一種高效率板件電磁成形方法及裝置的制造方法
【專利摘要】一種高效率板件電磁成形方法及裝置，將待加工的金屬板件首尾相連組成多邊形導(dǎo)電回路；根據(jù)成形要求，在金屬板件變形側(cè)安裝相同或不同的模具；通過加載的脈沖電流，在多邊形導(dǎo)電回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流；脈沖電流與感應(yīng)電流之間的脈沖電磁力，驅(qū)動金屬板件加速并進(jìn)入模具，實(shí)現(xiàn)多個(gè)金屬板件的同時(shí)加工。本發(fā)明一種高效率板件電磁成形方法及裝置，將待加工的金屬板件首尾相連組成多邊形導(dǎo)電回路，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)金屬板件同時(shí)加工的功能，可大大提升電磁成形的利用率和效率。
【專利說明】
一種高效率板件電磁成形方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于金屬成形制造領(lǐng)域，特別涉及一種高效率板件電磁成形方法及裝置，主要用于金屬板件的成形加工。
【背景技術(shù)】
[0002]輕量化是航空航天、汽車工業(yè)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排的重要技術(shù)手段。而實(shí)現(xiàn)輕量化的主要途徑是采用輕質(zhì)合金材料，高性能鋁合金、鈦合金、鎂合金成為現(xiàn)代航空航天、汽車工業(yè)等實(shí)現(xiàn)輕量化的首選材料。然而，輕質(zhì)合金材料在室溫下成形塑性較低，局部拉延性差，容易產(chǎn)生裂紋，回彈較大，采用傳統(tǒng)加工工藝進(jìn)行加工效果并不理想。某航天用鋁質(zhì)方盒零件，采用拉深成形時(shí)，需要5次拉深，期間還需增加多次退火工藝以消除加工硬化;生產(chǎn)周期長、成本高，且成品率較低。電磁成形是一種高速率脈沖成形技術(shù)，能大幅改善金屬材料成形性能，是解決輕質(zhì)合金成形困難的有效手段之一。通過電容器電源對驅(qū)動線圈放電，在驅(qū)動線圈內(nèi)產(chǎn)生一強(qiáng)脈沖電流，同時(shí)在金屬板件(位于驅(qū)動線圈附近)中感應(yīng)渦流;線圈電流和工件渦流之間的相互電磁力，驅(qū)動金屬板件加速并發(fā)生塑性變形，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對工件的成形加工。整個(gè)電磁成形過程為毫秒級，電磁能瞬間釋放，工件成形速度一般超過300 m/
S。與傳統(tǒng)加工工藝相比，電磁成形具有兩大優(yōu)勢:一是高應(yīng)變率(13-1O5s-1)，可提高材料塑性變形能力，使材料成形極限提高5-10倍;二是非接觸施力，成形件表面質(zhì)量高，僅需要單模具，能減少變形過程中的應(yīng)力集中。
[0003]電磁成形按加工工件類型，主要分為板材電磁成形和管件電磁成形，現(xiàn)有板件電磁成形技術(shù)中，單次成形只能加工一個(gè)工件，加工效率低下?，F(xiàn)有的電磁成形專利，如專利“板材動圈電磁漸進(jìn)成形方法及其裝置(CN1821910)”，其采用小型驅(qū)動線圈在大型工件局部產(chǎn)生電磁力，再通過計(jì)算機(jī)控制驅(qū)動線圈運(yùn)動軌跡，可實(shí)現(xiàn)大型板材的電磁加工。這一專利的加工效率低，加工一個(gè)工件需要多次成形才能完成。專利“多級多向電磁成形方法及裝置(CN102248059A)”，通過多級多向電磁成形的方式加速工件，實(shí)現(xiàn)更長時(shí)間范圍和更大空間范圍內(nèi)的成形加工制造，有效提高工件的成形深度。這一專利實(shí)現(xiàn)的是加工程度的提升，只對單個(gè)工件實(shí)現(xiàn)加工。