CN108555111B - 径向斥力-轴向吸力分时加载的管件电磁翻边装置及方法 - Google Patents
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Abstract
径向斥力‑轴向吸力分时加载的管件电磁翻边装置及方法，包括为初始轮廓的翻边工件提供径向斥力的径向电磁力加载线圈；为径向电磁力加载后的翻边工件提供轴向吸力的轴向电磁力加载线圈；为轴向电磁力加载线圈、径向电磁力加载线圈提供能量的电容电源；轴向电磁力加载线圈与续流二极管反向串联、然后与径向电磁力加载线圈并联；径向电磁力加载线圈置于管件翻边内部；轴向电磁力加载线圈通过嵌入凹模外侧，置于管件外部翻边下侧。本发明采用“轴向电磁力加载线圈与续流二极管反向串联，然后与径向电磁力加载线圈并联”，可简单有效地实现分时加载径向电磁力与轴向电磁力，装置操作简单，成本低。
Description
技术领域
本发明属于金属成形制造领域，特别涉及一种径向斥力-轴向吸力分时加载的管件电磁翻边装置及方法，主要用于金属管件的翻边加工。
背景技术
轻量化是航空航天、汽车工业等领域实现节能减排的重要技术手段。而实现轻量化的主要途径是采用轻质合金材料，高性能铝合金、钛合金、镁合金成为现代航空航天、汽车工业等实现轻量化的首选材料；电磁成形是一种高速率脉冲成形技术，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。
电磁翻边是电磁成形技术的一种，目前通过驱动线圈提供的轴向电磁力，贴膜性差。具体表现在：现有管件电磁翻边过程中，仅依靠位于管件内部的驱动线圈提供径向电磁力，成形所需的放电电压高，贴膜效果较差。
文献“大型复杂型面铝合金翻边件电磁成形塑性流动行为研究（机械工程学报，Vol. 49, No. 24, 2013）”采用1 层、2 层和 3 层平板线圈电磁翻边下的板料塑性流动行为，发现3层平板线圈的翻边效果最佳，但仍未达到完全贴膜的效果；究其原因，多层线圈只是增大了轴向电磁力而并未为翻边工件提供径向电磁力。中国专利“一种电磁驱动成形方法及装置（CN 102248693 A）”公开了一种电磁驱动成形方法及装置，采用脉冲电磁力驱动复合冲头快速撞击工件，可使工件与凹模贴膜性高，然而本发明并不是纯粹依靠电磁力成形，而是借助复合冲头传递电磁力，需要凸模与凹模配合，且成形速率明显降低。
发明内容
为有效解决现有管件电磁翻边过程中，仅依靠位于工件侧面的驱动线圈提供径向斥力，成形所需的放电电压高，且贴膜性很难得到保障。本发明提供一种径向斥力-轴向吸力分时加载的管件电磁翻边装置及方法，采用径向斥力-轴向吸力分时加载的管件电磁翻边，较现有电磁翻边而言，通过分步分时加载，能有效提高翻边工件的贴膜性。同时，本发明采用“轴向电磁力加载线圈与续流二极管反向串联，然后与径向电磁力加载线圈并联”，可简单有效地实现分时加载径向电磁力与轴向电磁力，装置操作简单，成本低。
本发明采取的技术方案为：
一种径向斥力-轴向吸力分时加载的管件电磁翻边装置，包括：
为初始轮廓的翻边工件提供径向斥力的径向电磁力加载线圈；
为径向电磁力加载后的翻边工件提供轴向吸力的轴向电磁力加载线圈；
为轴向电磁力加载线圈、径向电磁力加载线圈提供能量的电容电源；
轴向电磁力加载线圈与续流二极管反向串联、然后与径向电磁力加载线圈并联；
径向电磁力加载线圈置于管件翻边内部；
轴向电磁力加载线圈通过嵌入凹模外侧，置于管件外部翻边下侧。
所述轴向电磁力加载线圈为空心圆柱形，通过加工嵌入到凹模外侧，并使凹模上表面与翻边内圈所在平面齐平。便于工装与固定轴向电磁力加载线圈。
所述径向电磁力加载线圈的高度等于翻边工件的翻边高度。使径向电磁斥力覆盖整个翻边工件的翻边高度。
