一种金属板材电磁成形装置及方法与流程

本发明涉及一种金属板材电磁成形装置及方法。

背景技术：

近年来，随着能源和环境问题的日渐突出，以铝合金、镁合金和钛合金为代表的轻合金材料的应用越来越广泛，轻合金材料早已成为与人类生活、生产和社会发展密不可分的重要材料。

轻合金板材的复杂成形一直以来都是金属材料加工成形领域的热门课题。常温下，轻合金板材的塑性较差，在进行复杂成形的过程中，轻合金板材易发生断裂。采用热成形工艺虽然能够显著地提升轻合金板材的成形性能，但是现有的热成形工艺的周期较长，成本较高，不适用于大规模量产。

电磁脉冲成形技术是利用脉冲电磁力对金属坯料进行塑性加工的一种高能率、高速率特种加工方法，由于惯性效应、高速率下材料本构关系以及电磁成形过程中的电塑性效应等因素使得金属材料的成形性能得到改善(成形极限提高、回弹小、抑制起皱等)，此外还具有单模具、无需传压介质等优点，进而被认为是实现铝合金、镁合金、钛合金等轻质材料加工的重要方法。因此，电磁成形已被用于多种金属板管类零件的加工成形。

传统电磁成形工作时，在线圈的周围产生强磁场，高导电率的板材在强磁场作用下产生感应电电流并产生涡流磁场，线圈产生的强磁场与板材产生的涡流磁场相互作用产生涡流力，板材在涡流力的作用下，经胀形、贴模等变形阶段使坯料与成型模具表面贴合，从而最终成型。这种采用线圈的成形方式，往往会存在以下几个问题：（1）线圈的制作和加工成本较高，工作时由于电流的热效应和电磁力会产生各种形式的破坏，影响其使用。（2）工件成形电磁力所需要的电流是由于电磁感应作用而在金属材料内部感生的涡流，对于低导电率材料感应涡流较小，现有的工艺无法提供这类材料变形所必须的电磁成形力。（3）实际工作中，线圈的接头处容易发生打火问题，有可能引起设备的损坏。

技术实现要素：

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金属板材电磁成形装置及方法，结构简单、合理，直接对金属板材施加电流，不仅能用于金属板材电磁排斥力的成形，还可用于金属板材电磁吸引力的成形。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种金属板材电磁成形装置，包括基板，所述基板的上表面中部设有从下往上依次叠置的感应块、定位模具以及待成形金属板材，所述待成形金属板材的形状与定位模具的形状相对应，待成形金属板材的两端分别搭接有导电接头，两端的导电接头之间连接有第一电源装置，每一导电接头的上表面均设置有一压板，所述压板与基板固定连接；所述感应块的两端之间连接有第二电源装置。

进一步的，所述定位模具的上表面中部设有用以在电磁吸引力的成形中与待成形金属板材相配合的凹部。

进一步的，所述压板的外侧端压在导电接头与待成形金属板材的重叠区域，内侧端下部设有用以在电磁排斥力的成形中与待成形金属板材相配合的倒圆角。

进一步的，所述导电接头上远离待成形金属板材的一端开设有一通孔；所述第一电源装置两端的导线分别通过螺栓和螺母连接到两端导电接头上的通孔内。

进一步的，所述导电接头由铜片制成。

进一步的，所述感应块的左、右两端分别开设有一盲孔，所述第二电源装置两端的导线分别通过螺钉压到盲孔中。

进一步的，所述感应块的材质为铜。

进一步的，所述基板与定位模具均由绝缘材料制成；所述待成形金属板材为高导电率或低导电率材料。

进一步的，所述基板的四角分别开设有第一安装孔；所述压板的前、后两端分别开设有与位于同侧的第一安装孔相对应的第二安装孔，压板与基板之间经由从下往上贯穿第一安装孔与第二安装孔的锁紧螺栓与锁紧螺母配合锁紧。

本发明采用的另一种技术方案是：一种金属板材电磁成形方法，具体步骤如下：

（1）在电磁排斥力的成形：第一电源装置对待成形金属板材直接放电，待成形金属板材通电并产生强磁场，感应块在强磁场作用下产生反向电流并产生涡流磁场，待成形金属板材产生的强磁场与感应块产生的涡流磁场相互作用产生相互排斥的电磁排斥力，待成形金属板材在电磁排斥力的作用下经过变形与压板的圆角贴合，实现成型；

（2）在电磁吸引力的成形：第一电源装置与第二电源装置分别对待成形金属板材与感应块放电，待成形金属板材与感应块流经方向相同的电流并产生相互吸引的电磁吸引力，待成形金属板材在电磁吸引力的作用下经过变形与定位模具的凹部相贴合，实现成型。

与现有技术相比，本发明具有以下效果：

（1）本发明结构简单、合理，直接对金属板材通电，由于电流的热效应，金属板材的加热成本会降低，节省能源；此外，带电金属板材会产生电致塑性效应，使其变形抗力降低、塑性增加，有利于金属板材成形；

