CN107584001A - 一种金属板件的电磁成形方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属板件的电磁成形方法及装置，包括：在待成形的金属板件上方放置同轴的多个成形线圈；在多个成形线圈中通入脉冲电流，使得金属板件中产生感应涡流，脉冲电流产生的磁场与感应涡流作用产生电磁力，电磁力的方向指向模具；金属板件在电磁力的驱动下变形至模具成形；当金属板件经电磁力成形得到的金属工件与模具未紧密贴合时，多个成形线圈中至少有一个成形线圈沿轴向运动，运动至金属工件上方，在多个成形线圈中再次通入脉冲电流，使得金属工件在电磁力的驱动下变形至模具并与模具紧密贴合成形。本发明将单线圈分拆成几个独立或相互关联的同轴单线圈，提高放电过程中的能量利用率、线圈的结构强度以及电磁力场分布的可控性。

Description

一种金属板件的电磁成形方法及装置

技术领域

本发明属于金属成形制造领域，更具体地，涉及一种金属板件的电磁成形方法及装置。

背景技术

在金属板材电磁成形过程中，线圈的结构强度是电磁成形能力的保障，电磁力场的分布是决定板材最终变形轮廓的关键因素，高强度的线圈能提供足够大的电磁力，合理分布的电磁力场能有效的改善板材的变形行为，使板材在不发生失效破坏的前提下充分变形并与模具贴合。

传统的板材电磁成形，使用的是单成形线圈电磁成形系统，单线圈电磁成形系统具有以下问题：

1、电磁力场的分布完全取决于线圈的结构，柔性差。

2、高效率的平板线圈结构强度低，难以承受电磁成形过程中自身产生的电磁力，导致磁体破坏。

3、成形大板件时，对应线圈的匝数增多，绕制半径增大，电感增大，线圈的电感增大会导致放电频率降低，集肤深度增加，对于厚度较小的板件，集肤深度大于板厚时，成形过程中磁场会穿透板件，造成能量损失，降低了成形过程中的能量利用率，进一步降低了电磁成形系统的成形能力。

4、成形电导率低、强度高或直径大的板材时，需要两次或多次成形，对于单线圈而言：1)为了提高第一次成形的效果，设计线圈的直径与模具的口径尺寸大小相当，但是在这种情况下，由于线圈的尺寸限制，第一次(前一次)成形后难以根据板件的变形调节线圈的位置，使其尽可能的与板件接近以提高第二次或多次放电的效果。2)考虑到板件需要多次成形，设计成形线圈时适当的减小线圈的外径，使其能根据板件(第一次)前一次变形后的形状调节线圈的位置，使其尽可能的与板件接近以提高第二次或多次放电的效果，但是这种情况下，成形线圈尺寸的缩小影响了板件中的力场分布，难以保证板件第一次成形的质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属板件的电磁成形方法及装置，旨在解决现有传统单线圈电磁成形中电磁力的分布不可控，成形线圈的结构强度低，成形效率低以及多次成形质量差的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种金属板件的电磁成形方法，包括：

在待成形的金属板件上方放置同轴的多个成形线圈；在所述多个成形线圈中通入脉冲电流，使得所述金属板件中产生感应涡流，所述脉冲电流产生的磁场与所述感应涡流作用产生电磁力，所述电磁力的方向指向模具；所述金属板件在电磁力的驱动下变形至模具成形；当所述金属板件经电磁力成形得到的金属工件与模具未紧密贴合时，所述多个成形线圈中至少有一个成形线圈沿轴向运动，运动至所述金属工件上方，在所述多个成形线圈中再次通入脉冲电流，使得所述金属工件在电磁力的驱动下变形至模具并与模具紧密贴合成形。

