载式金属管件电磁胀形具体实施方案：
采用8平方毫米截面导线绕制一个主线圈模块线圈，采用2平方毫米截面导线绕制一个辅线圈模块线圈子线圈1，采用5平方毫米截面导线绕制一个辅线圈模块线圈子线圈2，采用2平方毫米截面导线绕制两个柔性线圈模块线圈子线圈1，采用4平方毫米截面导线绕制两个柔性线圈模块线圈子线圈2，采用4平方毫米截面导线绕制一个柔性线圈模块线圈子线圈3，采用6平方毫米截面导线绕制一个柔性线圈模块线圈子线圈4。
按照图2（a）所示组装主线圈模块、辅线圈模块、柔性线圈模块及成形工件，并在没有辅线圈模块的一侧施加机械约束。按照图2（c）所示连接单侧设置辅线圈模块的轴向三分层柔性电磁力加载式金属管件电磁胀形装置，即依次串联电容器电源、串联放电开关、正串主线圈模块、正串第一辅线圈模块子线圈、正串第二辅线圈模块子线圈、正串第一柔性线圈模块子线圈、正串第二柔性线圈模块子线圈、正串第三柔性线圈模块子线圈、短路第四柔性线圈模块子线圈、正串第二柔性线圈模块子线圈、正串第一柔性线圈模块子线圈。给电容器电源充电，通过放电开关给主线圈模块、辅线圈模块及柔性线圈模块放电，在线圈内产生脉冲电流，在成形工件中产生感应涡流，脉冲电流与感应涡流之间相互作用产生轴向电磁力与径向电磁力，驱动成形工件以轴向压缩和径向胀形的方式发生变形，完成成形工件电磁胀形加工。
如图2（b）、2（c），单侧设置辅线圈模块的轴向三分层柔性电磁力加载式金属管件电磁压缩具体实施方案：
采用8平方毫米截面导线绕制一个主线圈模块线圈，采用2平方毫米截面导线绕制一个辅线圈模块线圈子线圈1，采用5平方毫米截面导线绕制一个辅线圈模块线圈子线圈2，采用2平方毫米截面导线绕制两个柔性线圈模块线圈子线圈1，采用4平方毫米截面导线绕制两个柔性线圈模块线圈子线圈2，采用4平方毫米截面导线绕制一个柔性线圈模块线圈子线圈3，采用6平方毫米截面导线绕制一个柔性线圈模块线圈子线圈4。按照图2（b）所示组装主线圈模块、辅线圈模块、柔性线圈模块及成形工件，并在没有辅线圈模块的一侧施加机械约束。按照图2（c）所示连接单侧设置辅线圈模块的轴向三分层柔性电磁力加载式金属管件电磁压缩装置，即依次串联电容器电源、串联放电开关、正串主线圈模块、正串第一辅线圈模块子线圈、正串第二辅线圈模块子线圈、正串第一柔性线圈模块子线圈、正串第二柔性线圈模块子线圈、正串第三柔性线圈模块子线圈、短路第四柔性线圈模块子线圈、正串第二柔性线圈模块子线圈、正串第一柔性线圈模块子线圈。给电容器电源充电，通过放电开关给主线圈模块、辅线圈模块及柔性线圈模块放电，在线圈内产生脉冲电流，在成形工件中产生感应涡流，脉冲电流与感应涡流之间相互作用产生轴向电磁力与径向电磁力，驱动成形工件以轴向压缩和径向压缩的方式发生变形，完成成形工件电磁压缩加工。
实施例3：
如图3（a）、3（c），两侧同时设置辅线圈模块的轴向五分层柔性电磁力加载式金属管件电磁胀形具体实施方案：