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了提高板件電磁成形的效率，本發(fā)明提供一種高效率板件電磁成形方法及裝置，將待加工的金屬板件首尾相連組成多邊形導(dǎo)電回路，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)金屬板件同時(shí)加工的功能，可大大提升電磁成形的利用率和效率。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種高效率板件電磁成形方法，將待加工的金屬板件通過導(dǎo)體觸頭裝置首尾相連組成多邊形導(dǎo)電回路；
根據(jù)成形要求，在金屬板件變形側(cè)安裝相同或不同的模具；
通過加載的脈沖電流，在多邊形導(dǎo)電回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流； 脈沖電流與感應(yīng)電流之間的脈沖電磁力，驅(qū)動金屬板件加速并進(jìn)入模具4，實(shí)現(xiàn)多個(gè)金屬板件的同時(shí)加工。
[0006]多邊形導(dǎo)電回路的邊數(shù)大于等于三。
[0007]多邊形導(dǎo)電回路是正多邊形或非正多邊形。相同金屬板件采用相同模具同時(shí)加工板件時(shí)，采用正多邊形;其他情況根據(jù)實(shí)際情況采用非正多邊形。
[0008]—種高效率板件電磁成形裝置，包括驅(qū)動線圈、金屬板件、導(dǎo)體觸頭裝置，相鄰金屬板件之間采用導(dǎo)體觸頭裝置連接，導(dǎo)體觸頭裝置包括導(dǎo)體觸頭與端部緊固環(huán)。
[0009]導(dǎo)體觸頭的數(shù)量等于多邊形導(dǎo)電回路的邊數(shù)，導(dǎo)體觸頭表面設(shè)有鍍銀層。將待加工的金屬板件首尾相連組成多邊形導(dǎo)電回路時(shí)，導(dǎo)體觸頭的數(shù)量剛好等于多邊形導(dǎo)電回路的邊數(shù)，同時(shí)為了使金屬板件與導(dǎo)體觸頭充分接觸，需在導(dǎo)體觸頭表面設(shè)鍍銀層。
[0010]端部緊固環(huán)為一多邊形環(huán);端部緊固環(huán)的邊數(shù)等于多邊形導(dǎo)電回路的邊數(shù);端部緊固環(huán)采用絕緣材料制成。端部緊固環(huán)的作用是使多邊形導(dǎo)電回路構(gòu)成一個(gè)整體，但又希望在其中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，故端部緊固環(huán)采用絕緣材料制成，如環(huán)氧板等。
[0011]驅(qū)動線圈與金屬板件之間設(shè)置有磁場變換裝置。
[0012]無磁場變換裝置時(shí)，驅(qū)動線圈為一與多邊形導(dǎo)電回路吻合的多邊形驅(qū)動線圈。為了使多邊形導(dǎo)電回路的感應(yīng)電流最大，在無磁場變換裝置時(shí)，驅(qū)動線圈應(yīng)為與多邊形導(dǎo)電回路吻合的多邊形驅(qū)動線圈。
[0013]有磁場變換裝置時(shí)，驅(qū)動線圈為一圓柱驅(qū)動線圈。有磁場變換裝置時(shí)，為簡單方便，將驅(qū)動線圈設(shè)置為一圓柱驅(qū)動線圈，同時(shí)使磁場變換裝置內(nèi)表面與驅(qū)動線圈吻合，外表面與多邊形導(dǎo)電回路吻合，達(dá)到最高效率的磁場傳遞效率。
[0014]磁場變換裝置包括一鍍銅或銀的開環(huán)不銹鋼、開環(huán)不銹鋼上設(shè)有Imm至2mm的氣隙。開環(huán)的目的是為了實(shí)現(xiàn)磁場變換，氣隙采用l_2mm是為了使其環(huán)向足夠的均勻。
[0015]磁場變換裝置內(nèi)側(cè)與驅(qū)動線圈表面一致，磁場變換裝置外側(cè)與金屬板件組成的多邊形導(dǎo)電回路表面一致。磁場變換裝置內(nèi)表面與驅(qū)動線圈吻合，外表面與多邊形導(dǎo)電回路吻合，達(dá)到最高效率的磁場傳遞效率。
