CN114309233B - 一种超薄微通道板材的电磁校形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于超薄板材的复杂微通道制造技术领域，更具体地，涉及一种超薄微通道板材的电磁校形装置及方法。该装置包括电磁线圈模块、校形模块以及电源模块；电磁线圈模块包括中空背景磁场线圈，校形模块设置于所述背景磁场线圈的内部中空处；电源模块包括第一脉冲电源和第二脉冲电源，使用时，第一脉冲电源和第二脉冲电源分别对背景磁场线圈和待校形超薄微通道板材放电，首先对待校形超薄微通道板材进行加热以实现瞬时升温的快速退火处理，然后在待校形超薄微通道板材中的脉冲电流和背景磁场线圈中产生的脉冲磁场的共同作用下产生脉冲电磁力，驱动所述待校形超薄微通道板材冲向模具，实现微通道板材的校形。

Description

一种超薄微通道板材的电磁校形装置及方法

技术领域

本发明属于超薄板材的复杂微通道制造技术领域，更具体地，涉及一种超薄微通道板材的电磁校形装置及方法。

背景技术

随着制造业中零部件微型化的发展，微细复杂结构加工技术得到了快速发展。超薄微通道板材是一种典型的微细复杂结构，其具有传导介质、交换热量等多种作用，常用于燃料电池的双极板、设备传热系统的高效换热器等。超薄微通道板材常用50～100μm厚度的金属材料制成，具有数十至数百条槽宽与槽深低于1mm的微通道，细微结构带来的尺寸效应使得超薄微通道板材加工困难，在成形过程中极易出现翘曲、起皱、流道深度不足等问题，需要进行二次校形处理。

金属材料加工制造中常用的校形技术包括如下几类：(1)机械压力校形。专利文献CN206139673U中提出采用多个轧辊对微型通道金属圆管进行辊压校平，通过设置两个校平层、多个轧辊使微通道金属圆管受力均匀。但轧辊需要根据微通道圆管的尺寸进行设计，在微通道板材中适用性不强。(2)热校形。专利文献CN108526246A中提出采用热压校形的方式对圆形薄板零件进行校形，通过设计上下模具、控制合理加热参数实现薄板校形。但热校形常需要对板材进行长时间加热，降低了校形效率，同时热压校形对模具参数要求也较高，用于微通道板材校形时会增加模具的设计难度。(3)超声校形。专利文献CN111468560A中提出一种微流道极板超声场辅助校形装置，在微通道件上方设置成形组件和超声振子，下端设置模具和弹簧。超声振子将外部驱动力传递至成形组件，极板在成形组件、模具、弹簧等共同作用下实现校形。这种技术将恒定的机械压力转换为一定频率的超声驱动下的机械力，可释放板材的应力从而消除缺陷。但整个装置结构复杂，通过弹簧结构实现整个装置缓冲，对弹簧要求较高。此外超声校形也需要较长加工时间，导致校形效率较低。因此，超薄微通道板材的校形技术仍然存在很多亟待解决的关键性问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种超薄微通道板材的电磁校形装置及方法，旨在解决现有超薄微通道板材校形技术存在的适用性不强、校形效率低、装置结构复杂等问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种超薄微通道板材的电磁校形装置，包括电磁线圈模块、校形模块以及电源模块；其中：

所述电磁线圈模块包括中空背景磁场线圈，所述校形模块设置于所述背景磁场线圈的内部中空处；所述校形模块包括待校形超薄微通道板材、校形模具以及板材电极；所述待校形超薄微通道板材设置于所述校形模具上方；所述板材电极有两块，分别放置在所述待校形超薄微通道板材的两侧；

所述电源模块包括第一脉冲电源和第二脉冲电源，所述第一脉冲电源用于对所述背景磁场线圈放电，所述第二脉冲电源用于对所述待校形超薄微通道板材放电；所述板材电极通过导线与所述第二脉冲电源相连；

使用时，所述第一脉冲电源和第二脉冲电源分别对所述背景磁场线圈和所述待校形超薄微通道板材放电，用于对所述待校形超薄微通道板材先进行加热以实现瞬时升温的快速退火处理，然后在所述待校形超薄微通道板材和所述背景磁场线圈中产生脉冲电流，所述背景磁场线圈中的脉冲电流在所述背景磁场线圈内部中空处的所述校形模块区域内产生脉冲磁场，在所述待校形超薄微通道板材中的脉冲电流和所述背景磁场线圈中产生的脉冲磁场的共同作用下产生脉冲电磁力，驱动所述待校形超薄微通道板材冲向模具，实现微通道板材的校形。

优选地，所述中空背景磁场线圈的截面形状为跑道形、圆形、矩形或椭圆形，进一步优选为跑道形。

优选地，所述第一脉冲电源的电流脉宽为毫秒级；所述第二脉冲电源的电流脉宽为微秒级。

进一步优选地，所述第一脉冲电源的电流脉宽为10～50毫秒；所述第二脉冲电源的电流脉宽为30～500微秒。

优选地，所述背景磁场线圈包括线圈骨架、铜导线和铜电极，所述铜导线缠绕在线圈骨架上，所述铜导线通过所述铜电极引出，与所述第一脉冲电源相连。

优选地，所述待校形超薄微通道板材包括平面部分、圆角部分和微通道部分，使用时，首先通过所述第二脉冲电源对所述待校形超薄微通道板材进行加热以实现瞬时升温的快速退火处理，从而提升板材塑性；然后通过配合所述第一脉冲电源对背景磁场线圈放电，所述第二脉冲电源对经退火处理的待校形超薄微通道板材分时序施加不同大小和/或不同脉宽的电流，以分别对所述待校形超薄微通道板材的平面部分、圆角部分和微通道部分进行校形。