所述轴向电磁力加载线圈的电感大于等于10倍的径向电磁力加载线圈的电感。使轴向电磁力加载线圈导通时系统电感变大，不产生新的感应涡流，依靠初始的感应涡流与轴向电磁力加载线圈作用产生轴向电磁吸力。
所述空心圆柱形轴向电磁力加载线圈内直径大于管件外直径，但小于凹模外直径；空心圆柱形轴向电磁力加载线圈外直径等于凹模外直径。使轴向电磁力加载线圈完全内嵌于凹模中。便于工装与固定轴向电磁力加载线圈。
一种径向斥力-轴向吸力分时加载的管件电磁翻边方法，包括以下步骤：
步骤1：将径向电磁力加载线圈置于管件翻边内部，线圈高度等于翻边高度，并保证其下表面与翻边内圈所在平面齐平；将轴向电磁力加载线圈通过加工嵌入凹模外侧，置于管件外部翻边下侧，并使凹模上表面与翻边内圈所在平面齐平；
步骤2:将轴向电磁力加载线圈与续流二极管反向串联，然后与径向电磁力加载线圈并联，电容电源通过放电开关为连接好的线圈供电；
步骤3:闭合放电开关，电容电源首先对径向电磁力加载线圈放电，产生径向电磁力加载线圈的脉冲电流，脉冲电流在初始轮廓的翻边工件中产生感应涡流，脉冲电流与感应涡流相互作用产生径向斥力驱动翻边工件加速并变形，初始轮廓的翻边工件变形为径向斥力加载后的翻边工件；
步骤4: 当电容电源电压为0时，续流二极管自动导通，产生轴向电磁力加载线圈的脉冲电流，其脉冲电流与翻边工件中的感应涡流方向相同，产生轴向吸力驱动翻边工件加速并变形，完成翻边加工。
径向电磁力加载线圈的径向斥力有效加载时间为第一个半波，从0到t1时刻；轴向电磁力加载线圈的轴向吸力有效加载时间为第二个半波，从t1到t2时刻。实现电磁力分时加载，初始状态时需要径向电磁斥力，所以从0到t1时刻导通径向电磁力加载线圈；当工件变形到一定程度之后需要轴向电磁吸力，所以从t1到t2时刻导通轴向电磁力加载线圈。
径向斥力使翻边工件由初始轮廓变形为径向斥力加载后的翻边工件轮廓；轴向吸力使翻边工件由径向电磁力加载后的翻边工件轮廓变形为轴向吸力加载后的翻边工件轮廓。实现电磁力分时加载，初始轮廓时需要径向电磁斥力，所以由径向电磁力加载线圈产生径向斥力；径向电磁力加载后的翻边工件轮廓时需要轴向电磁吸力，所以由轴向电磁力加载线圈产生轴向电磁吸力。
与现有最好技术相比，本发明一种径向斥力-轴向吸力分时加载的管件电磁翻边装置及方法，优点在于：
1．本发明实现了径向斥力-轴向吸力分时加载的管件电磁翻边，较传统翻边而言，电磁成形成形速度快，可提升材料成形极限。
2．本发明采用径向斥力-轴向吸力分时加载的管件电磁翻边，较现有电磁翻边而言，通过分步分时加载，能有效提高翻边工件的贴膜性。
3.本发明采用“轴向电磁力加载线圈与续流二极管反向串联，然后与径向电磁力加载线圈并联”，可简单有效地实现分时加载轴向电磁力与径向电磁力，装置操作简单，成本低。
附图说明
图1（a）为径向斥力-轴向吸力分时加载的管件电磁翻边装置组装示意图。
图1（b）为径向斥力-轴向吸力分时加载的管件电磁翻边装置组装剖面示意图。
图2（a）为径向斥力-轴向吸力分时加载的管件电磁翻边方法电路接线示意图。
图2（b）径向斥力-轴向吸力分时加载的管件电磁翻边方法脉冲电流示意图。
图3（a）为初始轮廓的翻边工件及其受到的径向斥力示意图。
图3（b）为径向电磁力加载后的翻边工件及其受到的轴向吸力示意图。
图3（c）为轴向电磁力加载后的翻边工件示意图。
其中：
1.径向电磁力加载线圈；2. 轴向电磁力加载线圈；3. 翻边工件；
31.初始轮廓的翻边工件；32. 径向电磁力加载后的翻边工件；33. 轴向电磁力加载后的翻边工件；
4. 凹模；5.电磁力；
51径向斥力；52轴向吸力；
6. 续流二极管；7. 电容电源；8. 脉冲电流；
81. 径向电磁力加载线圈的脉冲电流；82. 轴向电磁力加载线圈的脉冲电流。
具体实施方式