[0016]與現(xiàn)有最好技術(shù)相比，本發(fā)明一種高效率板件電磁成形方法及裝置，的優(yōu)點(diǎn)在于:I)、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了多個(gè)金屬板件同時(shí)加工的功能，可大大提升電磁成形的利用率和效率。
[0017]2)、本發(fā)明中的驅(qū)動線圈，在引入磁場變換裝置之后，可實(shí)現(xiàn)通用性，即不同形式的金屬板件可采用同一個(gè)驅(qū)動線圈實(shí)現(xiàn)加工。
[0018]3)、本發(fā)明中的磁場變換裝置，采用鍍銅或銀的開環(huán)不銹鋼，可在保證其磁場傳遞效率的同時(shí)，大大提升其本身的機(jī)械強(qiáng)度。
【附圖說明】
[0019]圖1為相同四金屬板件采用相同模具同時(shí)加工的板件電磁成形裝置示意圖:
其中:圖1(a)為相同四金屬板件采用相同模具同時(shí)加工的板件電磁成形裝置爆炸示意圖。
[0020]圖1(b)為相同四金屬板件采用相同模具同時(shí)加工的板件電磁成形裝置裝配示意圖。
[0021]圖1(c)為相同四金屬板件采用相同模具同時(shí)加工的板件電磁成形裝置剖面示意圖。
[0022]圖1(d)為相同四金屬工件采用相同模具同時(shí)加工的板件組成的多邊形導(dǎo)電回路示意圖。
[0023]圖2為不同三金屬板件采用不同模具同時(shí)加工的板件電磁成形裝置示意圖:
其中:圖2(a)為不同三金屬板件采用不同模具同時(shí)加工的板件電磁成形裝置爆炸示意圖。
[0024]圖2(b)為不同三金屬板件采用不同模具同時(shí)加工的板件電磁成形裝置裝配示意圖。
[0025]圖2(c)為不同三金屬板件采用不同模具同時(shí)加工的板件電磁成形裝置剖面示意圖。
[0026]圖2(d)為不同三金屬工件采用不同模具同時(shí)加工的板件組成的多邊形導(dǎo)電回路示意圖。
[0027]圖3為相同六金屬板件采用不同模具同時(shí)加工的板件電磁成形裝置示意圖:
其中:圖3(a)為相同六金屬板件采用不同模具同時(shí)加工的板件電磁成形裝置爆炸示意圖。
[0028]圖3(b)為相同六金屬板件采用不同模具同時(shí)加工的板件電磁成形裝置裝配示意圖。
[0029]圖3(c)為相同六金屬板件采用不同模具同時(shí)加工的板件電磁成形裝置剖面示意圖。
[0030]圖3(d)為相同六金屬工件采用不同模具同時(shí)加工的板件組成的多邊形導(dǎo)電回路示意圖。
[0031 ]上述圖中:1-驅(qū)動線圈，2-金屬板件，3-導(dǎo)體觸頭裝置，31-導(dǎo)體觸頭，32-端部緊固環(huán)，4-模具，5-磁場變換裝置，51-氣隙，52-開環(huán)不銹鋼，6-多邊形導(dǎo)電回路。
【具體實(shí)施方式】
[0032]—種高效率板件電磁成形方法，將待加工的金屬板件首尾相連組成多邊形導(dǎo)電回路；
根據(jù)成形要求，在金屬板件變形側(cè)安裝相同或不同的模具；
通過加載的脈沖電流，在多邊形導(dǎo)電回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流；
脈沖電流與感應(yīng)電流之間的脈沖電磁力，驅(qū)動金屬板件加速變形、并進(jìn)入模具4，實(shí)現(xiàn)多個(gè)金屬板件的同時(shí)加工。
[0033]多邊形導(dǎo)電回路的邊數(shù)大于等于三。
[0034]多邊形導(dǎo)電回路是正多邊形或非正多邊形。
[0035]—種高效率板件電磁成形裝置，包括驅(qū)動線圈1、金屬板件2、導(dǎo)體觸頭裝置3，相鄰金屬板件2之間采用導(dǎo)體觸頭裝置3連接，導(dǎo)體觸頭裝置3包括導(dǎo)體觸頭31與端部緊固環(huán)32。
[0036]導(dǎo)體觸頭31的數(shù)量等于多邊形導(dǎo)電回路的邊數(shù)，導(dǎo)體觸頭31表面設(shè)有鍍銀層。
[0037]端部緊固環(huán)32為一多邊形環(huán);端部緊固環(huán)32的邊數(shù)等于多邊形導(dǎo)電回路的邊數(shù)；端部緊固環(huán)32采用絕緣材料制成。
