CN110548800B - 一种基于惯性约束的电液成形工装装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于惯性约束的电液成形工装装置及方法，包括约束压边模块和成形模块，其中约束压边模块包括脉冲电源和控制单元、配重单元、约束单元，当容器的导电率较低时还包括驱动单元；在约束单元中通入脉冲电流，约束单元与驱动单元之间产生电磁排斥力，进而克服电液成形容器的反作用力，为容器提供约束，与此同时，电磁排斥力在克服成形模块的反作用力后还能为工件成形提供合适的压边力，并且通过调节所述脉冲电源和控制单元可以调节所述电磁排斥力，本发明所提供的装置及方法当成形工件较大时，无需提供较大的压力机即可提供较大的约束力和压边力，解决了现有技术存在的设备成本较高的问题。
Description
技术领域
本发明属于金属成形制造领域，更具体地，涉及一种基于惯性约束的电液成形工装装置及方法。
背景技术
随着科技的发展，电液成形装置正越来越多地应用于机械零件的生产当中，这些成形装置能够在保证生产成本得到控制的前提下生产出外观相当复杂的零件，广泛应用于汽车工业以及航空和航天工业当中，故对电液成形工装放置及方法的研究具有非常重要的意义。
在金属板料冲压成形的过程中，常常面临零件起皱、破裂或者回弹过大等问题。实际生产中，通常采用施加压边力的方式控制板料的材料流动，其主要作用是在冲压成形过程中对压边圈下的板料施加一定压力，从而防止板料过量流入模具型腔，减少上述成形缺陷的发生，合适的压边力的选取，对于成形质量控制十分关键。
电液成形装置在生产零件的过程中，有开式和闭式两种生产模式，其中闭式生产模式的效率远比开式的高。但是闭式生产模式需要克服冲击波对容器的反作用力，所以需要对电液成形装置进行约束。现有的约束方式主要通过压力机对电液成形装置进行压边从而进行约束，当要成形的工件较大时，需要的约束力和压边力也很大，从而导致需要较大的压力机，这种压边方式通常需要复杂的控制系统和充足的工作台面，设备成本高，占地面积大。
因此，提供一种设备成本较低的电液成形工装放置及方法是亟需解决的问题。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于惯性约束的电液成形工装放置及方法，旨在解决现有技术中当成形的工件较大时需要较大的压力机而导致的设备成本较高的问题。
为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种基于惯性约束的电液成形工装装置，包括约束压边模块和成形模块；
其中，约束压边模块放置在成形模块上方。
约束压边模块用于基于电磁排斥力为成形模块提供约束力和成形压边力；成形模块用于在反作用力的作用下抑制容器的起跳，同时为工件的成形提供适当的压边力。
成形模块在约束和压边模块作用力下，容器被限定在安全的范围，并且获得合适的压边力，避免在成形过程中的起皱和破裂。
进一步优选地，约束压边模块包括：脉冲电源和控制单元、配重单元、约束单元；
其中，脉冲电源和控制单元两端与约束单元的两端相连，配重单元放置在约束单元的上方，处于整个装置的顶部，约束单元放置在配重单元与驱动单元之间；
脉冲电源和控制单元用于对约束单元放电，控制装置中约束力和压边力的大小；优选地，脉冲电源和控制单元可以由充电机、充电机开关元件、交流电容器组或蓄电池组、晶闸管、可开断的续流回路组成；
配重单元用于限制约束线圈的位移，使约束单元限制在安全的范围以内；
约束单元用于产生脉冲磁场，优选地，可以为约束线圈。
进一步优选地，上述约束压边模块还包括驱动单元，驱动单元放置在成形模块的上方；驱动单元用于与约束单元产生脉冲电磁场相互作用，产生电磁排斥力，为成形模块提供约束力和压边力。