按照本发明的另一个方面，提供了一种基于所述的电磁校形装置的电磁校形方法，包括如下步骤：

(1)将待校形超薄微通道板材、校形模具以及板材电极组成的校形模块置于背景磁场线圈的内部中空处；

(2)将所述背景磁场线圈与所述第一脉冲电源相连接形成电流回路，将所述板材电极与所述第二脉冲电源相连接形成电流回路；

(3)第二脉冲电源对所述待校形超薄微通道板材放电，脉冲电流流经微通道板材，在焦耳热作用下快速升温，再自然降温，实现对材料的快速退火从而降低加工硬化带来的强度提高、塑性降低的问题，提升板材的可成形性；

(4)第一脉冲电源对所述背景磁场线圈放电，流经该背景磁场线圈的脉冲电流在空间中产生脉冲磁场；待所述脉冲磁场快到达其峰值时刻前，第二脉冲电源对步骤(3)经退火处理的待校形超薄微通道板材进行放电，在待校形超薄微通道板材中产生脉冲电流；所述脉冲电流与脉冲磁场共同作用在所述微通道板材中产生脉冲电磁力，驱动待校形超薄微通道板材冲向校形模具，实现超薄微通道板材的电磁校形。

优选地，步骤(3)所述第二脉冲电源对所述待校形超薄微通道板材放电，其放电电流峰值为30～40kA，脉宽30～80μs。

优选地，所述背景磁场线圈的截面形状为跑道形，所述背景磁场线圈为跑道型背景磁场线圈，步骤(1)具体包括如下子步骤：

(1-1)将所述待校形超薄微通道板材放置在校形模具上方，确保微通道板材的微通道结构放置在校形模具对应的微通道结构内部，然后在微通道板材的两侧放入板材电极，得到校形模块的组合结构；

(1-2)将步骤(1-1)得到的组合结构放置在跑道型背景磁场线圈的内部中空处，确保待校形超薄微通道板材的中心点与跑道型背景磁场线圈的中心点重合、待校形超薄微通道板材所在平面与跑道型背景磁场线圈的平行部分保持平行。

优选地，步骤(4)具体包括如下子步骤：

(4-1)设置第一脉冲电源的放电电压参数，使得第一脉冲电源对背景磁场线圈放电，在背景磁场线圈的铜导线内部产生脉冲电流，该脉冲电流在线圈内部空间产生沿轴向分布的脉冲磁场；

(4-2)设置第二脉冲电源的放电电压参数和与第一脉冲电源的放电时序间隔，使得第二脉冲电源对待校形超薄微通道板材放电，产生的脉冲电流在板材中产生大量的焦耳热，实现板材升温；并使得第一脉冲电源产生的脉冲电流与所述第二脉冲电源产生的脉冲电流在同一时刻达到各自的脉冲电流峰值；

(4-3)所述待校形超薄微通道板材中的脉冲电流与背景磁场线圈内部的脉冲磁场相互作用产生脉冲电磁力，超薄微通道板材中待校形的区域在该脉冲电磁力的作用下向校形模具运动，实现超薄微通道板材的校形；

(4-4)重复执行步骤(4-1)、(4-2)和(4-3)多次，并通过逐渐减小第二脉冲电源的放电电流幅值，逐渐增大第二脉冲电源的放电电流脉宽，来逐步实现待校形超薄微通道板材的平面部分、圆角部分和微通道部分与所述校形模具上相应的结构贴合，实现校形贴模。

优选地，步骤(4)包括如下子步骤：

(4-1)设置第一脉冲电源的放电电压参数，使得第一脉冲电源对背景磁场线圈放电，在背景磁场线圈的铜导线内部产生脉冲电流，该脉冲电流在线圈内部空间产生沿轴向分布的脉冲磁场；设置第二脉冲电源的放电电压参数和与所述第一脉冲电源的放电时序间隔，使得第二脉冲电源在第一放电电流和第一放电脉宽下对待校形超薄微通道板材进行第一次放电，且第一脉冲电源在背景磁场线圈中产生的脉冲电流与所述第二脉冲电源在待校形超薄微通道板材中进行第一次放电产生的脉冲电流在同一时刻达到各自的脉冲电流峰值；所述待校形超薄微通道板材中的脉冲电流与背景磁场线圈内部的脉冲磁场相互作用产生第一脉冲电磁力，待校形超薄微通道板材中的平面部分、圆角部分和微流道部分在该第一脉冲电磁力的作用下变形，其中该第一脉冲电磁力能够使所述平面部分实现贴模；

