CN107377733A - 基于电磁脉冲的轻合金管件气胀热成型装置及成型方法 - Google Patents
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Abstract
基于电磁脉冲的轻合金管件气胀热成型装置及成型方法，属于金属材料加工成型领域，主要解决了现有基于电磁脉冲的轻合金管件成型方法容易导致管件成型不均匀以及只适用于高导电率毛坯和低导电率模具的问题。装置：管件固设在组合式模具单元内，高压脉冲发生子单元和平板线圈构成电气回路。压缩单元在平板线圈所产生的电磁力的作用下，将高压气体储存单元内的气体挤压至管件内。温控加热单元用于对管件进行加热。方法：通过温控加热单元使管材升温至预定温度，通过高压气体发生单元使高压气体储存单元和管件内的气压升至预定值。通过电磁脉冲发生单元和压缩单元将高压气体储存单元内的气体挤压至管件内。循环上述步骤，直至管件与模具成型腔贴合。
Description
技术领域
本发明涉及一种轻合金管件成型装置及成型方法，属于金属材料加工成型领域。
背景技术
现有基于电磁脉冲的轻合金管件成型方法主要存在以下四个问题：
一、由于线圈所产生的电磁力直接作用于待成型轻合金管件，容易出现管件因受力不均而成型不均匀的现象；
二、现有基于电磁脉冲的轻合金管件成型方法采用螺线管线圈，该线圈需要与待成型轻合金管件的尺寸相匹配。因此，每当加工不同尺寸的轻合金管材时，需要制作相应尺寸的螺线管线圈，这增加了成型工序和制作成本；
三、现有基于电磁脉冲的轻合金管件成型方法只适用于高导电率的轻合金管件；
四、现有基于电磁脉冲的轻合金管件成型方法只能选用由低导电材料制成的成型模具，实施起来具有一定的局限性。如果选用导电性能较好的成型模具，工作线圈的脉冲电流将在凹模内产生感应电流，进而阻止管件向凹模贴靠。
发明内容
本发明为解决以上现有基于电磁脉冲的轻合金管件成型方法存在的问题，提出了一种基于电磁脉冲的轻合金管件气胀热成型装置及成型方法。
本发明所述的基于电磁脉冲的轻合金管件气胀热成型装置包括组合式模具单元、高压气体储存单元1、高压气体发生单元2、电磁脉冲发生单元、压缩单元3和温控加热单元；
待成型的管件4固设在组合式模具单元内，所述管件4、高压气体储存单元1和高压气体发生单元2的内部两两连通；
电磁脉冲发生单元包括高压脉冲发生子单元和平板线圈5，二者构成电气回路；
压缩单元3用于在平板线圈5所产生的电磁力的作用下，将高压气体储存单元1内的气体挤压至所述管件4内；
温控加热单元用于对所述管件4进行加热。
作为优选的是，所述成型装置还包括压力施加单元，该单元用于对所述管件4的非成型区域施加压力。
作为优选的是，组合式模具单元包括第一子模具6和第二子模具7，第一子模具6的一端开口，第二子模具7的两端均开口，第一子模具6的开口端与第二子模具7的第一开口端互合；
在第一子模具6内、自其开口端起依次为第一成型腔和圆形凹槽；
在第二子模具7内、自其第一开口端起依次为第二成型腔和圆形通孔；
第一成型腔和第二成型腔相对设置并构成完整成型腔，所述管件4的第一端依次经过圆形通孔和完整成型腔进入圆形凹槽，并固设其中。
作为优选的是，第一子模具6的开口端和第二子模具7的第一开口端均为环周台阶状；
高压气体储存单元1与圆形通孔通过法兰14相连。
作为优选的是，组合式模具单元还包括第一座板8和第二座板9；
第一座板8与第二座板9通过设置在两者之间的多个紧固螺栓10相对且平行固设，并用于对互合后的第一子模具6与第二子模具7施加平行于圆形凹槽的径向的压力；
