CN112739473A - 用于通过磁脉冲使金属部件变形的组件 - Google Patents

Abstract

用于通过磁脉冲使金属部件变形的组件(10)包括感应线圈(20)，感应线圈(20)包括：‑分支(21、22)，分支(21、22)设计成连接至电源，所述分支(21、22)彼此邻近地延伸以便限定槽口(23)，‑有源部分，有源部分连接至第一分支和第二分支，有源部分的被称为“有源表面(27)”的表面设计成与待变形的部件相对布置，组件(10)还包括：一体式掩模(30)，掩模(30)构造成当掩模处于线圈上的操作位置时以可拆卸的方式与线圈(20)的全部或一部分配合，掩模具有至少部分地与线圈的形状互补的形状，使得当掩模处于操作位置时，掩模通过第一部分(31)插入到槽口中，并且掩模通过第二部分(32)覆盖线圈的有源表面，掩模由电绝缘材料制成。

Description

用于通过磁脉冲使金属部件变形的组件

技术领域

本发明属于用于通过磁脉冲对金属部件进行加工的技术领域。更具体地，本发明属于通过磁脉冲比如磁脉冲成形、磁脉冲焊接或磁脉冲压接使金属部件变形的领域。本发明涉及包括线圈的组件，该线圈用于通过与所述线圈的一体式电绝缘部件相关联的磁脉冲使金属部件变形。

现有技术

金属部件通过磁脉冲的变形是在由线圈产生的电磁力的作用下执行的。该变形使得可以执行成形操作以根据基体的形状对金属部件定形状，或者执行焊接和/或压接操作以使两个部件永久地相互组装。

线圈通常包括第一分支和与第一分支连接的第二分支，由电容器释放的电流通过第一分支进入，电流通过第二分支。两个分支相对于彼此布置成基本上沿相同方向延伸，以提供十分之几毫米的规则厚度的槽口。

以现有技术中已知的方式，用于通过磁脉冲使金属部件变形的装置包括连接至线圈的一个或更多个电容器，以产生短暂而强烈的磁场。

一个或多个电容器用于存储一定量的电能。产生的强磁场是该电能在非常短的时间内以非常高强度的可变电流的形式非常快速地放电到线圈中的结果。通过示例，一些装置可能会在几微秒内达到几十万安培。

电流在线圈与先前靠近线圈安置的部件之间产生可变磁场，并且在该部件中感应出涡电流。与周围磁场相关联的这些涡电流在部件中产生力，所述力导致所述部件在另一部件的方向上的急剧加速。

特别地，根据所产生的电流的强度水平、碰撞角度和碰撞速度，将部件形成或焊接至另一部件。

为了避免所使用的线圈与待变形的部件之间的任何电力通过，所述线圈在其与所述部件的交接处需要电绝缘。

实际上，部件中的非常高强度的电流循环可能会导致部件的破坏或部件的劣化。此外，这种循环可能会引起安全问题。

通常已知的是，在线圈的表面的至少一部分上，并且尤其是在意在与待变形的部件相对的被称为“有源部分”的区域上胶接有电绝缘材料层，如文献DE102004016414、DE10207655和JP2011161512中描述的。

有源部分对应于线圈与待变形的一个或多个部件之间的感应区域。

在实践中，电绝缘材料层由聚酰亚胺聚合物材料制成的片材的叠置制成。片材具有低机械阻力。因此，通常将粘合剂带层施加至所述片材，以形成保护膜，以防止在将待变形的一个或多个部件安装在线圈内的期间产生的任何冲击或摩擦。

另外，这些片材具有一定刚度的缺点，因此难以将这些片材施加在线圈、线圈的具有复杂的几何形状的有源部分上，例如具有包括大量角度和/或小半径的凸形和/或凹形部分的几何形状。实际上，应当小心地施加片材，以避免产生褶皱。褶皱区域对机械负荷更敏感，因为褶皱区域构成了更易于破裂或撕裂的区域。此外，当褶皱面对线圈的有源部分定位时，由于褶皱产生局部过大的厚度，因此褶皱在有源部分的该区域中导致效率损失。

