CN117324448A - 一种镁合金电磁冲击介质成形装置及成形方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种镁合金电磁冲击介质成形装置及成形方法，包括加热保温系统、电磁驱动系统、模具、镁合金管材胚料、活塞，加热保温系统包括加热缸，模具置于加热缸内，镁合金管材胚料置于模具内，加热缸内、镁合金管材胚料内均装有成形介质；电磁驱动系统包括电容、成形线圈以及具有导电性的驱动板，成形线圈与电容电性连接，驱动板位于成形线圈与模具之间且与成形线圈正对布置，活塞的一端连接驱动板，另一端抵接镁合金管材胚料内的成形介质；成形线圈充电后产生磁场，驱动驱动板朝向模具的方向移动，带动活塞冲击镁合金管材胚料内的成形介质；成形介质将该力传递给镁合金管材胚料，挤压镁合金管材胚料向模具的内壁靠近，产生不可逆的塑性变形。

Description

一种镁合金电磁冲击介质成形装置及成形方法

技术领域

本申请涉及镁合金加工装置技术领域，特别是涉及一种镁合金电磁冲击介质成形装置及成形方法。

背景技术

当前汽车主动安全技术的可靠性未取得突破性进步，汽车的被动安全仍然时保护乘员安全的重要保障，尤其对于新能源汽车来说，由于搭载易燃的电池，针对成员的保护更加重要。碰撞发生时，要求吸能部件既有优秀的吸能特性，又可保持其结构完整。镁合金在拥有高比强度的同时，也具有优异的比吸能特性。然而镁合金塑性比铝合金更差，室温下难以成形，高温成形的镁合金零件加工成本高，同时镁合金塑性变形机制和破坏准则复杂，一定温度下成形的零件在碰撞吸能时是否会发生结构破坏难以预测。

因镁合金是密排六方晶体结构，具有密度小，强度大，单位重量材料承受冲击载荷吸收能量能力比铝合金好，但室温塑性差，变形机制复杂，易于脆断的特性。目前的镁合金制造工艺还无法摆脱加热的需求，同时为了提升镁合金的服役性能，提出了许多使镁合金晶粒细化的方法，热塑性变形和高应变率的结合可以有效降低工艺温度，获得性能优异的镁合金工件。不过目前的工艺局限在挤压、轧制等标准件的制造，同时传统的制造方法，加工复杂的零件比较困难，存在着加工时间长、效率低、工序复杂等问题。

发明内容

基于此，有必要提供一种镁合金电磁冲击介质成形装置，包括加热保温系统、电磁驱动系统、模具、镁合金管材胚料、活塞，所述加热保温系统包括加热缸，所述模具置于所述加热缸内，所述镁合金管材胚料置于所述模具内，所述加热缸内、所述镁合金管材胚料内均装有成形介质；

所述电磁驱动系统包括电容、成形线圈以及具有导电性的驱动板，所述成形线圈与所述电容电性连接，所述驱动板位于所述成形线圈与所述模具之间且与所述成形线圈正对布置，所述活塞的一端连接所述驱动板，所述活塞的另一端抵接所述镁合金管材胚料内的成形介质；所述成形线圈充电后产生磁场，驱动所述驱动板朝向所述模具的方向移动，带动所述活塞冲击所述镁合金管材胚料内的成形介质。

所述模具内设有用于放置所述镁合金管材胚料的槽位，所述槽位的形状为待成形零件的形状相对应，所述镁合金管材胚料的直径与所述槽位的最小内径相适配。

所述模具上设有排气孔，所述排气孔连通所述槽位与外部。

所述模具包括缸盖，所述缸盖上设有活塞孔，所述活塞孔连通所述槽位，所述活塞嵌入在所述活塞孔内。

所述缸盖上设有用于调节缸盖高度的垫片。

所述模具外周设有围挡，所述围挡与所述模具外壁之间具有间隙，所述成形介质位于所述围挡与所述加热缸的内壁之间。

所述模具为两半对开结构。

一种镁合金电磁冲击介质成形方法，包括上述所述的镁合金电磁冲击介质成形装置，包括电磁驱动系统，所述电磁驱动系统包括电容、成形线圈以及具有导电性的驱动板，所述成形线圈与所述电容电性连接，所述驱动板与所述成形线圈正对布置；还包括以下步骤：

