本发明涉及一种变截面金属管材电磁胀形装置及方法。
背景技术：
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液压胀形技术制造中空薄壁管零件具有工序少、成本低、重量轻、强度和刚度好等优点，我国船舶舰艇、航空航天、汽车制造的迅猛发展，用于焊接变径管结构件的需求越来越多，在各种制造业中逐渐得到了广泛应用。但采用常规液压成形技术生产汽车机架、发动机架等轴向尺寸大的异形截面中空件时，由于摩擦阻力大再加上模具几何结构的阻碍导致轴向补料困难，容易引起管件过度减薄而破裂或填充性不好等缺陷。
电磁脉冲成形技术能提高材料成形极限,并且具有易于精确控制,成形速度快,成形工件精度高的特点。电磁成形技术主要应用于航空航天、船舶舰艇、武器装备和汽车制造等领域，具体在管材的塑性加工，尤其是胀管工艺上应用较多，所以，电磁成形在变径管的塑性成形上具有极大优势。
传统的电磁成形过程一般是利用线圈对金属管材产生电磁排斥力进行成形，如中国专利公开号为cn103406418a的文献介绍的管材电磁成形装置成形时在线圈中通过电流，工件受磁场作用产生涡流，线圈与工件之间由于电磁场作用产生排斥力推动工件向模具运动使工件贴紧模具，以此成形工件。现有的金属管件电磁成形方法存在的主要问题有：（1）电磁成形中电容最大容量有限，仅适用于导电性能好、机械强度较低的金属(如铜、铝合金)，且金属管件的管壁厚度一般小于3mm；（2）线圈与管件位置相对固定，管件胀形或缩径时，为了产生相应的电磁力，需要改变线圈与工件间的相对位置；（3）管件胀形要将线圈置于管材内部，用于产生电磁斥力，达到金属管件胀形目的。这种方法只能成形有一定直径的管材，当金属管材直径较小时，采用线圈结构来成形就比较困难，且线圈制作成本较高。
技术实现要素：
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本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种变截面金属管材电磁胀形装置及方法，结构简单、合理，直接对金属管材施加电流，可实现金属管材在任意位置处的截面变径，解决高机械强度、低导电率和壁厚大的变截面金属管材成形。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种变截面金属管材电磁胀形装置，包括待成形金属管材和电源系统，所述待成形金属管材的左、右两端分别套设有一套筒，所述套筒内部设置有一凸台，所述凸台的一端伸入待成形金属管材的内部并安装有感应棒；所述电源系统通过导线分别与待成形金属管材两端的套筒连接。
进一步的，所述套筒为金属材料，套筒的一端具有用以套设在待成形金属管材外侧的第一盲孔，套筒的另一端具有第二盲孔，导线通过螺钉压紧在第二盲孔内部。
进一步的，所述凸台为绝缘材料，凸台成t形状，凸台的一端通过螺钉固联在第一盲孔的孔底，另一端开设有沿径向贯穿的并用以安装感应棒的通孔，所述通孔中放置绝缘垫片来固定感应棒。
进一步的，所述感应棒为高导电率材料，感应棒与待成形金属管材之间设有间隙。
进一步的，所述感应棒与待成形金属管材之间设有绝缘层。
进一步的，所述待成形金属管材为高导电率材料或低导电率材料。
进一步的，所述电源系统包括充电电源、变压器、整流硅堆、限流电阻、储能电容器以及闭合开关；所述充电电源、变压器、整流硅堆、限流电阻以及储能电容器形成充电回路；所述储能电容器、闭合开关、套筒、凸台、感应棒以及待成形金属管材形成放电回路。
本发明采用的另一种技术方案是：一种变截面金属管材的电磁胀形方法，具体步骤如下：
步骤1：储能电容器两端的导线通过螺钉分别压紧在待成形金属管材两端的套筒上，套筒内部的凸台伸入到待成形金属管材内部，凸台上的感应棒位于待成形金属管材的待变形地方；
步骤2：用充电电源对储能电容器进行充电，当达到待成形金属管材变形所需要的放电电压时，停止充电；
步骤3：关闭闭合开关，对待成形金属管材通以电流并产生脉冲电磁场，两端感应棒的表面均产生与待成形金属管材中电流方向相反的涡流，产生具有排斥作用的电磁斥力；
步骤4：当产生的的电磁斥力达到待成形金属管材的屈服强度时，驱使待成形金属管材的待变形地方发生胀形。
与现有技术相比，本发明具有以下效果：
（1）本发明与传统电磁成形相比，可实现金属管材任意位置处的截面变径，还具有结构简单，使用寿命长的优点；
（2）本发明直接对金属管材通电，可以通过电流来控制电磁力的大小，能成形有一定厚度的管材；此外，突破了传统电磁成形只能成形高导电率材料的局限，实现了对低导电率材料的成形；