[0038]驅(qū)動線圈I與金屬板件2之間設(shè)置有磁場變換裝置5。
[0039]無磁場變換裝置5時(shí)，驅(qū)動線圈I為一與多邊形導(dǎo)電回路吻合的多邊形驅(qū)動線圈；
有磁場變換裝置5時(shí)，驅(qū)動線圈I為一圓柱驅(qū)動線圈。
[0040]磁場變換裝置5包括一鍍銅或銀的開環(huán)不銹鋼52、開環(huán)不銹鋼52上設(shè)有Imm至2mm的氣隙51。
[0041]磁場變換裝置5內(nèi)側(cè)與驅(qū)動線圈I表面一致，磁場變換裝置5外側(cè)與金屬板件2組成的多邊形導(dǎo)電回路表面一致。
[0042]具體實(shí)施方案如下:
實(shí)施方案1，相同四金屬板件，采用相同模具同時(shí)加工的板件電磁成形:
根據(jù)需要加工的四個(gè)相同的金屬板件2，配置驅(qū)動線圈1、導(dǎo)體觸頭裝置3、模具4及磁場變換裝置5;驅(qū)動線圈I為圓柱形，導(dǎo)體觸頭31表面作鍍銀處理，端部緊固環(huán)32由環(huán)氧板制成，磁場變換裝置5由帶氣隙51的開環(huán)不銹鋼制成，且其表面作鍍銀處理。
[0043]根據(jù)圖1所示，將金屬板件2置于導(dǎo)體觸頭31，并通過端部緊固環(huán)32對其進(jìn)行固定；將驅(qū)動線圈I置于磁場變換裝置5內(nèi)側(cè);將磁場變化裝置5連同驅(qū)動線圈I置于金屬板件2組成的四邊形內(nèi)部;將模具4置于金屬板件2外側(cè)，并安裝固定。給驅(qū)動線圈I加載脈沖電流，通過磁場變換裝置5在金屬板件內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，脈沖電流與感應(yīng)電流之間的脈沖電磁力驅(qū)動金屬板件加速變形、并進(jìn)入模具，實(shí)現(xiàn)四個(gè)相同金屬板件的同時(shí)加工。
[0044]實(shí)施方案2，不同三金屬板件，采用不同模具同時(shí)加工的板件電磁成形:
根據(jù)需要加工的三個(gè)不同的金屬板件2，采用無磁場變換裝置5加工，配置驅(qū)動線圈1、導(dǎo)體觸頭裝置3及模具4;驅(qū)動線圈I為一與金屬板件2外形匹配的三角形線圈，導(dǎo)體觸頭31表面作鍍銀處理，端部緊固環(huán)32由環(huán)氧板制成。
[0045]根據(jù)圖2所示，將金屬板件2置于導(dǎo)體觸頭31，并通過端部緊固環(huán)32對其進(jìn)行固定；將驅(qū)動線圈I置于金屬板件2組成的三角形內(nèi)部;將模具4置于金屬板件2外側(cè)，并安裝固定。給驅(qū)動線圈I加載脈沖電流，在金屬板件內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，脈沖電流與感應(yīng)電流之間的脈沖電磁力驅(qū)動金屬板件加速變形、并進(jìn)入模具，實(shí)現(xiàn)三個(gè)不同金屬板件的同時(shí)加工。
[0046]實(shí)施方案3，相同六金屬板件，采用不同模具同時(shí)加工的板件電磁成形:
根據(jù)需要加工的六個(gè)相同的金屬板件2，采用不同的模具4實(shí)現(xiàn)同時(shí)加工，配置驅(qū)動線圈1、導(dǎo)體觸頭裝置3、模具4及磁場變換裝置5;驅(qū)動線圈I為圓柱形，導(dǎo)體觸頭31表面作鍍銀處理，端部緊固環(huán)32由環(huán)氧板制成，磁場變換裝置5由帶氣隙51的開環(huán)不銹鋼制成，且其表面作鍍銅處理。