进一步优选地，驱动单元可以为驱动线圈或者驱动板。
进一步优选地，当驱动单元为驱动线圈时，将脉冲电流分别通入两个驱动线圈，两个驱动线圈之间将产生可控的排斥力，为成形模块提供约束力和压边力；
进一步优选地，当驱动单元为驱动板时，脉冲电源和控制单元对约束单元放电，在约束单元中产生脉冲磁场，脉冲磁场在驱动板中感应出涡流，产生电磁排斥力，为成形模块提供约束力和压边力。进一步的，电磁排斥力在克服成形模块的反作用力后还能提供合适的压边力。
进一步优选地，成形模块包括：容器、电极、压边圈、工件、模具，其中，容器置于成形模块的最上方，电极一端置于容器内部，另外一端与储能模块相连，模具处于成形模块的最下方，工件放置在压边圈与模具之间，压边圈放置在容器的正下方，脉冲电源和控制单元对电极放电，在容器介质中产生冲击波作用于工件成形。
进一步优选地，成形模块的各个部分也可以完全倒置使用，即所述约束压边模块直接放置在倒置的所述成形模块上，此时容器处于成形模型的最下方，模具处于成形模块的最上方，其他部分的相对连接关系均不变。此时约束压边模块中产生的电磁排斥力传递至模具，可以克服电液成形的反作用力，对模具的位移进行约束，模具进而将电磁排斥力传递到压边圈，为工件成形提供压边力，此时与成形模块未倒置使用的场景有相同的约束压边效果。
进一步优选地，当模具和容器的法兰足够大，与工件有足够的接触面积，能够起到与压边圈相同的效果时，成形模块中模具与工件之间的压边圈可以不要，容器可以直接作用在板件上提供压边力，此时与存在压边圈时有相同的约束压边效果。
为实现上述目的，另一方面，本发明提供了一种基于惯性约束的电液成形工装方法，包括以下步骤：
S1、将待成形工件固定在本发明所提供的电液成形工装装置上，选取合适重量的配重单元放置在所述电液成形工装装置的顶部；
S2、打开脉冲电源的开关，对约束单元进行放电，产生电磁排斥力；
S3、通过配重单元的重量将约束单元因电磁排斥力的作用而产生的位移限制在很小的范围以内；
S4、调节脉冲电源和控制单元改变电磁排斥力的大小，为成形模块中的容器提供合适的约束力，同时为待成形工件提供合适压边力；
S5、对所述成形模块进行放电，调节成形模块的放电时序使待成形工件成形。
进一步优选地，通过调节脉冲电源和控制单元中放电电压和电容器的容值来改变脉冲电流的脉宽和幅值来调节电磁力的幅值和脉宽，进而调节所述电磁排斥力的大小，进一步调节约束力和压边力的大小。
进一步优选地，配重单元的重量满足以下关系：
其中，Δm为配重单元的重量，m为约束单元的重量，F为约束单元所受的向上的排斥力，T为电磁排斥力的作用时间，g为重力加速度，h0为配重单元所允许跳动的最大高度。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得下列有益效果。
1、本发明提供了一种基于惯性约束的电液成形工装装置，通过在成形模块上方放置约束压边模块，通过在约束压边模块中产生电磁排斥力，为成形模块提供了约束力和成形压边力，可以克服成形模块的容器中电液成形的反作用力，对容器的位移进行了约束，进一步的容器将电磁排斥力传递给成形模块中的压边圈，从而为待成形工件提供合适的压边力使工件成形，约束力和压边力的大小可以通过调节电源和控制系统来进行控制，当成形工件较大时，无需提供较大的压力机，仅通过调节电源和控制系统增大电磁排斥力即可提供较大的约束力和压边力，解决了现有技术存在的设备成本较高的问题。