采用10平方毫米截面导线绕制一个主线圈模块线圈，采用2平方毫米截面导线绕制两个辅线圈模块线圈子线圈1，采用8平方毫米截面导线绕制两个辅线圈模块线圈子线圈2，采用2平方毫米截面导线绕制两个柔性线圈模块线圈子线圈1，采用4平方毫米截面导线绕制两个柔性线圈模块线圈子线圈2，采用6平方毫米截面导线绕制两个柔性线圈模块线圈子线圈3，采用6平方毫米截面导线绕制一个柔性线圈模块线圈子线圈4，采用6平方毫米截面导线绕制一个柔性线圈模块线圈子线圈5。按照图3（a）所示组装主线圈模块、辅线圈模块、柔性线圈模块及成形工件。按照图3（c）所示连接两侧同时设置辅线圈模块的轴向五分层柔性电磁力加载式金属管件电磁胀形装置，即依次串联电容器电源、串联放电开关、正串主线圈模块、正串第一辅线圈模块子线圈、正串第二辅线圈模块子线圈、正串第一柔性线圈模块子线圈、正串第二柔性线圈模块子线圈、正串第三柔性线圈模块子线圈、短路第四柔性线圈模块子线圈、反串第五柔性线圈模块子线圈、正串第三柔性线圈模块子线圈、正串第二柔性线圈模块子线圈、正串第一柔性线圈模块子线圈、正串第一辅线圈模块子线圈、正串第二辅线圈模块子线圈。给电容器电源充电，通过放电开关给主线圈模块、辅线圈模块及柔性线圈模块放电，在线圈内产生脉冲电流，在成形工件中产生感应涡流，脉冲电流与感应涡流之间相互作用产生轴向电磁力与径向电磁力，驱动成形工件以轴向压缩和径向胀形的方式发生变形，完成成形工件电磁胀形加工。
如图3（b）、3（c），两侧同时设置辅线圈模块的轴向五分层柔性电磁力加载式金属管件电磁压缩具体实施方案：
采用10平方毫米截面导线绕制一个主线圈模块线圈，采用2平方毫米截面导线绕制两个辅线圈模块线圈子线圈1，采用8平方毫米截面导线绕制两个辅线圈模块线圈子线圈2，采用2平方毫米截面导线绕制两个柔性线圈模块线圈子线圈1，采用4平方毫米截面导线绕制两个柔性线圈模块线圈子线圈2，采用6平方毫米截面导线绕制两个柔性线圈模块线圈子线圈3，采用6平方毫米截面导线绕制一个柔性线圈模块线圈子线圈4，采用6平方毫米截面导线绕制一个柔性线圈模块线圈子线圈5。
按照图3（b）所示组装主线圈模块、辅线圈模块、柔性线圈模块及成形工件。按照图3（c）所示连接两侧同时设置辅线圈模块的轴向五分层柔性电磁力加载式金属管件电磁压缩装置，即依次串联电容器电源、串联放电开关、正串主线圈模块、正串第一辅线圈模块子线圈、正串第二辅线圈模块子线圈、正串第一柔性线圈模块子线圈、正串第二柔性线圈模块子线圈、正串第三柔性线圈模块子线圈、短路第四柔性线圈模块子线圈、反串第五柔性线圈模块子线圈、正串第三柔性线圈模块子线圈、正串第二柔性线圈模块子线圈、正串第一柔性线圈模块子线圈、正串第一辅线圈模块子线圈、正串第二辅线圈模块子线圈。给电容器电源充电，通过放电开关给主线圈模块、辅线圈模块及柔性线圈模块放电，在线圈内产生脉冲电流，在成形工件中产生感应涡流，脉冲电流与感应涡流之间相互作用产生轴向电磁力与径向电磁力，驱动成形工件以轴向压缩和径向压缩的方式发生变形，完成成形工件电磁压缩加工。
实施例4：
如图4（a）、4（c），两侧同时设置辅线圈模块的凹型线圈柔性电磁力加载式金属管件电磁胀形具体实施方案：
采用2平方毫米截面导线绕制两个辅线圈模块线圈子线圈1，采用6平方毫米截面导线绕制两个辅线圈模块线圈子线圈2，采用2平方毫米截面导线绕制一个外凹型线圈。按照图4（a）所示组装外凹型线圈、辅线圈模块及成形工件。按照图4（c）所示连接两侧同时设置辅线圈模块的凹型线圈柔性电磁力加载式金属管件电磁胀形装置，即依次串联电容器电源、串联放电开关、正串第一辅线圈模块子线圈、正串第二辅线圈模块子线圈、正串外凹型线圈、正串第一辅线圈模块子线圈、正串第二辅线圈模块子线圈。给电容器电源充电，通过放电开关给外凹型线圈、辅线圈模块放电，在线圈内产生脉冲电流，在成形工件中产生感应涡流，脉冲电流与感应涡流之间相互作用产生轴向电磁力与径向电磁力，驱动成形工件以轴向压缩和径向胀形的方式发生变形，完成成形工件电磁胀形加工。
