CN110802156A - 一种用于提高管件变形均匀性的集磁器及其电磁成型装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于提高管件变形均匀性的集磁器及其电磁成型装置，集磁器为中心设置有通孔的环状结构，且该集磁器上设置有一沿着通孔的径向贯通该集磁器侧壁的空隙，集磁器位于通孔的内壁上还设置有至少一个缝隙，缝隙沿着所述通孔的轴向延伸，该缝隙和所述空隙沿着通孔的周向均匀设置。通过将集磁器设计为多缝隙后，缝隙所对应的磁场力依旧小于非缝隙所对应的区域，使材料有向多个缝隙流动的趋势。虽然缝隙两边的磁场力会大于缝隙处的磁场力，但材料的流动是连续的，缝隙两边的材料变形会带动缝隙处材料的变形，从而保证整体变形的均匀性。因此多缝集磁器可以大幅度提高材料变形的均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及材料加工成形技术领域，尤其涉及一种用于提高管件变形均匀性的集磁器及其电磁成型装置。
背景技术
集磁器是电磁脉冲成形中一种常用的辅助配件,在板管零件成形中得到广泛应用。通过改变改变集磁器的结构，可以使线圈产生的磁场集中在待变形零件的小区域，从而使空间局部区域的磁场大大加强，达到提高成形效率的目的。
例如：在文献“铝合金与钢管件电磁脉冲连接特性研究”中，范伟采用管件集磁器实现了铝管和钢管的连接。在文献“用于管件电磁缩径的螺旋槽集磁器结构参数研究”中，王哲峰等为了提高集磁器的成形性能和能量利用率，提出在集磁器的外表面开螺旋槽，再将金属导线按槽的形状绕制，最终实现线圈和集磁器一体化加工。在文献“304不锈钢/铜异种金属磁脉冲焊接数值分析”中，王卫东等采用有限元手段分析了管件磁脉冲焊接过程中的磁场和电磁力分布。在文献“板料电磁成形集磁器工作原理的模拟及其结构的改进”中，王波采用3D有限元手段分析平板集磁器中的电流分布，并分析了不同形状集磁器对板料上磁场力分布的影响。在文献“基于电磁脉冲技术的金属板件高速碰撞焊接方法与实验研究”中，邓方雄采用平板集磁器实现了板料的焊接成形。在专利“一种新型电磁脉冲焊接用集磁器”中，陈重毅等提出带有冷却通道的集磁器结构。但目前所有的集中磁力器的设计中，都对集磁器进行了开槽，并且有且只有一个槽或者一个缝隙。
但是，在文献“铝合金与钢管件电磁脉冲连接特性研究”和“板料电磁成形集磁器工作原理的模拟及其结构的改进”中，作者研究发现集磁器缝隙所对应的管件或板料上的磁场力要小于管件或板料其它区域，这最终会导致管件或平板的变形不均匀。比如文献“铝合金与钢管件电磁脉冲连接特性研究”中，范伟通过实验发现集磁器作用下的管件变形不均匀。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于提高管件变形均匀性的集磁器及其电磁成型装置，从而解决上述问题。
为实现上述目的，本发明首先公开了一种用于提高管件变形均匀性的集磁器，所述集磁器为中心设置有通孔的环状结构，且该集磁器上设置有一沿着所述通孔的径向贯通该集磁器侧壁的空隙，所述集磁器位于通孔的内壁上还设置有至少一个缝隙，所述缝隙沿着所述通孔的轴向延伸，该缝隙和所述空隙沿着所述通孔的周向均匀设置。
进一步的，所述集磁器为一体式结构，所述缝隙为设置在所述通孔侧壁上的槽结构，所述缝隙的宽度与所述空隙的宽度相同。
进一步的，所述缝隙为宽度与所述空隙的宽度相同、且沿着所述通孔的轴向贯通的通槽结构。
进一步的，所述缝隙的数量为3个，所述缝隙与所述空隙沿着所述通孔的周向均匀设置。
进一步的，所述集磁器为分体式结构，该集磁器包括多个分体集磁器，多个分体集磁器形成一中心带所述通孔的环状结构，相邻所述分体集磁器之间形成有所述空隙，所述分体集磁器和空隙均沿着所述通孔中心对称设置。
进一步的，任一所述空隙的宽度相同。
进一步的，所述分体集磁器的数量为沿着所述通孔中心对称设置的4个。
进一步的，所述分体集磁器位于所述通孔的内壁上还设置有至少一个所述缝隙，所述缝隙沿着所述通孔的轴向延伸。
进一步的，所述缝隙为宽度与所述空隙的宽度相同、且沿着所述通孔的轴向贯通的通槽结构。
