CN111468587A - 基于内外侧双向加载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，公开了一种管件电磁胀形装置，包括内线圈、外线圈，内线圈与外线圈串联或并联后，经第一放电开关连接到第一脉冲电源，第一放电开关的控制端与控制器的控制信号输出端连接；内线圈设置于金属管件内部，外线圈设置于金属管件外部；控制器用于控制第一放电开关的放电时刻；内线圈用于在金属管件中产生向外的径向电磁力使得金属管件发生胀形；外线圈用于胀时过程中在金属管件中产生向内的径向电磁力，抑制金属管件变形量最大的区域的变形，使金属管件的胀形达到成形规格。本发明还公开了相应的管件电磁胀形方法。本发明可为金属管件提供合理的径向电磁力，使工件变形更加均匀，提高工件成形性能。
Description
技术领域
本发明属于金属成形制造领域，具体涉及一种基于内外侧双向加载的管件电磁胀形装置与方法。
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。为此，本发明提供了基于内-外侧双向加载的管件电磁胀形装置与方法，可为金属管件提供合理的径向电磁力，使工件变形更加均匀。
发明内容
本发明的技术问题是现有的管件电磁胀形技术，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，提供一种基于内外侧双向加载的管件电磁胀形装置与方法，可为金属管件提供合理的径向电磁力，使工件变形更加均匀。
本发明的技术方案是基于内外侧双向加载的管件电磁胀形装置，用于金属管件的胀形，包括内线圈、外线圈，内线圈与外线圈串联或并联后，经第一放电开关连接到第一脉冲电源，第一放电开关的控制端与控制器的控制信号输出端连接；内线圈设置于金属管件内部，外线圈设置于金属管件外部；控制器用于控制第一放电开关的放电时刻； 内线圈用于在金属管件中产生向外的径向电磁力使得金属管件发生胀形；外线圈用于胀时过程中在金属管件中产生向内的径向电磁力，抑制金属管件变形量最大的区域的变形，使金属管件的胀形达到成形规格。
进一步地，内线圈的轴向高度H1大于外线圈的轴向高度H2。
进一步地，内线圈的外径与金属管件的内径的差值不大于1mm。
进一步地，外线圈的内径与金属管件的外径的差值不小于10mm。
外线圈也可以与内线圈不连接，由第二脉冲电源单独供电，外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。
利用上述的基于内外侧双向加载的管件电磁胀形装置的管件电磁胀形方法，包括以下步骤，
步骤1：根据金属管件的胀形需要，分别确定内线圈的匝数、外线圈的匝数；
步骤2：分别将内线圈、外线圈对准金属管件待胀形区域；
步骤3：对内线圈、外线圈供电，分别在内线圈、外线圈中形成脉冲电流，在金属管件上产生径向电磁力，金属管件发生胀形；
步骤4：判断金属管件是否达到成形规格；
步骤4.1：若没有达到成形规格，则执行步骤2，
步骤4.2：若达到成形规格，则结束。
进一步地，管件电磁胀形方法，当外线圈由第二脉冲电源单独供电时，先导通内线圈对内线圈供电，在时延Δt后，再导通外线圈对外线圈供电，具体地，步骤3包括以下步骤，
步骤3.1：导通与内线圈连接的第一放电开关，由第一脉冲电源对内线圈供电，使得金属管件的待成型区域产生向外的径向电磁力，记录第一放电开关的导通时刻t1；
步骤3.2：在t1+Δt时刻导通与外线圈连接的第二放电开关，由第二脉冲电源对外线圈供电，在金属管件的待成型区域产生向内的径向电磁力；
步骤3.3：金属管件在径向电磁力作用下胀形后，分别断开第二放电开关、第一放电开关。
优选地，时延Δt为0-100微秒。
相比现有技术，本发明提供了基于内-外侧双向加载的管件电磁胀形装置与方法，可为金属管件提供合理的径向电磁力，使工件变形更加均匀，提高工件成形性能。
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，基于内外侧双向加载的管件电磁胀形装置，用于金属管件3的胀形，包括内线圈1、外线圈2，内线圈1与外线圈2串联或并联后，经第一放电开关6连接到第一脉冲电源5，第一放电开关6的控制端与控制器4的控制信号输出端连接；内线圈1设置于金属管件3内部，外线圈2设置于金属管件3外部；控制器4用于控制第一放电开关的放电时刻； 内线圈1用于在金属管件3中产生径向向外的径向电磁力使得金属管件发生胀形；外线圈2用于胀时过程中在金属管件3中产生径向内的径向电磁力，抑制金属管件变形量最大的区域的变形，使金属管件的胀形达到成形规格。
内线圈1的轴向高度H1大于外线圈2的轴向高度H2。
内线圈1的外径与金属管件3的内径的差值为1mm。
外线圈2的内径与金属管件3的外径的差值为10mm。
上述管件电磁胀形装置的管件电磁胀形方法，包括以下步骤，
步骤1：根据金属管件的胀形需要，分别确定内线圈的匝数、外线圈的匝数；
步骤2：分别将内线圈、外线圈对准金属管件待胀形区域；
步骤3：对内线圈、外线圈供电，分别在内线圈、外线圈中形成脉冲电流，在金属管件上产生径向电磁力，金属管件发生胀形；
步骤4：判断金属管件是否达到成形规格；
步骤4.1：若没有达到成形规格，则执行步骤2，
步骤4.2：若达到成形规格，则结束。