需要说明的是，金属工件指的是半成形的金属板件。即金属板件经过至少一次电磁成形后，其成形效果还未达到理想，需要再对半成形后的金属工件进行再次成形。

可选地，所述脉冲电流产生的磁场到达金属板件时其方向与金属板件平行，所述感应涡流的方向与所述脉冲电流的方向相反。

可选地，该方法还包括：根据待成形的金属板件的材料属性和尺寸参数确定同轴的多个成形线圈中每一个成形线圈的结构参数。

可选地，该方法还包括：根据实际需要确定多个成形线圈中每个成形线圈中通入脉冲电流的大小和时间；通过控制每个成形线圈中通入脉冲电流的大小和时间，以控制脉冲电流产生的磁场与感应涡流作用产生的电磁力场分布。

第二方面，本发明提供一种金属板件的电磁成形装置，包括：同轴的多个成形线圈和模具；

所述模具用于承载待成形的金属板件，并约束所述金属板件变形时的成形形状；所述同轴的多个成形线圈放置在所述金属板件的上方，用于在其通入脉冲电流时，使得所述金属板件中产生感应涡流，所述脉冲电流产生的磁场与所述感应涡流作用产生电磁力，以使所述金属板件在电磁力的驱动下变形至模具成形；所述同轴的多个成形线圈用于当所述金属板件经电磁力成形得到的金属工件与模具未紧密贴合时，所述多个成形线圈中至少有一个成形线圈沿轴向运动，运动至所述金属工件上方，在所述多个成形线圈中再次通入脉冲电流，使得所述金属工件在电磁力的驱动下变形至模具并与模具紧密贴合成形。

可选地，所述同轴的多个成形线圈中成形线圈的直径依次增加，所述多个成形线圈形成嵌套结构，每个成形线圈均能沿着轴向运动。

可选地，所述脉冲电流产生的磁场到达金属板件时其方向与金属板件平行，所述感应涡流的方向与所述脉冲电流的方向相反。

可选地，同轴的多个成形线圈中每一个成形线圈的结构参数根据待成形的金属板件的材料属性和尺寸参数确定。

可选地，多个成形线圈中每个成形线圈中通入脉冲电流的大小和时间根据实际需要确定；通过控制每个成形线圈中通入脉冲电流的大小和时间，以控制脉冲电流产生的磁场与感应涡流作用产生的电磁力场分布。

可选地，成形线圈为脉冲磁体结构，在确保绝缘安全的情况下，当成形线圈放置在所述金属板件的上方时，其下端面与金属板件之间的间隙越小越好。

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，具有以下有益效果：

1、本发明中成形线圈组的每个线圈都有自己独立的电源，一次电磁成形过程中，可以根据成形需求将不同的成形线圈进行串并联，也可以调节每一个电源的放电能量和放电时序从而得到合理的电磁力场分布，使电磁力场的分布变得可控。

2、本发明中成形线圈组的每个成形线圈或由相邻的两个或两个以上的线圈组成的线圈组，可以根据成形需求设计成轴向自由移动的线圈或线圈组，当板件需要多次成形时，可以根据板件前一次的变形量沿轴向调节每一个成形线圈或线圈组的位置，使成形线圈的下端面与金属板件的上端面的距离尽可能的小，抑制电磁力的衰减，提高成形能力，同时多个线圈的设计方案具有很好的模具适应性，具体为可以根据模具的尺寸初步确定线圈组中线圈的个数，将传统的一个线圈分解成几个同轴的线圈，保证第一次成形效果不降低的前提下，提高线圈的灵活性，方便成形大尺寸的工件。

3、本发明中成形线圈组的每个成形线圈的最外层均采用高强度纤维材料加固，提高了线圈的结构强度。

4、本发明中成形线圈组的每一个线圈的结构参数，都可以根据成形材料的属性和尺寸参数确定，考虑集肤效应对能量利用率的影响，使设计后的每个线圈电感大小合理，放电频率适中，提升电磁成形的效率。