（2）采用由铜片制成的导电接头搭设在金属板材上，在不破坏金属板材自身结构情况下，不仅能较好的连接金属板材与导线，还能避免打火造成的危害；

（3）本发明不仅能用于金属板材电磁排斥力的成形，还可用于金属板材电磁吸引力的成形，使用方便。

附图说明：

图1是本发明实施例的主视半剖面构造示意图；

图2是本发明实施例的俯视构造示意图；

图3是在电磁排斥力的成形中感应块和金属板材电流回路及电磁力示意图；

图4是在电磁吸引力的成形中感应块和金属板材电流回路及电磁力示意图；

图5是定位模具的立体构造示意图；

图6是导电接头的俯视构造示意图；

图7是压板的立体构造示意图。

图中：

1-基板；2-感应块；201-盲孔；3-定位模具；301-凹部；4-待成形金属板材；5-导电接头；501-通孔；6-压板；601-倒圆角；602-第二安装孔；7-锁紧螺栓；8-锁紧螺母；9-第一电源装置；901-第一电源；902-第一导线；10-第二电源装置；101-第二电源；102-第二导线。

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1～7所示，本发明一种金属板材电磁成形装置，包括基板1，所述基板1的上表面中部设有从下往上依次叠置的感应块2、定位模具3以及待成形金属板材4，所述待成形金属板材4的形状与定位模具3的形状相对应，待成形金属板材4的两端分别搭接有导电接头5，两端的导电接头5之间连接有第一电源装置9，每一导电接头5的上表面均设置有一压板6，所述压板6与基板1固定连接；所述感应块2的两端之间连接有第二电源装置10。

本实施例中，所述定位模具3的上表面中部设有用以在电磁吸引力的成形中与待成形金属板材4相配合的凹部301。如图4所示，在进行电磁吸引力的成型时，第一电源装置9与第二电源装置10分别对待成形金属板材4与感应块2放电，流经待成形金属板材4的电流为i1，流经感应块2的电流为i3，i1与i3方向相同，由物理学中的安培定律可知方向相同的电流会产生相互吸引的电磁吸引力f2，待成形金属板材4在电磁吸引力f2的作用下，经拉深、贴膜等变形阶段使金属板材坯料与定位模具的凹部相贴合，实现成型。

本实施例中，所述压板6的外侧端压在导电接头5与待成形金属板材4的重叠区域，内侧端下部设有用以在电磁排斥力的成形中与待成形金属板材4相配合的倒圆角601。如图3所示，在进行电磁排斥力的成型时，第一电源装置9对待成形金属板材4直接放电，待成形金属板材4会有电流i1流过并产生强磁场，感应块2在强磁场作用下产生与i1方向相反的感应电流i2并产生涡流磁场，待成形金属板材4产生的强磁场与感应块产生的涡流磁场相互作用产生相互排斥的电磁排斥力f1，待成形金属板材4在电磁排斥力f1的作用下，经胀形、贴模等变形阶段使金属板材坯料与压板的圆角贴合，实现成型。

本实施例中，所述导电接头5上远离待成形金属板材4的一端开设有一通孔501；所述第一电源装置9两端的导线分别通过螺栓和螺母连接到两端导电接头5上的通孔内。

本实施例中，所述导电接头5由铜片制成。采用由铜片制成的导电接头搭设在金属板材上，在不破坏金属板材自身结构情况下，不仅能较好的连接金属板材与导线，还能避免打火造成的危害。

本实施例中，所述感应块2的左、右两端分别开设有一盲孔201，所述第二电源装置10两端的导线分别通过螺钉压到盲孔201中。

本实施例中，所述感应块2的材质为铜。

本实施例中，所述基板1与定位模具3均由绝缘材料制成，当进行电磁排斥力的成型时，定位模具3仅作为绝缘板使用，起支撑、定位效果。所述待成形金属板材为高导电率或低导电率材料，所述基板为矩形状。

本实施例中，所述基板1的四角分别开设有第一安装孔；所述压板6的前、后两端分别开设有与位于同侧的第一安装孔相对应的第二安装孔602，压板6与基板1之间经由从下往上贯穿第一安装孔与第二安装孔的锁紧螺栓7与锁紧螺母8配合锁紧。

本实施例中，所述第一电源装置9包括第一电源901，所述第一电源901的正负极分别连接第一导线902，两条第一导线分别通过螺栓和螺母连接到两端导电接头上的通孔内，实现导电。所述第二电源装置10包括第二电源101，所述第二电源101的正负极分别连接第二导线102，两条第二导线分别通过螺钉压到感应块两端盲孔中，实现导电。

本发明采用的另一种技术方案是：一种金属板材电磁成形方法，具体步骤如下：

（1）在电磁排斥力的成形：第一电源装置对待成形金属板材直接放电，待成形金属板材通电并产生强磁场，感应块在强磁场作用下产生反向电流并产生涡流磁场，待成形金属板材产生的强磁场与感应块产生的涡流磁场相互作用产生相互排斥的电磁排斥力，待成形金属板材在电磁排斥力的作用下经过变形与压板的圆角贴合，实现成型；

（2）在电磁吸引力的成形：第一电源装置与第二电源装置分别对待成形金属板材与感应块放电，待成形金属板材与感应块流经方向相同的电流并产生相互吸引的电磁吸引力，待成形金属板材在电磁吸引力的作用下经过变形与定位模具的凹部相贴合，实现成型。

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。