第一座板8与第一子模具6和第二子模具7、第二座板9与第一子模具6和第二子模具7均通过内六角螺钉11固连。
作为优选的是，高压脉冲发生子单元包括高压变压器T、整流器UF、限流电阻R、储能电容C和开关S；
高压变压器T的原边线圈的两端分别与交流电压源的两端相连，高压变压器T的副边线圈的第一端通过整流器UF与限流电阻R的第一端相连，限流电阻R的第二端同时与开关S的第一端和储能电容C的第一端相连，开关S的第二端与平板线圈5的第一端相连，平板线圈5的第二端同时与储能电容C的第二端和高压变压器T的副边线圈的第二端相连。
作为优选的是，压缩单元3为圆盘结构，在压缩单元3的后端面上设置有驱动片12，驱动片12与固定内设在高压气体储存单元1的后端面上的平板线圈5相对且接触；
压缩单元3能够在高压气体储存单元1内前后滑动，并与高压气体储存单元1的内壁滚动摩擦。
作为优选的是，温控加热单元包括多个加热棒13和温控仪；
多个加热棒13均匀且贯穿设置在第一子模具6和第二子模具7内；
温控仪用于测量所述管材4的表面温度，并与多个加热棒13构成温度闭环控制系统。
作为优选的是，在所述管材4的第一端与圆形凹槽的交接处、第一子模具6与第二子模具7的互合面上、法兰14与圆形通孔的交接处和压缩单元3的环面上均设置有密封圈；
在第一子模具6或第二子模具7上设置有与完整成型腔连通的排气孔；
在所述成型装置的气路上设置有气阀15，气阀15用于控制高压气体发生单元2与高压气体储存单元1和所述管件4之间的气路的通断。
本发明所述的轻合金管件成型方法基于所述基于电磁脉冲的轻合金管件气胀热成型装置实现，该方法包括：
步骤一、将待成型的管件4固设在组合式模具单元内；
步骤二、通过温控加热单元使所述管材4升温至预定温度；
步骤三、开启高压气体发生单元2，使高压气体进入高压气体储存单元1和所述管件4内，直至二者内部的气压升至预定值；
步骤四、通过电磁脉冲发生单元和压缩单元3将高压气体储存单元1内的气体挤压至所述管件4内；
步骤五、循环执行步骤二～步骤四，直至所述管件4的待成型区域与组合式模具单元的成型腔完全贴合。
本发明将电磁脉冲成型的高速率效应与气胀热成型的热效应相结合，进而实现管件的高效与精密成型。本发明采用高压气体高速率地作用于管件，由于流体的特性，使得管件因均匀受力而均匀成型。与现有基于电磁脉冲的轻合金管件成型方法，本发明采用平板线圈作为工作线圈，工作线圈产生电磁力间接作用于管件，因此，所述平板线圈无需与管件的尺寸相匹配，使用灵活，利用率高，既降低了线圈的制作成本又简化了成型工序。由于本发明实质上是采用气胀热成型的方式对管件进行加工，因此，本发明不存在现有基于电磁脉冲的轻合金管件成型方法存在的只适用于高导电率的轻合金管件以及因只能选用由低导电材料制成的成型模具而具有实施局限性的问题。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明所述的基于电磁脉冲的轻合金管件气胀热成型装置及成型方法进行更详细的描述，其中：
图1为实施例提及的基于电磁脉冲的轻合金管件气胀热成型装置的结构示意图；
图2为实施例提及的第一座板的剖视图；
图3为实施例提及的第一座板的俯视图；
图4为实施例提及的第二座板的剖视图；
图5为实施例提及的第二座板的俯视图；
图6为实施例提及的压缩单元的正视图；
图7为实施例提及的压缩单元的俯视图；
图8为实施例提及的第一子模具的剖视图；
图9为实施例提及的第一子模具的右视图；
图10为实施例提及的第二子模具的剖视图；