附图说明

图1为本发明提供的金属板件电磁成形方法流程示意图；

图2为根据本发明第一实施方式的金属板件电磁成形装置示意图；

图3为根据本发明第二实施方式的金属板件电磁成形装置示意图；

图4为根据本发明第三实施方式的金属板件电磁成形装置示意图；

图5为根据本发明第四实施方式的金属板件电磁成形装置示意图；

图6为根据本发明第五实施方式的金属板件电磁成形装置示意图；

图7a为单线圈电磁成形过程中不同放电能量下板件中电磁力密度分布示意图；

图7b为同轴双线圈电磁成形过程中两个线圈在不同的放电能量比下板件中电磁力密度分布示意图；

图8a为同轴双线圈电磁成形过程中两个线圈同时放电的电流曲线示意图；

图8b为同轴双线圈电磁成形过程中线圈1-1先放电150μs放电电流示意图；

图8c为同轴双线圈电磁成形过程中线圈1-2先放电150μs放电电流示意图；

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：1-1为第一成形线圈、1-2为第二成形线圈、1-3为第三成形线圈、2-1为板件坯料、2-2为第一次放电成形后的工件、2-3为第二次放电成形后的工件、3为模具、4为压边圈、5-1为第一成形线圈加固层、5-2为第二成形线圈加固层、5-3为第三成形线圈加固层、6-1为第一电源、6-2为第二电源以及6-3为第三电源。

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。

本发明提供一种金属板件的电磁成形方法及装置，通过在金属板件的上端面与模具型腔对应的位置放置成形线圈组，根据成形需求，成形线圈组由两个或两个以上的同轴线圈组成，不同的成形线圈可以进行串并联连接，相邻的两个或两个以上的成形线圈可以做成一个整体，每一个独立的成形线圈或者由相邻的两个或者两个以上的线圈做成的整体可以轴向移动，每一个独立的成形线圈或者采用不同方式连接起来的两个或多个成形线圈均接入独立的电源。

其中，同轴的多个成形线圈又可称为同轴多级线圈，多级是指多套电源协同配合为多个成形线圈供电。相应地，本发明又可称为基于同轴多级线圈的板件电磁成形方法及装置。具体地，同轴的多个成形线圈中有一部分成形线圈可以进行串联或者并联，也可以不进行串并联。串或并联连接后的成形线圈可以共用一套电源，没有进行串或并联连接的成形线圈都有独立的电源系统。多个成形线圈多个电源协同配合可以根据成形需求将不同的成形线圈进行串并联，使每一个成形线圈或串并联的成形线圈组具有合理大小的电感和放电频率，提高金属板件的电磁成形效率。

进一步地，在电磁成形过程中，每一套电源的放电能量可以灵活调节，不同的电源同时或有一定时序的放电，成形线圈中通入脉冲电流，在金属板件上感应涡流进而产生电磁压力，驱动工件产生塑性变形。对于成形电导率低、强度高、尺寸大的金属板件坯料，一次放电后，需要根据板件的变形量沿轴向调整成形线圈的位置，进行两次或者多次放电成形。

本发明解决了传统成形过程中由于线圈结构强度低导致的电磁压力不足，单成形线圈电感过大导致的能量利用率低，成形线圈的单一结构导致的电磁力分布的不可调控以及线圈位置无法改变导致的多次成形的不可行等技术问题。

图1为本发明提供的金属板件电磁成形方法流程示意图，如图1所示，包括步骤S101-步骤S104。

S101，在待成形的金属板件上方放置同轴的多个成形线圈。

S102，在多个成形线圈中通入脉冲电流，使得所述金属板件中产生感应涡流，所述脉冲电流产生的磁场与所述感应涡流作用产生电磁力，所述电磁力的方向指向模具。

S103，金属板件在电磁力的驱动下变形至模具成形。

S104，当金属板件经电磁力成形得到的金属工件与模具未紧密贴合时，所述多个成形线圈中至少有一个成形线圈沿轴向运动，运动至所述金属工件上方，在所述多个成形线圈中再次通入脉冲电流，使得所述金属工件在电磁力的驱动下变形至模具并与模具紧密贴合成形。