如图1所示，采用圆柱形径向电磁力加载线圈，具体步骤包括：第一，将径向电磁力加载线圈置于管件翻边内部，线圈高度等于翻边高度，并保证其下表面与翻边内圈所在平面齐平；将轴向电磁力加载线圈通过加工嵌入凹模外侧，置于管件外部翻边下侧，并使凹模上表面与翻边内圈所在平面齐平；第二，将轴向电磁力加载线圈与续流二极管反向串联，然后与径向电磁力加载线圈并联，电容电源通过放电开关为连接好的线圈供电；第三，闭合放电开关，电容电源首先对径向电磁力加载线圈放电，产生径向电磁力加载线圈的脉冲电流，脉冲电流在初始轮廓的翻边工件中产生感应涡流，脉冲电流与感应涡流相互作用产生径向斥力驱动翻边工件加速并变形，初始轮廓的翻边工件变形为径向斥力加载后的翻边工件；第四，当电容电源电压为0时，续流二极管自动导通，产生轴向电磁力加载线圈的脉冲电流，其脉冲电流与翻边工件中的感应涡流方向相同，产生轴向吸力驱动翻边工件加速并变形，完成翻边加工。
Claims (6)
1.一种径向斥力-轴向吸力分时加载的管件电磁翻边装置，其特征在于包括：
为初始轮廓的翻边工件提供径向斥力的径向电磁力加载线圈（1）；
为径向电磁力加载后的翻边工件提供轴向吸力的轴向电磁力加载线圈（2）；
为轴向电磁力加载线圈（2）、径向电磁力加载线圈（1）提供能量的电容电源（7）；
轴向电磁力加载线圈（2）与续流二极管（6）反向串联、然后与径向电磁力加载线圈（1）并联；
径向电磁力加载线圈（1）置于管件翻边内部；
轴向电磁力加载线圈（2）通过嵌入凹模（4）外侧，置于管件外部翻边下侧；
轴向电磁力加载线圈（2）为空心圆柱形，通过加工嵌入到凹模（4）外侧，并使凹模（4）上表面与翻边内圈所在平面齐平；
径向电磁力加载线圈（1）的高度等于翻边工件（3）的翻边高度。
2.根据权利要求1所述一种径向斥力-轴向吸力分时加载的管件电磁翻边装置，其特征在于：轴向电磁力加载线圈（2）的电感大于等于10倍的径向电磁力加载线圈（1）的电感。
3.根据权利要求1所述一种径向斥力-轴向吸力分时加载的管件电磁翻边装置，其特征在于：空心圆柱形轴向电磁力加载线圈内直径大于管件外直径，但小于凹模（4）外直径；空心圆柱形轴向电磁力加载线圈外直径等于凹模（4）外直径。
4.一种径向斥力-轴向吸力分时加载的管件电磁翻边方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：将径向电磁力加载线圈（1）置于管件翻边内部，线圈高度等于翻边高度，并保证其下表面与翻边内圈所在平面齐平；将轴向电磁力加载线圈（2）通过加工嵌入凹模（4）外侧，置于管件外部翻边下侧，并使凹模（4）上表面与翻边内圈所在平面齐平；
步骤2:将轴向电磁力加载线圈（2）与续流二极管（6）反向串联，然后与径向电磁力加载线圈（1）并联，电容电源（7）通过放电开关为连接好的线圈供电；
步骤3:闭合放电开关，电容电源（7）首先对径向电磁力加载线圈（1）放电，产生径向电磁力加载线圈的脉冲电流，脉冲电流在初始轮廓的翻边工件中产生感应涡流，脉冲电流与感应涡流相互作用产生径向斥力驱动翻边工件加速并变形，初始轮廓的翻边工件变形为径向斥力加载后的翻边工件；
步骤4: 当电容电源（7）电压为0时，续流二极管（6）自动导通，产生轴向电磁力加载线圈的脉冲电流，其脉冲电流与翻边工件（3）中的感应涡流方向相同，产生轴向吸力驱动翻边工件加速并变形，完成翻边加工。
5.根据权利要求4所述一种径向斥力-轴向吸力分时加载的管件电磁翻边方法，其特征在于：径向电磁力加载线圈（1）的径向斥力有效加载时间为第一个半波，从0到t1时刻；轴向电磁力加载线圈（2）的轴向吸力有效加载时间为第二个半波，从t1到t2时刻。
6.根据权利要求5所述一种径向斥力-轴向吸力分时加载的管件电磁翻边方法，其特征在于：径向斥力使翻边工件由初始轮廓变形为径向斥力加载后的翻边工件轮廓；
轴向吸力使翻边工件由径向电磁力加载后的翻边工件轮廓变形为轴向吸力加载后的翻边工件轮廓。
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