一种电磁脉冲助推式胀形方法与流程

[0001]
本发明涉及材料塑性成形技术领域，更具体地说，涉及一种电磁脉冲助推式胀形方法。


背景技术：

[0002]
铝合金波纹管件具有耐腐蚀、质轻、综合力学性能较好等优点，在军事国防、航空航天、油气运输等领域得到了广泛的应用。目前铝合金波纹管件采用压弯焊接复合成形、旋压成形、和液压成形，压弯成形存在的主要问题如下：波纹管在成形过程中，首先在平板上压筋，而平板压筋后其型面拱曲严重导致其在后续压弯弯曲模上逐次压弯时，无法与模具型面完全贴合而产生晃动，从而使得成形后的型面偏扭较为严重，成形精度差。此外，在焊接过程中容易出现焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺欠等缺陷，这些缺陷的存在会降低波纹管的承载能力，容易引起脆断，因此，在生产过程中，需要消耗大量的人力物力去进行缺陷检测。
[0003]
旋压成形存在的主要问题如下：一般旋压道次较多，毛坯表面加工硬化严重，硬化层较厚，导致旋压后制件口部易开裂。若在多道次旋压过程中间加退火工序，势必提高加工成本，浪费能源，不适合批量生产。若旋压道次少，单道次减薄量过大，会导致毛坯断裂。此外，若旋压过程中减薄量和变形速度设置的过大，工艺参数匹配不合理，金属材料易在旋轮前堆积产生隆起现象，隆起的材料被旋轮压入坯料，使工件表面产生鳞皮缺陷。
[0004]
液压成形需要有专用设备或对原有设备进行改造，因此前期生产成本投入较高；同时成形过程包括合模、充液、加压、保压、卸压和分模等一系列动作，因而流程较复杂，影响因素多，对加工环境及设备精度的要求较高。此外，管材液压成形属于冷成形，成形过程中不可避免的会产生较大的残余应力，还有可能会有内部裂纹的产生。如何更好地实现波纹管件加工始终是行业内不懈的追求。
[0005]
经检索，中国专利申请号：201910190021.7，发明创造名称为：一种波纹管的分区电磁成形方法及成形装置，该申请案方法包括在管件内外分别设置能沿管件轴向移动的径向电磁区和热成形区；将热成形区移动至管件一端的待成形位；对热成形区加热使管件在热成形区范围内的待成形位升温软化；将径向电磁区移动至与热成形区对应的位置；径向电磁区放电形成径向电磁力，使管件的待成形位发生向热成形区内的膨胀形成膨胀波纹节；将热成形区移动至管件的下一个待成形位；保持循环进行成形结束。
[0006]
又如中国专利申请号：201811301035.3，发明创造名称为：一种三通管电磁脉冲复合胀形装置及胀形方法，该申请案的胀形装置包括凹模，凹模的一侧设有支管，凹模内侧设有芯棒，待成形管件套设于芯棒外侧，芯棒上设置有胀形线圈，凹模上支管的外侧设有背压线圈，待成形管件的两端分别设有上轴推线圈和下轴推线圈，电源单元分别与胀形线圈、背压线圈、上轴推线圈和下轴推线圈相连。该申请案可以大幅度提高三通管端部区域的轴向补料，胀形方法则可以有效抑制胀形区壁厚减薄，防止胀破现象，提高成形极限。
[0007]
以上申请案均涉及利用电磁成形技术辅助成形，电磁成形是利用瞬间的高压脉冲
磁场迫使坯料在冲击磁场力作用下高速成形的一种方法，具有小回弹、高精度、工装简单、成本低等优点。成形过程中是利用高压电容器瞬间放电产生强电磁场，坯料因而可以获得很大的磁场力和很高的速度。因其成形速率很高，变形时间在微秒级，因此可显著提高材料的塑性变形能力，且零件尺寸精度高，模具简单，容易实现复合加工，使其成为了一种重要的金属成形工艺，如何有效利用电磁成形技术也是行业内研究的热点。