需要说明的是，金属工件指的是半成形的金属板件。即金属板件经过至少一次电磁成形后，其成形效果还未达到理想，需要再对半成形后的金属工件进行再次成形。

可选地，所述脉冲电流产生的磁场到达金属板件时其方向与金属板件平行，所述感应涡流的方向与所述脉冲电流的方向相反。

可选地，根据待成形的金属板件的材料属性和尺寸参数确定同轴的多个成形线圈中每一个成形线圈的结构参数。

可选地，根据实际需要确定多个成形线圈中每个成形线圈中通入脉冲电流的大小和时间；通过控制每个成形线圈中通入脉冲电流的大小和时间，以控制脉冲电流产生的磁场与感应涡流作用产生的电磁力场分布。

可选地，同轴的多个成形线圈中成形线圈的直径依次增加，所述多个成形线圈形成嵌套结构，每个成形线圈均能沿着轴向运动。

其中，多个成形线圈也可称为成形线圈组。模具可以为凹模型腔。

在与凹模型腔(模具)对应的金属板件的上方放置成形线圈组；在电磁成形过程中，成形线圈组中通入脉冲电流，在金属板件中感应涡流，进而在与凹模型腔对应的金属板件部位产生电磁力，驱动金属板件向凹模高速运动，产生塑性变形。

优选地，成形线圈组包括多个同轴成形线圈，其中成形线圈为脉冲磁体结构，在确保绝缘安全的情况下，其下端面与金属板件之间的间隙越小越好。

优选地，成形线圈组中，每一个成形线圈都有自己独立的进线端和出线端，每一个成形线圈均在最外层采用高强度纤维材料进行加固。

优选地，成形线圈组中，可以根据成形需求将每一个成形线圈都设计成能够轴向自由移动的线圈，也可以将相邻的两个或两个以上的线圈设计成一个整体，组成该整体的单个线圈不能轴向移动，整体可以轴向移动，

优选地，成形线圈组中，可以根据成形需求将不同的成形线圈进行串并联，使每一个成形线圈或串并联的线圈组具有合理大小的电感和放电频率，提高电磁成形效率。

优选地，进行串或并联连接后的线圈共用一套电源，没有进行串或并联连接的线圈都有独立的电源系统。

优选地，可以根据成形需求调节每一套电源的放电能量和放电时间。以调节每一个电源的放电能量和放电时序从而得到合理的电磁力场分布，使电磁力场的分布变得可控。

优选地，成形线圈为脉冲磁体结构，在确保绝缘安全的情况下，当成形线圈放置在所述金属板件的上方时，其下端面与金属板件之间的间隙越小越好；当成形线圈放置在金属工件上方时，其下端面与金属板件之间的间隙越小越好。

以下结合具体实施例描述本发明提供的金属板件的电磁成形方法及装置。

第一实施例

图2为本发明提供的金属板件电磁成形装置的第一实施例，该电磁成形装置包括第一成形线圈1-1、第二成形线圈1-2、板件坯料(待成形的金属板件)2-1、模具3、压边圈4、第一电源6-1和第二电源6-2，其中板件坯料2-1可以为铝合金材料，该型号的铝合金材料电导率高、塑性好、强度低且易于成形；成形模具3的纵截面为椭圆形轮廓；第一成形线圈1-1和第二成形线圈1-2为一个整体，最外层均用高强度纤维材料5-1和5-2进行加固，轴向不可运动。该电磁成形装置对应的成形方法包括以下步骤：

