CN108480449A - 一种铝合金管件交错变形电磁连接装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种铝合金管件交错变形电磁连接的方法及装置，包括内线圈、外线圈、凹型集磁器、凸型集磁器；内线圈、外线圈、凹型集磁器以及凸型集磁器高度相同，且空间位置上同心同轴。铝合金外管和铝合金内管固定于凹型集磁器和凸型集磁器之间，且管件端部与集磁器保持一定距离。凹型集磁器的凹槽与凸型集磁器的凸起呈交错分布；本发明主要针对同种铝合金管件实现交错变形电磁连接，通过双线圈与集磁器相配合，在内、外金属管件同时加载两个方向相反且交错分布的径向电磁力，从而促使铝合金管件交错变形，实现铝合金管件的交错电磁连接。

Description

一种铝合金管件交错变形电磁连接装置及方法

技术领域

本发明属于金属加工领域，涉及一种铝合金管件交错变形电磁连接装置及方法，主要用于管件的连接加工。

背景技术

金属管件连接是制造业常见的加工工艺，传统的管件连接工艺多采用机械力，连接后工件易产生回弹起皱，工件柔性低，且成形工艺复杂。而的电磁连接工艺中，主要针对异种金属管件之间的连接，但都是针对一个管件施加电磁力实现电磁连接。

传统的金属管件连接工艺中，通常采取机械力直接施加于金属管件，驱动金属管件连接。由于施加的是机械力，成形后工件的柔性低，且易产生回弹起皱等缺陷。现阶段所采取的电磁连接中，主要在外金属管件施加一个巨大的电磁力，促使其以巨大的电磁力与内管贴合，实现管件的电磁连接。但这种连接方式基本都是正对异种金属管，内金属管件基本为刚体，不发生形变，从而避免接口处出现扭曲。

现有的技术缺点电磁连接主要针对异种金属管件之间的连接，内管为基本为刚体，驱动线圈只对外金属管件施加径向向内电磁力，从而驱动外金属管件与内金属管件碰撞实现电磁连接。而针对同种金属管件，采用此方法不能有效的实现金属管件之间的电磁连接。

中国专利(ZL201210239093.4)“双金属复合管的磁脉冲成形方法”采取单线圈配合集磁器装置，实现对制定位置的连接，然后移动管件，采取续渐式复合成形，最终实现双金属管的复合加工。本复合成形工艺采取对单金属管件进行加工，而无法对实现对同种金属管件之间的电磁连接。

发明内容

本发明提供一种铝合金管件交错变形电磁连接装置及方法，采用内、外两个驱动线圈，分别匹配两个特定的集磁器，改变驱动线圈的电磁力分布，通过两者之间空间上相配，实现铝合金管件的交错变形电磁连接。

本发明采取的技术方案为：

一种铝合金管件交错变形电磁连接装置，包括内线圈、外线圈、凹型集磁器、凸型集磁器、铝合金外管、铝合金内管、脉冲电源。内线圈和凹型集磁器放置于铝合金内管内部，铝合金内管的端部略低于凹型集磁器下部，铝合金外管嵌套于铝合金内管外，铝合金外管端部略高于凸型集磁器上部，凸型集磁器放置于铝合金外管外部，外线圈放置于凸型集磁器的轴向，凹型集磁器与外线圈中心同轴、且上下端部保持平齐，凹型集磁器凹槽之间的距离与凸型集磁器凸起的高度相同。

凹型集磁器和凸型集磁器高度保持一致，且凹型集磁器凹槽之间的距离与凸型集磁器凸起的高度相同。

所述内线圈、外线圈串联连接，内线圈、外线圈均连接脉冲电源。

串联连接的内、外线圈同时放电，外线圈通过凸型集磁器对管件连接部位中间施加径向向内的电磁力，同时内线圈通过凹型集磁器对连接部位的两端施加径向向外的电磁力。

所述内线圈、外线圈都为一层多匝。

一种铝合金金属管件交错变形电磁连接方法，包括内线圈、外线圈、凹型集磁器、凸型集磁器、铝合金管件，脉冲电源对串联的内、外线圈放电，内线圈通过凹型集磁器的调控功能对管件电磁连接区域两端施加径向向外的电磁力，与此同时，外线圈通过凸型集磁器对管件电磁连接区域的中部施加径向向内的电磁力，从而管件电磁连接区域实现电磁力交错加载，促使铝合金管件发生交错变形碰撞，最终实现交错变形电磁连接。