然后，本发明公开一种电磁成型装置，包括上述方案所述的用于提高管件变形均匀性的集磁器，靠近所述集磁器的外壁设置有螺线管线圈。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、相对于传统磁力器的缝隙所对应的零件磁场力小，导致零件其他区域都向缝隙所对应区域流动，最终零件的变形不均匀。本发明的集磁器设计为多缝隙后，缝隙所对应的磁场力依旧小于非缝隙所对应的区域，使材料有向多个缝隙流动的趋势。虽然缝隙两边的磁场力会大于缝隙处的磁场力，但材料的流动是连续的，缝隙两边的材料变形会带动缝隙处材料的变形，从而保证整体变形的均匀性。因此多缝集磁器可以大幅度提高材料变形的均匀性。
2、本发明的多缝隙集磁器可以被设计为一体式或多个分块式。一体式具有较好的强度，但成型时只能将管子深入到集磁器的孔中，对于大长度或变截面的管件不够方便。对于分体式，集磁器可以方便开合，可以方便将集磁器移动到管件变形的任意区域，不受管件长度和管件变截面的影响，更易于操作。
3、相对于单缝集磁器的缝隙处往往受力较大，容易发生破损。本发明的多缝集磁器可以降低单缝集磁器缝隙周围的磁场力，从而提高集磁器的使用寿命。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为传统集磁器截面图示意图；
图2为图1的A-A剖视示意图；
图3为图2中单缝集磁器中的电流流向示意图；
图4为本发明实施例一公开的一体式4缝集磁器的电流流向示意图；
图5为本发明实施例二公开的分体式4缝集磁器和整体式线圈示意图；
图6为本发明实施例二公开的分体式4缝集磁器和分体式4块线圈结构示意图；
图7为本发明实施例三公开的分体式4缝集磁器和分体式4块线圈的分离状态示意图；
图8为本发明实施例三公开的分体式4缝集磁器和分体式2块线圈的分离状态示意图；
图9为采用图2的单缝集磁器模拟得到管件的缩径结果示意图；
图10为采用4缝集磁器模拟得到管件的缩径结果示意图。
图例说明：
1、螺线管线圈；2、集磁器；21、分体集磁器；3、管件；4、空隙；5、缝隙；6、通孔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例一：
如图4所示，本发明实施例公开了一种用于提高管件变形均匀性的集磁器，集磁器2为中心设置有通孔6的环状结构，且该集磁器2上设置有一沿着通孔6的径向贯通该集磁器2侧壁的空隙4(区别于附图1-3所示的传统的单缝隙集磁器)，集磁器2位于通孔6的内壁上还设置有至少一个缝隙5，缝隙5沿着通孔6的轴向延伸，该缝隙5和空隙4沿着通孔的周向均匀设置。从而当集磁器2设计有多缝隙5后，缝隙5所对应的磁场力依旧小于非缝隙所对应的区域，使材料有向多个缝隙5流动的趋势。虽然缝隙5两边的磁场力会大于缝隙5处的磁场力，但材料的流动是连续的，缝隙5两边的材料变形会带动缝隙5处材料的变形，从而保证整体变形的均匀性，具体参见采用图9的单缝集磁器和图10的4缝集磁器加工管件3的模拟分析结果。
具体设置时，集磁器2为一体式结构，缝隙5为设置在所述通孔6侧壁上的槽结构，缝隙5的宽度与空隙4的宽度相同，从而保证缝隙5和空隙4处的磁场力大小相同，进一步优化整体变形的均匀性，同时，为了便于加工，缝隙5为宽度与空隙4的宽度相同、且沿着通孔6的轴向贯通的通槽结构。而在本实施例中，通过试验验证，缝隙5的数量为3个时，可以在保证确保集磁器2较好的强度和加工成本的条件下，使管件3具有较好的整体变形均匀性。
然后，本发明公开了一种电磁成型装置，包括上述方案的用于提高管件变形均匀性的集磁器，此外，还包括螺线管线圈1，螺线管线圈1套接在集磁器2的外侧，在图4中，螺线管线圈1为整体式螺线管线圈，此时，集磁器2不能开合。
实施例二：
在本实施例中，如图5-6所示，集磁器2为分体式结构，该集磁器2包括多个分体集磁器21，多个分体集磁器21形成一中心带通孔6的环状结构，相邻分体集磁器21之间形成有空隙4(此时，也可以看作是其他缝隙5贯通一体式集磁器2的侧壁所形成)，分体集磁器21和空隙4均沿着所述通孔6中心对称设置。在本实施例中，集磁器2可以方便开合，可以方便将集磁器2移动到管件3变形的任意区域，不受管件3长度和管件3变截面的影响，更易于操作。