技术实现要素：

[0008]
1.发明要解决的技术问题
[0009]
本发明的目的在于克服现有技术中铝合金波纹管在用传统成形方法制造时存在的各种问题，拟提供一种电磁脉冲助推式胀形方法，可以有效提高管料胀形极限，其成形速率很高，变形时间在微秒级，可显著提高材料的塑性变形能力，且零件尺寸精度高，模具简单，容易实现复合加工，适合铝镁合金等高电导率材料的波纹管加工。
[0010]
2.技术方案
[0011]
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
[0012]
本发明的一种电磁脉冲助推式胀形方法，使用胀形装置，按照以下步骤进行：
[0013]
s1、将待成形的管料置于胀形装置的凹模中，胀形线圈置于管料内侧中部，在管料两端部各放置助推器，助推器与管料之间还设有橡胶垫块，助推器远离管料的一端依次分别设有驱动片和助推线圈；
[0014]
s2、线圈通电，管料受到方向向外的径向电磁力而被压入凹模中，驱动片在助推线圈产生的轴向磁场力作用下发生轴向运动，带动助推器轴向运动，管料发生轴向收缩进行端部助推，完成管料的均匀胀形。
[0015]
更进一步地，胀形装置包括用于放置管料的凹模，凹模内腔中还设置有胀形线圈，凹模的两端分别设置有助推线圈，助推线圈与胀形线圈之间依次设有驱动片和助推器；助推线圈与胀形线圈还分别与电源单元相连。
[0016]
更进一步地，助推器与胀形线圈之间还设有橡胶垫块。
[0017]
更进一步地，橡胶垫块上开设有供管料端部穿过的配合槽，助推器上同样对应开设有用于定位管料的配合槽，管料端部穿过橡胶垫块后延伸入助推器内。
[0018]
更进一步地，胀形线圈由多个子线圈串联在一起组成，与待成形的管料同轴对称放置。
[0019]
更进一步地，胀形线圈与待成形的管料之间设置有集磁器。
[0020]
更进一步地，凹模内腔侧壁上对应开设有用于成形的凹槽，且每个成形凹槽后方开设有贯通的排气孔。
[0021]
3.有益效果
[0022]
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0023]
(1)本发明的一种电磁脉冲助推式胀形方法，其成形速率很高，变形时间在微秒级，可显著提高材料的塑性变形能力，且零件尺寸精度高，模具简单，容易实现复合加工。
[0024]
(2)本发明的一种电磁脉冲助推式胀形方法，在待成形管料端部增设助推线圈和驱动片，驱动片在助推线圈产生的电磁力作用下轴向运动，使待成形管料在胀形的同时实现端部助推，从而避免管件发生过渡减薄而出现破裂问题。
[0025]
(3)本发明的一种电磁脉冲助推式胀形方法，除助推线圈和驱动片之外还配设设置助推器和橡胶垫块，有效地避免了轴向进给力过大而引起的管件局部褶皱甚至失稳等缺陷的发生，从而提高和改善待成形管料胀形时的成形极限。
[0026]
(4)本发明的一种电磁脉冲助推式胀形方法，所使用的胀形装置在凹模的每个成形凹槽后方开设有与外界贯通的排气孔，用于排出成形时凹模与管料之间产生的空气，避免管料高速变形引起高的空气阻力，防止造成管料局部出现凹坑，进一步保障成形质量。
附图说明
[0027]
图1为本发明中胀形装置的结构示意图；
[0028]
图2为本发明中胀形装置的管料成形后结构示意图；
[0029]
图3为本发明中胀形装置的某一结构示意图；
[0030]
图4为本发明中胀形装置的某一结构示意图；
[0031]
图5为本发明中胀形装置的某一结构示意图；
[0032]
图6为本发明中胀形装置的某一结构示意图；
[0033]
图7为本发明中胀形装置的某一结构示意图；
[0034]
示意图中的标号说明：
[0035]
100、凹模；101、管料；102、胀形线圈；103、线圈座；104、上助推线圈座；105、上助推线圈；106、上驱动片；107、上助推器；108、上橡胶垫块；109、下橡胶垫块；110、下助推器；111、下驱动片；112、下助推线圈；113、下助推线圈座；114、排气孔；115、第一电源单元；116、第二电源单元；117、第三电源单元；118、第四电源单元；119、第五电源单元；120、第六电源单元；121、集磁器。
具体实施方式
[0036]
为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。
[0037]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0038]
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
[0039]
实施例1
[0040]
如图1-图3所示，本实施例的一种电磁脉冲助推式胀形装置，包括用于放置管料101的凹模100，凹模100内腔侧壁上对应开设有用于波纹管成形的凹槽，凹模100内腔中还设置有胀形线圈102，胀形线圈102位于管料101的内侧中部，凹模100的两端分别设置有助推线圈，助推线圈与胀形线圈102之间依次设有驱动片和助推器；助推线圈与胀形线圈102还分别与电源单元相连，用于控制助推线圈与胀形线圈102是否产生电磁力。
[0041]
具体地，本实施例中胀形线圈102安装于线圈座103上，凹模100两端的助推线圈分别为上助推线圈105和下助推线圈112，上助推线圈105安装在上助推线圈座104上，下助推线圈112安装在下助推线圈座113上，两端的驱动片也分别为上驱动片106和下驱动片111，