(4-2)设置第一脉冲电源的放电电压参数，使得第一脉冲电源对背景磁场线圈放电，在背景磁场线圈的铜导线内部产生脉冲电流，该脉冲电流在线圈内部空间产生沿轴向分布的脉冲磁场；设置第二脉冲电源的放电电压参数和与所述第一脉冲电源的放电时序间隔，使得第二脉冲电源在第二放电电流和第二放电脉宽下对待校形超薄微通道板材进行第二次放电，且第一脉冲电源在背景磁场线圈中产生的脉冲电流与所述第二脉冲电源在待校形超薄微通道板材中进行第二次放电产生的脉冲电流在同一时刻达到各自的脉冲电流峰值；所述待校形超薄微通道板材中的脉冲电流与背景磁场线圈内部的脉冲磁场相互作用产生第二脉冲电磁力，所述待校形超薄微通道板材中的圆角部分和微流道部分在该第二脉冲电磁力的作用下继续变形，且该第二脉冲电磁力能够使所述圆角部分实现贴模；

(4-3)设置第一脉冲电源的放电电压参数，使得第一脉冲电源对背景磁场线圈放电，在背景磁场线圈的铜导线内部产生脉冲电流，该脉冲电流在线圈内部空间产生沿轴向分布的脉冲磁场；设置第二脉冲电源的放电电压参数和与第一脉冲电源的放电时序间隔，使得第二脉冲电源在第三放电电流和第三放电脉宽下对待校形超薄微通道板材进行第三次放电，且第一脉冲电源在背景磁场线圈中进行第三次放电产生的脉冲电流与所述第二脉冲电源在待校形超薄微通道板材中产生的脉冲电流在同一时刻达到各自的脉冲电流峰值；所述待校形超薄微通道板材中的脉冲电流与背景磁场线圈内部的脉冲磁场相互作用产生第三脉冲电磁力，所述待校形超薄微通道板材中的微通道部分在该第三脉冲电磁力的作用下继续变形，且该第三脉冲电磁力能够使所述微通道部分实现贴模；

(4-4)执行步骤(4-1)、(4-2)和(4-3)一次或多次，且所述第一放电电流、所述第二放电电流和第三放电电流的幅值依次降低，所述第一放电脉宽、所述第二放电脉宽和所述第三放电脉宽依次增大。

优选地，所述第一放电电流的幅值大小为15～20kA，第一放电脉宽为100～150μs；所述第二放电电流的幅值大小为10～15kA，第二放电脉宽为150～200μs；所述第三放电电流的幅值大小为10～15kA，第三放电脉宽为200～400μs。

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：

1、本发明提出的超薄微通道板材的电磁校形装置，结合超薄微通道板材本身尺寸微小、结构复杂的特点，提出采用脉冲电流快速加热、高速脉冲电磁力进行校形，整个校形过程在毫秒级时间即可完成，极大地提升了生产效率。

2、本发明提出的电磁校形装置，通过两套电源进行时序脉冲电流放电，利用了材料的热软化效应和脉冲电磁力的高应变率效应，可缓解超薄微通道板材在成形后的加工硬化问题，有效提升了板材的校形质量。

3、本发明提供的电磁校形装置的校形模块中设置的板材电极可将脉冲电流均匀导入待校形超薄微通道板材中，使板材温升均匀，同时板材电极也会受到脉冲电磁力作用，无需额外装置即可实现板材压边功能，可简化校形装置。

4、本发明提供的超薄微通道板材的电磁校形方法，通过外部施加脉冲电流、板材置于脉冲磁场的方式获得脉冲电磁力，脉冲电流在微通道板材内部流动，不受微通道尺寸的限制，可显著增加校形的适用性。

5、本发明提供的超薄微通道板材的电磁校形方法，采用非接触作用的电磁体积力进行校形，对于微通道底部等传统机械接触式压力不易校形的区域，仍可给予充足的电磁力作用，提升校形后微通道尺寸的一致性；同时仅需使用一块校形模具即可完成校形，能够降低校形成本。

6、本发明提供的超薄微通道板材的电磁校形方法，首先通过对板材施加一个短时间、高幅值的脉冲电流，对板材进行快速退火处理，消除该板材在成形过程中的加工硬化带来的强度提高、塑性降低的问题，细化材料内部晶粒，提升材料的可成形性；然后再采用非接触作用的电磁体积力进行校形，并对于板材按时序设置不同的放电电流大小和脉宽，施加不同的脉冲电磁力进行校形，有效避免了超薄板材在校形过程中发生破裂的问题，同时也确保了整体板材校形效果。

7、本发明提出的超薄微通道板材的校形装置和方法适用于通过任意成形过程和方法获得的待校形超薄微通道板材，包括通过冲压、液压、电磁成形后的需要校形的工件均可适用。

综上，本发明提出对待校形超薄微通道板材通入脉冲电流、背景磁场线圈产生脉冲磁场的电磁校形装置及方法，有效结合了热校形工艺中的热软化效应和脉冲电磁力的高应变率效应，缓解了超薄微通道板材在成形后的加工硬化问题，实现了超薄微通道板材的高质量校形，同时还扩大了校形的适用范围，提高了校形效率，简化了装置，降低了成本。

