CN111468586B - 基于凹形线圈组的管件电磁胀形装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属成形制造领域，公开了基于凹形线圈组的管件电磁胀形装置，包括第一线圈、第二线圈、第三线圈，第一线圈、第二线圈、第三线圈串联连接或并联连接形成凹形线圈组，经第一放电开关与第一脉冲电源连接，第二线圈的匝数小于第一线圈的匝数，第二线圈的匝数小于第三线圈的匝数；第一线圈、第二线圈、第三线圈设置于金属管件内部。本发明还公开了一种管件胀形方法。本发明为金属管件提供合理的径向电磁力，在保证成形效率的前提下消除端部效应，使工件变形更加均匀。
Description
技术领域
本发明属于金属成形制造领域，具体涉及一种基于凹形线圈组的管件电磁胀形装置。
背景技术
轻量化是航空、航天、汽车等工业领域实现节能减排的重要技术手段之一，而实现轻量化的主要途径是采用高性能铝合金、钛合金、镁合金等轻质合金材料。轻质合金材料成形困难是限制其广泛应用的主要因素，电磁成形技术因其高速率成形特点，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。
电磁成形按加工工件类型，主要分为板材电磁成形和管件电磁成形，管件电磁成形又分为管件电磁压缩和管件电磁胀形，本发明提出的技术方案是主要针对金属管件电磁成形。现有的电磁成形专利，如专利CN201310336158.1“径向与轴向双向加载式金属管件电磁成形方法及装置”，提供了一种径向与轴向双向加载式金属管件电磁成形方法，利用脉冲电流在金属管件中产生感应涡流，同时在金属管件区域内产生径向磁场和轴向磁场；径向磁场与感应涡流相互作用产生轴向电磁力作用于金属管件，轴向磁场与感应涡流相互作用产生径向电磁力作用于金属管件；金属管件在轴向电磁力的作用下发生轴向变形，同时在径向电磁力的作用下发生径向变形。这一方法虽然能在工件中同时产生径向电磁力与轴向电磁力，但其径向电磁力的轴向分布不合理，导致管件轴向变形不均匀。专利CN106944528A“一种柔性电磁力加载式金属管件电磁成形装置及方法”提供了一种柔性电磁力加载式金属管件电磁成形方法，通过离散驱动线圈实现脉冲电流加载形式的可控；通过在不同驱动线圈施加不同脉冲电流密度实现径向电磁力和轴向电磁力的可控。该发明所提供的一种柔性电磁力加载式金属管件电磁成形方法，可消除或减小径向电磁力端部效应，使工件变形更加均匀，然而，该线圈系统过于复杂，且会导致管件电磁胀形成形效率降低。
因此，研究基于内凹型线圈的管件电磁胀形方法及装置。
发明内容
本发明的技术问题是现有技术的管件电磁胀形，因为端部效应，管件轴向变形不均匀，管件呈现凸型轮廓。
本发明的目的是解决上述问题，提供一种基于凹形线圈组的管件电磁胀形装置与方法，为金属管件提供合理的径向电磁力，在保证成形效率的前提下消除端部效应，使工件变形更加均匀。
本发明的技术方案是基于凹形线圈组的管件电磁胀形装置，用于金属管件的胀形，包括第一线圈、第二线圈、第三线圈，第一线圈、第二线圈、第三线圈串联连接或并联连接形成凹形线圈组，经第一放电开关与第一脉冲电源连接，第二线圈的匝数小于第一线圈的匝数，第二线圈的匝数小于第三线圈的匝数；第一线圈、第二线圈、第三线圈设置于金属管件内部。
进一步地，第一线圈的匝数与第三线圈的匝数相同。
进一步地，第一线圈、第二线圈、第三线圈的外径与金属管件的内径的差值均不大于1mm。
优选地，管件电磁胀形装置还包括控制器，第一放电开关的控制端与控制器的控制信号输出端连接。
第二线圈也可以是与第一线圈、第三线圈不连接，由第二脉冲电源单独供电，第二线圈经第二放电开关连接到第二脉冲电源；第二放电开关的控制端与控制器的控制信号输出端连接。
利用上述管件电磁胀形装置的管件胀形方法，包括以下步骤，
步骤1：根据金属管件壁厚、成形规格确定第一线圈、第二线圈、第三线圈的匝数；
步骤2：将第一线圈、第二线圈、第三线圈形成的凹形线圈组对准金属管件待胀形区；
步骤3：对第一线圈、第二线圈、第三线圈供电，形成脉冲电流，在金属管件待胀形区产生向外的径向电磁力，使金属管件发生胀形；
步骤4：判断金属管件的胀形是否达到成形规格；
步骤4.1：若金属管件的胀形未达到成形规格，则执行步骤2；
步骤4.2：若金属管件的胀形达到成形规格，则结束。
相比现有技术，本发明为金属管件提供合理的径向电磁力，在保证成形效率的前提下消除端部效应，使工件变形更加均匀。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为实施例一的管件电磁胀形装置的结构示意图。
图2为实施例二的管件电磁胀形装置的结构示意图。