如图4（b）、4（c），两侧同时设置辅线圈模块的凹型线圈柔性电磁力加载式金属管件电磁压缩具体实施方案：
采用2平方毫米截面导线绕制两个辅线圈模块线圈子线圈1，采用6平方毫米截面导线绕制两个辅线圈模块线圈子线圈2，采用2平方毫米截面导线绕制一个内凹型线圈。按照图4（b）所示组装内凹型线圈、辅线圈模块及成形工件。按照图4（c）所示连接两侧同时设置辅线圈模块的凹型线圈柔性电磁力加载式金属管件电磁压缩装置，即依次串联电容器电源、串联放电开关、正串第一辅线圈模块子线圈、正串第二辅线圈模块子线圈、正串内凹型线圈、正串第一辅线圈模块子线圈、正串第二辅线圈模块子线圈。给电容器电源充电，通过放电开关给内凹型线圈、辅线圈模块放电，在线圈内产生脉冲电流，在成形工件中产生感应涡流，脉冲电流与感应涡流之间相互作用产生轴向电磁力与径向电磁力，驱动成形工件以轴向压缩和径向压缩的方式发生变形，完成成形工件电磁压缩加工。
本发明工作过程和工作原理为：
本发明所提供了一种柔性电磁力加载式金属管件电磁成形方法，通过离散驱动线圈实现脉冲电流加载形式的可控；通过在不同驱动线圈施加不同脉冲电流密度实现径向电磁力和轴向电磁力的可控；为达到径向电磁力更为均匀的目的，通常在驱动线圈中部设置较小脉冲电流密度、在驱动线圈端部设置较大的脉冲电流密度。本发明还提供了实现上述方法的装置，根据工件成形性质的不同，可将其分为柔性电磁力加载式金属管件电磁胀形和柔性电磁力加载式金属管件电磁压缩；主要包括电容器电源、主线圈模块、辅线圈模块、柔性线圈模块、放电开关、成形工件等。驱动线圈采用分区域模块化，主要包括主线圈模块、辅线圈模块及柔性线圈模块；柔性线圈模块包括多个子线圈在轴向和径向双向分布式排列，且轴向排列的子线圈数量不少于3个。此外，柔性电磁力加载式金属管件电磁成形装置的主线圈模块及柔性线圈模块可集成为一凹型线圈。
本发明所提供的一种柔性电磁力加载式金属管件电磁成形装置，可消除或减小径向电磁力端部效应，使工件变形更加均匀，提高工件成形性能。
通过上述的说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改都在本发明的保护范围之内。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。
Claims (10)
1.一种柔性电磁力加载式金属管件电磁成形装置，其特征在于：它包括电容器电源、主线圈模块（1）、辅线圈模块（2）、柔性线圈模块（3）和放电开关；所述主线圈模块（1）、辅线圈模块（2）、柔性线圈模块（3）采用分区域模块化共同构成驱动线圈；
所述主线圈模块（1）用于产生感应涡流及径向电磁力；
所述辅线圈模块（2）用于产生及调节轴向电磁力；
所述柔性线圈模块（3）用于调节径向电磁力。
