一种集磁器及电磁脉冲成形装置

本发明涉及电磁成形技术领域，具体涉及一种集磁器及电磁脉冲成形装置。

背景技术：

电磁脉冲成形技术是一种高速、高能率、短时脉冲的加工技术，被广泛用于各类工件的压接、焊接、冲压等成形加工处理；其基本原理是利用电容器组对放电线圈进行放电，放电线圈中因流过快速变化的电流而产生瞬变的强磁场，使得置于其中的工件表面形成涡流，并在电磁力的作用下产生形变。在这一技术中，集磁器是一种常常被使用的关键设备。

目前，对于板状类工件和管状类工件的成形加工处理，通常需要配对采用符合工件形状的专用集磁器，不同专用集磁器间一般无法互换使用，导致集磁器的利用率很低，也容易间接地增加加工成本、降低生产效率。鉴于此，如申请号为201910089973.x的中国发明专利申请文件中公开了一种电磁脉冲焊接用组合集磁器，其主要是通过对组件一的单独应用以及组件一与组件二的组合应用，分别实现对管状类工件和板状类工件的焊接处理；其中，组件一的外周固定绕制螺旋管型线圈、内部设有可容纳管状工件或者组件二的中心凹槽，组件二则采用凸起结构，且凸起结构的顶端设有导通装置；可通过组件一单独对管状类工件进行焊接，而通过将组件二的凸起结构插置在中心凹槽内并使通过导通装置与组件一电性导通连接，则可对板状类工件进行焊接。然而，该方案却存在如下弊端：

在对板状工件进行焊接时，集磁器相当于是由组件一与组件二组合装配成型的结构体；一方面，组件数量的增加，本身即会降低集磁器的集磁效果；另一方面，此时的组件二则相当于一个可对感应电流进行导流的导体，但却无法保证感应电流能够被有效汇集至组件二的端面，使得集磁器的集磁效果并不明显。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是一种集磁器以及应用了该集磁器的电磁脉冲成形装置，以在保证集磁器的集磁效果的同时，增强其通用性。

根据第一方面，一种实施例中提供一种集磁器，包括集磁芯体，所述集磁芯体为设有中心通孔的t形圆柱体结构，其具有沿轴向方向相对的中柱部和端板部，所述中柱部用于螺旋管型线圈组合装配，所述端板部用于螺旋板型线圈组合装配；

穿过所述集磁芯体的外周面与中心通孔的孔面设置有导流切缝，所述导流切缝沿集磁芯体的轴向方向延伸分布，用于感应电流的导流；所述导流切缝能够在中柱部与通电的螺旋管型线圈组合装配时，将感应电流汇集至所述端板部；所述导流切缝能够在端板部与通电的螺旋板型线圈组合装配时，将感应电流汇集至所述中柱部。

一个实施例中，所述集磁芯体的中心通孔包括：

第一锥孔段，位于所述中柱部远离端板部的一端；

第二锥孔段，贯穿所述端板部分布或贯穿端板部远离中柱部一侧的表面分布；以及

直孔段，位于所述第一锥孔段与第二锥孔段之间，所述直孔段的两端分别同轴连通第一锥孔段的锥顶端和第二锥孔段的锥顶端；所述第一锥孔段和第二锥孔段用于在端板部与通电的螺旋板型线圈组合装配时，将感应电流汇集至所述直孔段。

一个实施例中，所述端板部远离中柱部一侧的表面包括：

第一环形面域，围绕所述集磁芯体的中心通孔倾斜分布在端板部的中心；

第二环形面域，围绕所述集磁芯体的中心通孔倾斜分布在端板部的边缘；以及

第三环形面域，位于所述第一环形面域与第二环形面域之间，所述第一环形面域和第二环形面域用于在中柱部与通电的螺旋管型线圈组合装配时，将感应电流汇集至所述第三环形面域。