附图说明

图1是本发明提供的一种超薄微通道板材电磁校形装置的结构示意图；

图2是本发明提供的电磁校形装置连接两组电源的示意图；

图3是本发明提供的典型微通板材的电磁校形原理说明图。

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。

本发明提供的一种超薄微通道板材的电磁校形装置，包括电磁线圈模块、校形模块以及电源模块；其中：所述电磁线圈模块包括中空背景磁场线圈，所述校形模块设置于所述背景磁场线圈的内部中空处；所述校形模块包括待校形超薄微通道板材、校形模具以及板材电极；所述待校形超薄微通道板材设置于所述校形模具上方；所述板材电极有两块，分别放置在所述待校形超薄微通道板材的两侧。所述电源模块包括第一脉冲电源和第二脉冲电源，所述第一脉冲电源用于对所述背景磁场线圈放电，所述第二脉冲电源用于对所述待校形超薄微通道板材放电；所述板材电极通过导线与所述第二脉冲电源相连。使用时，所述第一脉冲电源和第二脉冲电源分别对所述背景磁场线圈和所述待校形超薄微通道板材放电，用于对所述待校形超薄微通道板材通入短时间、高幅值的脉冲电流进行加热处理，以实现快速升温退火来降低成形后的材料加工硬化带来的强度提高、塑性降低的问题，并在所述待校形超薄微通道板材和所述背景磁场线圈中产生脉冲电流，所述背景磁场线圈中的脉冲电流在所述背景磁场线圈内部中空处的所述校形模块区域内产生脉冲磁场，在所述待校形超薄微通道板材中的脉冲电流和所述背景磁场线圈中产生的脉冲磁场的共同作用下产生脉冲电磁力，驱动所述待校形超薄微通道板材冲向模具，实现微通道板材的校形。

一些实施例中，所述中空背景磁场线圈的截面形状为跑道形、圆形、矩形或椭圆形，优选为跑道形。优选截面为跑道型的密绕螺线管线圈，其截面形状为跑道形状，具有平行部分和弧形部分；所述待校形超薄微通道板材与该跑道形线圈的平行部分平行放置，确保板材内的脉冲电流方向与跑道型线圈产生的脉冲磁场方向垂直，且二者产生的脉冲电磁力的方向是由板材指向模具的。

一些实施例中，所述第一脉冲电源的电流脉宽为毫秒级，具体为10～50毫秒；所述第二脉冲电源的电流脉宽为微秒级，具体为30～500微秒。

一些实施例中，所述背景磁场线圈包括线圈骨架、铜导线和铜电极，所述铜导线缠绕在线圈骨架上，所述铜导线通过所述铜电极引出，与所述第一脉冲电源相连。

一些实施例中，所述待校形超薄微通道板材的待校形区域包括平面部分、圆角部分和微通道部分，使用时，首先通过所述第二脉冲电源对所述待校形超薄微通道板材施加短时间、高幅值的脉冲电流，瞬时的焦耳热可以使微通道板材快速升温退火，从而降低板材成形后的材料加工硬化带来的强度提高、塑性降低的问题，提升其可成形性；接下来，配合所述第一脉冲电源对背景磁场线圈放电，所述第二脉冲电源分时序对经退火处理后的待校形超薄微通道板材施加不同大小和/或不同脉宽的电流，所述待校形超薄微通道板材微通道的平面部分、圆角部分和微通道部分在多组时序脉冲电磁力的作用下逐步变形，最终实现贴模。由于这三个校形区域的校形难度不同，且第一次成形后各区域的减薄和变形也不一致，为了避免仅校形一次时脉冲电磁力及板材成形速度过大而发生材料破裂的问题，采用逐次施加脉冲电磁力的方式来确保校形质量(即控制第二脉冲电源对微通道板材施加的脉冲电流的大小和幅值，每次施加一个较小幅值、较宽脉宽的脉冲电流，经多次放电后实现高质量校形)。

本发明在对超薄微通道板材进行电磁校形之前，先仅用第二脉冲电源对微通道板材放电，此时第一脉冲电源不放电，即没有背景磁场，板材中流过一个短时间、高幅值的脉冲电流，这个电流的目的是实现对材料的快速升温，再自然降温，这实际上是一个快速退火过程，退火过程可以消除材料在首次成形过程中由于加工硬化带来的强度提高、塑性降低的问题，且能够使材料内部晶粒细化，提升材料的可成形性，更利于加工。一些实施例中，该加热退火过程中对微通道板材施加的电流大小为30～40kA，放电脉宽为30～80μs。实验中采用本发明校形装置分别对退火以及不退火处理的试样进行进一步成形测试，其它条件均相同，实验发现经过退火处理的试样最终的成形高度显著高于未经退火处理的成形高度，证明该退火过程确实可以对板材的微观组织结构有影响而进一步降低其后期校形困难程度。

本发明对待校形超薄微通道板材进行加热退火处理之后，再对其进行电磁力校形。实验发现，如果仅对微通道板材放电一次进行校形，对电流和磁场的参数敏感度更高，不好控制，而且容易导致板材破裂(尤其是圆角部分和微通道部分)；本发明采用逐次施加电磁力的方法，即每次给板材施加一个较小幅值、较宽脉宽的脉冲电流，每次校形会让板材变形一小部分，多次校形后实现贴模。采用类似于电磁渐进成形的校形思想，通过多次放电成形来提高材料的校形精度。实验证明，本发明实施例中此案有多次渐进校形方式不仅能够提高校形精度，而且板材无破裂现象。