1)将模具放入加热缸，并在模具与加热缸之间放入成形介质，将装有成形介质的镁合金管材胚料置于模具内；

2)通过加热缸对成形介质加热；

3)连接充电电路，对电容充入指定电压，达到指定电压后，断开充电电路，连接放电电路，电容通过放电电路对成形线圈充电，成形线圈充电后产生电磁场，成形线圈与模具之间设有具有导电性的驱动板，驱动板连接有活塞，活塞的端部抵接镁合金管材胚料内的成形介质，驱动板在电磁场的作用下沿远离成形线圈的方向移动，从而带动活塞挤压镁合金管材胚料内的成形介质。

所述模具包括缸盖，所述缸盖上设有活塞孔，所述活塞孔连通所述槽位，所述活塞嵌入在所述活塞孔内；在步骤3)前，将活塞朝所述镁合金管材胚料的方向适当挤压，将所述模具内多余的空气排出。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

该镁合金电磁冲击介质成形装置及成形方法，使用时，通过加热缸加热成形介质，成形介质将热量传至模具，实现对模具内镁合金管材胚料的加热，通过成形介质实现对镁合金管材胚料的加热，温度更容易控制，避免温度过高或者过低影响成形质量；当加热至设定温度，连接充电电路，为电容充入指定电压，达到指定电压后，断开充电电路，连接放电电路，电容通过放电电路为线圈充电，线圈充电后会产生电磁场，导电性好的驱动板在磁场的作用下产生电流，电流在磁场的作用下产生洛伦兹力，驱动驱动板沿远离线圈的方向移动，带动活塞移动，挤压镁合金管材胚料内的成形介质，成形介质将该力转化成成形力传递给镁合金管材胚料，挤压镁合金管材胚料向模具的内壁靠近，产生不可逆的塑性变形，此时镁合金管材胚料已初步形成模具内壁的形状，可再次为电容充电，使活塞对镁合金管材胚料内的成形介质重复冲击成形，操作简便，且即便是加工复杂零件也能通过此方法顺利冲击成形，解决现有技术中工艺加工时间长、能源消耗大、污染大、效率低、工序复杂的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的镁合金电磁冲击介质成形装置在预加工状态的剖面结构示意图；

图2为本申请实施例的镁合金电磁冲击介质成形装置在加工前的剖面结构示意图；

图3为本申请实施例的镁合金电磁冲击介质成形装置在加工后的剖面结构示意图。

附图标记说明：

1、加热缸；2、模具；20、槽位；21、排气孔；22、挡板；3、镁合金管材胚料；30、镁合金波纹管；4、成形介质；5、缸盖；6、活塞；7、驱动板；8、电容；9、成形线圈；10、垫片。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

一种镁合金电磁冲击介质成形装置，包括加热保温系统、电磁驱动系统、模具2、镁合金管材胚料3、活塞6，加热保温系统包括加热缸1，模具2置于加热缸1内，镁合金管材胚料3置于模具2内，加热缸1内、镁合金管材胚料3内均装有成形介质4；加热时，通过加热缸1对成形介质4加热，成形介质4将热量传至模具2内的镁合金管材胚料3，便于控制温度，避免温度过高导致镁合金的服役性能下降，温度过低，则会导致镁合金的塑性变形性能变差，影响成形质量。

电磁驱动系统包括电容8、成形线圈9以及具有导电性的驱动板7，成形线圈9是由固定匝数的导线绕铁芯组成，通过电路、开关、电阻等与电容8电性连接，打开开关时，电容8充电，当达到指定电压后，闭合开关，会对成形线圈9进行放电，驱动板7位于成形线圈9与模具2之间且与成形线圈9正对布置，活塞6的一端连接驱动板7，活塞6的另一端抵接镁合金管材胚料3内的成形介质4，成形线圈9充电后产生电磁场，由于驱动板7具有导电性，在磁场的作用下会产生电流，电流在磁场的作用下会产生洛伦兹力，该洛伦兹力即为驱动力，驱动驱动板7沿远离成形线圈9的方向移动，也就是朝向模板的方向移动，驱动板7的下方与活塞6连接，所以活塞6会沿着缸盖5上的活塞孔向下冲击成形介质4，成形介质4会将该力转化成成形力，传递给镁合金管材胚料3，挤压其向模具2内壁靠近，产生不可逆的塑性变形，在本实施例中，以将镁合金加工成镁合金波纹管30为例，当活塞6冲击成形介质4时，成形介质4将受到的力传递给镁合金管材胚料3，此时镁合金波纹管30已初步形成，但是还不够稳定，可再次为电容8充电，重复放电过程，多次冲击成形，确保镁合金波纹管30达到标准。