驱动片与胀形线圈102之间还设有助推器，具体地，上驱动片106与胀形线圈102上端之间设有上助推器107，下驱动片111与胀形线圈102下端之间设有下助推器110，驱动片采用电磁性好的材料，如铝、铜等，助推器采用刚性较好的材料如钢材质。实际使用时，驱动片位于助推线圈与管料101两端部之间，助推器位于驱动片下方，即处于驱动片与管料101两端部之间。加工时分别对助推线圈与胀形线圈102通电，则待成形的管料101受到方向向外的径向电磁力作用而被压入凹模100的凹槽中，驱动片在助推线圈产生的轴向磁场力作用下发生轴向运动，从而带动助推器发生轴向运动，最终使助推器内的管料101两端发生轴向收缩，从而完成管料101的均匀胀形，从而避免管料101成形波纹管发生过渡减薄而出现破裂问题。且实际应用中，驱动片属于损耗件，本实施例利用驱动片和助推器共同完成助推动作，可以有效减缓驱动片的损耗，且更换时可以仅更换驱动片即可，钢结构的助推器可以长期使用，有效降低了生产成本。
[0042]
根据成形的波纹管结构，与凹模100的结构设计相适应，本实施例中驱动片和助推器均对应采用圆环形结构设置于凹模100的两端，如图2所示，助推器包括用于压紧在凹模100端部的基座部，以及向内嵌入凹模100内部的内嵌部，内嵌部为沿周向凸出于基座部中心的环状凸起，其中助推器与管料101相对的壁面上还对应设有与管料101相配合的配合槽，即内嵌部上设有与管料101相配合的配合槽，安装使用时管料101的端部对应嵌入该配合槽中，从而可以在成形过程中对管料101进行有效定位，在助推基础上稳定管料101，保障成形效果和稳定性。
[0043]
如图3所示，本实施例中的电源单元包括多个电源子单元，即具体包括第一电源单元115、第二电源单元116和第三电源单元117；每个电源子单元均包括依次串联的电源、储能电容、分压电阻和开关，其中胀形线圈102与第二电源单元116相连，上助推线圈105与第一电源单元115相连，下助推线圈112和第三电源单元117相连。
[0044]
实施例2
[0045]
本实施例的一种电磁脉冲助推式胀形装置，基本同实施例1，更进一步地，本实施例中为进一步保障成形稳定性，防止助推过程中失稳，助推器与胀形线圈102之间还设有橡胶垫块，即助推器与管料101两端部之间设有橡胶垫块，橡胶垫块上开设有供管料101端部穿过的配合槽，管料101端部穿过橡胶垫块后延伸入助推器内。具体地，上助推器107与胀形线圈102上端之间设置有上橡胶垫块108，下助推器110与胀形线圈102下端之间设置有下橡胶垫块109。驱动片、助推器与橡胶垫块在助推线圈与胀形线圈102之间依次设置，橡胶垫块一端抵靠助推器，一端抵靠在胀形线圈102上，有效地避免了轴向进给力过大而引起的管料101局部褶皱甚至失稳等缺陷的发生，从而提高和改善待成形管料101胀形时的成形极限，保障成形质量。
[0046]
实施例3
[0047]
本实施例的一种电磁脉冲助推式胀形装置，基本同实施例2，更进一步地，本实施例中凹模100的每个成形凹槽后方开设有与外界贯通的排气孔114，具体如图1所示，用于排出成形时凹模100与管料101之间产生的空气，避免管料101高速变形引起高的空气阻力，防止造成管料101局部出现凹坑，进一步保障成形质量。
[0048]
实施例4
[0049]
本实施例的一种电磁脉冲助推式胀形装置，基本同上述实施例，所不同的是，本实
施例中电源单元设置略有不同，如图4所示，本实施例中电源单元包括第四电源单元118和第五电源单元119，具体地，胀形线圈102与第五电源单元119相连，上助推线圈105和下助推线圈112串联后与第四电源单元118相连。同样地，每个电源子单元均包括依次串联的电源、储能电容、分压电阻和开关。
[0050]
实施例5
[0051]
本实施例的一种电磁脉冲助推式胀形装置，基本同上述实施例，所不同的是，本实施例中电源单元设置略有不同，如图5所示，本实施例中电源单元仅采用一个第六电源单元120，胀形线圈102、上助推线圈105和下助推线圈112均与第六电源单元120相连。
[0052]
实施例6
[0053]
本实施例的一种电磁脉冲助推式胀形装置，基本同实施例1，更进一步地，本实施例中胀形线圈102与待成形的管料101之间设置有集磁器121，如图6所示，实际使用时，胀形线圈102通电后产生方向向外的径向电磁力，该电磁力被集磁器121集中到管料101需要成形的区域，从而把管料101压入凹模100内，成形更加准确。同理，本实施例中的电源单元同样采用第一电源单元115、第二电源单元116和第三电源单元117相配合。
[0054]
实施例7
[0055]
本实施例的一种电磁脉冲助推式胀形装置，基本同上述实施例，所不同的是，本如图7所示，本实施例中胀形线圈102由多个子线圈串联在一起组成，与待成形的管料101同轴对称放置，本实施例中的电源单元同样采用第一电源单元115、第二电源单元116和第三电源单元117相配合。
[0056]
应用上述实施例的胀形装置进行的电磁脉冲助推式胀形方法，包括以下步骤：
[0057]
s1、将待成形的管料101置于凹模100中，胀形线圈102置于管料101中部，在管料101两端部各放置助推器，助推器与管料101之间还设有橡胶垫块，助推器远离管料101的一端依次分别设有驱动片和助推线圈；
[0058]
s2、线圈通电，管料101受到方向向外的径向电磁力而被压入凹模100中，驱动片在助推线圈产生的轴向磁场力作用下发生轴向运动，带动助推器轴向运动，管料101发生轴向收缩进行端部助推，完成管料101的均匀胀形。
[0059]
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。