CN113500130B - 一种金属板件的无线圈通流成形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种金属板件的无线圈通流成形装置及方法，属于金属成形塑形加工技术领域，具体为：放电时序控制模块用于控制第一脉冲电源和第二脉冲电源的放电时间和放电大小；第一脉冲电源用于向待成形金属板件中通入方向相反的第一脉冲电流，使待成形金属板件间中产生相斥的第一电磁力；在第一电磁力的作用下使得待成形金属板件发生变形；第二脉冲电源用于向驱动板件中通入方向相反的第二脉冲电流，使相邻待成形金属板件和驱动板件间产生相吸或相斥的第二电磁力；第二电磁力用于使待成形金属板件变形均匀。本发明使得通流成形中待成形金属板件的变形更为均匀，能够实现无线圈通流成形在双极板制造等领域的应用。

Description

一种金属板件的无线圈通流成形装置及方法

技术领域

本发明属于金属成形塑形加工技术领域，更具体地，涉及一种金属板件的无线圈通流成形装置及方法。

背景技术

高性能轻质板类构件及其制造技术在航空航天、汽车等领域具有重要的应用前景。然而，以铝合金为代表的轻质材料在常温和传统准静态工艺下成形性能较差，普遍存在回弹大、易撕裂等问题。

电磁成形技术是一种利用脉冲电磁力对金属工件进行塑形加工的高速率成形方法，具有高速率、非接触、单模具及体积力等特点，可有效提高材料的成形极限、抑制起皱及减少回弹等，在轻质板类构件制造中具有重要的应用前景。然而，传统的电磁成形一般采用螺旋线圈成形金属板件，在这种成形模式下板件的中心和边缘受力为零，最大电磁力出现在两者的中间区域，电磁力的分布不均容易造成板件起皱，且严重影响了板件的成形形状。同时，在成形过程中线圈高电压大电流导致的绝缘破坏和应力破坏以及多次放电导致的温升绝缘破坏都会影响线圈的使用寿命。

为解决上述问题，近年来发展起来一种无线圈的通流成形技术，通过用外部通入的电流代替传统电磁成形中的感应涡流，避免了传统电磁成形中驱动线圈寿命有限的问题。如专利文献CN108188246A公开了一种通流模式的金属管件成形装置及方法，其原理是将成形驱动棒与金属管件构成闭合回路，通过成形驱动棒产生的磁场和金属管件中电流作用产生的电磁力驱使管件变形；专利文献CN103962437B公开了一种电磁力驱动的金属材料塑形成形方法，通过在上模具施加与金属材料方向相反的电流或在下模具施加与金属胚料方向相同的电流，电流的相互作用使得金属胚料产生方向向下的电磁力从而发生变形。

然而，已有的无线圈通流成形方法存在以下问题：变形形貌调控能力差。在已有的通流成形方法中虽然板件受到的电磁力分布比较均匀，但是受限于模具对板件端部的约束所成形的板件一般为弧形，无法进行均匀变形，且现有方法无法有效对板件成形形貌特征进行调控，限制了通流成形技术在双极板制造等领域的应用。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种金属板件的无线圈通流成形装置及方法，旨在解决现有的无线圈通流成形方法中虽然板件受到的电磁力分布比较均匀，但是受限于模具对板件端部的约束所成形的板件一般为弧形，无法进行均匀变形，且现有方法无法有效对成形形貌特征进行调控，限制了通流成形技术在双极板制造等领域应用的问题。

为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种金属板件的无线圈通流成形装置，包括：绝缘板、驱动板件、成形模具、第一脉冲电源、第二脉冲电源、放电时序控制模块、第一导电片和第二导电片；

绝缘板的两侧对称依次放置成形模具和驱动板件；驱动板件的一侧与第二导电片相连；工作状态下，在绝缘板和两侧的成形模具之间插入待成形金属板件；待成形金属板件的两端分别通过第一导电片和第一脉冲电源连接；驱动板件另一侧通过第二脉冲电源连接；

放电时序控制模块用于通过控制第一脉冲电源和第二脉冲电源的放电时间和放电大小，调控第一电磁力的大小以及第二电磁力的大小和方向；且驱动板件的形貌调控第二电磁力的大小与分布；