（3）本发明采用套筒上开设盲孔，通过螺钉将导线压紧在套筒上，金属管材外表面与套筒内表面相接，实现导线与金属管材的连接，结构合理，使用方便。
附图说明：
图1是本发明实施例的构造示意图；
图2是套筒的主视构造示意图；
图3是套筒的左视构造示意图；
图4是凸台的主视构造示意图；
图5是凸台的左视构造示意图。
图中：
1-充电电源；2-变压器；3-整流硅堆；4-限流电阻；5-储能电容器；6-闭合开关；7-待成形金属管材；8-感应棒；9-成形后金属管材；10-套筒；101-第一盲孔；102-第二盲孔；11-凸台；111-通孔；ⅰ-充电回路；ⅱ放电回路。
具体实施方式:
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1-5所示，本发明一种变截面金属管材电磁胀形装置，包括待成形金属管材7和电源系统，所述待成形金属管材7的左、右两端分别套设有一套筒10，所述套筒10内部设置有一凸台11，所述凸台11的一端伸入待成形金属管材7的内部并安装有感应棒8，感应棒8位于待成形金属管材7的待变形地方；所述电源系统通过导线分别与待成形金属管材7两端的套筒10连接。使用时直接对待成形金属管材7通电，两端感应棒8的表面均产生与待成形金属管材7中电流方向相反的涡流，产生具有排斥作用的电磁斥力；当产生的的电磁斥力达到待成形金属管材7的屈服强度时，驱使待成形金属管材7的待变形地方发生胀形。
本实施例中，所述套筒10为金属材料，其形状由待成形金属管材7的形状决定。套筒10的一端具有用以套设在待成形金属管材7外侧的第一盲孔101，套筒10的另一端具有第二盲孔102，导线通过螺钉压紧在第二盲孔102内部。通过螺钉将导线压紧在套筒10上，待成形金属管材7外表面与套筒10内表面相接，实现导线与待成形金属管材的连接，结构合理，使用方便。
本实施例中，所述套筒10上第一盲孔101的孔径略大于待成形金属管材1的外径，通过橡胶圈将其压紧在待成形金属管材上。
本实施例中，所述凸台11为绝缘材料，凸台11成t形状，凸台11的一端通过螺钉固联在第一盲孔101的孔底，另一端开设有沿径向贯穿的并用以安装感应棒的通孔111，所述通孔111中放置绝缘垫片来固定感应棒8。凸台11伸入待成形金属管材7内部的长度不限，可伸至待成形金属管材7内部任意截面处，实现在待成形金属管材7内任意位置处的截面变径。
本实施例中，所述感应棒8为高导电率材料（例如铝或者铜之类的材料），感应棒8为圆柱状（在实际生产过程中，其形状不限于圆柱体、六面体或者不规则形状，根据待成形金属管材的类型选取）。
本实施例中，所述感应棒8与待成形金属管材7之间设有间隙，该间隙内设有绝缘层，感应棒8与待成形金属管材7之间在保证绝缘的情况下尽可能的靠近。
本实施例中，所述待成形金属管材7为高导电率材料（例如铝或者铜之类的材料），也可为低导电率材料（例如钢管材或者钛合金管材），使用时通过控制电流来控制电磁力的大小。所述待成形金属管材7的形状为空心圆柱（在实际生产过程中，待成形金属管材的形状不限于圆柱体、六面体或者不规则形状，根据工艺需求选择）。
本实施例中，所述电源系统包括充电电源1、变压器2、整流硅堆3、限流电阻4、储能电容器5以及闭合开关6；所述充电电源1、变压器2、整流硅堆3、限流电阻4以及储能电容器5形成充电回路ⅰ，充电过程为充电电压经过变压和整流后对储能容器充电；所述储能电容器5、闭合开关6、套筒10、凸台11、感应棒8以及待成形金属管材7形成放电回路。优选地，所述限流电阻4是用于限制充电回路电流大小，所述的闭合开关6用于控制放电回路电流的通断。
本发明采用的另一种技术方案是：一种变截面金属管材的电磁胀形方法，具体步骤如下：
步骤1：储能电容器5两端的导线通过螺钉分别压紧在待成形金属管材7两端的套筒10上，套筒10内部的凸台11伸入到待成形金属管7材内部，凸台11上的感应棒8位于待成形金属管材7的待变形地方；
步骤2：用充电电源1对储能电容器5进行充电，当达到待成形金属管材7变形所需要的放电电压时，停止充电；
步骤3：关闭闭合开关6，对待成形金属管材7通以电流并产生脉冲电磁场，两端感应棒8的表面均产生与待成形金属管材7中电流方向相反的涡流，产生具有排斥作用的电磁斥力；
步骤4：当产生的的电磁斥力达到待成形金属管材7的屈服强度时，驱使待成形金属管材7的待变形地方发生胀形，最终得到成形后金属管材9。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。