(1)将板件坯料2-1置于模具3的上端面，将压边圈4放置于板件之上并施加一定的压力，其中压边圈4的外径、板件坯料2-1的外径以及模具3的外径对齐。

(2)将同轴成形线圈组置于板件坯料2-1上方，其中成形线圈组的位置与模具3的型腔相对应，成形线圈的下端面与板件坯料2-1之间的间隙可以为2mm。

(3)第一成形线圈1-1和第二成形线圈1-2分别接入独立的第一电源6-1和第二电源6-2，在金属板件坯料2-1电磁成形过程中，第一电源6-1和第二电源6-2放电，第一成形线圈1-1和第二成形线圈1-2同时通入脉冲电流，在金属板件坯料2-1上感应涡流，进而在金属板件坯料2-1上产生电磁压力，驱动金属板件坯料2-1变形。

由于该型号的铝合金材料电导率高、强度低，一次放电产生的电磁压力可以使板件坯料2-1变形至金属工件2-2所在位置与模具贴合。

第二实施例

图3为本发明提供的金属板件电磁成形装置的第二实施例，该电磁成形装置包括第一成形线圈1-1、第二成形线圈1-2、板件坯料2-1、模具3、压边圈4、第一电源6-1和第二电源6-2，其中板件坯料2-1可以为铝合金材料，该型号的铝合金材料电导率低、强度高，难于成形。第一成形线圈1-1和第二成形线圈1-2为两个独立的线圈，第一成形线圈1-1可以沿轴向运动。该电磁成形装置对应的成形方法包括以下步骤：

(1)将板件坯料2-1置于模具3的上端面，将压边圈4放置于板件之上并施加一定的压力，其中压边圈4的外径、板件坯料2-1的外径以及模具3的外径对齐。

(2)将同轴成形线圈组置于板件坯料2-1上方，其中成形线圈组的位置与模具3的型腔相对应，成形线圈的下端面与板件坯料2-1之间的间隙为2mm，具体如第一实施例中的图2所示。

(3)第一成形线圈1-1和第二成形线圈1-2分别接入独立的第一电源6-1和第二电源6-2，在金属板件坯料2-1电磁成形过程中，第一电源6-1和第二电源6-2同时放电，第一成形线圈1-1和第二成形线圈1-2同时通入脉冲电流，在金属板件坯料2-1上感应涡流，进而在金属板件坯料2-1上产生电磁压力，驱动金属板件坯料2-1变形至金属工件2-2所在位置。

(4)沿轴向移动第一成形线圈1-1，使其下端面边缘与第一次变形后的金属工件2-2刚好接触，但是没施加压力。

(5)第一电源6-1放电，第一成形线圈1-1中通入脉冲电流，在金属工件2-2上感应涡流并产生电磁压力，驱动金属工件2-2继续变形。

由于该型号的铝合金材料电导率低、强度高，一次放电产生的电磁压力使金属板件坯料2-1变形至金属工件2-2所在位置，如图3所示，金属工件2-2所在位置没有与模具3紧密贴合，通过移动第一成形线圈1-1减小其与金属工件2-2的距离，再次放电将金属工件2-2成形至金属工件2-3所在位置使其与模具3紧密贴合。

第三实施例

图4为本发明提供的金属板件电磁成形装置的第三实施例，该电磁成形装置包括第一成形线圈1-1、第二成形线圈1-2和第三成形线圈1-3，板件坯料2-1、模具3、压边圈4、第一电源6-1和第二电源6-2，其中板件坯料2-1可以为铝合金材料，该型号的铝合金材料电导率高，塑性好，强度低，易于成形；成形模具3的纵截面为椭圆形轮廓；第一成形线圈1-1、第二成形线圈1-2和第三成形线圈1-3为一个整体，最外层均用高强度的纤维材料5-1、5-2和5-3进行加固，整体轴向不可运动。该电磁成形装置对应的成形方法包括以下步骤：