第一脉冲电源用于向待成形金属板件中通入方向相反的第一脉冲电流，使待成形金属板件间产生相斥的第一电磁力；在第一电磁力的作用下使得待成形金属板件发生变形；

第二脉冲电源用于向驱动板件中通入方向相反的第二脉冲电流，使相邻待成形金属板件和驱动板件间产生相吸或相斥的第二电磁力；第二电磁力用于使待成形金属板件变形均匀。

优选地，当所述驱动板件与待成形金属板件形貌一致，则两者平行放置，施加方向相反的脉冲电流至相邻待成形金属板件和驱动板件间，产生使相邻待成形金属板件和驱动板件间相斥的第二电磁力；待成形金属板件在第一电磁力和第二电磁力的作用下变形均匀。

优选地，当所述驱动板件为“几”字型，距离待成形金属板件的中间侧凸起，施加方向相同的脉冲电流至相邻待成形金属板件和驱动板件间，产生使相邻待成形金属板件和驱动板件间相吸引的第二电磁力，且第二电磁力的大小分布为中间小两边大，待成形金属板件在第一电磁力和第二电磁力的作用下变形均匀。

优选地，以所述无线圈通流成形装置为一个单元，通过相邻单元共用驱动板件，将多个单元叠加；以中心绝缘板为对称中心，两侧对称的待成形金属板件通过脉冲电源相连，两侧对称的驱动板件通过另一脉冲电源相连；工作时相邻待成形金属板件和驱动板件间的脉冲电流方向相反，构成拓展的无线圈通流成形装置。

另一方面，本发明基于上述金属板件的无线圈通流成形装置，提供了相应的无线圈通流成形方法，包括以下步骤：

通过放电时序控制模块控制第一脉冲电源和第二脉冲电源的放电时间和放电大小；

第一脉冲电源向待成形金属板件中通入方向相反的第一脉冲电流，在待成形金属板件间产生相斥的第一电磁力；

待成形金属板件在第一电磁力的作用下发生形变；

第二脉冲电源向驱动板件中通入方向相反的第二脉冲电流；第二脉冲电流产生的磁场与第一脉冲电流相互作用，在相邻待成形金属板件和驱动板件间产生相斥或相吸的第二电磁力；

第一电磁力和第二电磁力的作用下，使待成形金属板件变形均匀。

优选地，使相邻待成形金属板件和驱动板件间产生相斥的第二电磁力的方法为：

选取与待成形金属板件形貌一致的驱动板件，且将驱动板件与待成形金属板件平行放置；

第二脉冲电源向驱动板件中通入方向相反的第二脉冲电流，且相邻驱动板件中的第二脉冲电流与待成形金属板件中的第一脉冲电流方向相反；

第二脉冲电流产生的磁场与第一脉冲电流相互作用，在相邻待成形金属板件和驱动板件间产生相斥的第二电磁力。

优选地，使相邻待成形金属板件和驱动板件间产生相吸的第二电磁力的方法为：

选取“几”字型的驱动板件，且将驱动板件与待成形金属板件平行放置；

第二脉冲电源向驱动板件中通入方向相反的第二脉冲电流，且相邻驱动板件中的第二脉冲电流与待成形金属板件中的第一脉冲电流方向相同；

第二脉冲电流产生的磁场与第一脉冲电流相互作用，在相邻待成形金属板件和驱动板件间产生相吸的第二电磁力。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明中通过多个脉冲电源对待成形金属板件和驱动板件进行单独放电，放电时序控制放电回路的脉冲电流大小和时间(放电回路包括第一放电回路和第二放电回路；待成形金属板件、第一导电片和第一脉冲电源构建成第一放电回路；驱动板件、第二导电片和第二脉冲电源构建成第二放电回路)，从而控制待成形金属板件上电磁力的分布和大小，进而使待成形金属板件形变更均匀。

本发明通过对驱动板件相应的第二脉冲电源进行时序控制，从而控制驱动板件和待成形板件中的电流方向；当相邻的待成形金属板件和驱动板件中的脉冲电流方向相反时，两者相互作用，在待成形金属板件中产生相斥的电磁力，在待成形金属板件变形最大的区域距离驱动板件最近，从而产生的相斥的电磁力最大，最终相斥的电磁力分布从中间区域向两侧逐渐减小，从而调控待成形金属板件的成形样貌，使得待成形金属板件变形更为均匀；当相邻的待成形金属板件和驱动板件中的脉冲电流方向相同时，两者相互作用，在待成形金属板件中产生相吸引的电磁力，通过控制驱动板件和待成形金属板件不同位置之间的距离，使得相吸引的电磁力分布为两端偏大中间偏小，从而使得待成形金属板件为均匀变形。本发明与现有的没有驱动板件的调控作用产生的待成形金属板件的变形形貌相比，由于存在驱动板件的电磁调控，本发明待成形金属板件的变形更为均匀，能够实现通流成形技术在双极板制造等领域的应用。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的金属板件的无线圈通流成形装置的示意图；