[0047]根據(jù)圖3所示，將金屬板件2置于導(dǎo)體觸頭31，并通過端部緊固環(huán)32對其進(jìn)行固定；將驅(qū)動線圈I置于磁場變換裝置5內(nèi)側(cè);將磁場變化裝置5連同驅(qū)動線圈I置于金屬板件2組成的六邊形內(nèi)部;將模具4置于金屬板件2外側(cè)，并安裝固定。給驅(qū)動線圈I加載脈沖電流，通過磁場變換裝置5在金屬板件內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，脈沖電流與感應(yīng)電流之間的脈沖電磁力驅(qū)動金屬板件加速變形、并進(jìn)入模具，實(shí)現(xiàn)六個(gè)相同金屬板件的不同模具同時(shí)加工。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高效率板件電磁成形方法，其特征在于，將待加工的金屬板件(2)首尾相連組成多邊形導(dǎo)電回路;根據(jù)成形要求，在金屬板件(2)變形側(cè)安裝相同或不同的模具(4);通過加載的脈沖電流，在多邊形導(dǎo)電回路(6)中產(chǎn)生感應(yīng)電流;脈沖電流與感應(yīng)電流之間的脈沖電磁力，驅(qū)動金屬板件(2)加速并進(jìn)入模具(4)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)金屬板件(2)的同時(shí)加工。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高效率板件電磁成形方法，其特征在于，多邊形導(dǎo)電回路的邊數(shù)大于等于三。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高效率板件電磁成形方法，其特征在于，多邊形導(dǎo)電回路是正多邊形或非正多邊形。4.一種高效率板件電磁成形裝置，包括驅(qū)動線圈(1)、金屬板件(2)、導(dǎo)體觸頭裝置(3)，其特征在于:相鄰金屬板件(2)之間采用導(dǎo)體觸頭裝置(3)連接，導(dǎo)體觸頭裝置(3)包括導(dǎo)體觸頭(31)與2而部緊固環(huán)(32)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種高效率板件電磁成形裝置，其特征在于: 導(dǎo)體觸頭(31)的數(shù)量等于多邊形導(dǎo)電回路的邊數(shù)，導(dǎo)體觸頭(31)表面設(shè)有鍍銀層。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種高效率板件電磁成形裝置，其特征在于:端部緊固環(huán)(32)為一多邊形環(huán);端部緊固環(huán)(32)的邊數(shù)等于多邊形導(dǎo)電回路的邊數(shù);端部緊固環(huán)(32)采用絕緣材料制成。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種高效率板件電磁成形裝置，其特征在于: 驅(qū)動線圈(I)與金屬板件(2)之間設(shè)置有磁場變換裝置(5)。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種高效率板件電磁成形裝置，其特征在于:無磁場變換裝置(5)時(shí)，驅(qū)動線圈(I)為一與多邊形導(dǎo)電回路吻合的多邊形驅(qū)動線圈；有磁場變換裝置(5)時(shí)，驅(qū)動線圈(I)為一圓柱驅(qū)動線圈。9.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種高效率板件電磁成形裝置，其特征在于: 磁場變換裝置(5)包括一鍍銅或銀的開環(huán)不銹鋼(52)、開環(huán)不銹鋼(52)上設(shè)有Imm至2mm的氣隙(51)。10.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種高效率板件電磁成形裝置，其特征在于: 磁場變換裝置(5)內(nèi)側(cè)與驅(qū)動線圈(I)表面一致，磁場變換裝置(5)外側(cè)與金屬板件(2)組成的多邊形導(dǎo)電回路表面一致。
【文檔編號】B21D26/14GK105880348SQ201610377626
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】邱立, 肖遙, 鄧長征, 吳訓(xùn)松, 謝海龍, 曹新陽
【申請人】三峽大學(xué)