该镁合金电磁冲击介质成形装置，使用时，通过加热缸1加热成形介质4，成形介质4将热量传至模具2，实现对模具2内镁合金管材胚料3的加热，通过成形介质4实现对镁合金管材胚料3的加热，温度更容易控制，避免温度过高或者过低影响成形质量；当加热至设定温度，连接充电电路，为电容8充入指定电压，达到指定电压后，断开充电电路，连接放电电路，电容8通过放电电路为线圈充电，线圈充电后会产生电磁场，导电性好的驱动板7在磁场的作用下产生电流，电流在磁场的作用下产生洛伦兹力，驱动驱动板7沿远离线圈的方向移动，带动活塞6移动，挤压镁合金管材胚料3内的成形介质4，成形介质4将该力转化成成形力传递给镁合金管材胚料3，挤压镁合金管材胚料3向模具2的内壁靠近，产生不可逆的塑性变形，此时镁合金管材胚料3已初步形成模具2内壁的形状，可再次为电容8充电，使活塞6对镁合金管材胚料3内的成形介质4重复冲击成形，操作简便，且即便是加工复杂零件也能通过此方法顺利冲击成形，解决现有技术中工艺加工时间长、能源消耗大、污染大、效率低、工序复杂的问题。

本实施例中，模具2内设有用于放置镁合金管材胚料3的槽位20，槽位20的形状为待成形零件的形状相对应，且镁合金管材胚料3的直径与槽位20的最小内径相适配。例如，待成形零件为镁合金波纹管30的话，则槽位20的形状则与波纹管的形状相对应，而镁合金管材胚料3的外壁则抵接槽位20的最小直径的内壁上，当活塞6挤压镁合金管材胚料3内的成形介质4时，镁合金管材胚料3会朝向槽位20内大于最小直径的内壁上靠近，此时镁合金波纹管30初步形成，可进行多次冲击成形。

本实施例中，模具2上设有排气孔21，排气孔21连通槽位20与外部，活塞6未挤压前，槽位20内没有填满，因此会有空气存在，将活塞6向下挤压时，多余的气体可以从排气孔21排出，使镁合金管材胚料3更好的贴合模具2内壁。

本实施例中，模具2包括缸盖5，缸盖5上设有活塞孔，活塞孔连通槽位20，活塞6嵌入在活塞孔内。将模具2、成形介质4放入加热缸1，镁合金管材胚料3放入模具2后，将缸盖5盖上，缸盖5与模具2对应，将缸盖5盖上，活塞6嵌入活塞孔后，模具2整体处于密封状态，将活塞6适当下压，将多余的空气从排气孔21排出，便于后续对镁合金管材胚料3冲压成形。

本实施例中，缸盖5上设有用于调节缸盖5高度的垫片10。可以通过调节垫片10的厚度，来限制活塞6冲头的行程。

本实施例中，模具2外周设有围挡22，围挡22与模具2外壁之间具有间隙，成形介质4位于围挡22与加热缸1的内壁之间。这样可以避免成形介质4堵住排气孔21，影响排气。

本实施例中，模具为两半对开结构，使用时，需要将模具合上使用，待成形完成需拆模时，将模具对半打开即可取出工件。

一种镁合金电磁冲击介质成形方法，包括电磁驱动系统，电磁驱动系统包括电容8、成形线圈9以及具有导电性的驱动板7，成形线圈9由固定匝数的线权组成，并通过电路、开关、电阻等与电容8电性连接，驱动板7位于成形线圈9与模具2之间，且驱动板7与成形线圈9正对布置，驱动板7连接有活塞6。

一种镁合金电磁冲击介质成形方法还包括以下步骤：

1)首先将加热缸1固定，将模具2放入加热缸1，并在模具2与加热缸1之间放入成形介质4；

2)模具2内设有槽位20，槽位20在模具2上端形成开口，将装有成形介质4的镁合金管材胚料3置于模具2内；

3)合上缸盖5，确保加热缸1处于密封状态；缸盖5上设有活塞孔，活塞孔与槽位20相连通，活塞6嵌入在活塞孔内，适当下压活塞6，将介质池中的空气排出，且使活塞6的端部抵接镁合金管材胚料3内的成形介质4；

