一种改善电磁成形工件贴模性的装置及方法与流程

本发明属于金属成形制造领域，特别涉及一种改善电磁成形工件贴模性的装置及方法。

背景技术：

轻量化是航天、航空、汽车等工业制造领域节能减排的重要手段和技术途径，实现轻量化的主要途径之一是采用高性能的轻质合金材料，如铝合金、镁合金等。但传统的成形工艺对成形轻质合金存在瓶颈，由于轻质合金材料在室温下成形性能较差，难以工业制造要求。而电磁成形是解决轻质合金成形困难的最有潜力的技术手段之一。电磁成形时一种高速率的脉冲成形技术，其成形过程中的高应变率能有效的改善金属材料的成形性能，增大成形极限，减小回弹并抑制起皱，因而有望广泛应用于轻质合金的加工制造。

电磁成形主要针对金属管件和板件进行加工，本发明提出的技术方案主要针对轻质合金板的加工。现有技术主要是采取冲压成形，如专利cn101018626，提供了一种金属板冲压成形装置及冲压成形方法，相比于温锻可以进一步提高冲压成形的成形极限，而且不产生断裂。又如专利cn101370603a，提供了一种能够控制冲压加工中的模具应变、精度高，而且应用性好的冲压成形装置及冲压成形方法。

现有电磁成形技术中，驱动线圈一旦绕制，则结构大小基本确定；同时，由于电磁成形过程中，驱动线圈内部受到很大的电磁力，为防止线圈出现内应力破坏，线圈结构基本以对称结构为主，否则容易出现内应力集中，形成结构上的局部薄弱点，影响线圈寿命。基于这些因素，在电磁成形过程中，会出现局部区域内线圈与工件之间距离较远的现象，从而导致工件在局部区域内受到的电磁力不足，贴模性较差，进而影响到最终的成形精度。另外，在现有的电磁成形技术中，一个线圈结构通常只能与一种工件相对应，当更换模具或者对其他形状工件进行加工时，必须重新绕制线圈，而电磁成形驱动线圈的绕制工艺比较复杂，绕制过程中使用的加固纤维、环氧树脂等原材料价格十分昂贵，频繁更换线圈所带来的成本也十分昂贵。

技术实现要素：

为解决电磁成形过程中工件局部区域难以贴模的问题，本发明提出了一种改善电磁成形工件贴模性的装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种改善电磁成形工件贴模性的装置，它包括电容器电源模块，所述电容器电源模块与驱动线圈相连，所述驱动线圈固定在滑块上，并设置在半球型模具的正上方，所述半球型模具的顶部通过压边圈固定有金属板件；所述驱动线圈包含多匝多层；所述驱动线圈上安装有集磁器模块。

所述集磁器模块包括螺线管线圈集磁器，所述螺线管线圈集磁器安装在驱动线圈外部径向，用于改变径向电磁力分布。

所述集磁器模块还包括平板线圈集磁器装置，所述平板线圈集磁器装置安装在驱动线圈底部，用于改变轴向电磁力分布。

所述螺线管线圈集磁器内表面长度与线圈长度相等，内径比线圈外径略大，外表面为倾斜的曲面，与半球型模具的内侧壁相贴合。

所述平板线圈集磁器装置的上表面靠近驱动线圈的底部，外半径与驱动线圈外半径一致，下表面靠近工件表面。

采用任意一项所述成形装置的成形方法，将待成形的工件经电磁成形后，根据模具的要求，径向出现难以贴模区域，通过在驱动线圈外部径向增加一个螺线管线圈集磁器装置，把能量传送到靠近侧壁工件的区域，改变径向难以贴模区域内的电磁力分布，实现工件侧壁无缝贴模。

工件在轴向远端区域内，出现贴模误差较大，通过在驱动线圈轴向底部增加一个平板线圈集磁器装置，把能量转移到靠近工件底部区域内，改变工件底部难以贴模区域内的电磁力分布，实现工件底部无缝贴模。

在同一个多匝线圈的轴向和径向同时加入集磁器装置，实现了不同区域内的同时加载。

对于某些强度较高的难成形材料，驱动线圈单次放电后，金属板件产生的变形幅度不大，难以贴模，但此时驱动线圈和金属板件之间的距离已经增大，下一次放电无法产生足以驱动工件变形的电磁力。此时可先后加入多个尺寸不同的集磁器，每成形一次工件，即更换一个更匹配工件当前形状的集磁器，再进行下一次放电，通过多次放电实现工件的逐步贴模。

在更换模具后，在不更换线圈的情况下，可通过更换集磁器来实现不同工件的贴模。

本发明有如下有益效果：

1、本发明在驱动线圈外部径向上增加一个螺线管线圈集磁器装置，其主要的功能是，在不必更换线圈，也不必改变线圈结构的情况下，通过螺线管线圈集磁器装置把驱动线圈的能量传递到更加接近金属工件径向难以贴模的区域内，改变径向难以贴模区域内的电磁力分布，工件径向所受的电磁力增加，使工件侧壁向模具贴近，贴模精度提高。

2、同时在驱动线圈轴向底部增加一个平板线圈集磁器装置，其主要功能是，通过平板线圈集磁器装置把能量传递到工件底部难以贴模的区域内，改变轴向难以贴模区域内的电磁力分布，工件底部所受的电磁力增加，使工件底部向模具贴近，贴模精度提高。

3、本发明还提供了一种螺线管线圈集磁器的结构，其结构主要根据驱动线圈和半球型模具的结构参数设计，与工件的形状相匹配，能有效提高成形的精度。另外，在不更换驱动线圈的情况下，通过更换不同的集磁器装置来实现对不同工件的成形，提高其难以贴模区域内的成形精度。