图2是本发明提供的现有的通流成形模式下金属板件的成形装置示意图；

图3是本发明实施例2提供的金属板件的无线圈通流成形装置的示意图；

图4是本发明实施例3提供的金属板件的无线圈通流成形装置的示意图；

标记说明：

1-1：第一待成形金属板件；1-2：第二待成形金属板件；2-1：第一驱动板件；2-2：第二驱动板件；3-1：第一导电片；3-2：第二导电片；3-3为第三导电片；3-4为第四导电片；4-成形模具；5-绝缘板；6-1：第一脉冲电源；6-2：第二脉冲电源；6-3为第三脉冲电源。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种金属板件的无线圈通流成形装置，包括：

1.主成形系统

绝缘板，为待成形金属板件提供绝缘保护，用于相邻待成形金属板件之间的绝缘隔离；

成形模具，设置于绝缘板的两侧，用于约束待成形金属板件的成形形状；

其中，使用无线圈通流成形装置时，将待成形金属板件放置于绝缘板与成形模具之间；

电源模块，包括多个脉冲电源和放电时序控制模块；放电时序控制模块用于控制各脉冲电源的放电时间和放电大小；多个脉冲电源用于与待成形金属板件以及驱动板件连接；

脉冲电源用于向两个待成形金属板件通入方向相反的脉冲电流，使得两个待成形金属板件之间产生相斥的电磁力，并使待成形金属板件在电磁力的作用下变形；其中，两个待成形金属板件之间连接一个脉冲电源；两个驱动板件之间连接一个脉冲电源；

导电片用于待成形金属板件间的电气连接，使得处于回路中的待成形金属板件之间流过大小相等的脉冲电流；且用于驱动板件的电气连接，使得处于回路中的驱动板件之间流过大小相等的脉冲电流；

2.辅助成形系统

驱动板件设置于成形模具的两侧，脉冲电源向两个驱动板件通入与相邻待成形金属板件方向相同或相反的脉冲电流，使得驱动板件与相邻的待成形金属板件之间产生相吸引或者相斥的电磁力，从而调控待成形金属板件的成形形貌；

优选地，通流成形装置还包括连接杆，用于连接上、下两个成形模具，给予待成形金属板件两端一定的压边力。

优选地，待成形金属板件包括第一待成形金属板件和第二待成形金属板件；驱动板件包括第一驱动板件和第二驱动板件；脉冲电源包括第一脉冲电源和第二脉冲电源；放电时序控制模块包括第一放电时序控制模块和第二放电时序控制模块；

第一脉冲电源连接于第一待成形金属板件和第二待成形金属板件；第二脉冲电源连接于第一驱动板件和第二驱动板件。

实施例1

如图1所示，一种金属板件的无线圈通流成形方法，包括：

绝缘板5，工作时设置在第一待成形金属板件1-1和第二待成形金属板件1-2的中间区域，为两个待成形金属板件提供绝缘保护，用于待成形金属板件之间的绝缘隔离；

第一驱动板件2-1和第二驱动板件2-2为高强度高电导率材料(若采取与待成形金属板件相同的材料，则其厚度一般不应小于待成形金属板件的5倍)，分别设置在成形模具4的两侧，工作时与待成形金属板件平行对齐，用于调控待成形金属板件的成形量和成形样貌；

第一导电片3-1用于连接第一待成形金属板件1-1和第二待成形金属板件1-2的一端；

第二导电片3-2用于连接第一驱动板件2-1和第二驱动板件2-1的一端，使驱动板件与脉冲电源构成闭合回路；

电源模块包括多个脉冲电源和放电时序控制模块；

放电时序控制模块用于控制各脉冲电源的放电时间和放电大小；多个脉冲电源与多个放电回路连接(第一待成形金属板件1-1、第二待成形金属板件1-2和第一导电片3-1形成第一放电回路；第一驱动板件2-1、第二驱动板件2-2和第二导电片3-2形成第二放电回路)连接；