还必须使线圈的两个分支彼此电绝缘，并且因此在与第一分支和第二分支相对的部分上，将由聚酰亚胺聚合物材料制成的片材施加在槽口中，特别是为了避免产生任何短路以及因此避免产生电弧。因此，应当理解的是，随着槽口的厚度减小，执行该操作更加复杂。

鉴于前述内容，现有技术的用于使线圈电绝缘的技术解决方案难以实现并且需要大量的专门知识。通过示例，根据线圈的几何形状的复杂性，该技术解决方案可能需要多达一天的工作。

因此，该解决方案是昂贵的，特别是由于如上所述的有资格的人员所需的准备时间。此外，由电绝缘材料制成的层的损坏可能涉及完全更换该层所附接的线圈，或者至少涉及线圈的拆卸以移除损坏的层。

此外，所述层的施加难以再现，这可能导致分别用不同的线圈执行的两个相同操作之间的结果差异。结果可能是严重的质量问题。

发明内容

本发明的一个目的是通过提出一种用于通过磁脉冲、例如通过磁脉冲成形和/或磁脉冲焊接使金属部件变形的组件来克服上述缺点，该组件包括感应线圈，该感应线圈包括：

-用于连接至电源的第一分支和第二分支，所述第一分支和第二分支彼此邻近地延伸以限定槽口，以及

-连接至第一分支和第二分支的有源部分，该有源部分的被称为“有源表面”的表面用于设置成与待变形的部件相对。

该组件包括构造成以可拆卸的方式与线圈的全部或一部分配合的一体式掩模。掩模具有至少部分地与线圈的形状互补的形状，使得当所述掩模处于操作位置时，所述掩模通过第一部分插入到槽口中，并且所述掩模通过第二部分覆盖线圈的有源表面，所述掩模由电绝缘材料制成。

由于这些特征，该组件可以被快速且简单地实现。实际上，操作者只需将掩模施加在掩模的处于线圈上的操作位置中即可形成组件。该实现方案无需特定的限制条件。

掩模以可拆卸的方式与线圈配合并且一件式制成，掩膜可以容易且快速地从所述线圈移除，例如以进行质量控制。这样的控制可以包括介电测试。

此外，由于这些特征，与维护有关的成本因为掩模的寿命与线圈的寿命无关而大大降低。实际上，掩模的更换不涉及线圈的更换。为此，对于给定的组件而言，可以设想在与线圈一起使用的掩模劣化的情况下采用多个备用掩模。

在特定实施方式中，本发明还满足以下特征：这些特征单独地实现或以其每个技术操作组合的方式来实现。

在本发明的特定实施方式中，线圈包括贯通开口，其中，狭缝敞开。掩模包括在掩模处于操作位置时覆盖开口的内周表面的第三部分。

这些特征具有确保掩模在其操作位置中的定位和/或保持就位的作用。

在本发明的特定实施方式中，每个第一分支和第二分支具有纵向面，该纵向面意在在组件的使用期间被布置在待变形的部件的一侧，第一分支和第二分支通过接合区域彼此连接。掩模包括在所述掩模处于操作位置时至少部分地覆盖纵向面和接合区域的面的第四部分。

该第四部分具有赋予掩模更大的刚度和机械阻力的作用。此外，第四部分使得可以便于掩模的操纵。第四部分增加了掩模抵靠线圈的支承表面，这使得可以确保掩模在操作位置中的更好的稳定性。

