一种径向‑轴向电磁力分时加载的管件电磁翻边装置及方法与流程

本发明属于金属成形制造领域，特别涉及一种径向-轴向电磁力分时加载的管件电磁翻边装置及方法，主要用于金属管件的翻边加工。

背景技术：

轻量化是航空航天、汽车工业等领域实现节能减排的重要技术手段。而实现轻量化的主要途径是采用轻质合金材料，高性能铝合金、钛合金、镁合金成为现代航空航天、汽车工业等实现轻量化的首选材料；电磁成形是一种高速率脉冲成形技术，能大幅改善金属材料成形性能，是解决轻质合金成形困难的有效手段之一。

现有管件电磁翻边过程中，仅依靠位于工件内侧的驱动线圈提供径向电磁力，成形所需的放电电压高，且贴膜性很难得到保障。

电磁翻边是电磁成形技术的一种，目前通过驱动线圈提供的径向电磁力，贴膜性差。中国专利“一种合金管件电磁胀形与翻边同步成形装置及方法（cn104874664a）”公开了一种合金管件电磁胀形与翻边同步成形装置及方法，实现了胀形与翻边同步成形，减少工件回弹，降低模具制造难度。然后这一方法中螺线管线圈仅提供径向电磁力，翻边的贴膜性较差。

技术实现要素：

为此，为有效解决目前管件电磁翻边贴膜性差的问题，本发明提供一种径向-轴向电磁力分时加载的管件电磁翻边装置及方法，采用径向-轴向电磁力分时加载的管件电磁翻边，通过分步分时加载，能有效提高翻边工件的贴膜性；采用“将轴向电磁力加载线圈与续流二极管反向串联，然后与径向电磁力加载线圈并联”，可简单有效地实现分时加载径向电磁力与轴向电磁力，装置操作简单，成本低。