图11为实施例提及的第二子模具的左视图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明所述的基于电磁脉冲的轻合金管件气胀热成型装置及成型方法作进一步说明。
实施例：下面结合图1至图11详细地说明本实施例。
本实施例所述的基于电磁脉冲的轻合金管件气胀热成型装置包括组合式模具单元、高压气体储存单元1、高压气体发生单元2、电磁脉冲发生单元、压缩单元3和温控加热单元；
待成型的管件4固设在组合式模具单元内，所述管件4、高压气体储存单元1和高压气体发生单元2的内部两两连通；
电磁脉冲发生单元包括高压脉冲发生子单元和平板线圈5，二者构成电气回路；
压缩单元3用于在平板线圈5所产生的电磁力的作用下，将高压气体储存单元1内的气体挤压至所述管件4内；温控加热单元用于对所述管件4进行加热。
本实施例的组合式模具单元包括第一子模具6和第二子模具7，第一子模具6的一端开口，第二子模具7的两端均开口，第一子模具6的开口端与第二子模具7的第一开口端互合；
在第一子模具6内、自其开口端起依次为第一成型腔和圆形凹槽；
在第二子模具7内、自其第一开口端起依次为第二成型腔和圆形通孔；
第一成型腔和第二成型腔相对设置并构成完整成型腔，所述管件4的第一端依次经过圆形通孔和完整成型腔进入圆形凹槽，并固设其中，圆形通孔和圆形凹槽的内径均等于所述管件4的外径。
第一子模具6的开口端和第二子模具7的第一开口端均为环周台阶状；
高压气体储存单元1与圆形通孔通过法兰14相连。
组合式模具单元还包括第一座板8和第二座板9，第一座板8与第二座板9通过设置在两者之间的多个紧固螺栓10相对且平行固设，并用于对互合后的第一子模具6与第二子模具7施加平行于圆形凹槽的径向的压力；
第一座板8与第一子模具6和第二子模具7、第二座板9与第一子模具6和第二子模具7均通过内六角螺钉11固连。
本实施例的第一子模具6和第二子模具7通过四个六角螺钉11与第一座板8固定设置，并通过另外四个六角螺钉11与第二座板9固定设置。本实施例的第一座板8与第二座板9还通过四个紧固螺栓10固连。如此设置，实现了对互合后的第一子模具6与第二子模具7在六个自由度方向上的双重加固，能够有效地保证互合后的第一子模具6与第二子模具7能够在巨大压力下正常工作。
在加工轻合金管件的过程中，本实施例采用液压机对轻合金管件的非成型区域施加压力。
本实施例的高压脉冲发生子单元包括高压变压器T、整流器UF、限流电阻R、储能电容C和开关S，高压变压器T的原边线圈的两端分别与交流电压源的两端相连，高压变压器T的副边线圈的第一端通过整流器UF与限流电阻R的第一端相连，限流电阻R的第二端同时与开关S的第一端和储能电容C的第一端相连，开关S的第二端与平板线圈5的第一端相连，平板线圈5的第二端同时与储能电容C的第二端和高压变压器T的副边线圈的第二端相连。
本实施例的压缩单元3为圆盘结构，在压缩单元3的后端面上设置有驱动片12，驱动片12与固定内设在高压气体储存单元1的后端面上的平板线圈5相对且接触；压缩单元3能够在高压气体储存单元1内前后滑动，并与高压气体储存单元1的内壁滚动摩擦。
本实施例的平板线圈5采用内六角螺钉固定内设在高压气体储存单元1的后端面上。
本实施例的温控加热单元包括多个加热棒13和温控仪，多个加热棒13均匀且贯穿设置在第一子模具6和第二子模具7内，温控仪用于测量所述管材4的表面温度，并与多个加热棒13构成温度闭环控制系统。
本实施例的加热棒13沿着圆形凹槽的径向设置在第一子模具6内，并靠近其内壁。本实施例的加热棒13沿着圆形通孔的径向设置在第二子模具7内，并靠近其内壁。