一个实施例中，所述中柱部的外周面包括：

斜面面域，围绕分布在所述中柱部远离端板部的一端；以及

直面面域，围绕所述中柱部分布并位于斜面面域与端板部之间，所述斜面面域用于在端板部与通电的螺旋板型线圈组合装配时，将感应电流汇集至所述直面面域。

一个实施例中，所述导流切缝在集磁芯体圆周方向的宽度为0.5mm-1.0mm。

根据第二方面，一种实施例中提供一种电磁脉冲成形装置，用于对板状工件和管状工件进行成形加工处理，包括第一方面所述的集磁器，还包括磁脉冲发生件、至少一个螺旋管型线圈和至少一个螺旋板型线圈；其中：

所述集磁器可切换地与螺旋管型线圈和螺旋板型线圈中的一者组合；

所述螺旋管型线圈与螺旋板型线圈并联设置于脉冲发生件的输出端，以使所述脉冲发生件能够向螺旋管型线圈和螺旋板型线圈中组合有集磁器的一者进行脉冲放电；

所述集磁器用于聚集磁场，当所述集磁器与螺旋管型线圈组合时，所述集磁器能够将聚集的磁场施加在位于端板部表面侧的板状工件；当所述集磁器与螺旋板型线圈组合时，所述集磁器能够将聚集的磁场施加在套置和/或插置于中柱部的管状工件。

一个实施例中，包括一个螺旋管型线圈，当所述集磁器的中柱部插置或套置于螺旋管型线圈，能够将聚集的磁场施加在位于所述端板部表面侧的板状工件。

一个实施例中，包括两个螺旋管型线圈，两个所述螺旋管型线圈同轴插套设置，以在两个所述螺旋管型线圈之间形成安装间隙，当所述集磁器的中柱部插置于安装间隙时，能够将聚集的磁场施加在位于端板部表面侧的板状工件。

一个实施例中，当所述集磁器的端板部远离中柱部一侧的表面叠置于螺旋板型线圈时，能够将聚集的磁场施加在插置和/或套置于所述中柱部的管状工件。

一个实施例中，所述磁脉冲发生件包括电容器模块、电源模块和控制模块，所述电源模块和电容器模块分别电连接控制模块，所述螺旋管型线圈和螺旋板型线圈分别电连接电容器模块，所述控制模块用于控制电源模块对电容器模块进行充电和用于控制电容器模块对螺旋管型线圈和螺旋板型线圈中的任意一者进行放电。

依据上述实施例的电磁脉冲成形装置，包括磁脉冲发生件、并联设置于磁脉冲发生件的输出端的螺旋管型线圈和螺旋板型线圈以及可切换地与螺旋管型线圈和螺旋板型线圈中的一者组合连接的集磁器；集磁器包括集磁芯体，集磁芯体具有导流切缝、中柱部和端板部；当集磁器切换至中柱部与螺旋管型线圈组合时，导流切缝可将感应电流汇集至端板部；当集磁器切换至端板部与螺旋板型线圈组合时，导流切缝可将感应电流汇集至中柱部。利用集磁器的结构特点，仅需在螺旋管型线圈和螺旋板型线圈之间切换集磁器，即可使成形装置适用于板状和管状工件的成形加工处理，不必更换线圈及关联工装部件，即增强了装置的通用性，又为降低生产成本、提高加工效率创造了条件。