具体实施方式
实施例一
如图1所示，基于凹形线圈组的管件电磁胀形装置，用于金属管件9的胀形，包括第一线圈1、第二线圈2、第三线圈3、控制器6，第一线圈1、第二线圈2、第三线圈3串联连接形成凹形线圈组，经第一放电开关5与第一脉冲电源4连接，第二线圈2的匝数小于第一线圈1的匝数，第二线圈2的匝数小于第三线圈3的匝数；第一线圈1的匝数与第三线圈3的匝数相同。第一放电开关5的控制端与控制器6的控制信号输出端连接。第一线圈1、第二线圈2、第三线圈3设置于金属管件内部。
实施例中，第一线圈1、第二线圈2、第三线圈3的外径与金属管件9的内径的差值均为1mm。
上述管件电磁胀形装置的管件胀形方法，包括以下步骤，
步骤1：根据金属管件壁厚、成形规格确定第一线圈、第二线圈、第三线圈的匝数；
步骤2：将第一线圈、第二线圈、第三线圈形成的凹形线圈组对准金属管件待胀形区；
步骤3：对第一线圈、第二线圈、第三线圈供电，形成脉冲电流，在金属管件待胀形区产生向外的径向电磁力，使金属管件发生胀形；
步骤4：判断金属管件的胀形是否达到成形规格；
步骤4.1：若金属管件的胀形未达到成形规格，则执行步骤2；
步骤4.2：若金属管件的胀形达到成形规格，则结束。
实施例二
如图2所示，基于凹形线圈组的管件电磁胀形装置，用于金属管件9的胀形，包括第一线圈1、第二线圈2、第三线圈3、控制器6，第一线圈1、第二线圈2、第三线圈3凹形线圈组，第一线圈1与第三线圈3串联后，经第一放电开关5与第一脉冲电源4连接，第二线圈2由第二脉冲电源7单独供电，第二线圈2经第二放电开关8连接到第二脉冲电源7；第一放电开关5的控制端与控制器6的控制信号输出端连接。第二放电开关8的控制端与控制器6的控制信号输出端连接。
第二线圈2的匝数小于第一线圈1的匝数，第二线圈2的匝数小于第三线圈3的匝数；第一线圈1的匝数与第三线圈3的匝数相同。第一线圈1、第二线圈2、第三线圈3设置于金属管件内部。
实施例中，第一线圈1、第二线圈2、第三线圈3的外径与金属管件9的内径的差值均为1mm。
上述管件电磁胀形装置的管件胀形方法，包括以下步骤，
步骤1：根据金属管件壁厚、成形规格确定第一线圈、第二线圈、第三线圈的匝数；
步骤2：将第一线圈、第二线圈、第三线圈形成的凹形线圈组对准金属管件待胀形区；
步骤3：对第一线圈、第二线圈、第三线圈供电，形成脉冲电流，在金属管件待胀形区产生向外的径向电磁力，使金属管件发生胀形；
步骤4：判断金属管件的胀形是否达到成形规格；
步骤4.1：若金属管件的胀形未达到成形规格，则执行步骤2；
步骤4.2：若金属管件的胀形达到成形规格，则结束。
Claims (2)
1.基于凹形线圈组的管件电磁胀形装置，用于金属管件（9）的胀形，其特征在于，包括第一线圈（1）、第二线圈（2）、第三线圈（3），第一线圈（1）、第二线圈（2）、第三线圈（3）形成凹形线圈组，凹部朝向金属管件中心线，
第一线圈（1）与第三线圈（3）串联后，经第一放电开关（5）与第一脉冲电源（4）连接；第二线圈（2）由第二脉冲电源（7）单独供电，第二线圈（2）经第二放电开关（8）连接到第二脉冲电源（7）；第二放电开关（8）的控制端与控制器（6）的控制信号输出端连接；
第二线圈（2）的匝数小于第一线圈（1）的匝数，第二线圈（2）的匝数小于第三线圈（3）的匝数；
第一线圈（1）、第二线圈（2）、第三线圈（3）设置于金属管件内部；
第一线圈、第二线圈、第三线圈的外径与金属管件的内径的差值均不大于1mm；
将凹形线圈组对准金属管件待胀形区，对第一线圈、第二线圈、第三线圈供电，形成脉冲电流，在金属管件待胀形区产生向外的径向电磁力，使金属管件发生胀形；判断金属管件的胀形是否达到成形规格，若金属管件的胀形未达到成形规格，则重复将凹形线圈组对准金属管件待胀形区，对第一线圈、第二线圈、第三线圈供电，形成脉冲电流，使金属管件发生胀形。
2.利用权利要求1所述的的管件电磁胀形装置的管件胀形方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤1：根据金属管件壁厚、成形规格确定第一线圈、第二线圈、第三线圈的匝数；
步骤2：将第一线圈、第二线圈、第三线圈形成的凹形线圈组对准金属管件待胀形区；
步骤3：对第一线圈、第二线圈、第三线圈供电，形成脉冲电流，在金属管件待胀形区产生向外的径向电磁力，使金属管件发生胀形；
步骤4：判断金属管件的胀形是否达到成形规格；
步骤4.1：若金属管件的胀形未达到成形规格，则执行步骤2；
步骤4.2：若金属管件的胀形达到成形规格，则结束。
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