2、在本发明所提供的基于惯性约束的电液成形工装装置顶部放置配重单元，在压边的过程中，装置中的约束单元会受到电磁排斥力的作用产生一个向上的位移，在配重单元压力的作用下可以克服所述电磁排斥力的作用使约束单元产生位移，将约束单元的位移限定在很小的范围内，从而保证约束力和压边力的可靠性。
3、本发明提供了一种基于惯性约束的电液成形工装方法，对约束单元进行放电，产生电磁排斥力，通过调节脉冲电源的电压大小来调节电磁排斥力的大小，从而提供合适的约束力和成形压边力，基于力之间的相互作用力，能够避免在工件成形的过程中导致的起皱、破裂或者回弹过大等问题。
附图说明
图1是本发明所提供的基于惯性约束的电液成形工装装置的整体结构示意图；
图2是实施例1的基于惯性约束的电液成形工装装置结构的剖面示意图；
图3是实施例2的基于惯性约束的电液成形工装装置结构的剖面示意图；
图4是实施例3的基于惯性约束的电液成形工装装置结构的剖面示意图；
图5是实施例4的基于惯性约束的电液成形工装装置结构的剖面示意图；
图6是本发明用来调控约束力和压边力大小的脉冲电流的典型波形。
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
具体的，为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种基于惯性约束的电液成形工装装置，如图1所示是本发明所提供的基于惯性约束的电液成形工装装置的整体结构示意图，包括约束压边模块1和成形模块2，其中约束压边模块1放置在成形模块2上方。
具体的，约束压边模块1用于基于电磁排斥力为成形模块提供约束力和成形压边力；成形模块2用于在反作用力的作用下抑制容器的起跳，同时为工件的成形提供适当的压边力。具体的，成形模块在约束和压边模块作用力下，容器被限定在安全的范围，并且获得合适的压边力，避免在成形过程中的起皱和破裂。具体的，约束压边模块包括：脉冲电源和控制单元、配重单元、约束单元，其中脉冲电源和控制单元两端与约束单元的两端相连，配重单元放置在约束单元的上方，处于整个装置的顶部，约束单元放置在配重单元与驱动单元之间，驱动单元放置在成形模块的上方。进一步的，脉冲电源和控制单元用于对约束单元放电，控制装置中约束力和压边力的大小；具体的，脉冲电源和控制单元可以由充电机、充电机开关元件、交流电容器组或蓄电池组、晶闸管、可开断的续流回路组成；配重单元用于限制约束线圈的位移，使约束单元限制在安全的范围以内；约束单元用于产生脉冲磁场，具体的，可以为约束线圈。此时压边圈可以直接在容器中感应出涡流产生排斥力，为成形模块提供约束力和压边力。
具体的，在容器的导电率较低的情况下，约束压边模块中还包含驱动单元，驱动单元放置在成形模块的上方，约束单元直接放置在容器的上方，驱动单元用于与约束单元产生脉冲电磁场相互作用，产生电磁排斥力，为成形模块提供约束力和压边力。具体的，驱动单元可以为驱动线圈或者驱动板。当采用驱动线圈时，将脉冲电流分别通入两个驱动线圈，两个驱动线圈之间将产生可控的排斥力；当采用驱动板时，脉冲电源和控制单元对约束单元放电，在约束单元中产生脉冲磁场，脉冲磁场在驱动板中感应出涡流，产生电磁排斥力，为成形模块提供约束力和压边力。进一步的，电磁排斥力在克服成形模块的反作用力后还能提供合适的压边力。
成形模块包括：容器、电极、压边圈、工件、模具，其中容器置于成形模块的最上方，电极一端置于容器内部，另外一端与脉冲电源和控制单元相连，模具处于成形模块的最下方，工件放置在压边圈与模具之间，压边圈放置在容器的正下方，脉冲电源和控制单元对电极放电，在容器介质中产生冲击波作用于工件成形。