结合图1～图3具体说明本实施方式。本实施方式的一种超薄微通道板材电磁校形装置，包括电磁线圈模块、校形模块以及电源模块。其中电磁线圈模块为跑道型的密绕螺线管线圈，其横截面为跑道形状，包含平行部分和圆弧部分；校形模块包括校形模具2、待校形超薄微通道板材3以及板材电极；电源模块包括第一脉冲电源A和第二脉冲电源B。

在本实施例中，如图1所示，所述跑道型线圈由线圈骨架1-1、铜导线1-2、铜电极(包括第一铜电极1-3a和第二铜电极1-3b)构成。线圈骨架1-1材料为环氧树脂，铜导线1-2为横截面积7×5mm²的紫铜导线，铜导线1-2缠绕在线圈骨架表面，并在导线外表面填涂环氧固化剂进行加固，提升线圈强度。铜电极1-3a和1-3b为黄铜材料，通过线圈骨架1-1在内部与铜导线1-2连接，其中铜电极1-3a为线圈的入线端，铜电极1-3b为线圈的出线端。

在本实施例中，如图1和图2所示，所述校形模具2材料为高强度的绝缘材料，本实施例中模具所用材料为氧化锆材料。所述待校形超薄微通道板材3放置在模具2上方，模具和超薄微通道板材具有相同结构分布的微流道，板材需按照微通道结构的分布置于模具内。所述板材电极(包括第一板材电极4a和第二板材电极4b)放置在超薄微通道板材的两侧，与超薄微通道板材的两侧边缘处连接，并通过螺栓固定。所述板材电极为黄铜材料，厚度为5mm，超薄微通道板材厚度为100μm。

在本实施例中，如图2所示，所述电源脉宽一共有两套：第一脉冲电源A和第二脉冲电源B，其均为电容器型脉冲电源。电源A与跑道型线圈的铜电极1-a和1-b相连，产生脉冲电流I1经铜电极1-a流入跑道型线圈的铜导线，再经铜电极1-b流出；电源B与板材电极4a和4b相连，产生的脉冲电流I2经板材电极4a流入待校形超薄微通道板材3，再经板材电极4b流出。其中电源A采用长脉宽电容器型电源，产生毫秒级脉冲电流I1，电容量为1600～6400μF，电源B采用短脉宽电容器型电源，产生微秒级脉冲电流I2，电容量为10～640μF。

在本实施例中，各结构尺寸的关系为：待校形超薄微通道板材的厚度为100μm，长宽尺寸为225×100mm²；校形模具略短于待校形超薄微通道板材，表面尺寸为200×100mm²；跑道型线圈的平行部分尺寸与校形模具长度保持一致，为200mm，弧形部分半径为50mm，确保能够恰好放入校形模块；跑道型线圈内部高度为100mm，超薄微通道板材恰好放在线圈内部中心的区域，该区域磁场最大，板材受到的脉冲电磁力最大。

在本实施例中，如图2和图3所示，待校形超薄微通道板材3中的脉冲电流I2的方向为由板材电极4a流向4b，跑道型线圈产生的脉冲磁场方向为垂直纸面向内。根据电磁力公式F＝J×B可知，超薄微通道板材任意一点受到的力都是沿电流切线方向由板材指向模具的。

结合图3说明采用本装置对已成形好的待校形超薄微通道板材进行校形的典型校形过程。在本实施例中，图3所示，超薄微通道板材经过成形后需要校形的部分主要包括三种：(1)平面部分校形。即在微通道板材的非微通道的边缘部分，由于成形过程中的起皱、回弹等影响，存在不平的部分。(2)圆角部分校形。即在微通道板材的微通道上部两侧的圆角过渡区域，在成形过程中此处存在应力集中，无法完全贴和模具的圆角。(3)微通道部分校形。即在微通道板材的微通道底端，由于通道结构尺寸微小，成形过程不易实现完全成形，导致通道深度不足、通道深度均一性差等问题。可以看到，对于这三种典型的待校形区域，微通道板材3中的脉冲电流I2始终沿板材内部流动，而整个板材与校形模具2均处于跑道型线圈产生的脉冲磁场中，且磁场方向时垂直纸面向内的(图中仅画出了待校形区域附近的脉冲磁场，实际中整个空间均有磁场分布)。因此对于任何一个需要校形的区域，其受到的脉冲电磁力都是沿电流的切线方向由板材指向校形模具的，且每个区域的脉冲电流、脉冲磁场是一致的，各处受到相同的电磁力作用，可实现均匀校形，提升校形质量。

本实施例采用的一种超薄微通道板材的电磁校形装置的电磁校形方法，具体包括下述步骤：

步骤一：将成形后的待校形超薄微通道板材放置在校形模具上方，确保微通道板材的微通道结构放置在对应的校形模具的微通道结构内部，然后在微通道板材的两侧放入板材电极；

步骤二：将待校形超薄微通道板材、校形模具、板材电极组成的组合结构放置在跑道型线圈的内部，确保待校形超薄微通道板材的中心点与跑道型线圈的中心点重合、待校形超薄微通道板材所在平面与跑道型线圈的平行部分保持平行；