4、本发明在不更换的情况下，通过更换不同的集磁器装置来实现对不同工件的成形，极大的增加了装置的灵活性，并且由于集磁器结构简单，加工工期短，材料为一般常见的铜，价格相对低廉，相对于更换线圈，更换集磁器更加灵活，成本也更低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1一种改善电磁成形工件贴模性的装置截面示意图。

图2（a）半球型模具下装置改善前放电前的初始状态截面示意图。

图2（b）半球型模具下装置改善前工件的最终成形截面示意图。

图3（a）半球型模具下装置径向改善后成形过程中的成形截面示意图。

图3（b）半球型模具下装置径向改善后工件的最终成形截面示意图。

图4（a）半球型模具下装置轴向改善后成形过程中的成形截面示意图。

图4（b）半球型模具下装置轴向改善后工件的最终成形截面示意图。

图5（a）装置中螺线管线圈集磁器的几何结构示意图。

图5（b）装置中平板线圈集磁器的几何结构示意图。

具体实施方式

本发明所述的一种改善电磁成形工件贴模性的方法及装置，为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，结合附图，对本发明进行详细说明。特别指出，此处所描述的具体实例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

改善前电磁成形装置具体实施方案如下：

模具采取半球型，如图2（a）所示，铝合金板件5放置于半球型模具6的正上方，被压边圈4固定，驱动线圈2被固定于滑块1，驱动线圈2与电容器电源模块7相连，驱动线圈2、半球型模具6及铝合金板5的中心同轴。

图2（a）为整个装置放电前的初始状态，电容器电源模块7内开关闭合，电容器放电，驱动线圈2周围产生脉冲磁场，铝合金板件5产生感应涡流，铝合金板件5受轴向向下的电磁力作用发生形变。第一次放电完成后，滑块1带动驱动线圈2下移至半球型模具6腔内，驱动线圈2靠近第一次变形后的铝合金板件5，继续进行第二次放电，第二次放电过程中，铝合金板件5继续在电磁力作用下产生形变。上述步骤重复多次直至最终成形。最终的成形如图2（b）所示。图2（b）中工件径向区域内出现了间隙10，工件底部区域内也出现了间隙11。

径向改善后电磁成形装置具体实施方案如下：

为有效的解决间隙10，采取如图3所示的装置，驱动线圈2外部径向上增加一个特殊的螺线管线圈集磁器3，螺线管线圈集磁器3被固定于驱动线圈2。

装置的第一次放电与图2（a）所述一致；第一次放电完成后，向下移动滑块1至模具6形腔，螺线管线圈集磁器3靠近铝合金板件5侧壁位置，如图3（a）所示，继续进行第二次放电，第二次放电过程中，铝合金板5轴向继续在电磁力作用下产生向下的形变，在半球型模具6的侧壁，由于螺线管线圈集磁器3的作用，螺线管线圈集磁器3的内表面13会在放电过程中感应涡流，涡流由螺线管线圈集磁器3的内表面13经狭缝9流向外表面12，此时螺线管线圈集磁器3的外表面12与铝合金板件5的间距较小，铝合金板件5受到电磁力增加，铝合金板件5向半球型模具6的侧壁方向形变。

继续轴向移动滑块1，重复上述步骤，直至铝合金板件5侧壁完成贴模，如图3（b）所示。

轴向底部改善后电磁成形装置具体实施方案如下：

为有效解决间隙11，采取图4（a）所示的装置，在图3所示的装置中，在驱动线圈2底部增加一个平板线圈集磁器装置8，平板线圈集磁器装置8固定于驱动线圈2。

装置之前的工作流程与图3（a）所述一致，多次放电完成后，装置改装成图4（a）所示，继续进行放电，驱动线圈2周围产生脉冲磁场，平板线圈集磁器8上表面16会感应涡流，涡流由平板线圈集磁器8上表面经狭缝15流向下表面14，此时面积较小的下表面靠近工件底部，铝合金板件5底部受到的电磁力增加，铝合金板件5向半球型模具6底部形变，工件完成贴模，如图4（b）所示。

螺线管线圈集磁器3的几何结构如图5（a）所示，内表面长度与线圈长度相等，内径比线圈外径略大，外表面为倾斜的曲面，靠近侧壁工件。平板线圈集磁器8几何结构如图5（b）所示。

本发明的工作过程和工作原理：

为解决电磁成形过程中工件局部区域难以贴模的问题，本发明提出了一种改善电磁成形工件贴模性的装置及方法。本发明在驱动线圈外部径向上增加一个螺线管线圈集磁器装置，其主要的功能是，在不必更换线圈，也不必改变线圈结构的情况下，通过螺线管线圈集磁器装置把驱动线圈的能量传递到更加接近金属工件径向难以贴模的区域内，改变径向难以贴模区域内的电磁力分布，工件径向所受的电磁力增加，使工件侧壁向模具贴近，贴模精度提高；同时在驱动线圈轴向底部增加一个平板线圈集磁器装置，其主要功能是，通过平板线圈集磁器装置把能量传递到工件底部难以贴模的区域内，改变轴向难以贴模区域内的电磁力分布，工件底部所受的电磁力增加，使工件底部向模具贴近，贴模精度提高。本发明还提供了一种螺线管线圈集磁器的结构，其结构主要根据驱动线圈和半球型模具的结构参数设计，与工件的形状相匹配，能有效提高成形的精度。另外，在不更换驱动线圈的情况下，通过更换不同的集磁器装置来实现对不同工件的成形，提高其难以贴模区域内的成形精度。

通过上述的说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改都在本发明的保护范围之内。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。