(1)将板件坯料2-1置于模具3的上端面，将压边圈4放置于板件之上并施加一定的压力，其中压边圈4的外径、板件坯料2-1的外径以及模具3的外径对齐。

(2)将同轴成形线圈组置于板件坯料2-1上方，其中成形线圈组的位置与模具3的型腔相对应，成形线圈的下端面与板件坯料2-1之间的间隙为2mm。

(3)第一成形线圈1-1与第二成形线圈1-2并联，并且接入第一电源6-1，第三成形线圈1-3接入第二电源6-2，在金属板件坯料2-1电磁成形过程中，第一电源6-1和第二电源6-2同时放电，第一成形线圈1-1、第二成形线圈1-2和第三成形线圈1-3同时通入脉冲电流，在金属板件坯料2-1上感应涡流，进而在金属板件坯料2-1上产生电磁压力，驱动金属板件坯料2-1变形。

由于该型号的铝合金材料电导率高、强度低，一次放电产生的电磁压力可以使板件坯料2-1变形至金属工件2-2所在位置与模具3贴合。

第四实施例

图5为本发明提供的金属板件电磁成形装置的第四实施例，该电磁成形装置包括第一成形线圈1-1、第二成形线圈1-2、第三成形线圈1-3，板件坯料2-1、模具3、压边圈4、第一电源6-1、第二电源6-2，其中板件坯料2-1可以为铝合金材料，该型号的铝合金材料电导率低、强度高，难于成形。第一成形线圈1-1和第二成形线圈1-2为一个整体，且并联连接，第一成形线圈1-1与第二成形线圈1-2组成的整体可以沿轴向运动，第三成形线圈1-3不能沿轴向运动。第一成形线圈1-1、第二成形线圈1-2和第三成形线圈1-3最外层分别用高强度纤维材料5-1、5-2和5-3进行加固。该电磁成形装置对应的成形方法包括以下步骤：

(1)将板件坯料2-1置于模具3的上端面，将压边圈4放置于板件之上并施加一定的压力，其中压边圈4的外径、板件坯料2-1的外径以及模具3的外径对齐。

(2)将同轴成形线圈组置于板件坯料2-1上方，其中成形线圈组的位置与模具3的型腔相对应，成形线圈的下端面与板件坯料2-1之间的间隙为2mm，具体如第三实施例中的图4所示。

(3)第一成形线圈1-1和第二成形线圈1-2并联后接入第一电源6-1，第三成形线圈接入第二电源6-2，在金属板件坯料2-1电磁成形过程中，第一电源6-1和第二电源6-2同时放电，第一成形线圈1-1、第二成形线圈1-2和第三成形线圈1-3同时通入脉冲电流，在金属板件坯料2-1上感应涡流，进而在金属板件坯料2-1上产生电磁压力，驱动金属板件坯料2-1变形至金属工件2-2所在位置。

(4)沿轴向移动第一成形线圈1-1和第二成形线圈1-2组成的整体，使其下端面边缘与第一次变形后的金属工件2-2刚好接触，但是没施加压力。

(5)第一电源6-1放电，第一成形线圈1-1和第二成形线圈1-2中同时通入脉冲电流，在金属工件2-2上感应涡流并产生电磁压力，驱动金属工件2-2继续变形。

由于该型号的铝合金材料电导率低、强度高，一次放电产生的电磁压力使板件坯料2-1变形至工件2-2，没有与模具3贴合，通过移动第一成形线圈1-1和第二成形线圈1-2组成的整体，减小其与工件2-2的距离，电源6-1再次放电将金属工件2-2成形至金属工件2-3所在位置与模具紧密贴合。

第五实施例

图6为本发明提供的金属板件电磁成形装置的第五实施例，该电磁成形装置包括第一成形线圈1-1、第二成形线圈1-2、第三成形线圈1-3、板件坯料2-1、模具3、压边圈4、第一电源6-1、第二电源6-2和第三电源6-3，其中板件坯料2-1可以为铝合金材料，该型号的铝合金材料电导率低、强度高，难于成形。第一成形线圈1-1、第二成形线圈1-2和第三成形线圈1-3最外层分别用高强度纤维材料5-1、5-2和5-3进行加固，且均可以沿轴向运动。该电磁成形装置对应的成形方法包括以下步骤：

