CN110560547B - 异向电流作用下金属板料匀压力电磁成形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种异向电流作用下金属板料匀压力电磁成形装置，包括凹形模具，还包括，电容电源模块，其包括储能电容器；给磁支路，其包括匀压力线圈，给磁支路连接在电容电源模块两端；两个竖直的压边板，它们的上端相向弯折延伸形成闭合板，从而在两个压边板之间、两个闭合板下方形成一个开口朝下的容置腔，匀压力线圈固定设置在容置腔中；使用时，由两个闭合板、两个压边板和待成形金属板料构成的给电支路；给电支路与给磁支路并联，并以两个闭合板的自由端为电接入点连接在电容电源模块两端；储能电容器放电时，匀压力线圈中和给电支路中形成方向相反的放电电流。本发明装置增强成形板料上电流大小，改善匀压力线圈受力平衡性，提高加工能力。

Description

异向电流作用下金属板料匀压力电磁成形装置及方法

技术领域

本发明属于金属板料成型领域，尤其涉及一种异向电流作用下金属板料匀压力电磁成形装置及方法。

背景技术

电磁成形是一种高效率的成型方法。目前常用的成形方式是，由压板和板料构成外部通道，通过匀压力线圈在外部通道中形成感应电流，继而匀压力线圈对该产生的电流产生电磁力，对板料进行加工，对此，“平板电磁成形时匀压力线圈及板料受力研究华中科技大学学报自然科学版，第39卷第2期，2011年2月”有介绍。但该方法存在如下不足：首先，由于感应电流的大小受到线圈电压的限制，对于导电性差的材料难以产生足够强的感应电流进行加工。其次，由于高强度钢的塑性能力较差，成形胚料容易产生裂纹、褶皱现象。

公开号CN107127243A的专利申请文件，公开了一种给板材通电的结构，该方法可以增大板材中的电流强度。该方法也存在一些不足之处：第一，由于电磁力的作用是相互的，线圈也受到了一个板料的反向电磁力的作用，而这个电磁力仅在匀压力线圈的单个方向，造成线圈的受力不平衡，导致线圈发生变形，线圈的形变导致线圈磁场的改变，最终导致同一批次生产的成形件的质量不统一，可重复性低。第二，由于电磁成形的电压较大，一般在1kv以上，产生的电磁力较大。匀压力线圈底部受到板料的压力，线圈其它地方则受到来自底部的拉力，容易导致线圈断裂。第三，由于本方法直接将电线连在成形板料上，导致大批量生产中需要更换板料，则同时被动的需要更换板料上的接线，增加了大量的安装成本。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种异向电流作用下金属板料匀压力电磁成形装置及方法，旨在增强成形板料上电流大小以及改善匀压力线圈受力平衡性，从而提高加工能力。

本发明采用的技术方案为：

一种异向电流作用下金属板料匀压力电磁成形装置，包括凹形模具40，其特征在于，还包括，

电容电源模块，其包括储能电容器11；

给磁支路，其包括匀压力线圈21，给磁支路连接在所述电容电源模块两端；

两个竖直的压边板31，它们的上端相向弯折延伸形成闭合板32，从而在所述两个压边板31之间、两个所述闭合板32下方形成一个开口朝下的容置腔33，所述匀压力线圈21固定设置在所述容置腔33中；使用时，两个压边板31的下端将待成形金属板料A压紧在所述凹形模具40上，从而形成由两个闭合板32、两个压边板31和待成形金属板料A构成的给电支路；所述给电支路与给磁支路并联，并以两个闭合板32的自由端为电接入点连接在所述电容电源模块两端；