在本发明的实施方式中，掩模由柔性材料制成。

该特征使得可以便于将掩模安置在线圈上的操作位置中以及将掩模从所述线圈移除。

在本发明的实施方式中，掩模由弹性材料制成。

该特征有助于便于将掩模安置在线圈上的操作位置中以及将掩模从所述线圈移除。

在本发明的实施方式中，掩模由硅树脂材料制成。

因此，掩模可以通过包覆模制、通过压缩模制或通过注塑来制造，这有助于降低生产成本，并且使得能够制成多个相同形状且具有类似特征的掩模。

在本发明的实施方式中，其中，制成掩模的材料被选择成承受至少等于200℃的温度并且具有至少等于20kV/mm的介电强度，以便承受掩模在组件的使用期间所经受的应力。

附图说明

在阅读以非限制性示例的方式给出的以下描述并参照附图将更好地理解本发明，其中附图示出：

-图1是根据本发明的实施方式的第一示例的用于通过磁脉冲使金属部件变形的组件的立体图，所述组件包括线圈和掩模，

-图2是图1的仅线圈的立体图，

-图3是图1的仅掩模的立体图，

-图4是根据本发明的实施方式的第二示例的用于通过磁脉冲使金属部件变形的组件的立体图，所述组件包括线圈和掩模，

-图5是图4的线圈的立体图，

-图6是图4的仅掩模的仰视立体图，

-图7是根据本发明的实施方式的第三示例的用于通过磁脉冲使金属部件变形的组件的立体图，所述组件包括线圈和掩模，

-图8是图7的仅线圈的立体图，

-图9是图7的仅掩模的立体图。

在这些附图中，从一个附图到另一附图的相同的附图标记表示相同或类似的元件。此外，为了清楚起见，除非另有说明，否则附图并非按比例绘制。

具体实施方式

本发明涉及用于通过磁脉冲、比如通过磁脉冲成形、通过磁脉冲焊接或通过磁脉冲压接使金属部件变形的组件10。组件10形成包括电源的系统的一部分。通常，这种电源可以由包括一个或更多个电容器的发电机和用于在非常短的时间间隔内使存储在一个或多个电容器中的电流释放的开关形成。

组件10包括感应线圈20和由电绝缘材料制成的掩模30。

掩模30构造成与所述线圈20配合。

在本文中，术语“配合”是指掩模30和线圈20在其彼此接触时互锁。

在本文的其余部分中，描述了组件10的实施方式的三个示例。图1至图3以及图4至图6分别示出了本发明的实施方式的第一示例和第二示例，其中，线圈20是被称为“扁平线圈”的类型的线圈，并且特别适于执行用于使扁平部件变形的操作。图7至图9图示了本发明的实施方式的第三示例，其中，线圈20是被称为“筒形线圈”的类型的线圈，并且特别适于执行用于使管状部件变形的操作。

线圈被设计成使得线圈区域中的电流密度足以满足成形和/或焊接条件。该区域在下文中被称为“有源部分”。

在图1至图3中示出的实施方式的第一示例中，由图3图示的掩模30构造成当其处于被称为“操作位置”的位置时与图2中示出的线圈20配合，以便形成诸如在图1中示出的组件10。

有利地，掩模30和线圈20可以以可拆卸的方式配合，使得掩模30可以在需要的情况下从线圈20移除。

如图2中示出的，线圈20包括彼此连接的至少两个分支。所述分支中的被称为“第一分支”21的一个分支意在被连接至电源。

第一分支21连接至在此处被称为“第二分支”22的另一分支。如图2中示出的，所述第一分支21和第二分支22分别沿着大致平行的纵向轴线在被称为“第一端部”210、220的自由端部与被称为“第二端部”211、221的端部之间延伸，所述第一分支21和第二分支22通过被称为“第二端部”211、221的端部彼此间接连接。

第一分支21和第二分支22彼此邻近地延伸以便限定槽口23。

更具体地，第一分支21和第二分支22各自具有内部侧面212、222，内部侧面212、222面对彼此布置以便限定槽口23。

槽口23是恒定宽度的槽口。

每个第一分支21和第二分支22还具有纵向面213、223。纵向面213和223意在在组件10的使用期间被布置在待变形的部件的一侧。

在组件10的实施方式的第一示例中，线圈20的第一分支21和第二分支22通过接合区域24彼此连接。

接合区域24呈板的形式，通过该板形成包括内周表面26的贯通开口25。

板的面240包括意在面对待变形的部件的凸台241。

更特别地，在组件10的第一示例中，凸台241包括围绕开口25的外围布置的顶部，如图2中示出的。

在一个实施方式中，开口25具有大致椭圆形形状的直截面。

在非限制性实施方式中，第一分支21和第二分支22中的每一者在接合区域处通过相对于所述分支21和22截面减小的部分214、224连结。各部分214、224连接至分支21、22的第二端部211、221的中的一者，如图2中示出的。