本实施例中，在所述管材4的第一端与圆形凹槽的交接处、第一子模具6与第二子模具7的互合面上、法兰14与圆形通孔的交接处和压缩单元3的环面上均设置有密封圈；
在第一子模具6或第二子模具7上设置有与完整成型腔连通的排气孔；
在所述成型装置的气路上设置有气阀15，气阀15用于控制高压气体发生单元2与高压气体储存单元1和所述管件4之间的气路的通断。
本实施例的压缩单元3的环面上设置有环槽，密封圈设置在环槽中。在该密封圈的外环面上沿着其圆周方向均匀设置有多个凹孔，在凹孔中设置有滚珠。
本实施例的气阀15用于控制高压气体发生单元2与高压气体储存单元1和所述管件4之间的气路的通断。当对所述管件4进行成型之前，开启气阀15，通过高压气体发生单元2使高压气体储存单元1和所述管件4内部的气压升至预定值，然后关闭气阀15。当需要多次气胀成型操作时，开启气阀15，通过高压气体发生单元2使高压气体储存单元1内的压缩单元3归位。本实施例的第一子模具6或第二子模具7上设置有与完整成型腔连通的排气孔，当对所述管件4进行气胀成型时，完整成型腔内的气体通过排气孔排出，有利于所述管件4的成型和对其进行贴模矫正。
本实施例所述的基于电磁脉冲的轻合金管件气胀热成型装置解决了现有磁脉冲管件成型存在的因端部效应而导致管件成型不均匀，因电磁力不持续和惯性不可控而导致管件贴膜性差，所采用的螺线管线圈适用性差、工艺复杂及不利于机械化生产，成形材料需具有高导电率特性的限制等一系列问题。采用本实施例所述的基于电磁脉冲的轻合金管件气胀热成型装置对轻合金管件进行成型具有成型速率快、成型精度高、成型模具简单、设备通用性强和绿色无污染等诸多优点。
本实施例所述的轻合金管件成型方法基于所述基于电磁脉冲的轻合金管件气胀热成型装置实现，该方法包括：
步骤一、将待成型的管件4固设在组合式模具单元内；
步骤二、通过温控加热单元使所述管材4升温至预定温度；
步骤三、开启高压气体发生单元2和气阀15，使高压气体进入高压气体储存单元1和所述管件4内，直至二者内部的气压升至预定值，并关闭气阀15；
步骤四、通过电磁脉冲发生单元和压缩单元3将高压气体储存单元1内的气体挤压至所述管件4内；
步骤五、循环执行步骤二～步骤四，直至所述管件4的待成型区域与所述完整成型腔完全贴合。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。
Claims (10)
1.基于电磁脉冲的轻合金管件气胀热成型装置，其特征在于，所述成型装置包括组合式模具单元、高压气体储存单元(1)、高压气体发生单元(2)、电磁脉冲发生单元、压缩单元(3)和温控加热单元；
待成型的管件(4)固设在组合式模具单元内，所述管件(4)、高压气体储存单元(1)和高压气体发生单元(2)的内部两两连通；
电磁脉冲发生单元包括高压脉冲发生子单元和平板线圈(5)，二者构成电气回路；
压缩单元(3)用于在平板线圈(5)所产生的电磁力的作用下，将高压气体储存单元(1)内的气体挤压至所述管件(4)内；
温控加热单元用于对所述管件(4)进行加热。
2.如权利要求1所述的基于电磁脉冲的轻合金管件气胀热成型装置，其特征在于，所述成型装置还包括压力施加单元，该单元用于对所述管件(4)的非成型区域施加压力。
3.如权利要求1或2所述的基于电磁脉冲的轻合金管件气胀热成型装置，其特征在于，组合式模具单元包括第一子模具(6)和第二子模具(7)，第一子模具(6)的一端开口，第二子模具(7)的两端均开口，第一子模具(6)的开口端与第二子模具(7)的第一开口端互合；