储能电容器11放电时，匀压力线圈21中和给电支路中形成方向相反的放电电流。

进一步，所述匀压力线圈21中和给电支路中形成的电流，一个为顺时针方向，另一个为逆时针方向。

进一步，所述匀压力线圈21下方设有绝缘薄板22。

进一步，所述容置腔33内填充满绝缘树脂，从而将所述压边板31、闭合板32、匀压力线圈21和绝缘薄板22粘连成一个整体。

进一步，所述电容电源模块还包括保护电阻12，所述保护电阻12与所述储能电容器11串联。

再进一步，所述保护电阻12为可调电阻器。

进一步，所述电容电源模块还包括电路开关13，所述电路开关13与所述储能电容器11串联。

进一步，所述压边板31和其上端的闭合板32一体成型，并由导电金属材料制成。

进一步，所述凹形模具40由非导电材料制成。

进一步，所述匀压力线圈21为多匝线圈，每匝的横截面尺寸为6mm×6.5mm。

一种所述异向电流作用下金属板料匀压力电磁成形装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤1)：将待成形金属板料A放置在凹形模具40上后，用压边板31把待成形金属板料A压紧在凹形模具40上；

步骤2)：储能电容器11放电，在电路中产生放电电流；

步骤3)：放电电流流经给磁支路和给电支路，并且匀压力线圈21中的电流和给电支路中的电流方向相反；

步骤4)：待成形金属板料A受到电磁力的排斥作用，使其被推向凹形模具40并成形为该凹形模具40凹陷的形状，至此完成一次成型操作。

本装置可获得的有益效果有：

1.由两个闭合板32、两个压边板31和待成形金属板料A构成的给电支路为环形电路，向环形电路中通入电流，板料中电流大小的提升，在线圈磁场的作用下产生更强的电磁力大小。

2.直接由电路给待成形金属板料供电，增加了流入板料的电荷量，由于电致塑性的影响，板料的塑性能力大大提高，减小了裂纹、褶皱的产生，提高板料的成形能力。

3.由储能电容器放电，放电电流同时通过匀压力线圈和待成形金属板料，线圈磁场和待成形金属板料中的电流同步变化。

4.给电支路的电流由闭合板和压边板接入，加工过程中，直接更换板料即可，相对于CN107127243A中给板料两端接电的方案，方便快捷。

5.该匀压力线圈由环氧树脂内外包裹，既保证了线圈匝间的相互绝缘，还对线圈起到固定的作用，减小其受力变形。

6.匀压力线圈由外环形电路包围，其受到的反作用力不仅来自板料，还来自外环形电路中的闭合板和压边板，匀压力线圈所受作用力是围绕其四周的，使其受力平衡，减小了由受力不均产生的变形或损坏。

附图说明

图1是异向电流作用下金属板料匀压力电磁成形装置的第一种实施方式的立体示意图；

图2是图1所示装置的平面示意图；

图3是本发明装置的电流图；

图4是目前匀压力线圈电磁成型的电流图；

图5是异向电流作用下金属板料匀压力电磁成形装置的第二种实施方式的立体示意图；

图6是图5所示装置的平面示意图；

图7是匀压力线圈结构图。

附图标记：11-储能电容器；12-保护电阻；13-电路开关；21-匀压力线圈；22-绝缘薄板；31-压边板；32-闭合板；33-容置腔；40-凹形模具；A-待成形金属板料。

具体实施方式

下面结合附图说明本异向电流作用下金属板料匀压力电磁成形装置作进一步说明。

如图1、图2所示，一种异向电流作用下金属板料匀压力电磁成形装置，包括凹形模具40，还包括，

电容电源模块，其包括储能电容器11；

给磁支路，其包括匀压力线圈21，给磁支路连接在所述电容电源模块两端；

两个竖直的压边板31，它们的上端相向弯折延伸形成闭合板32，从而在所述两个压边板31之间、两个所述闭合板32下方形成一个开口朝下的容置腔33，所述匀压力线圈21固定设置在所述容置腔33中；使用时，两个压边板31的下端将待成形金属板料A压紧在所述凹形模具40上，从而形成由两个闭合板32、两个压边板31和待成形金属板料A构成的给电支路；所述给电支路与给磁支路并联，并以两个闭合板32的自由端为电接入点连接在所述电容电源模块两端；