线圈20的每个部分214、224与分支21、22的第二端部211、221一起形成朝向线圈20的外侧定向的肩部。

槽口23从分支21和22的第一端部210、220延伸至开口25为止。换句话说，槽口23沿着分支21和22以及部分214、224延伸。

在诸如在实施方式的该第一示例中描述的扁平线圈的情况下，电流通过进入到第一分支21中以及出现在第二分支22中、穿过接合区域24而循环通过线圈20。电流集中在位于接合区域24中、位于由有源表面27界定的层上、位于板的面240处、位于凸台241的顶部处的有源部分中，并且厚度与蒙皮厚度相对应。电流在界定于待变形的部件与有源表面27之间的空间中产生集中磁场。

此处应当理解的是，凸台241的几何形状尤其取决于在变形结束时要获得的部件的几何形状。

掩模30构造成具有至少部分地与线圈20的形状互补的形状。为此，掩模30包括在掩模30与线圈20配合时插入到槽口23中的第一部分31。

第一部分31优选地具有下述厚度：该厚度被选择成使得当所述第一部分31插入到槽口23中时存在机械间隙。因此，便于第一部分31的插入以及第一部分31从槽口23中的手动移除。对于具有一毫米的宽度的槽口23而言，这种厚度例如等于大约十分之八毫米。

出于掩模30的机械强度和介电强度的原因，也选择该厚度。

掩模30包括在所述掩模30与线圈20配合时覆盖线圈20的有源表面27的第二部分32。

在图3中图示的优选形状中，第二部分32具有与凸台241的表面基本相同的几何形状。

第二部分32优选地具有小于一毫米的厚度、例如十分之五毫米的厚度，以便避免线圈20对待变形的部件的作用效率降低的任何风险。

在优选实施方式中，掩模30包括覆盖线圈20的开口25的内周表面26的第三部分33。有利地，第三部分33赋予掩模30更大的刚度和机械阻力。此外，第三部分33有助于确保线圈20与待变形的部件之间的电绝缘。

在组件10的实施方式的第一示例中，第三部分33具有与开口25的形状互补的形状，以便能够在第三部分33处于操作位置时与开口25配合，如图3中示出的。因此，当掩模30处于操作位置时，第三部分33覆盖开口25的内周表面26。

优选地，掩模30包括在掩模处于操作位置时覆盖纵向面213、223的全部或一部分、各部分214和224的面以及板的面240的第四部分34。该第四部分34还具有赋予掩模30更大的刚度和机械阻力的作用。优选地，当分支具有简单几何形状的截面、也就是说不包括锐角和/或小半径的凸形和/或凹形部分时，掩模可以定尺寸成仅覆盖纵向面213、233的一部分；然后，纵向面213、233的其他部分被现有技术已知的电绝缘材料层覆盖。该特征具有降低本发明的实施成本的作用。

此外，当掩模30处于操作位置时，第四部分33使得可以便于掩模30的操纵并且增加掩模30在线圈上的稳定性。

在图4至图6中示出的实施方式的第二示例中，由图6图示的掩模30构造成在掩模30占据其操作位置时与图5中示出的线圈20配合，以便形成诸如在图4中示出的组件10。

根据组件10的实施方式的第二示例的线圈20包括诸如先前描述的第一分支21和第二分支22以及接合区域24。

各第一分支21和第二分支22具有诸如以上描述的纵向面213、223。纵向面213和223意在在组件10的使用期间被布置在待变形的部件的一侧。

接合区域24如针对实施方式的第一示例所描述的那样通过两个部分214、224连接。

接合区域24与先前描述的接合区域24的不同之处在于，该接合区域24具有相对于第一分支21和第二分支22的纵向轴线大致垂直延伸的第三分支的形状。

此外，部分214、224构造成使得肩部彼此相对地布置。

如图5中示出的，开口25由通过分支21和22的部分214、224和第二端部211、221形成的肩部以及限定开口25的内周表面26的接合区域24界定。在图5中示出的非限制性示例中，开口25具有大致矩形形状的直截面。