步骤三：将跑道型线圈的两个铜电极与电源A相连，形成电流回路；将待校形超薄微通道板材两侧的板材电极与电源B相连，形成电流回路。

步骤四：对电源B设置放电电压参数，控制电源B对超薄微通道板材放电，产生一个短时间、高幅值的脉冲电流(电流峰值30～40kA，脉宽30～80μs)，脉冲电流流经微通道板材，在焦耳热作用下快速升温，再自然降温，实现对材料的快速退火从而降低加工硬化带来的强度提高、塑性降低的问题。

步骤五：对电源A和电源B设置放电电压参数(约5～15kV)和放电时序间隔(约10～50ms)，控制电源A对跑道型线圈放电，经过设定的放电时序间隔后控制电源B对待校形超薄微通道板材放电，其中电源B放电的时刻为：所述电源A产生的脉冲电流与所述电源B产生的脉冲电流在同一时刻达到各自的脉冲电流峰值；超薄微通道板材中待校形的区域在脉冲电磁力的作用下向校形模具运动，实现超薄微通道板材的校形；

步骤六：放电结束后取出超薄微通道板材，完成电磁校形过程。

一些优选实施方式中，步骤四对待校形超薄微通道板材进行退火处理提升塑性后，再通过所述第二脉冲电源对所述待校形超薄微通道板材逐次分时序施加不同大小和/或不同脉宽的电流，比如可通过三次放电使所述待校形超薄微通道板材的三个典型校形部分逐步贴合模具，三个校形部分校形难度不同，在三次放电过程中首先是平面部分贴模，接着是圆角部分贴模，最后是微通道部分贴模。步骤五可具体包括如下步骤：

(5-1)设置第一脉冲电源的放电电压参数，使得第一脉冲电源对背景磁场线圈放电，在背景磁场线圈的铜导线内部产生脉冲电流，该脉冲电流在线圈内部空间产生沿轴向分布的脉冲磁场；设置第二脉冲电源的放电电压参数和与第一脉冲电源的放电时序间隔，使得第二脉冲电源在第一放电电流(15～20kA)和第一放电脉宽(100～150μs)下对待校形超薄微通道板材进行第一次放电，且第一脉冲电源在背景磁场线圈中产生的脉冲电流与所述第二脉冲电源在待校形超薄微通道板材中产生的脉冲电流在同一时刻达到各自的脉冲电流峰值；所述待校形超薄微通道板材中的脉冲电流与背景磁场线圈内部的脉冲磁场相互作用产生第一脉冲电磁力，待校形超薄微通道板材中的平面部分、圆角部分和微流道部分在该第一脉冲电磁力的作用下变形，其中该第一脉冲电磁力使所述平面部分首先实现贴模；

(5-2)设置第一脉冲电源的放电电压参数，使得第一脉冲电源对背景磁场线圈放电，在背景磁场线圈的铜导线内部产生脉冲电流，该脉冲电流在线圈内部空间产生沿轴向分布的脉冲磁场；设置第二脉冲电源的放电电压参数和与第一脉冲电源的放电时序间隔，使得第二脉冲电源在第二放电电流(10～15kA)和第二放电脉宽(150～200μs)下对待校形超薄微通道板材进行第二次放电，且第一脉冲电源在背景磁场线圈中产生的脉冲电流与所述第二脉冲电源在待校形超薄微通道板材中产生的脉冲电流在同一时刻达到各自的脉冲电流峰值；所述待校形超薄微通道板材中的脉冲电流与背景磁场线圈内部的脉冲磁场相互作用产生第二脉冲电磁力，超薄微通道板材中待校形的圆角部分和微流道部分在该第二脉冲电磁力的作用下继续变形，其中圆角部分在此过程中实现贴模；

(5-3)设置第一脉冲电源的放电电压参数，使得第一脉冲电源对背景磁场线圈放电，在背景磁场线圈的铜导线内部产生脉冲电流，该脉冲电流在线圈内部空间产生沿轴向分布的脉冲磁场；设置第二脉冲电源的放电电压参数和与第一脉冲电源的放电时序间隔，使得第二脉冲电源在第三放电电流(10～15kA)和第三放电脉宽(200～400μs)下对待校形超薄微通道板材进行第三次放电，且第一脉冲电源在背景磁场线圈中产生的脉冲电流与所述第二脉冲电源在待校形超薄微通道板材中产生的脉冲电流在同一时刻达到各自的脉冲电流峰值；所述待校形超薄微通道板材中的脉冲电流与背景磁场线圈内部的脉冲磁场相互作用产生第三脉冲电磁力，超薄微通道板材中待校形的微通道部分在该第三脉冲电磁力的作用下继续变形，微通道部分在此过程中实现贴模。经过三次脉冲电磁力作用，或依序重复上述三次脉冲电磁力作用，使待校形超薄微通道板材的三个校形部分均完成贴模；且第一放电电流、第二放电电流和第三放电电流的幅值在上述数值范围内取值并依次降低，第一放电脉宽、第二放电脉宽和第三放电脉宽在上述数值范围内取值并依次增大。放电结束后取出超薄微通道板材，完成电磁校形过程。