储能电容器11放电时，匀压力线圈21中和给电支路中形成方向相反的放电电流。

图1、图2所示的本发明的异向电流作用下金属板料匀压力电磁成形装置，使用时，先由外界电源单独为储能电容器11充电可以采用储能电容器11连接在外界电源两端的形式进行充电，断开与外界电源连接后，则由储能电容器11作为供电电源、提供放电电流，储能电容器11放电，放电电流同时通过匀压力线圈和待成形金属板料，从而在匀压力线圈中产生磁场，在给电支路中形成电流，通过磁场对电流的作用力对待成形金属板料A进行成型加工。

本装置的一个特别之处在于，由给电支路形成了一个外环形电路，包裹住内部匀压力线圈21形成的内环形电路，外环形电路和内环形电路上的电流方向相反。由外环形电路给待成形金属板料A供电形成电流，内环形电路给匀压力线圈21供电产生磁场，由于磁场对电流的作用，待成形金属板料A向凹形模具40凹陷变形。图3示意了本装置中外环形电路和内环形电路上的电流情况，图4示意了目前的匀压力线圈电磁成型装置使用时的电流情况，两者电流情况相似，说明本装置很好地继承了目前的匀压力线圈电磁成型装置的优点。

但不同之处在于，目前的匀压力线圈电磁成型装置中的外环形电路中的电流由匀压力线圈感应产生，电流分布不均匀；而本装置中外环形电路中的电流由储能电容器11提供，电流分布均匀。本装置同时巧妙结合闭合板32和压边板31，用闭合板32和压边板31来模仿目前的匀压力线圈电磁成型装置中的电流情况，由电流经由闭合板32和压边板31流经待成形金属板料A，闭合板32和压边板31起到传递电流、压紧待成形金属板料A的作用。

实际应用中，压边板31的底端面，即与待成形金属板料A接触的面，应做得十分光滑，且在较大加紧力作用下压紧待成形金属板料A，保证充分接触，减小间隙，从而可以防止放电过程中产火花；两闭合板32的自由端可尽量靠近，但不能相接触，以免发生短路，实际应用中，可以在两闭合板32的自由端之间设一个绝缘垫，而两闭合板32的自由端分别抵持在该绝缘垫的两侧。

所述匀压力线圈21中和给电支路中形成的电流，一个为顺时针方向，另一个为逆时针方向。如图3所示，匀压力线圈21中电流为顺时针方向，给电之路中电流为逆时针方向；但也可是匀压力线圈21中电流为逆时针方向，给电之路中电流为顺时针方向。

所述匀压力线圈21下方设有绝缘薄板22。绝缘薄板22可采用橡胶、塑料或树脂等材料制成，可避免匀压力线圈21与待成形金属板料A接触。

所述容置腔33内填充满绝缘树脂，从而将所述压边板31、闭合板32、匀压力线圈21和绝缘薄板22粘连成一个整体。

所述电容电源模块还包括保护电阻12，所述保护电阻12与所述储能电容器11串联。保护电阻12起分压作用，从而控制放电电流的大小。

所述保护电阻12为可调电阻器。可调电阻器方便调控，可根据实际情况调节放电电流的大小。

所述电容电源模块还包括电路开关13，所述电路开关13与所述储能电容器11串联。如图5、6所示本发明的异向电流作用下金属板料匀压力电磁成形装置，使用时，先打开电路开关13，由外界电源单独为储能电容器11充电可以采用储能电容器11连接在外界电源两端的形式进行充电，断开与外界电源连接后，则由储能电容器11作为供电电源、提供放电电流，闭合电路开关13，放电电流同时通过匀压力线圈和待成形金属板料，从而在匀压力线圈中产生磁场，在给电支路中形成电流，通过磁场对电流的作用力对待成形金属板料A进行成型加工。

所述凹形模具40由非导电材料制成。凹形模具40可由陶瓷、硬质塑料等非导电材料制成，防止电流由待成形金属板料A流经凹形模具40，而减小放电电流的大小。若凹形模具40由金属材料制成，则可在其与待成形金属板料A接触的表面设置绝缘材料。