槽口23从分支21和22的第一端部210、220延伸至开口25为止，也就是说，延伸至分支21和22的第二端部211、221为止。

在组件10的实施方式的第二示例中，线圈20被设计成使得有源部分位于接合区域24中、位于由有源表面27界定的层上、位于第三分支的面240处。

在组件10的实施方式的第二示例中，掩模30以与实施方式的第一示例类似的方式包括在掩模30与线圈20配合时插入到槽口23中的第一部分31以及覆盖线圈20的有源表面27的第二部分32。

掩模30还优选地包括诸如先前描述的第三部分33。以与组件10的实施方式的第一示例类似的方式，在实施方式的该第二示例中，第三部分33具有与开口25的形状互补的形状，以便能够在第三部分33处于操作位置时与开口25配合。

优选地，掩模30包括在掩模处于操作位置时至少部分地覆盖纵向面213、223、各部分214和224的面的第四部分34。

该第四部分34还具有赋予掩模30更大的刚度和机械阻力的作用。此外，当掩模30处于操作位置时，第四部分34使得可以便于掩模30的操纵并且增加掩模30在线圈上的稳定性。

在图7至图9中示出的实施方式的第三示例中，由图9图示的掩模30构造成在掩模30占据其操作位置时与图8中示出的线圈20配合，以便形成诸如在图7中示出的组件10。

根据组件10的实施方式的第三示例的线圈20以与先前描述的实施方式的示例的线圈20类似的方式包括在第一端部210、220与第二端部211、221之间延伸的两个分支21和22。

此外，各第一分支21和第二分支22具有纵向面213、223。纵向面213和223意在在组件10的使用期间被布置在待变形的部件的一侧。

与先前描述的实施方式的示例不同，在实施方式的该第三示例中，接合区域24通过第一分支21和第二分支22的位于第一分支21和第二分支22的第一端部210、210与第一分支21和第二分支22的第二端部221、221之间的相应的纵向面213、223连接至第一分支21和第二分支22，如图8中示出的。

此外，线圈20与先前在实施方式的第一示例和第二示例中描述的线圈20的不同之处在于，接合区域24直接连接至分支21和22，也就是说线圈20不具有部分214、224。

接合区域24由大致平行六面体的几何形状的本体形成，该本体包括优选地垂直于纵向面213、223延伸的面240。如图8中示出的，接合区域24具有贯通孔25，其中，槽口23敞开。

在组件10的实施方式的该第三示例中，线圈20的开口25具有大致圆形的直截面。

在圆形类型的线圈的情况下，电流在开口25的内周表面26处集中在由有源表面27界定的层上。

在这种情况下，待变形的部件意在在组件10的使用期间被引入到线圈20的开口25中。

如图9中图示的，掩模30以与实施方式的第一示例和第二示例类似的方式包括构造成在掩模30与线圈20配合时插入到槽口23中的第一部分31以及构造成在掩模30与线圈20配合时覆盖线圈20的有源表面27的第二部分32。因此，第二部分32具有与所述开口25的形状互补的形状，也就是说，在实施方式的该示例中，具有圆形直截面的筒形形状。

在实施方式的该示例中，由于第二部分32和第三部分33被组合，因此附图标记“32”和“33”表示掩模30的相同部分，如图9中示出的。

优选地，掩模30包括在掩模处于操作位置时至少部分地覆盖纵向面213、223和本体的面240的第四部分34。

第四部分34在此处具有肩部形状。

在图4、图6、图7和图9中示出的实施方式的示例中，掩模延伸超过分支21和22的纵向面213、223，以便确保待变形的部件与线圈20之间的电绝缘。

重要的是应当注意，在组件10的实施方式的其他示例中，开口25可以根据待变形的部件的类型和/或根据待执行的变形操作的类型具有任何几何形状的直截面。

刚刚已经描述了组件的实施方式的三个示例，所述三个示例各自包括特定类型的线圈。

在实施方式的所有这些示例中，并且以非限制性的方式，掩模30是一体的并且有利地由柔性材料制成，也就是说，由可变形材料制成。此外，该材料优选地被选择成具有弹性性能，也就是说，具有下述性能：根据该性能，材料在变形之后恢复其初始形状。