4)关闭开关，连接充电电路，为电容8充入指定电压，达到预设电压后，断开充电电路，连接放电电路，电容8通过放电电路为成形线圈9充电，成形线圈9充电后会产生电磁场，由于驱动板7是具有导电性的(比如铜板)，在电磁场的作用下会产生电流，电流在磁场的作用下会产生洛伦兹力，洛伦兹力作为驱动力驱动驱动板7向远离成形线圈9的方向移动，也就是朝向模具2的方向移动，由此带动活塞6沿着活塞孔的方向朝向镁合金管材胚料3的方向冲击成形介质4，成形介质4将该力转化成成形力，传递给镁合金管材胚料3，将镁合金管材胚料3朝向槽位20内壁的方向靠近，产生不可逆的塑性变形。

模具2上设有多个排气孔21，排气孔21连通槽位20与外部，活塞6冲压过程中，多余的成形介质4会从槽位20的开口排出，镁合金管材胚料3和模具2中的空气会沿着排气孔21排出，重复放电过程，多次冲击成形，确保待成形零件达到标准。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种镁合金电磁冲击介质成形装置，其特征在于，包括加热保温系统、电磁驱动系统、模具、镁合金管材胚料、活塞，所述加热保温系统包括加热缸，所述模具置于所述加热缸内，所述镁合金管材胚料置于所述模具内，所述加热缸内、所述镁合金管材胚料内均装有成形介质；

所述电磁驱动系统包括电容、成形线圈以及具有导电性的驱动板，所述成形线圈与所述电容电性连接，所述驱动板位于所述成形线圈与所述模具之间且与所述成形线圈正对布置，所述活塞的一端连接所述驱动板，所述活塞的另一端抵接所述镁合金管材胚料内的成形介质；所述成形线圈充电后产生磁场，驱动所述驱动板朝向所述模具的方向移动，带动所述活塞冲击所述镁合金管材胚料内的成形介质。

2.根据权利要求1所述的一种镁合金电磁冲击介质成形装置，其特征在于，所述模具内设有用于放置所述镁合金管材胚料的槽位，所述槽位的形状为待成形零件的形状相对应，所述镁合金管材胚料的直径与所述槽位的最小内径相适配。

3.根据权利要求2所述的一种镁合金电磁冲击介质成形装置，其特征在于，所述模具上设有排气孔，所述排气孔连通所述槽位与外部。

4.根据权利要求2所述的一种镁合金电磁冲击介质成形装置，其特征在于，所述模具包括缸盖，所述缸盖上设有活塞孔，所述活塞孔连通所述槽位，所述活塞嵌入在所述活塞孔内。

5.根据权利要求4所述的一种镁合金电磁冲击介质成形装置，其特征在于，所述缸盖上设有用于调节缸盖高度的垫片。

6.根据权利要求1所述的一种镁合金电磁冲击介质成形装置，其特征在于，所述模具外周设有围挡，所述围挡与所述模具外壁之间具有间隙，所述成形介质位于所述围挡与所述加热缸的内壁之间。

7.根据权利要求1所述的一种镁合金电磁冲击介质成形装置，其特征在于，所述模具为两半对开结构。

8.一种镁合金电磁冲击介质成形方法，包括上述权利要求1-6任一项所述的镁合金电磁冲击介质成形装置，其特征在于，包括电磁驱动系统，所述电磁驱动系统包括电容、成形线圈以及具有导电性的驱动板，所述成形线圈与所述电容电性连接，所述驱动板与所述成形线圈正对布置；还包括以下步骤：

1)将模具放入加热缸，并在模具与加热缸之间放入成形介质，将装有成形介质的镁合金管材胚料置于模具内；

2)通过加热缸对成形介质加热；

3)连接充电电路，对电容充入指定电压，达到指定电压后，断开充电电路，连接放电电路，电容通过放电电路对成形线圈充电，成形线圈充电后产生电磁场，成形线圈与模具之间设有具有导电性的驱动板，驱动板连接有活塞，活塞的端部抵接镁合金管材胚料内的成形介质，驱动板在电磁场的作用下沿远离成形线圈的方向移动，从而带动活塞挤压镁合金管材胚料内的成形介质。

9.根据权利要求8所述的一种镁合金电磁冲击介质成形方法，其特征在于，所述模具包括缸盖，所述缸盖上设有活塞孔，所述活塞孔连通所述槽位，所述活塞嵌入在所述活塞孔内；在步骤3)前，将活塞朝所述镁合金管材胚料的方向适当挤压，将所述模具内多余的空气排出。