具体的，成形模块的各个部分也可以完全倒置使用，即所述约束压边模块直接放置在倒置的所述成形模块上，此时容器处于成形模型的最下方，模具处于成形模块的最上方，其他部分的相对连接关系均不变。此时约束压边模块中产生的电磁排斥力传递至模具，可以克服电液成形的反作用力，对模具的位移进行约束，模具进而将电磁排斥力传递到压边圈，为工件成形提供压边力，此时与成形模块未倒置使用的场景有相同的约束压边效果。
具体的，当模具和容器的法兰足够大，与工件有足够的接触面积，能够起到与压边圈相同的效果时，成形模块中模具与工件之间的压边圈可以不要，此时，容器可以直接作用在板件上提供压边力，此时与存在压边圈时有相同的约束压边效果。
另一方面，本发明提供了一种基于惯性约束的电液成形工装方法，具体的，包括以下步骤：
S1、将待成形工件固定在本发明所提供的电液成形工装装置上，选取合适重量的配重单元放置在所述电液成形工装装置的顶部；
S2、打开脉冲电源和控制单元的开关，对约束单元进行放电，产生电磁排斥力；
S3、通过配重单元的重量将约束单元因电磁排斥力的作用而产生的位移限制在很小的范围以内；
S4、调节脉冲电源和控制单元改变电磁排斥力的大小，为成形模块中的容器提供合适的约束力，同时为待成形工件提供合适压边力；
S5、对所述成形模块进行放电，调节成形模块的放电时序使待成形工件成形。
具体的，通过调节脉冲电源和控制单元中的放电电压和电容器的容值来改变脉冲电流的脉宽和幅值来调节电磁力的幅值和脉宽，进而调节所述电磁排斥力的大小，进一步调节约束力和压边力的大小。
具体的，配重单元的重量满足以下关系：
其中，Δm为配重单元的重量，m为约束单元的重量，F为约束单元所受的向上的排斥力，T为电磁排斥力的作用时间，g为重力加速度，h0为配重单元所允许跳动的最大高度。
以下结合附图给出本发明的具体示例，提供了4中不同的工装方式：
实施例1
在容器的导电率较高的情况下，如图2所示为实施例1的基于惯性约束的电液成形工装装置结构的剖面示意图，包括约束压边模块1-1和成形模块1-2，其中约束压边模块1-1放置在成形模块1-2上方，具体的，约束压边模块1-1用于基于电磁排斥力为成形模块提供约束力和成形压边力；成形模块1-2用于在反作用力的作用下抑制容器的起跳，同时为工件的成形提供适当的压边力。具体的，成形模块1-2在约束和压边模块1-1作用力下，成形模块1-2中的容器被限定在安全的范围，并且获得合适的压边力，避免在成形过程中的起皱和破裂。具体的，约束压边模块1-1包括脉冲电源和控制单元1-11、配重物1-12、约束线圈1-13，其中脉冲电源和控制单元1-11两端与约束线圈1-13的两端相连，配重物1-12放置在约束线圈1-13的上方，处于整个装置的顶部，约束线圈1-13放置在成形模块1-2的上方。具体的，脉冲电源和控制单元1-11用于对约束线圈1-13放电，控制装置中约束力和压边力的大小；具体的，脉冲电源和控制单元1-11可以由充电机、充电机开关元件、交流电容器组或蓄电池组、晶闸管、可开断的续流回路组成；配重物1-12用于限制约束线圈1-13的位移，使约束线圈1-13限制在安全的范围以内；约束线圈1-13用于产生脉冲磁场。具体的，成形模块1-2包括容器1-21、电极1-22、压边圈1-23、工件1-24、模具1-25，其中容器1-21置于成形模块1-2的最上方，电极1-22的一端置于容器1-21中端，另外一端与脉冲电源和控制单元相连，模具1-25处于成形模块的最下方，工件1-24放置在压边圈1-23与模具1-25之间，压边圈1-23放置在容器1-21的正下方，脉冲电源和控制单元对电极放电，在容器介质中产生冲击波作用于工件成形。约束单元直接放置在容器的上方，此时压边圈可以直接在容器中感应出涡流产生排斥力。