一种铝合金金属管件交错连接方法，包含一个凹型集磁器和一个凸型集磁器。

一种铝合金金属管件交错连接方法，脉冲电源的放电电流频率，满足趋肤深度要小于等于铝合金管件的厚度。

一种铝合金金属管件交错连接方法，电磁连接区域与管件端部有一定的距离，以保证“卡箍”效果更佳。

与现有技术相比，本发明一种铝合金管件交错变形电磁连接装置及方法，的优点在于：

本发明主要针对同种金属管件实现交错变形电磁连接，通过双线圈与集磁器相配合，在内、外金属管件同时加载两个方向相反的径向电磁力，从而实现金属管件的交错变形，实现金属管件的交错连接。交错变形连接不仅使管件在分子结构上相结合，同时在空间结构上会产生“卡箍”的效果，此电磁连接方法更加可靠。

附图说明

图1为金属管件交错形变电磁连接装置组装连接示意图。

图2为凸型集磁器装置结构示意图。

图3为凹型集磁器装置结构示意图。

图4为金属管件交错变形电磁连接流程图。

图5(a)为金属管件交错变形电磁连接后的剖面示意图。

图5(b)为金属管件交错变形电磁连接后的完整示意图。

1.内线圈，2.外线圈，3.凹型集磁器，4.凸型集磁器，5.铝合金外管，6.铝合金内管，7-脉冲电源。

具体实施方式

如图1-4所示，一种铝合金管件交错变形电磁连接装置，包括内线圈1、外线圈2、凹型集磁器3、凸型集磁器4、铝合金外管5、铝合金内管6、脉冲电源。内线圈1和凹型集磁器3放置于铝合金内管6内部，铝合金内管6的端部略低于凹型集磁器3下部，铝合金外管5嵌套于铝合金内管6外，铝合金外管5端部略高于凸型集磁器4上部，凸型集磁器4放置于铝合金外管5外部，外线圈2放置于凸型集磁器4的轴向，凹型集磁器3与外线圈2中心同轴、且上下端部保持平齐，凹型集磁器凹槽之间的距离与凸型集磁器凸起的高度相同。

凹型集磁器3和凸型集磁器4高度保持一致，且凹型集磁器凹槽之间的距离与凸型集磁器凸起的高度相同。

所述内线圈1、外线圈2串联连接，内线圈1、外线圈2均连接脉冲电源7。串联连接的内、外线圈同时放电，外线圈2通过凸型集磁器4对管件连接部位中间施加径向向内的电磁力，同时外线圈2通过凹型集磁器3对连接部位的两端施加径向向外的电磁力，从而促使金属管件连接部位出现交错变形，实现铝合金管件的电磁连接。

所述内线圈1、外线圈2都为一层多匝，本发明装置中所内、外线圈匝数均为8匝。集磁器能够汇聚线圈能量，所以一层多匝已经可以满足实现电磁连接所需的能量；同时层数少，可以减少绕制成本，同时工装也留有更大的裕度。

铝合金内管6的端部略低于凹型集磁器3下部；铝合金外管5端部略高于凸型集磁器4上部。保证其端部不发生形变，而出现卡箍的效果，使其电磁连接更加稳靠。

凹型集磁器3的凹槽和凸型集磁器4的凸出部分尺寸相同，且两集磁器高度一致，如图2、图3所示。为了使交错分布的电磁力在管件上实现连续的加载，从而保证管件电磁连接区域的连续性变形，保证工件连接的质量。

实施步骤:

如图4所示，首先脉冲脉冲电源放电，内线圈1在凹型集磁器3内表面感应反向涡流，反向感应涡流经狭缝流入到凹型集磁器3的两端，对铝合金内管6连接部位两端施加径向向外的电磁力。同时与内线圈1串联的外线圈2在凸型集磁器4的外表面感应反向涡流，反向感应涡流经狭缝流入凸型集磁器4的中部，对铝合金外管5连接部位的中部施加径向向内的电磁力。从而实现管件连接部位出现交错变形，实现铝合金管件连接。

本发明所述得一种铝合金管件电磁连接的方法，其主要依据电磁成形电磁力的特点：

在电磁成形中，线圈中的放电电流频率较高，所以感应电流主要集中铝合金管件的表面，也就是说电磁力主要加载于管件的表面，且其作用的深度为：

其中Δ为趋肤深度，σ为电导率，μ为相对磁导率，f为电流频率。

基于此，通过控制电流频率来调控铝合金管件上所加载的电磁力深度。其电磁力的深度必须满足：

假设两铝合金管件的厚度都为h1，则：

△≤h1

这是实现管件交错电磁连接的关键。

集磁器是电磁成形中常用的调控电磁力工具，为实现管件上电磁力的交错加载，本发明通过一个凹型胀形集磁器和凸型缩颈集磁器，调控两驱动线圈作用在管件上的电磁力，实现电磁力的交错分布，从而促使管件交错变形。