掩模30的材料被选择成使得掩模30优选地具有至少等于20kV/mm的介电强度，并且使得掩模30承受至少等于200℃的温度。

这样的材料可以是聚合物、比如硅树脂或合成树脂。

掩模30可以有利地通过包覆模制或压缩模制制成。

掩模30构造成具有大致等于线圈20的尺寸，使得当掩模30与所述线圈20配合时，优选地仅通过拧紧作用例如通过紧密配合将掩模30固定至所述线圈20。

由于这些特征，避免了在线圈20与掩模30之间的交接处使用胶或粘合剂，这使得可以简化组件10的组装，并且因此降低组件10的成本。

更一般地，应当注意的是，以上所考虑的组件10的实现方式和实施方式已经通过非限制性示例进行了描述，并且应当注意的是，可以相应地设想其他变型。

特别地，已经通过考虑线圈的几何形状的两个示例以及因此考虑掩模的几何形状的两个示例描述了本发明。然而，在其他类型的实施方式中，不排除考虑线圈的其他几何形状以及掩模的其他几何形状。

Claims (7)

1.一种用于通过磁脉冲例如通过磁脉冲成形和/或磁脉冲焊接使金属部件变形的组件(10)，所述组件(10)包括线圈(20)，所述线圈(20)包括：

-第一分支(21)和第二分支(22)，所述第一分支(21)和所述第二分支(22)用于连接至电源，所述第一分支(21)和所述第二分支(22)彼此邻近地延伸以便限定槽口(23)，

-有源部分，所述有源部分连接至所述第一分支(21)和所述第二分支(22)，所述有源部分的被称为“有源表面(27)”的表面用于设置成与待变形的部件相对，

所述组件(10)的特征在于，所述组件(10)还包括：

一体式掩模(30)，所述掩模(30)构造成以可拆卸的方式与所述线圈(20)的全部或一部分配合，所述掩模(30)具有至少部分地与所述线圈(20)的形状互补的形状，使得当所述掩模(30)处于操作位置时，所述掩模(30)通过第一部分(31)插入到槽口(23)中，并且所述掩模(30)通过第二部分(32)覆盖所述线圈(20)的所述有源表面(27)，所述掩模(30)由电绝缘材料制成。

2.根据权利要求1所述的组件(10)，其中，所述线圈(20)包括贯通开口(25)，其中，所述槽口(23)敞开，所述掩模(30)包括在所述掩模(30)处于操作位置时覆盖所述开口(25)的内周表面(26)的第三部分(33)。

3.根据权利要求1或2中的一项所述的组件(10)，其中，每个第一分支(21)和第二分支(22)具有纵向面(213、223)，所述纵向面(213、223)用于在所述组件(10)的使用期间被布置在所述待变形的部件的一侧，所述第一分支(21)和所述第二分支(22)通过接合区域(24)彼此连接，并且其中，所述掩模(30)包括在所述掩模(30)处于操作位置时至少部分地覆盖所述纵向面(213、223)和所述接合区域(24)的面(240)的第四部分(34)。

4.根据权利要求1至3中的一项所述的组件(10)，其中，所述掩模(30)由柔性材料制成。

5.根据权利要求1至4中的一项所述的组件(10)，其中，所述掩模(30)由弹性材料制成。

6.根据权利要求1至5中的一项所述的组件(10)，其中，所述掩模(30)由硅树脂材料制成。

7.根据权利要求1至6中的一项所述的组件(10)，其中，制成所述掩模(30)的材料被选择成承受至少等于200℃的温度并且具有至少等于20kV/mm的介电强度。

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