打开脉冲电源和控制单元1-11的开关，脉冲电源和控制单元1-11对约束线圈1-13放电，在约束线圈1-13中产生脉冲磁场，从而在容器1-21中产生涡流，从而在约束线圈1-13和容器1-21之间产生电磁排斥力，容器1-21在电磁排斥力的作用下可以克服电液成形的反作用力，从而对容器1-21的位移进行了约束。进一步的，容器1-21将电磁排斥力传递到压边圈1-23，从而为工件1-24提供压边力。在这个过程中约束线圈1-13会受到电磁排斥力的作用，从而产生向上的位移，此时由于装置顶部放置了配重物1-12，在配重物1-12压力的作用下将约束线圈1-13的位移限定在很小的范围内，从而保证约束力和压边力的可靠性。进一步的，约束力和压边力的大小可以通过调节电源和控制系统1-11来进行控制，通过调节脉冲电源和控制单元中的放电电压和电容器的容值来改变脉冲电流的脉宽和幅值来调节电磁力的幅值和脉宽，进而调节所述电磁排斥力的大小，进一步调节约束力和压边力的大小。
实施例2
在容器的导电率较低的情况下，将驱动板作为本实施例中装置的驱动单元。
如图3所示为实施例2的基于惯性约束的电液成形工装装置结构的剖面示意图，包括约束压边模块2-1和成形模块2-2，其中约束压边模块2-1放置在成形模块2-2上方，具体的，约束压边模块2-1用于基于电磁排斥力为成形模块提供约束力和成形压边力；成形模块2-2用于在反作用力的作用下抑制容器的起跳，同时为工件的成形提供适当的压边力。具体的，成形模块2-2在约束和压边模块2-1作用力下，成形模块2-2中的容器被限定在安全的范围，并且获得合适的压边力，避免在成形过程中的起皱和破裂。具体的，约束压边模块2-1包括脉冲电源和控制单元2-11、配重物2-12、约束线圈2-13、驱动板2-14，其中脉冲电源和控制单元2-11两端与约束线圈的两端相连，配重物2-12放置在约束线圈2-13的上方，处于整个装置的顶部，约束线圈2-13放置在配重物2-12与驱动板2-14之间，驱动板2-14放置在成形模块2-2的上方。具体的，脉冲电源和控制单元2-11用于对约束线圈2-13放电，控制装置中约束力和压边力的大小；具体的，脉冲电源和控制单元2-11可以由充电机、充电机开关元件、交流电容器组或蓄电池组、晶闸管、可开断的续流回路组成；配重物2-12用于限制约束线圈的位移，使约束线圈2-13限制在安全的范围以内；约束线圈2-13用于产生脉冲磁场；驱动板2-14用于基于在约束线圈2-13中产生的脉冲磁场产生涡流，从而产生电磁排斥力，为成形模块提供约束力和压边力。具体的，成形模块2-2包括容器2-21、电极2-22、压边圈2-23、工件2-24、模具2-25，其中容器2-21置于成形模块2-2的最上方，电极2-22一端置于容器2-21内部，另外一端与脉冲电源和控制单元相连，模具2-25处于成形模块的最下方，工件2-24放置在压边圈2-23与模具2-25之间，压边圈2-23放置在容器2-21的正下方，脉冲电源和控制单元对电极放电，在容器介质中产生冲击波作用于工件成形。
打开脉冲电源和控制单元2-11的开关，脉冲电源和控制单元2-11对约束线圈2-13放电，在约束线圈2-13中产生脉冲磁场，脉冲磁场在驱动板2-14中感应出涡流，进而在约束线圈2-13和驱动板2-14之间产生电磁排斥力，电磁排斥力通过驱动板2-14传递至容器2-21，可以克服容器2-21中电液成形的反作用力，从而对容器2-21的位移进行约束。进一步的，容器2-21将电磁排斥力传递到压边圈2-23，从而为工件2-24提供压边力。在这个过程中约束线圈2-13会受到电磁排斥力的作用，从而产生向上的位移，此时由于装置顶部放置了配重物2-12，在配重物2-12压力的作用下将约束线圈2-13的位移限定在很小的范围内，从而保证约束力和压边力的可靠性。进一步的，约束力和压边力的大小可以通过调节电源和控制系统2-11来进行控制，通过调节脉冲电源和控制单元中的放电电压和电容器的容值来改变脉冲电流的脉宽和幅值来调节电磁力的幅值和脉宽，进而调节所述电磁排斥力的大小，进一步调节约束力和压边力的大小。