2.根据权利要求1所述的一种柔性电磁力加载式金属管件电磁成形装置，其特征在于：所述辅线圈模块（2）包括多个子线圈，其在径向方向分布式排列；它包括第一辅线圈模块子线圈（21）和第二辅线圈模块子线圈（22）；所述辅线圈模块（2）位于主线圈模块（1）以及辅线圈模块（2）的两端；其中不同的所述辅线圈的子线圈绕组截面积不同，能够实现不同脉冲电流密度的加载。
3.根据权利要求1所述的一种柔性电磁力加载式金属管件电磁成形装置，其特征在于：所述柔性线圈模块（3）和主线圈模块（1）轴向重合布置且多个子线圈在轴向和径向双向分布式排列，轴向排列的子线圈数量不少于3个；
所述主线圈模块（1）和柔性线圈模块（3）可集成为一凹型线圈。
4.根据权利要求3所述的一种柔性电磁力加载式金属管件电磁成形装置，其特征在于：所述柔性线圈模块（3）包括关于成形工件（4）中平面对称布置的第一柔性线圈模块子线圈（31）、第二柔性线圈模块子线圈（32）、第三柔性线圈模块子线圈（33）、第四柔性线圈模块子线圈（34）和第五柔性线圈模块子线圈（35）；其中不同的所述柔性线圈模块子线圈的绕组截面积不同，能够实现不同脉冲电流密度的加载。
5.根据权利要求1所述的一种柔性电磁力加载式金属管件电磁成形装置，其特征在于：柔性电磁力加载式金属管件电磁胀形时，主线圈模块（1）位于最内层，其次是柔性线圈模块（3），最外层设置成形工件（4），辅线圈模块（2）于成形工件（4）的侧面。
6.根据权利要求1所述的一种柔性电磁力加载式金属管件电磁成形装置，其特征在于：柔性电磁力加载式金属管件电磁压缩时，成形工件（1）位于最内层，其次是柔性线圈模块（3），最外层为主线圈模块（1），辅线圈模块（2）位于成形工件（4）的侧面。
7.根据权利要求1所述的一种柔性电磁力加载式金属管件电磁成形装置，其特征在于：所述辅线圈模块（2）能够在成形工件（4）的一侧设置或在成形工件（4）两侧同时设置；仅一侧设置辅线圈模块时另一侧需要设置机械约束（6），两侧同时设置辅线圈模块（2）时脉冲电流分布需一致。
8.根据权利要求1所述的一种柔性电磁力加载式金属管件电磁成形装置，其特征在于：所述主线圈模块（1）、辅线圈模块（2）及柔性线圈模块（3）采用同一电容器电源串联供电，辅线圈模块（2）和柔性线圈模块（3）的各个子线圈采用正串、反串或短路三种方式连接。
9.根据权利要求1所述的一种柔性电磁力加载式金属管件电磁成形装置，其特征在于：所述主线圈模块（1）及柔性线圈模块（3）可集成为一凹型线圈（7）；对于柔性电磁力加载式金属管件电磁胀形，凹型线圈为外凹型线圈（71），对于柔性电磁力加载式金属管件电磁压缩，凹型线圈为内凹型线圈（72）。
10.采用权利要求1-9任意一项所述的柔性电磁力加载式金属管件电磁成形装置的成形方法，其特征在于：通过驱动线圈的脉冲电流在成形工件（4）中产生感应涡流，通过离散驱动线圈实现脉冲电流加载形式的可控；通过在不同驱动线圈施加不同脉冲电流密度实现径向电磁力和轴向电磁力的可控；所有离散的驱动线圈串联供电保证脉冲电流的加载同步；同时通过设置不同离散驱动线圈的导体横截面积实现不同脉冲电流密度的加载；通过减小驱动线圈中部的脉冲电流密度、增大驱动线圈端部的脉冲电流密度，实现更为均匀的径向电磁力加载。
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