本发明提出的电磁校形装置，首先对待校形超薄微通道板材通入短时间、高幅值的脉冲电流，利用焦耳热效应实现材料的快速退火；接着在微通道板材外部施加一个空间分布的背景磁场，并继续给板材施加脉冲电流，背景磁场完全不受微通道板材结构微小的影响，与电流相互作用就可以提供完全充足的电磁力。需要指出的是，材料经过一次成形后，由于加工硬化导致更难变形，且厚度变薄，塑性降低，故采用电磁力进行电磁校形时，难度大于采用电磁力进行电磁成形，尤其是对于超高微通板材的微通道部分以及微通道上部两侧的圆角部分。本发明为了避免校形过程中微通道板材发生破裂，提高校形质量，特别提出逐次分时序对微通道板材施加不同大小和/或不同脉宽的电流，并配合背景磁场(需要保证每一次在板材中产生的脉冲电流和在背景磁场线圈中产生的脉冲电流同时达到脉冲电流峰值)，实现逐次在待校形部分施加电磁力，让其逐渐变形。施加时序脉冲电流的顺序是，首先施加较高幅值、较小脉宽的脉冲电流，接着按照降低电流幅值，增大电流脉宽的规则，继续施加脉冲电流，直至校形结束。微通道板材的三个待校形部分在每次施加脉冲电磁力时均会发生一定的变形，其中平面部分会首先完成贴模，接着是圆角部分，最后的微流道部分在逐次变形后实现贴模。通过逐次施加板材脉冲电流(脉冲电磁力)、逐次变形的方式确保了微通道板材的整理校形质量。

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 (9)

1.一种超薄微通道板材的电磁校形装置，其特征在于，包括电磁线圈模块、校形模块以及电源模块；其中：

所述电磁线圈模块包括中空背景磁场线圈，所述校形模块设置于所述背景磁场线圈的内部中空处；所述校形模块包括待校形超薄微通道板材、校形模具以及板材电极；所述待校形超薄微通道板材设置于所述校形模具上方；所述板材电极有两块，分别放置在所述待校形超薄微通道板材的两侧；

所述电源模块包括第一脉冲电源和第二脉冲电源，所述第一脉冲电源用于对所述背景磁场线圈放电，所述第二脉冲电源用于对所述待校形超薄微通道板材放电；所述板材电极通过导线与所述第二脉冲电源相连；

使用时，所述第一脉冲电源和第二脉冲电源分别对所述背景磁场线圈和所述待校形超薄微通道板材放电，用于对所述待校形超薄微通道板材先进行加热以实现瞬时升温的快速退火处理，然后在所述待校形超薄微通道板材和所述背景磁场线圈中产生脉冲电流，所述背景磁场线圈中的脉冲电流在所述背景磁场线圈内部中空处的所述校形模块区域内产生脉冲磁场，在所述待校形超薄微通道板材中的脉冲电流和所述背景磁场线圈中产生的脉冲磁场的共同作用下产生脉冲电磁力，驱动所述待校形超薄微通道板材冲向模具，实现微通道板材的校形。

2.如权利要求1所述的电磁校形装置，其特征在于，所述中空背景磁场线圈的截面形状为跑道形、圆形、矩形或椭圆形。

3.如权利要求1所述的电磁校形装置，其特征在于，所述第一脉冲电源的电流脉宽为毫秒级；所述第二脉冲电源的电流脉宽为微秒级。

4.如权利要求1所述的电磁校形装置，其特征在于，所述背景磁场线圈包括线圈骨架、铜导线和铜电极，所述铜导线缠绕在线圈骨架上，所述铜导线通过所述铜电极引出，与所述第一脉冲电源相连。

5.如权利要求1所述的电磁校形装置，其特征在于，所述待校形超薄微通道板材包括平面部分、圆角部分和微通道部分，使用时，首先通过所述第二脉冲电源对所述待校形超薄微通道板材进行加热以实现瞬时升温的快速退火处理；然后通过配合所述第一脉冲电源对背景磁场线圈放电，所述第二脉冲电源对经退火处理的待校形超薄微通道板材分时序施加不同幅值大小和/或不同脉宽的电流，以分别对所述待校形超薄微通道板材的平面部分、圆角部分和微通道部分进行校形。

6.一种基于如权利要求1至5任一项所述的电磁校形装置的电磁校形方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将待校形超薄微通道板材、校形模具以及板材电极组成的校形模块置于背景磁场线圈的内部中空处；

（2）将所述背景磁场线圈与所述第一脉冲电源相连接形成电流回路，将所述板材电极与所述第二脉冲电源相连接形成电流回路；

（3）第二脉冲电源对所述待校形超薄微通道板材放电，脉冲电流流经微通道板材，在焦耳热作用下快速升温，再自然降温，实现对材料的快速退火；

（4）第一脉冲电源对所述背景磁场线圈放电，流经该背景磁场线圈的脉冲电流在空间中产生脉冲磁场；待所述脉冲磁场快到达其峰值时刻前，第二脉冲电源对步骤（3）经退火处理的待校形超薄微通道板材进行放电，在待校形超薄微通道板材中产生脉冲电流；所述脉冲电流与脉冲磁场共同作用在所述微通道板材中产生脉冲电磁力，驱动待校形超薄微通道板材冲向校形模具，实现超薄微通道板材的电磁校形。