第一脉冲电源6-1向第一待成形金属板件1-1和第二待成形金属板件1-2中通入方向相反的脉冲电流，脉冲电流产生的磁场和脉冲电流相互作用在待成形金属板件中产生相斥的第一电磁力，并使得第一待成形金属板件1-1和第二待成形金属板件1-2在成形模具4的约束下产生变形；

同时第二脉冲电源6-2向第一驱动板件2-1和第二驱动板件2-2中通入方向相反的脉冲电流，同时相邻的驱动板件和待成形金属板件中的瞬时电流方向相反，驱动板件中电流产生的磁场与成形板件中电流相互作用，会产生相斥的第二电磁力，与第一电磁力共同作用，从而使得待成形金属板件变形更为均匀。

若没有驱动板件的调控作用，则通流成形模式下待成形金属板件的变形形貌如图2所示(图中，1-1为第一待成形金属板件，1-2为第二待成形金属板件；3-1为第一导电片，4为成形模具；5为绝缘板，6-1为第一脉冲电源，6-2为第二脉冲电源)。虽然在成形过程中待成形金属板件中电流处处相等，产生分布均匀的电磁力，但是由于受到成形模具边缘的约束作用，待成形金属板件最终成形为弧形，限制了通流成形技术在双极板制造等领域中的应用。

实施例2

图3是本发明实施例2提供的一种金属板件的无线圈通流成形装置，其中，1-1为第一待成形金属板件，1-2为第二待成形金属板件；2-1为第一驱动板件；2-2为第二驱动板件；3-1为第一导电片，4为成形模具；5为绝缘板，6-1为第一脉冲电源，6-2为第二脉冲电源；本实施例中相邻的待成形金属板件和驱动板件中脉冲电流方向相同，使得驱动板件中电流产生的磁场与待成形板件中电流相互作用产生相吸引的电磁力，由于驱动板件和待成形金属板件之间距离中间较远、两端较近，故相吸引的电磁力分布为中间较小、两端较大，通过与两待成形金属板件之间的电磁斥力同时作用，使得待成形金属板件最终成形较为均匀。

实施例3

图4为本发明实施例3提供的一种金属板件的无线圈通流成形装置，其中，1-1为第一待成形金属板件，1-2为第二待成形金属板件；2-1为第一驱动板件；2-2为第二驱动板件；3-1为第一导电片，3-2为第二导电片；3-3为第三导电片；3-4为第四导电片；4为成形模具；5为绝缘板，6-1为第一脉冲电源，6-2为第二脉冲电源，6-3为第三脉冲电源；通过待成形金属板件和驱动板件的交替叠加，可以同时进行多个待成形金属板件的成形，进一步提高通流成形的生产效率。

综上所述，本发明与现有技术相比，存在以下优势：

本发明中通过多个脉冲电源对待成形金属板件和驱动板件进行单独放电，放电时序控制放电回路的脉冲电流大小和时间(这里的放电回路包括第一放电回路和第二放电回路；待成形金属板件、第一导电片和第一脉冲电源构建成第一放电回路；驱动板件、第二导电片和第二脉冲电源构建成第二放电回路)，从而调控待成形金属板件上电磁力的分布和大小，进而使待成形金属板件形变更均匀。

本发明通过对驱动板件相应的第二脉冲电源进行时序控制，从而控制驱动板件和待成形板件中的电流方向；当相邻的待成形金属板件和驱动板件中的脉冲电流方向相反时，两者相互作用，在待成形金属板件中产生相斥的电磁力，在待成形金属板件变形最大的区域距离驱动板件最近，从而产生的相斥的电磁力最大，最终相斥的电磁力分布从中间区域向两侧逐渐减小，从而调控待成形金属板件的成形样貌，使得待成形金属板件变形更为均匀；当相邻的待成形金属板件和驱动板件中的脉冲电流方向相同时，两者相互作用，在待成形金属板件中产生相吸引的电磁力，通过控制驱动板件和待成形金属板件不同位置之间的距离，使得相吸引的电磁力分布为两端偏大中间偏小，从而使得待成形金属板件为均匀变形。本发明与现有的没有驱动板件的调控作用产生的待成形金属板件的变形形貌相比，由于存在驱动板件的电磁调控，本发明待成形金属板件的变形更为均匀，能够实现通流成形技术在双极板制造等领域的应用。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种金属板件的无线圈通流成形装置，其特征在于，包括：绝缘板、驱动板件、成形模具、第一脉冲电源、第二脉冲电源、放电时序控制模块、第一导电片和第二导电片；