(1)将板件坯料2-1置于模具3的上端面，将压边圈4放置于板件之上并施加一定的压力，其中压边圈4的外径、板件坯料2-1的外径以及模具3的外径对齐。

(2)将同轴成形线圈组置于板件坯料2-1上方，其中成形线圈组的位置与模具3的型腔相对应，成形线圈的下端面与板件坯料2-1之间的间隙可以为2mm，具体如第三实施例中的图4所示。

(3)第一成形线圈1-1、第二成形线圈1-2和第三成形线圈1-3分别接入第一电源6-1、第二电源6-2和第三电源6-3，在金属板件坯料2-1电磁成形过程中，第一电源6-1、第二电源6-2和第三电源6-3同时放电，第一成形线圈1-1、第二成形线圈1-2和第三成形线圈1-3同时通入脉冲电流，在金属板件坯料2-1上感应涡流，进而在金属板件坯料2-1上产生电磁压力，驱动金属板件坯料2-1变形至金属工件2-2所在位置。

(4)沿轴向移动第一成形线圈1-1、第二成形线圈1-2和第三成形线圈1-3，使其各线圈下端面边缘与第一次变形后的板件(金属工件)2-2刚好接触，但是没施加压力。

(5)第一电源6-1放电、第二电源6-2和第三电源6-3放电，第一成形线圈1-1、第二成形线圈1-2和第三成形线圈1-3中同时通入脉冲电流，在金属工件2-2上感应涡流并产生电磁压力，驱动金属工件2-2继续变形。

由于该型号的铝合金材料电导率低、强度高，一次放电产生的电磁压力使板件坯料2-1变形至金属工件2-2，没有与模具完全紧密贴合，通过移动第一成形线圈1-1、第二成形线圈1-2和第三成形线圈1-3，减小各线圈其与金属工件2-2的距离，第一电源6-1、第二电源6-2和第三电源6-3再次放电将金属工件2-2成形至金属工件2-3所在位置与模具紧密贴合。

本发明提供的金属板件的电磁成形方法及装置，同轴成形线圈组的设计具有很高的灵活性，可以根据板件坯料的材料属性、尺寸参数确定成形线圈组成形线圈的个数以及每个成形线圈的结构参数、串并联方式以及是否能够轴向移动。采用同轴线圈组的方式将传统用于板件成形的单线圈分拆成几个独立或相互关联的同轴单线圈，可以有效的提高放电过程中的能量利用率、成形线圈的结构强度以及电磁力场分布的可控性。

图7分别为单线圈、双线圈成形下，板件中的电磁力密度随线圈的放电能量(放电电压5kV、10kV或15kV)的变化趋势。如图7a，对于单线圈而言，增加放电能量只改变了板件所受电磁力的幅值，但没改变电磁力的分布。对于双线圈而言，由于两个线圈分别由两套电源单独控制，因此可以任意的调节两套电源对线圈的放电能量，图7b为两个线圈的总能量一定时，外线圈1-2与内线圈1-1的放电能量比值分别为0.5、1和2时的板件中电磁力密度的分布情况，这三种情况下电磁力场的分布有着明显的不同。

图8为两个成形线圈的放电时序示意图，如图8a所示，成形线圈1-1和成形线圈1-2同时放电，图8b为成形线圈1-1先放电150μs后，成形线圈1-2放电，图8c为成形线圈1-2先放电150μs后成形线圈1-1放电，需要说明的是，成形线圈1-1中的电流记为I₁，成形线圈1-2中的电流记为I₂。这里的放电时间间隔可以根据实际需要进行调节。成形线圈的不同放电时序决定了作用于板件中电磁力的产生时间，当某个成形线圈先放电时，板件会随之发生变形，这时可以根据板件的变形决定另一个或几个成形线圈的放电时间，使其产生更有利于板件变形的电磁成形力场，这也充分说明了同轴多级线圈调节电磁力场分布的灵活性。