本发明采取的技术方案为：

一种径向-轴向电磁力分时加载的管件电磁翻边装置，包括：

径向电磁力加载线圈，为初始轮廓的翻边工件提供径向电磁力；

轴向电磁力加载线圈，为径向电磁力加载后的翻边工件提供轴向电磁力；

模具；

与轴向电磁力加载线圈反向串联的续流二极管；

电容电源，为径向电磁力加载线圈和轴向电磁力加载线圈提供能量。

翻边工件置于模具内部，径向电磁力加载线圈置于翻边工件内部，轴向电磁力加载线圈置于翻边工件的外侧，翻边工件、模具、径向电磁力加载线圈、轴向电磁力加载线圈轴线重合；

轴向电磁力加载线圈与续流二极管反向串联，然后与径向电磁力加载线圈并联，电容电源通过放电开关为连接好的线圈供电。

所述轴向电磁力加载线圈为空心圆柱形，或者为空心圆柱减掉圆锥后的几何体。

所述径向电磁力加载线圈的高度等于翻边工件的翻边高度。

所述轴向电磁力加载线圈的内外直径之差等于翻边工件的翻边高度。

所述轴向电磁力加载线圈的内直径较翻边工件的外直径，大两倍翻边工件的厚度。

本发明一种径向-轴向电磁力分时加载的管件电磁翻边装置及方法，优点在于：

1．本发明实现了径向-轴向电磁力分时加载的管件电磁翻边，较传统翻边而言，电磁成形成形速度快，可提升材料成形极限。

2．本发明采用径向-轴向电磁力分时加载的管件电磁翻边，较现有电磁翻边而言，通过分步分时加载，能有效提高翻边工件的贴膜性。

3.本发明采用“将轴向电磁力加载线圈与续流二极管反向串联，然后与径向电磁力加载线圈并联”，可简单有效地实现分时加载径向电磁力与轴向电磁力，装置操作简单，成本低。

附图说明

图1为径向-轴向电磁力分时加载的管件电磁翻边装置组装示意图。

图1（a）为径向-轴向电磁力分时加载的管件电磁翻边装置组装示意图；

图1（b）为径向-轴向电磁力分时加载的管件电磁翻边装置组装剖面示意图。

图2为采用空心圆柱减掉圆锥几何体的轴向电磁力加载线圈的径向-轴向电磁力分时加载的管件电磁翻边装置组装示意图；

图2（a）为采用空心圆柱减掉圆锥几何体的轴向电磁力加载线圈的径向-轴向电磁力分时加载的管件电磁翻边装置组装示意图；

图2（b）为采用空心圆柱减掉圆锥几何体的轴向电磁力加载线圈的径向-轴向电磁力分时加载的管件电磁翻边装置组装剖面示意图。

图3为径向-轴向电磁力分时加载的管件电磁翻边方法电路接线及脉冲电流示意图。

图3（a）为径向-轴向电磁力分时加载的管件电磁翻边方法电路接线示意图；

图3（b）径向-轴向电磁力分时加载的管件电磁翻边方法脉冲电流示意图。

图4为不同阶段的翻边工件及其电磁力分布示意图；

图4（a）为初始轮廓的翻边工件及其受到的径向电磁力示意图，

图4（b）为径向电磁力加载后的翻边工件及其受到的轴向电磁力示意图，

图4（c）为轴向电磁力加载后的翻边工件示意图。

其中：1.径向电磁力加载线圈；2.轴向电磁力加载线圈；3.翻边工件；31.初始轮廓的翻边工件；32.径向电磁力加载后的翻边工件；33.轴向电磁力加载后的翻边工件；4.模具；5.续流二极管；6.电容电源；7.脉冲电流；71.径向电磁力加载线圈的脉冲电流；72.轴向电磁力加载线圈的脉冲电流；8.电磁力；81.径向电磁力；82.轴向电磁力。

具体实施方式

一种径向-轴向电磁力分时加载的管件电磁翻边装置，包括：

径向电磁力加载线圈1，为初始轮廓的翻边工件31提供径向电磁力；

轴向电磁力加载线圈2，为径向电磁力加载后的翻边工件32提供轴向电磁力；

模具4；

与轴向电磁力加载线圈2反向串联的续流二极管5；

电容电源6，为径向电磁力加载线圈1和轴向电磁力加载线圈2提供能量。

翻边工件置于模具4内部，径向电磁力加载线圈1置于翻边工件内部，轴向电磁力加载线圈2置于翻边工件的外侧，翻边工件、模具4、径向电磁力加载线圈1、轴向电磁力加载线圈2轴线重合；

轴向电磁力加载线圈2与续流二极管5反向串联，然后与径向电磁力加载线圈1并联，电容电源6通过放电开关为连接好的线圈供电。这样做可以实现分时加载，即闭合放电开关，电容电源6首先对径向电磁力加载线圈1放电；当电容电源电压为0时，续流二极管自动导通，此时才为轴向电磁力加载线圈2供电。

所述轴向电磁力加载线圈2为空心圆柱形，或者为空心圆柱减掉圆锥后的几何体。轴向电磁力加载线圈2为空心圆柱形，简单易行；为空心圆柱减掉圆锥后的几何体则是配合工件变形的形状，使工件与线圈之间的间距更小，达到耦合效率更高的目的。

径向电磁力加载线圈1的高度等于翻边工件的翻边高度，可使径向电磁力产生效率高。

轴向电磁力加载线圈2的内外直径之差等于翻边工件的翻边高度，可使轴向电磁力产生效率高。

轴向电磁力加载线圈2的内直径较翻边工件的外直径大两倍翻边工件的厚度，是为了防止变形过程中发生几何干涉。

一种径向-轴向电磁力分时加载的管件电磁翻边方法，包括以下步骤：

第一，将翻边工件置于模具4内部，并使需要翻边的一侧较模具端部高出翻边工件的翻边高度，将径向电磁力加载线圈1置于翻边工件内部，并保证其上表面与翻边工件的端部齐平，将轴向电磁力加载线圈2置于翻边工件的外侧，并使轴向电磁力加载线圈2的底部内半径与翻边工件的端部共面，翻边工件、模具4、径向电磁力加载线圈1及轴向电磁力加载线圈2轴线重合；

第二，将轴向电磁力加载线圈2与续流二极管5反向串联，然后与径向电磁力加载线圈1并联，电容电源6通过放电开关为连接好的线圈供电；

第三，闭合放电开关，电容电源6首先对径向电磁力加载线圈1放电，产生径向电磁力加载线圈1的脉冲电流，脉冲电流在初始轮廓的翻边工件中产生感应涡流，脉冲电流与感应涡流相互作用，产生径向电磁力驱动翻边工件加速并变形，初始轮廓的翻边工件变形为径向电磁力加载后的翻边工件；

第四，当电容电源6电压为0时，续流二极管5自动导通，产生轴向电磁力加载线圈的脉冲电流，脉冲电流在径向电磁力加载后的翻边工件中产生感应涡流，脉冲电流与感应涡流相互作用产生轴向电磁力驱动翻边工件加速并变形，径向电磁力加载后的翻边工件变形为轴向电磁力加载后的翻边工件，完成翻边加工。