实施例3
在容器的导电率较低的情况下，将驱动线圈作为本实施例装置的驱动单元。
如图4所示为实施例3的基于惯性约束的电液成形工装装置结构的剖面示意图，包括约束压边模块3-1和成形模块3-2，其中约束压边模块3-1放置在成形模块3-2上方，具体的，约束压边模块3-1用于基于电磁排斥力为成形模块提供约束力和成形压边力；成形模块3-2用于在反作用力的作用下抑制容器的起跳，同时为工件的成形提供适当的压边力。具体的，成形模块3-2在约束和压边模块3-1作用力下，成形模块3-2中的容器被限定在安全的范围，并且获得合适的压边力，避免在成形过程中的起皱和破裂。具体的，约束压边模块3-1包括脉冲电源和控制单元3-11、配重物3-12、约束线圈3-13、驱动线圈3-14，其中脉冲电源和控制单元3-11两端与约束线圈3-14的两端相连，配重物3-12放置在约束线圈3-14的上方，处于整个装置的顶部，约束线圈3-13放置在配重物3-12与驱动线圈3-14之间，驱动线圈3-14放置在成形模块3-2的上方。具体的，脉冲电源和控制单元3-11用于对约束线圈3-13放电，控制装置中约束力和压边力的大小；具体的，脉冲电源和控制单元3-11可以由充电机、充电机开关元件、交流电容器组或蓄电池组、晶闸管、可开断的续流回路组成；配重物3-12用于限制约束线圈的位移，使约束线圈3-13限制在安全的范围以内；约束线圈3-13用于产生脉冲磁场；驱动线圈3-14用于基于在约束线圈3-13中产生的脉冲磁场产生电磁排斥力，为成形模块3-2提供约束力和压边力。具体的，成形模块3-2包括容器3-21、电极3-22、压边圈3-23、工件3-24、模具3-25，其中容器3-21置于成形模块3-2的最上方，电极3-22的一端置于容器3-21中，另外一端与脉冲电源和控制单元相连，模具3-25处于成形模块的最下方，工件3-24放置在压边圈3-23与模具3-25之间，压边圈3-23放置在容器3-21的正下方，脉冲电源和控制单元对电极放电，在容器介质中产生冲击波作用于工件成形。
打开脉冲电源和控制单元3-11的开关，脉冲电源和控制单元3-11对约束线圈3-13放电，在约束线圈3-13中产生脉冲磁场，约束线圈3-13和驱动线圈3-14产生脉冲磁场相互作用，在约束线圈3-13和驱动线圈3-14之间产生电磁排斥力，电磁排斥力通过驱动线圈3-14传递至容器3-21，可以克服电液成形的反作用力，对容器3-21的位移进行约束，进一步的，容器3-21将电磁排斥力传递到压边圈3-23，从而为工件3-24提供压边力。在这个过程中约束线圈3-13会受到电磁排斥力的作用，从而产生向上的位移，此时由于装置顶部放置了配重物3-12，在配重物3-12压力的作用下将约束线圈3-13的位移限定在很小的范围内，从而保证约束力和压边力的可靠性。进一步的，约束力和压边力的大小可以通过调节电源和控制系统3-11来进行控制，通过调节脉冲电源和控制单元中的放电电压和电容器的容值来改变脉冲电流的脉宽和幅值来调节电磁力的幅值和脉宽，进而调节所述电磁排斥力的大小，进一步调节约束力和压边力的大小。
实施例4
成形模块的各个部分也可以完全倒置使用，即容器处于成形模型的最下方，模具处于成形模块的最上方，其他部分的相对连接关系均不变。