在第一子模具(6)内、自其开口端起依次为第一成型腔和圆形凹槽；
在第二子模具(7)内、自其第一开口端起依次为第二成型腔和圆形通孔；
第一成型腔和第二成型腔相对设置并构成完整成型腔，所述管件(4)的第一端依次经过圆形通孔和完整成型腔进入圆形凹槽，并固设其中。
4.如权利要求3所述的基于电磁脉冲的轻合金管件气胀热成型装置，其特征在于，第一子模具(6)的开口端和第二子模具(7)的第一开口端均为环周台阶状；
高压气体储存单元(1)与圆形通孔通过法兰(14)相连。
5.如权利要求4所述的基于电磁脉冲的轻合金管件气胀热成型装置，其特征在于，组合式模具单元还包括第一座板(8)和第二座板(9)，第一座板(8)与第二座板(9)通过设置在两者之间的多个紧固螺栓(10)相对且平行固设，并用于对互合后的第一子模具(6)与第二子模具(7)施加平行于圆形凹槽的径向的压力；
第一座板(8)与第一子模具(6)和第二子模具(7)、第二座板(9)与第一子模具(6)和第二子模具(7)均通过内六角螺钉(11)固连。
6.如权利要求5所述的基于电磁脉冲的轻合金管件气胀热成型装置，其特征在于，高压脉冲发生子单元包括高压变压器T、整流器UF、限流电阻R、储能电容C和开关S；
高压变压器T的原边线圈的两端分别与交流电压源的两端相连，高压变压器T的副边线圈的第一端通过整流器UF与限流电阻R的第一端相连，限流电阻R的第二端同时与开关S的第一端和储能电容C的第一端相连，开关S的第二端与平板线圈(5)的第一端相连，平板线圈(5)的第二端同时与储能电容C的第二端和高压变压器T的副边线圈的第二端相连。
7.如权利要求6所述的基于电磁脉冲的轻合金管件气胀热成型装置，其特征在于，
压缩单元(3)为圆盘结构，在压缩单元(3)的后端面上设置有驱动片(12)，驱动片(12)与固定内设在高压气体储存单元(1)的后端面上的平板线圈(5)相对且接触；
压缩单元(3)能够在高压气体储存单元(1)内前后滑动，并与高压气体储存单元(1)的内壁滚动摩擦。
8.如权利要求7所述的基于电磁脉冲的轻合金管件气胀热成型装置，其特征在于，温控加热单元包括多个加热棒(13)和温控仪，多个加热棒(13)均匀且贯穿设置在第一子模具(6)和第二子模具(7)内，温控仪用于测量所述管材(4)的表面温度，并与多个加热棒(13)构成温度闭环控制系统。
9.如权利要求8所述的基于电磁脉冲的轻合金管件气胀热成型装置，其特征在于，在所述管材(4)的第一端与圆形凹槽的交接处、第一子模具(6)与第二子模具(7)的互合面上、法兰(14)与圆形通孔的交接处和压缩单元(3)的环面上均设置有密封圈；
在第一子模具(6)或第二子模具(7)上设置有与完整成型腔连通的排气孔；
在所述成型装置的气路上设置有气阀(15)，气阀(15)用于控制高压气体发生单元(2)与高压气体储存单元(1)和所述管件(4)之间的气路的通断。
10.基于权利要求1所述成型装置的轻合金管件成型方法，其特征在于，所述成型方法包括：
步骤一、将待成型的管件(4)固设在组合式模具单元内；
步骤二、通过温控加热单元使所述管材(4)升温至预定温度；
步骤三、开启高压气体发生单元(2)，使高压气体进入高压气体储存单元(1)和所述管件(4)内，直至二者内部的气压升至预定值；
步骤四、通过电磁脉冲发生单元和压缩单元(3)将高压气体储存单元(1)内的气体挤压至所述管件(4)内；
步骤五、循环执行步骤二～步骤四，直至所述管件(4)的待成型区域与组合式模具单元的成型腔完全贴合。
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