径向电磁力加载线圈1的脉冲电流有效加载时间为第一个半波，从0到t1时刻；轴向电磁力加载线圈2的脉冲电流有效加载时间为第二个半波，从t1到t2时刻。实现加载的分时，开始状态的工件需要加载径向电磁力，故径向电磁力加载线圈1的脉冲电流有效加载时间为第一个半波，从0到t1时刻；轴向电磁力加载后的翻边工件需要加载轴向电磁力，故轴向电磁力加载线圈2的脉冲电流有效加载时间为第二个半波，从t1到t2时刻。

径向电磁力，使翻边工件由初始轮廓变形为径向电磁力加载后的翻边工件轮廓；轴向电磁力，使翻边工件由径向电磁力加载后的翻边工件轮廓变形为轴向电磁力加载后的翻边工件轮廓。工件翻边可分解为径向扩径及轴向变形两个过程，所以本发明采用分时加载径向电磁力和轴向电磁力实现可有效提高翻边效率。故采用径向电磁力使翻边工件由初始轮廓变形为径向电磁力加载后的翻边工件轮廓；采用轴向电磁力使翻边工件由径向电磁力加载后的翻边工件轮廓变形为轴向电磁力加载后的翻边工件轮廓。

实施例1：

如图1所示采用空心圆柱形径向电磁力加载线圈，具体步骤包括：步骤一，按照图1所示，将翻边工件置于模具内部，并使需要翻边的一侧较模具端部高出翻边工件的翻边高度，将径向电磁力加载线圈置于翻边工件内部，并保证其上表面与翻边工件的端部齐平，将轴向电磁力加载线圈置于翻边工件的外侧，并使轴向电磁力加载线圈的底部内半径与翻边工件的端部共面，翻边工件、模具、径向电磁力加载线圈及轴向电磁力加载线圈轴线重合；第二，如图3（a）所示，将轴向电磁力加载线圈与续流二极管反向串联，然后与径向电磁力加载线圈并联，电容电源通过放电开关为连接好的线圈供电；第三，闭合放电开关，电容电源首先对径向电磁力加载线圈放电，产生径向电磁力加载线圈的脉冲电流（图3（b）），脉冲电流在初始轮廓的翻边工件中产生感应涡流，脉冲电流与感应涡流相互作用产生径向电磁力驱动翻边工件加速并变形，初始轮廓的翻边工件变形为径向电磁力加载后的翻边工件，如图4（b）所示；第四，当电容电源电压为0时，续流二极管自动导通，产生轴向电磁力加载线圈的脉冲电流，如图3（b）所示，脉冲电流在径向电磁力加载后的翻边工件中产生感应涡流，脉冲电流与感应涡流相互作用产生轴向电磁力驱动翻边工件加速并变形，径向电磁力加载后的翻边工件变形为轴向电磁力加载后的翻边工件，如图4（c）所示，完成翻边加工。

实施例2：

如图2所示采用空心圆柱减掉圆锥几何体的轴向电磁力加载线圈，具体步骤包括：步骤一，按照图2所示，将翻边工件置于模具内部，并使需要翻边的一侧较模具端部高出翻边工件的翻边高度，将径向电磁力加载线圈置于翻边工件内部，并保证其上表面与翻边工件的端部齐平，将空心圆柱减掉圆锥几何体的轴向电磁力加载线圈置于翻边工件的外侧，并使空心圆柱减掉圆锥几何体的轴向电磁力加载线圈的底部内半径与翻边工件的端部共面，翻边工件、模具、径向电磁力加载线圈及轴向电磁力加载线圈轴线重合；第二，如图3（a）所示，将空心圆柱减掉圆锥几何体的轴向电磁力加载线圈与续流二极管反向串联，然后与径向电磁力加载线圈并联，电容电源通过放电开关为连接好的线圈供电；第三，闭合放电开关，电容电源首先对径向电磁力加载线圈放电，产生径向电磁力加载线圈的脉冲电流，如图3（b）所示，脉冲电流在初始轮廓的翻边工件中产生感应涡流，脉冲电流与感应涡流相互作用产生径向电磁力驱动翻边工件加速并变形，初始轮廓的翻边工件变形为径向电磁力加载后的翻边工件，如图4（b）所示；第四，当电容电源电压为0时，续流二极管自动导通，产生轴向电磁力加载线圈的脉冲电流，如图3（b）所示，脉冲电流在径向电磁力加载后的翻边工件中产生感应涡流，脉冲电流与感应涡流相互作用产生轴向电磁力驱动翻边工件加速并变形，径向电磁力加载后的翻边工件变形为轴向电磁力加载后的翻边工件，如图4（c）所示，完成翻边加工。