附图说明

图1为本申请一种实施例的集磁器的结构示意图。

图2为本申请一种实施例的集磁器在应用状态时的截面结构示意图（一）。

图3为本申请一种实施例的集磁器在应用状态时的截面结构示意图（二）。

图4为本申请一种实施例的集磁器在应用状态时的截面结构示意图（三）。

图5为本申请一种实施例的成形装置中集磁器与螺旋管型线圈组合时的结构示意图（一）。

图6为本申请一种实施例的成形装置中集磁器与螺旋管型线圈组合时的应用结构示意图（二）。

图7为本申请一种实施例的成形装置中集磁器与螺旋管型线圈组合时的应用结构示意图（三）。

图8为本申请一种实施例的成形装置中集磁器与螺旋板型线圈组合时的应用结构示意图（一）。

图9为本申请一种实施例的成形装置中集磁器与螺旋板型线圈组合时的应用结构示意图（二）。

图10为本申请一种实施例的成形装置中集磁器与螺旋板型线圈组合时的应用结构示意图（三）。

图11为本申请一种实施例的成形装置中磁脉冲发生件的系统原理图。

图中：

10、集磁器；10a、中心通孔；10a1、第一锥孔段；10a2、第二锥孔段；10a3、直孔段；10b、导流切缝；11、中柱部；11a、斜面面域；11b、直面面域；12、端板部；12a、第一环形面域；12b、第二环形面域；12c、第三环形面域；20、螺旋管型线圈；30、螺旋板型线圈；40、磁脉冲发生件；41、电容器模块；42、电源模块；43、控制模块；a、管状工件；b、板状工件。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

请参阅图1至图11，本实施例提供了一种电磁脉冲成形装置，可同时用于对管状工件a和板状工件b等待成形工件的冲压、压接、焊接等成形加工处理；该装置包括集磁器10、螺旋管型线圈20、螺旋板型线圈30、磁脉冲发生件40以及因应需要而存在的其他部件；其中，集磁器10主要起到聚集磁场并将聚集的磁场施加于待成形工件上的作用，螺旋管型线圈20和螺旋板型线圈30并联设置在磁脉冲发生件40的输出端，根据待成形工件的类型，集磁器10可切换地与螺旋管型线圈20和螺旋板型线圈30中的一者组合连接，从而利用脉冲发生件40能够向螺旋管型线圈20和螺旋板型线圈30中组合有集磁器10的一者进行脉冲放电；如，基于人工或机械联动机构将集磁器10切换至与螺旋管型线圈20相对应的工位，并完成两者之间组合连接关系的构建后，可通过脉冲发生件40、螺旋管型线圈20和集磁器10之间的配合，利用集磁器10完成对磁场的聚集，并最终完成板状工件b的成形加工处理；又如，将集磁器10切换至与螺旋板型线圈30相对应的工位，并完成两者之间组合连接关系的构建后，可用于对管状工件a进行成形加工处理。在待成形工件的类型发生变化时，由于仅需对集磁器10工位进行切换，无需更换如线圈等配套工装，不但可以有效提高线圈部件、集磁部件等配套工装的利用率，还可以降低成形装置的配置及使用成本、提高加工效率。

一个实施例中，请参阅图1至图4，集磁器10包括集磁芯体，集磁芯体可根据实际情况采用具有高强度、高导电率等性能的如铜合金、铬锆铜等材料制作而成，集磁芯体整体为一轴向截面形状呈t形的圆柱体结构，并且沿其轴向方向贯通地设有中心通孔10a，从而基于集磁芯体整体的t形结构形态，使得其具有（或自然，或可划分地形成有）沿其轴向方向分布的第一部分和沿其径向方向分布的第二部分，第一部分与第二部分同轴相对；本实施例中，将第一部分定义为中柱部11、将第二部分定义为端板部12；同时，集磁芯体还设有导流切缝10b，导流切缝10b穿过集磁芯体的外周面与中心通孔10a的孔面设置，并且导流切缝10b沿集磁芯体的轴向方向延伸分布，从而使得导流切缝10b在集磁芯体轴向方向的形状呈现出近似于l形的形状。