因此，可以调节每一个电源的放电能量和放电时序从而得到合理的电磁力场分布，使电磁力场的分布变得可控。

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 (10)

1.一种金属板件的电磁成形方法，其特征在于，包括：

在待成形的金属板件上方放置同轴的多个成形线圈；

在所述多个成形线圈中通入脉冲电流，使得所述金属板件中产生感应涡流，所述脉冲电流产生的磁场与所述感应涡流作用产生电磁力，所述电磁力的方向指向模具；

所述金属板件在电磁力的驱动下变形至模具成形；

当所述金属板件经电磁力成形得到的金属工件与模具未紧密贴合时，所述多个成形线圈中至少有一个成形线圈沿轴向运动，运动至所述金属工件上方，在所述多个成形线圈中再次通入脉冲电流，使得所述金属工件在电磁力的驱动下变形至模具并与模具紧密贴合成形。

2.根据权利要求1所述的电磁成形方法，其特征在于，所述脉冲电流产生的磁场到达金属板件时其方向与金属板件平行，所述感应涡流的方向与所述脉冲电流的方向相反。

3.根据权利要求1所述的电磁成形方法，其特征在于，还包括：

根据待成形的金属板件的材料属性和尺寸参数确定同轴的多个成形线圈中每一个成形线圈的结构参数。

4.根据权利要求1所述的电磁成形方法，其特征在于，还包括：

根据实际需要确定多个成形线圈中每个成形线圈中通入脉冲电流的大小和时间；

通过控制每个成形线圈中通入脉冲电流的大小和时间，以控制脉冲电流产生的磁场与感应涡流作用产生的电磁力场分布。

5.一种金属板件的电磁成形装置，其特征在于，包括：同轴的多个成形线圈和模具；

所述模具用于承载待成形的金属板件，并约束所述金属板件变形时的成形形状；

所述同轴的多个成形线圈放置在所述金属板件的上方，用于在其通入脉冲电流时，使得所述金属板件中产生感应涡流，所述脉冲电流产生的磁场与所述感应涡流作用产生电磁力，以使所述金属板件在电磁力的驱动下变形至模具成形；

所述同轴的多个成形线圈用于当所述金属板件经电磁力成形得到的金属工件与模具未紧密贴合时，所述多个成形线圈中至少有一个成形线圈沿轴向运动，运动至所述金属工件上方，在所述多个成形线圈中再次通入脉冲电流，使得所述金属工件在电磁力的驱动下变形至模具并与模具紧密贴合成形。

6.根据权利要求5所述的电磁成形装置，其特征在于，所述同轴的多个成形线圈中成形线圈的直径依次增加，所述多个成形线圈形成嵌套结构，每个成形线圈均能沿着轴向运动。

7.根据权利要求5所述的电磁成形装置，其特征在于，所述脉冲电流产生的磁场到达金属板件时其方向与金属板件平行，所述感应涡流的方向与所述脉冲电流的方向相反。

8.根据权利要求5所述的电磁成形装置，其特征在于，同轴的多个成形线圈中每一个成形线圈的结构参数根据待成形的金属板件的材料属性和尺寸参数确定。

9.根据权利要求5所述的电磁成形装置，其特征在于，多个成形线圈中每个成形线圈中通入脉冲电流的大小和时间根据实际需要确定；通过控制每个成形线圈中通入脉冲电流的大小和时间，以控制脉冲电流产生的磁场与感应涡流作用产生的电磁力场分布。

10.根据权利要求5至9任一项所述的电磁成形装置，其特征在于，成形线圈为脉冲磁体结构，在确保绝缘安全的情况下，当成形线圈放置在所述金属板件的上方时，其下端面与金属板件之间的间隙越小越好。