如图7所示，所述匀压力线圈21为多匝线圈，每匝的横截面尺寸为6mm×6.5mm。

上述部分已经对本装置的作用和用法多有述及，结合现有技术中相关电磁成型的装置不难推测本装置的使用用法。现仍然给出本装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤1)：将待成形金属板料A放置在凹形模具40上后，用压边板31把待成形金属板料A压紧在凹形模具40上；

步骤2)：储能电容器11放电，在电路中产生放电电流；

步骤3)：放电电流流经给磁支路和给电支路，并且匀压力线圈21中的和给电支路中的电流方向相反；

步骤4)：待成形金属板料A受到电磁力的排斥作用，使其被推向凹形模具40并成形为该凹形模具40凹陷的形状，至此完成一次成型操作。

Claims (10)

1.一种异向电流作用下金属板料匀压力电磁成形装置，包括凹形模具（40），其特征在于，还包括，

电容电源模块，其包括储能电容器（11）；

给磁支路，其包括匀压力线圈（21），给磁支路连接在所述电容电源模块两端；

两个竖直的压边板（31），它们的上端相向弯折延伸形成闭合板（32），从而在所述两个压边板（31）之间、两个所述闭合板（32）下方形成一个开口朝下的容置腔（33），所述匀压力线圈（21）固定设置在所述容置腔（33）中；使用时，两个压边板（31）的下端将待成形金属板料（A）压紧在所述凹形模具（40）上，从而形成由两个闭合板（32）、两个压边板（31）和待成形金属板料（A）构成的给电支路；所述给电支路与给磁支路并联，并以两个闭合板（32）的自由端为电接入点连接在所述电容电源模块两端；

储能电容器（11）放电时，匀压力线圈（21）中和给电支路中形成方向相反的放电电流。

2.根据权利要求1所述的异向电流作用下金属板料匀压力电磁成形装置，其特征在于，所述匀压力线圈（21）中和给电支路中形成的电流，一个为顺时针方向，另一个为逆时针方向。

3.根据权利要求1所述的异向电流作用下金属板料匀压力电磁成形装置，其特征在于，所述匀压力线圈（21）下方设有绝缘薄板（22）。

4.根据权利要求1所述的异向电流作用下金属板料匀压力电磁成形装置，其特征在于，所述容置腔（33）内填充满绝缘树脂，从而将所述压边板（31）、闭合板（32）、匀压力线圈（21）和绝缘薄板（22）粘连成一个整体。

5.根据权利要求1所述的异向电流作用下金属板料匀压力电磁成形装置，其特征在于，所述电容电源模块还包括保护电阻（12），所述保护电阻（12）与所述储能电容器（11）串联。

6.根据权利要求5所述的异向电流作用下金属板料匀压力电磁成形装置，其特征在于，所述保护电阻（12）为可调电阻器。

7.根据权利要求1所述的异向电流作用下金属板料匀压力电磁成形装置，其特征在于，所述电容电源模块还包括电路开关（13），所述电路开关（13）与所述储能电容器（11）串联。

8.根据权利要求1所述的异向电流作用下金属板料匀压力电磁成形装置，其特征在于，所述凹形模具（40）由非导电材料制成。

9.根据权利要求1所述的异向电流作用下金属板料匀压力电磁成形装置，其特征在于，所述匀压力线圈（21）为多匝线圈，每匝的横截面尺寸为6mm×6.5mm。

10.一种权利要求1至9中任意一项所述的异向电流作用下金属板料匀压力电磁成形装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤1）：将待成形金属板料（A）放置在凹形模具（40）上后，用压边板（31）把待成形金属板料（A）压紧在凹形模具（40）上；

步骤2）：储能电容器（11）放电，在电路中产生放电电流；

步骤3）：放电电流流经给磁支路和给电支路，并且匀压力线圈（21）中的电流和给电支路中的电流方向相反；

步骤4）：待成形金属板料（A）受到电磁力的排斥作用，使其被推向凹形模具（40）并成形为该凹形模具（40）凹陷的形状，至此完成一次成型操作。

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