如图5所示为实施例4的基于惯性约束的电液成形工装装置结构的剖面示意图，包括约束压边模块4-1和成形模块4-2，其中约束压边模块4-1放置在成形模块4-2上方，具体的，约束压边模块4-1用于基于电磁排斥力为成形模块提供约束力和成形压边力；成形模块4-2用于基于电磁排斥力为成形模块提供约束力和成形压边力。具体的，约束压边模块4-1包括脉冲电源和控制单元4-11、配重物4-12、约束线圈4-13、驱动板4-14，其中脉冲电源和控制单元4-11两端与约束线圈4-13的两端相连，配重物4-12放置在约束线圈4-13的上方，处于整个装置的顶部，约束线圈4-13放置在配重物4-12与驱动板4-14之间，驱动板4-14放置在成形模块4-2的上方。具体的，脉冲电源和控制单元4-11用于对约束线圈4-13放电，控制装置中约束力和压边力的大小；具体的，脉冲电源和控制单元4-11可以由充电机、充电机开关元件、交流电容器组或蓄电池组、晶闸管、可开断的续流回路组成；配重物4-12用于限制约束线圈的位移，使约束线圈4-13限制在安全的范围以内；约束线圈4-13用于产生脉冲磁场；驱动板4-14用于基于在约束线圈中产生的脉冲磁场产生涡流，从而产生电磁排斥力，为成形模块提供约束力和压边力。具体的，成形模块4-2包括容器4-21、电极4-22、压边圈4-23、工件4-24、模具4-25，其中模具4-25置于成形模块4-2的最上方，容器4-21置于成形模块4-2的最下方，电极4-22的一端置于容器4-21中，另外一端与脉冲电源和控制单元相连，压边圈4-23放置在容器4-21的正上方，工件4-24放置在压边圈4-23与模具4-25之间，脉冲电源和控制单元对电极放电，在容器介质中产生冲击波作用于工件成形。
打开脉冲电源和控制单元4-11的开关，脉冲电源和控制单元4-11对约束线圈4-13放电，在约束线圈4-13中产生脉冲磁场，在驱动板4-14中产生涡流，从而在约束线圈4-13和驱动板4-14之间产生电磁排斥力，电磁排斥力通过驱动板4-14传递至模具4-25，可以克服电液成形的反作用力，对模具4-25的位移进行约束，模具4-25将电磁排斥力传递到压边圈4-23，为工件4-24成形提供压边力，进一步的，约束线圈4-13因为受到电磁排斥力的作用会产生向上的位移，由于配重块4-12的作用，使得约束线圈4-13的位移限定在很小的范围以内，从而保证约束的稳定性和压边的可靠性。进一步的，约束力和压边力的大小可以通过调节电源和控制系统4-11来进行控制，通过调节脉冲电源和控制单元中的放电电压和电容器的容值来改变脉冲电流的脉宽和幅值来调节电磁力的幅值和脉宽，进而调节所述电磁排斥力的大小，进一步调节约束力和压边力的大小。
综上所述，本发明提供了一种基于惯性约束的电液成形工装方法和装置，通过线圈组或者线圈与驱动板或者线圈与容器之间的电磁排斥力来约束容器并提供压边力，能够有效的约束电液成形容器的位移和提供可控的压边力。以上4种工装方式对应于不同的场景，并且其约束压边效果基本相同。具体的，如图6所示是本发明用来调控约束力和压边力大小的脉冲电流的典型波形，其中a段是脉冲电流的上升沿，b段为脉冲电流的下降沿，通过调节脉冲电流的幅值，脉宽和触发时延，可以实现人为可控的电磁排斥力，该电磁力克服电液成形的反作用力并提供合适的压边力。通过调控压边力，可以同时实现装置的约束力和压边力的控制，大大提高了装置的灵活性。当成形工件较大时，无需提供较大的压力机，仅通过增大电磁排斥力即可提供较大的约束力和压边力，解决了现有技术存在的设备成本较高的问题。
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 (7)