实施例中，上述管件电磁胀形装置和方法，为金属管件提供了合理的径向电磁力，使工件变形更加均匀，提高了工件成形性能。
实施例二
如图2所示，基于内外侧双向加载的管件电磁胀形装置，用于金属管件3的胀形，包括内线圈1、外线圈2，内线圈1经第一放电开关6连接到第一脉冲电源5，第一放电开关6的控制端与控制器4的控制信号输出端连接；外线圈2经第二放电开关9连接到第二脉冲电源8，第二放电开关9的控制端与控制器4的控制信号输出端连接。内线圈1设置于金属管件3内部，外线圈2设置于金属管件3外部；控制器4用于控制第一放电开关的放电时刻； 内线圈1用于在金属管件3中产生径向向外的径向电磁力使得金属管件发生胀形；外线圈2用于胀时过程中在金属管件3中产生径向内的径向电磁力，抑制金属管件变形量最大的区域的变形，使金属管件的胀形达到成形规格。
内线圈1的轴向高度大于外线圈2的轴向高度。
内线圈1的外径与金属管件3的内径的差值为0.8mm。
外线圈2的内径与金属管件3的外径的差值为12mm。
上述管件电磁胀形装置的管件电磁胀形方法，，先导通内线圈对内线圈供电，在时延Δt后，再导通外线圈对外线圈供电，具体地，管件电磁胀形方法包括以下步骤，
步骤1：根据金属管件的胀形需要，分别确定内线圈的匝数、外线圈的匝数；
步骤2：分别将内线圈、外线圈对准金属管件待胀形区域；
步骤3：对内线圈、外线圈供电，分别在内线圈、外线圈中形成脉冲电流，在金属管件上产生径向电磁力，金属管件发生胀形；
步骤3.1：导通与内线圈连接的第一放电开关，由第一脉冲电源对内线圈供电，使得金属管件的待成型区域产生向外的径向电磁力，记录第一放电开关的导通时刻t1；
步骤3.2：在t1+Δt时刻导通与外线圈连接的第二放电开关，Δt取值为100微秒，由第二脉冲电源对外线圈供电，在金属管件的待成型区域产生向内的径向电磁力；
步骤3.3：金属管件在径向电磁力作用下胀形后，分别断开第二放电开关、第一放电开关；
步骤4：判断金属管件是否达到成形规格；
步骤4.1：若没有达到成形规格，则执行步骤2，
步骤4.2：若达到成形规格，则结束。
实施例中，上述管件电磁胀形装置和方法，为金属管件提供了合理的径向电磁力，使工件变形更加均匀，提高了工件成形性能。
Claims (8)
1.基于内外侧双向加载的管件电磁胀形装置，用于金属管件（3）的胀形，其特征在于，包括内线圈（1）、外线圈（2），内线圈（1）与外线圈（2）串联或并联后，经第一放电开关（6）连接到第一脉冲电源（5），第一放电开关（6）的控制端与控制器（4）的控制信号输出端连接；
内线圈（1）设置于金属管件（3）内部，外线圈（2）设置于金属管件（3）外部；
控制器（4）用于控制第一放电开关的放电时刻；
内线圈（1）用于在金属管件（3）中产生向外的径向电磁力使得金属管件发生胀形；
外线圈（2）用于胀时过程中在金属管件（3）中产生向内的径向电磁力，抑制金属管件变形量最大的区域的变形，使金属管件的胀形达到成形规格。
2.根据权利要求1所述的基于内外侧双向加载的管件电磁胀形装置，其特征在于，内线圈（1）的轴向高度大于外线圈（2）的轴向高度。
3.根据权利要求1所述的基于内外侧双向加载的管件电磁胀形装置，其特征在于，内线圈（1）的外径与金属管件（3）的内径的差值不大于1mm。
4.根据权利要求1所述的基于内外侧双向加载的管件电磁胀形装置，其特征在于，外线圈（2）的内径与金属管件（3）的外径的差值不小于10mm。
5.根据权利要求1所述的基于内外侧双向加载的管件电磁胀形装置，其特征在于，外线圈（2）也可以与内线圈（1）不连接，由第二脉冲电源（8）单独供电，外线圈（2）经第二放电开关（9）连接到第二脉冲电源（8），第二放电开关（9）的控制端与控制器（4）的控制信号输出端连接。
6.利用权利要求1-5任意一项所述的基于内外侧双向加载的管件电磁胀形装置的管件电磁胀形方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤1：根据金属管件的胀形需要，分别确定内线圈的匝数、外线圈的匝数；
步骤2：分别将内线圈、外线圈对准金属管件待胀形区域；
步骤3：对内线圈、外线圈供电，分别在内线圈、外线圈中形成脉冲电流，在金属管件上产生径向电磁力，金属管件发生胀形；
步骤4：判断金属管件是否达到成形规格；
步骤4.1：若没有达到成形规格，则执行步骤2，
步骤4.2：若达到成形规格，则结束。
7.根据权利要求6所述的管件电磁胀形方法，其特征在于，当外线圈由第二脉冲电源单独供电时，先导通内线圈对内线圈供电，在时延Δt后，再导通外线圈对外线圈供电，具体地，步骤3包括以下步骤，
步骤3.1：导通与内线圈连接的第一放电开关，由第一脉冲电源对内线圈供电，使得金属管件的待成型区域产生向外的径向电磁力，记录第一放电开关的导通时刻t1；
步骤3.2：在t1+Δt时刻导通与外线圈连接的第二放电开关，由第二脉冲电源对外线圈供电，在金属管件的待成型区域产生向内的径向电磁力；
步骤3.3：金属管件在径向电磁力作用下胀形后，分别断开第二放电开关、第一放电开关。
8.根据权利要求7所述的基于内外侧双向加载的管件电磁胀形装置，其特征在于，时延Δt为0-100微秒。
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