具体的实施方案如图4所示，首先脉冲脉冲电源放电，内线圈在凹型集磁器内表面Δ深度内感应反向涡流，反向感应涡流经凹型集磁器的狭缝流入到凹型集磁器外表面的两端表面Δ深度内，铝合金内管受凹型集磁器内表面感应电流的影响，铝合金内管表面Δ深度内会感应反向涡流，在F＝J×B的作用下，管件连接区域的两端产生径向向外的电磁力，促使内管向外发生高速变形与外管碰撞实现电磁连接。与此同时，与内线圈串联的外线圈加载反向的放电电流，外线圈2在凸型集磁器外表面Δ深度内感应反向涡流，反向感应涡流经凸型集磁器4的狭缝流入到凸型集磁器内表面的两端表面Δ深度内，铝合金外管受凹型集磁器内表面感应电流的影响，铝合金外管表面Δ深度内会感应反向涡流，在F＝J×B的作用下，管件连接区域的中间产生径向向内的电磁力，促使外管向内发生高速变形与内管发生碰撞实现电磁连接。由于连接区域的端部和中部交错反向的高速碰撞变形，促使两铝合金管件实现交错电磁连接。

其感应电流方向如图1所示：

一种铝合金管件交错电磁连接装置的成形过程，具体的实施步骤：

(1)安装内线圈1、外线圈2、凹型集磁器3、凸型集磁器4，并把内外线圈串联到一起与脉冲电源相连；

(2)固定铝合金外管5、铝合金内管6，调节铝合金内、外管连接部位的位置；

(3)脉冲电源放电，凹型集磁器3与凸型集磁器4同时工作，改变调控电磁力分布，在工件连接区域两端产生径向向外的变形，在工件连接区域中部产生径向向内的变形。

(4)交错变形同时进行，从而实现两金属管的交错电磁连接，最终的工件如图5所示。

Claims (9)

1.一种铝合金管件交错变形电磁连接装置，包括内线圈、外线圈、凹型集磁器、凸型集磁器、脉冲电源；内线圈和凹型集磁器放置于铝合金内管内部，铝合金内管的端部略低于凹型集磁器下部，铝合金外管嵌套于铝合金内管外，铝合金外管端部略高于凸型集磁器上部，凸型集磁器放置于铝合金外管外部，外线圈放置于凸型集磁器的轴向，凹型集磁器与外线圈中心同轴、且上下端部保持平齐，凹型集磁器凹槽之间的距离与凸型集磁器凸起的高度相同。

2.根据权利要求1所述的一种铝合金金属管件交错变形电磁连接装置，其特征在于：凹型集磁器和凸型集磁器高度保持一致，且凹型集磁器凹槽之间的距离与凸型集磁器凸起的高度相同。

3.根据权利要求1所述一种铝合金管件交错变形电磁连接装置，其特征在于：串联连接的内、外线圈同时放电，外线圈通过凸型集磁器对管件连接部位中间施加径向向内的电磁力，同时外线圈通过凹型集磁器对连接部位的两端施加径向向外的电磁力。

4.根据权利要求1所述一种铝合金管件交错变形电磁连接装置，其特征在于：所述内线圈、外线圈都为一层多匝。

5.一种铝合金管件交错变形电磁连接方法，其特征在于：首先脉冲电源放电，内线圈在凹型集磁器内表面感应反向涡流，反向感应涡流经狭缝流入到凹型集磁器的两端，对铝合金内管连接部位两端施加径向向外的电磁力；

同时与内线圈串联的外线圈在凸型集磁器的外表面感应反向涡流，反向感应涡流经狭缝流入凸型集磁器的中部，对铝合金外管连接部位的中部施加径向向内的电磁力；从而实现管件连接部位出现交错变形，实现铝合金管件连接。

6.一种铝合金金属管件交错变形电磁连接方法，包括内线圈、外线圈、凹型集磁器、凸型集磁器、铝合金管件，其特征在于：脉冲电源对串联的内、外线圈放电，内线圈通过凹型集磁器的调控功能对管件电磁连接区域两端施加径向向外的电磁力，与此同时，外线圈通过凸型集磁器对管件电磁连接区域的中部施加径向向内的电磁力，从而管件电磁连接区域实现电磁力交错加载，促使铝合金管件发生交错变形碰撞，最终实现交错变形电磁连接。

7.根据权利要求6所述一种铝合金金属管件交错连接方法，其特征在于：包含一个凹型集磁器和一个凸型集磁器。

8.根据权利要求6所述一种铝合金金属管件交错连接方法，其特征在于：脉冲电源的放电电流频率，趋肤深度要小于等于铝合金管件的厚度。

9.根据权利要求6所述一种铝合金金属管件交错连接方法，其特征在于：电磁连接区域与管件端部有一定的距离。