7.如权利要求6所述的电磁校形方法，其特征在于，步骤（3）所述第二脉冲电源对所述待校形超薄微通道板材放电，其放电电流峰值为30~40 kA，脉宽30~80 μs。

8.如权利要求6所述的电磁校形方法，其特征在于，步骤（4）具体包括如下子步骤：

（4-1）设置第一脉冲电源的放电电压参数，使得第一脉冲电源对背景磁场线圈放电，在背景磁场线圈的铜导线内部产生脉冲电流，该脉冲电流在线圈内部空间产生沿轴向分布的脉冲磁场；

（4-2）设置第二脉冲电源的放电电压参数和与第一脉冲电源的放电时序间隔，使得第二脉冲电源对待校形超薄微通道板材放电，产生的脉冲电流在板材中产生大量的焦耳热，实现板材升温；并使得第一脉冲电源产生的脉冲电流与所述第二脉冲电源产生的脉冲电流在同一时刻达到各自的脉冲电流峰值；

（4-3）所述待校形超薄微通道板材中的脉冲电流与背景磁场线圈内部的脉冲磁场相互作用产生脉冲电磁力，超薄微通道板材中待校形的区域在该脉冲电磁力的作用下向校形模具运动，实现超薄微通道板材的校形；

（4-4）重复执行步骤（4-1）、（4-2）和（4-3）多次，并通过逐渐减小第二脉冲电源的放电电流幅值，逐渐增大第二脉冲电源的放电电流脉宽，来逐步实现待校形超薄微通道板材的平面部分、圆角部分和微通道部分与所述校形模具上相应的结构贴合，实现校形贴模。

9.如权利要求6所述的电磁校形方法，其特征在于，步骤（4）包括如下子步骤：

（4-1）设置第一脉冲电源的放电电压参数，使得第一脉冲电源对背景磁场线圈放电，在背景磁场线圈的铜导线内部产生脉冲电流，该脉冲电流在线圈内部空间产生沿轴向分布的脉冲磁场；设置第二脉冲电源的放电电压参数和与所述第一脉冲电源的放电时序间隔，使得第二脉冲电源在第一放电电流和第一放电脉宽下对待校形超薄微通道板材进行第一次放电，且第一脉冲电源在背景磁场线圈中产生的脉冲电流与所述第二脉冲电源在待校形超薄微通道板材中进行第一次放电产生的脉冲电流在同一时刻达到各自的脉冲电流峰值；所述待校形超薄微通道板材中的脉冲电流与背景磁场线圈内部的脉冲磁场相互作用产生第一脉冲电磁力，待校形超薄微通道板材中的平面部分、圆角部分和微流道部分在该第一脉冲电磁力的作用下变形，其中该第一脉冲电磁力能够使所述平面部分实现贴模；

（4-2）设置第一脉冲电源的放电电压参数，使得第一脉冲电源对背景磁场线圈放电，在背景磁场线圈的铜导线内部产生脉冲电流，该脉冲电流在线圈内部空间产生沿轴向分布的脉冲磁场；设置第二脉冲电源的放电电压参数和与所述第一脉冲电源的放电时序间隔，使得第二脉冲电源在第二放电电流和第二放电脉宽下对待校形超薄微通道板材进行第二次放电，且第一脉冲电源在背景磁场线圈中产生的脉冲电流与所述第二脉冲电源在待校形超薄微通道板材中进行第二次放电产生的脉冲电流在同一时刻达到各自的脉冲电流峰值；所述待校形超薄微通道板材中的脉冲电流与背景磁场线圈内部的脉冲磁场相互作用产生第二脉冲电磁力，所述待校形超薄微通道板材中的圆角部分和微流道部分在该第二脉冲电磁力的作用下继续变形，且该第二脉冲电磁力能够使所述圆角部分实现贴模；

（4-3）设置第一脉冲电源的放电电压参数，使得第一脉冲电源对背景磁场线圈放电，在背景磁场线圈的铜导线内部产生脉冲电流，该脉冲电流在线圈内部空间产生沿轴向分布的脉冲磁场；设置第二脉冲电源的放电电压参数和与第一脉冲电源的放电时序间隔，使得第二脉冲电源在第三放电电流和第三放电脉宽下对待校形超薄微通道板材进行第三次放电，且第一脉冲电源在背景磁场线圈中进行第三次放电产生的脉冲电流与所述第二脉冲电源在待校形超薄微通道板材中产生的脉冲电流在同一时刻达到各自的脉冲电流峰值；所述待校形超薄微通道板材中的脉冲电流与背景磁场线圈内部的脉冲磁场相互作用产生第三脉冲电磁力，所述待校形超薄微通道板材中的微通道部分在该第三脉冲电磁力的作用下继续变形，且该第三脉冲电磁力能够使所述微通道部分实现贴模；

（4-4）执行步骤（4-1）、（4-2）和（4-3）一次或多次，所述第一放电电流、所述第二放电电流和第三放电电流的幅值依次降低，所述第一放电脉宽、所述第二放电脉宽和所述第三放电脉宽依次增大。

Images