所述绝缘板的两侧对称依次放置成形模具和驱动板件；所述驱动板件的一侧与第二导电片相连；工作状态下，在所述绝缘板和两侧的所述成形模具之间插入待成形金属板件；所述待成形金属板件的两端分别通过所述第一导电片和所述第一脉冲电源连接；所述驱动板件另一侧通过所述第二脉冲电源连接；

所述放电时序控制模块用于通过控制所述第一脉冲电源和所述第二脉冲电源的放电时间和放电大小，调控第一电磁力的大小以及第二电磁力的大小和方向；且驱动板件的形貌调控所述第二电磁力的大小与分布；

所述第一脉冲电源用于向待成形金属板件中通入方向相反的第一脉冲电流，使待成形金属板件间中产生相斥的第一电磁力；在所述第一电磁力的作用下使得待成形金属板件发生变形；

所述第二脉冲电源用于向驱动板件中通入方向相反的第二脉冲电流，使相邻待成形金属板件和所述驱动板件间产生相吸或相斥的所述第二电磁力；所述第二电磁力用于使待成形金属板件变形均匀。

2.根据权利要求1所述的无线圈通流成形装置，其特征在于，当所述驱动板件与待成形金属板件形貌一致，则两者平行放置，施加方向相反的脉冲电流至相邻待成形金属板件和驱动板件间，产生使相邻待成形金属板件和驱动板件间相斥的第二电磁力；待成形金属板件在第一电磁力和第二电磁力的作用下变形均匀。

3.根据权利要求1所述的无线圈通流成形装置，其特征在于，当所述驱动板件为“几”字型，距离待成形金属板件的中间侧凸起，施加方向相同的脉冲电流至相邻待成形金属板件和驱动板件间，产生使相邻待成形金属板件和驱动板件间相吸引的第二电磁力，且第二电磁力的大小分布为中间小两边大，待成形金属板件在第一电磁力和第二电磁力的作用下变形均匀。

4.根据权利要求2所述的无线圈通流成形装置，其特征在于，以所述无线圈通流成形装置为一个单元，通过相邻单元共用驱动板件，将多个单元叠加；以中心绝缘板为对称中心，两侧对称的待成形金属板件通过脉冲电源相连，两侧对称的驱动板件通过另一脉冲电源相连；工作时相邻待成形金属板件和驱动板件间的脉冲电流方向相反，构成拓展的无线圈通流成形装置。

5.基于权利要求1所述的无线圈通流成形装置的无线圈通流成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过放电时序控制模块控制第一脉冲电源和第二脉冲电源的放电时间和放电大小；

第一脉冲电源向待成形金属板件中通入方向相反的第一脉冲电流，在待成形金属板件间产生相斥的第一电磁力；

所述待成形金属板件在第一电磁力的作用下发生形变；

第二脉冲电源向驱动板件中通入方向相反的第二脉冲电流；第二脉冲电流产生的磁场与第一脉冲电流相互作用，在相邻待成形金属板件和驱动板件间产生相斥或相吸的第二电磁力；

在第一电磁力和第二电磁力的作用下，待成形金属板件变形均匀。

6.根据权利要求5所述的无线圈通流成形方法，其特征在于，使相邻待成形金属板件和驱动板件间产生相斥的第二电磁力的方法为：

选取与待成形金属板件形貌一致的驱动板件，且将所述驱动板件与所述待成形金属板件平行放置；

所述第二脉冲电源向所述驱动板件中通入方向相反的第二脉冲电流，且相邻所述驱动板件中的第二脉冲电流与所述待成形金属板件中的第一脉冲电流方向相反；

所述第二脉冲电流产生的磁场与所述第一脉冲电流相互作用，在相邻待成形金属板件和驱动板件间产生相斥的第二电磁力。

7.根据权利要求5所述的无线圈通流成形方法，其特征在于，使相邻待成形金属板件和驱动板件间产生相吸的第二电磁力的方法为：

选取“几”字型的驱动板件，且将所述驱动板件与所述待成形金属板件平行放置；

所述第二脉冲电源向所述驱动板件中通入方向相反的第二脉冲电流，且相邻所述驱动板件中的第二脉冲电流与所述待成形金属板件中的第一脉冲电流方向相同；

所述第二脉冲电流产生的磁场与所述第一脉冲电流经相互作用，在相邻待成形金属板件和驱动板件间产生相吸的第二电磁力。

Images