1.一种基于惯性约束的电液成形工装装置，其特征在于，包括约束压边模块和成形模块，所述约束压边模块放置在所述成形模块的上方或者放置在倒置后的成形模块的上方；所述成形模块包括：容器、电极、压边圈、工件和模具；容器置于成形模块的最上方，电极一端置于容器内部，另外一端与储能模块相连，模具处于成形模块的最下方，工件放置在压边圈与模具之间，压边圈放置在容器的正下方，脉冲电源和控制单元对电极放电，在容器介质中产生冲击波作用于工件成形；
所述约束压边模块用于基于电磁排斥力为所述成形模块提供约束力和成形压边力；所述约束压边模块中产生的电磁排斥力传递至容器或模具，用于克服电液成形的反作用力，对容器或模具的位移进行约束，容器或模具进而将电磁排斥力传递到压边圈，为工件成形提供压边力；
所述约束压边模块包括：脉冲电源和控制单元、配重单元和约束单元；
所述脉冲电源和控制单元两端与所述约束单元的两端相连，所述配重单元放置在所述约束单元的上方，处于整个装置的顶部，所述约束单元放置在所述配重单元与所述成形模块之间；
所述脉冲电源和控制单元用于对所述约束单元放电，控制装置中约束力和压边力的大小；
所述配重单元用于限制约束单元的位移，使约束单元限制在安全的范围以内；所述配重单元的重量满足以下关系：
其中，Δm为配重单元的重量，m为约束单元的重量，F为约束单元所受的向上的排斥力，T为电磁排斥力的作用时间，g为重力加速度，h0为配重单元所允许跳动的最大高度；
所述约束单元用于产生脉冲磁场。
2.根据权利要求1所述的电液成形工装装置，其特征在于，所述约束压边模块还包括驱动单元；
所述驱动单元放置在所述成形模块的上方；所述约束单元放置在所述配重单元与所述驱动单元之间；
所述驱动单元用于与约束单元产生脉冲电磁场相互作用，产生电磁排斥力，为成形模块提供约束力和压边力。
3.根据权利要求2所述的电液成形工装装置，其特征在于，所述驱动单元可以为驱动线圈或者驱动板。
4.根据权利要求3所述的电液成形工装装置，其特征在于，当所述驱动单元为驱动线圈时，将脉冲电流分别通入两个驱动线圈，两个驱动线圈之间将产生可控的排斥力，为成形模块提供约束力和压边力。
5.根据权利要求3所述的电液成形工装装置，其特征在于，当所述驱动单元为驱动板时，所述脉冲电源和控制单元对所述约束单元放电，在所述约束单元中产生脉冲磁场，脉冲磁场在所述驱动板中感应出涡流，产生电磁排斥力，为成形模块提供约束力和压边力。
6.一种基于权利要求1所述电液成形工装装置的工装方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将待成形工件固定在所述电液成形工装装置上，选取合适重量的配重单元放置在所述电液成形工装装置的顶部；
S2、打开脉冲电源的开关，对所述约束单元进行放电，产生电磁排斥力；
S3、通过所述配重单元的重量将所述约束单元因电磁排斥力的作用而产生的位移限制在很小的范围以内；
S4、调节脉冲电源和控制单元改变所述电磁排斥力的大小，为所述成形模块中的容器提供合适的约束力，同时为所述待成形工件提供合适压边力；其中，所述电磁排斥力传递至容器或模具，用于克服电液成形的反作用力，对容器或模具的位移进行约束，容器或模具进而将电磁排斥力传递到压边圈，为工件成形提供压边力；
S5、对所述成形模块进行放电，调节成形模块的放电时序使待成形工件成形。
7.根据权利要求6所述的电液成形工装方法，其特征在于，通过调节所述脉冲电源和控制单元中放电电压和电容器的容值来改变脉冲电流的脉宽和幅值，从而调节电磁力的幅值和脉宽，进而调节所述电磁排斥力的大小，进一步调节约束力和压边力的大小。
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