具体设置时，任一空隙4的宽度相同，从而保证缝隙5和空隙4处的磁场力大小相同，进一步优化整体变形的均匀性。同样，分体集磁器21的数量为沿着所述通孔6中心对称设置的4个，可以在保证确保集磁器2较好的强度和加工成本的条件下，使管件3具有较好的整体变形均匀性。
然后，本发明公开了一种电磁成型装置，包括上述方案的用于提高管件变形均匀性的集磁器，此外，还包括螺线管线圈1，螺线管线圈1套接在集磁器2的外侧，在图5中，螺线管线圈1为整体式螺线管线圈，此时，集磁器2虽为分体式结构，但不能开合，在图6中，螺线管线圈1为以空隙4为边界的分段式螺线管线圈(4段)，此时，集磁器2可以开合。
实施例三：
在本实施例中，如图7-8所示，集磁器2为分体式结构，该集磁器2包括多个分体集磁器21，多个分体集磁器21形成一中心带通孔6的环状结构，相邻分体集磁器21之间形成有空隙4，分体集磁器21位于所述通孔6的内壁上还设置有至少一个缝隙5，缝隙5沿着通孔6的轴向延伸，缝隙5和空隙4沿着通孔6的周向均匀设置。同样，为了便于加工，缝隙5为宽度与空隙4的宽度相同、且沿着通孔6的轴向贯通的通槽结构。
然后，本发明公开了一种电磁成型装置，包括上述方案的用于提高管件变形均匀性的集磁器，此外，还包括螺线管线圈1，螺线管线圈1套接在集磁器2的外侧，在图7中，螺线管线圈1为以空隙4和缝隙5为边界的分段式螺线管线圈(4段)，此时，集磁器2能开合，在图8中，螺线管线圈1为以空隙4为边界的分段式螺线管线圈(2段)，此时，集磁器2可以开合。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于提高管件变形均匀性的集磁器，所述集磁器(2)为中心设置有通孔(6)的环状结构，且该集磁器(2)上设置有一沿着所述通孔(6)的径向贯通该集磁器(2)侧壁的空隙(4)，其特征在于，所述集磁器(2)位于通孔(6)的内壁上还设置有至少一个缝隙(5)，所述缝隙(5)沿着所述通孔(6)的轴向延伸，该缝隙(5)和所述空隙(4)沿着所述通孔(6)的周向均匀设置。
2.根据权利要求1所述的用于提高管件变形均匀性的集磁器，其特征在于，所述集磁器(2)为一体式结构，所述缝隙(5)为设置在所述通孔(6)侧壁上的槽结构，所述缝隙(5)的宽度与所述空隙(4)的宽度相同。
3.根据权利要求1所述的用于提高管件变形均匀性的集磁器，其特征在于，所述缝隙(5)为宽度与所述空隙(4)的宽度相同、且沿着所述通孔(6)的轴向贯通的通槽结构。
4.根据权利要求1-3任一所述的用于提高管件变形均匀性的集磁器，其特征在于，所述缝隙(5)的数量为3个，所述缝隙(5)与所述空隙(4)沿着所述通孔(6)的周向均匀设置。
5.根据权利要求1所述的用于提高管件变形均匀性的集磁器，其特征在于，所述集磁器(2)为分体式结构，该集磁器(2)包括多个分体集磁器(21)，多个分体集磁器(21)形成一中心带所述通孔(6)的环状结构，相邻所述分体集磁器(21)之间形成有所述空隙(4)，所述分体集磁器(21)和空隙(4)均沿着所述通孔(6)中心对称设置。
6.根据权利要求5所述的用于提高管件变形均匀性的集磁器，其特征在于，任一所述空隙(4)的宽度相同。
7.根据权利要求5所述的用于提高管件变形均匀性的集磁器，其特征在于，所述分体集磁器(21)的数量为沿着所述通孔(6)中心对称设置的4个。
8.根据权利要求5所述的用于提高管件变形均匀性的集磁器，其特征在于，所述分体集磁器(21)位于所述通孔(6)的内壁上还设置有至少一个所述缝隙(5)，所述缝隙(5)沿着所述通孔(6)的轴向延伸。
9.根据权利要求8所述的用于提高管件变形均匀性的集磁器，其特征在于，所述缝隙(5)为宽度与所述空隙(4)的宽度相同、且沿着所述通孔(6)的轴向贯通的通槽结构。
10.一种电磁成型装置，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的用于提高管件变形均匀性的集磁器(2)，靠近所述集磁器(2)的外壁设置有螺线管线圈(1)。
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