具体实施时，中柱部11或可用于与螺旋管型线圈20装配组合，或可作为管状工件a的放置工位或成形工位；端板部12或可用于与螺旋板型线圈30组合装配，或可作为板状工件b的放置工位或成形工位；导流切缝10b则主要起到感应电流导流的作用，如，在通电的螺旋管型线圈20与中柱部11组合时，可将因由螺旋管型线圈20而产生的感应电流导流并汇集至端板部12；又如，在通电的螺旋板型线圈30与端板部12组合时，则可将因由螺旋板型线圈30而产生的感应电流导流并汇集至中柱部11。需要说明的是，本实施例所述的“t形”可以是标准的t形形状，也可以是基于t形形状进行结构变化或微调后所形成的相似形状；同理，本实施例所述及的“l形”可以是标准的l形形状，也可以是相似的形状。

一个实施例中，请参阅图2至图6以及图8至图10，电磁脉冲成形装置包括一个螺旋管型线圈20和一个螺旋板型线圈30。

请参阅图3和图5，在对板状工件b进行成形加工处理时，可将集磁器10切换至与螺旋管型线圈20相对应的工位，使中柱部11沿轴向方向同轴插置于螺旋管型线圈20（即：相当于螺旋管型线圈20围绕分布在中柱部11的外周），同时将板状工件b放置于端板部12远离中柱部11的表面侧；此时，通过控制磁脉冲发生件40，使其对该螺旋管型线圈20进行脉冲放电，可于螺旋管型线圈20中形成一变化的脉冲激励电流，而根据电磁感应原理，则可在中柱部11的外周面形成相应的感应电流，感应电流则会经由导流切缝10b被导流并汇集至端板部12远离中柱部11的表面上，从而在该表面形成强磁场，而板状工件b的表面则可在强磁场的作用下产生涡流，并产生另一个脉冲磁场，方向相反的两个磁场则会产生电磁排斥力，以促使板状工件b沿集磁器10的轴向方向朝背离集磁器10的一侧发生高速变形，进而实现对板状工件b的冲压处理或者将板状工件b压接或焊接在另一个与其呈层叠分布的工件上。

另一个实施例中，请参阅图6，在对板状工件b进行成形加工处理时，还可将螺旋管型线圈20同轴插置于中柱部11内（或者在切换集磁器10的工位后，使中柱部11同轴套置螺旋管型线圈20），以在螺旋管型线圈20通电后，于中柱部11的内周面（即中心通孔10a的孔面）形成感应电流，进而既可以完成对板状工件b的成形加工处理，又有利于节省线圈的制作材料，降低成形装置的制作及应用成本。

请参阅图2、图4、图8、图9和图10，在对管状工件a进行成形加工处理时，可将集磁器10切换至与螺旋板型线圈30相对应的工位，使端板部12叠置于螺旋板型线圈30上，同时，将管状工件a插置于中柱部11内（即中心通孔10a位于中柱部11的部分内）和/或将管状工件a套置于中柱部11上（即相当于使管状工件a围绕中柱部11分布）；此时，通过控制脉冲发生件40，使其对螺旋板型线圈30进行脉冲放电，可于螺旋板型线圈30中形成一变化的脉冲激励电流，而根据电磁感应原理，则可在端板部12远离中柱部11的表面上形成相应的感应电流。请参阅图4和图9，当管状工件a套置于中柱部11上时，感应电流经由导流切缝10b被导流并被汇集至中柱部11的外周面，从而在该外周面形成强磁场，而管状工件a内周面则可在强磁场作用下产生涡流，并产生另一个脉冲磁场，方向相反的两个强磁场则会产生电磁排斥力，以促使该管状工件a沿集磁器10的径向方向向外发生高速变形，从而实现对该管状工件a的胀形加工处理。请参阅图2和图8，当管状工件a插置于中柱部11内时，导流切缝10b则可将感应电流导流并汇集至中柱部11的内周面，从而促使该管状工件a沿集磁器10的径向方向向内发生高速变形，从而实现管状工件a的径向收缩，完成压接或焊接等成形加工处理，如将线缆的端子压接在线缆线芯上。请参阅图10，将将两个管状工件a分别以插置和套置的方式与中柱部11进行组合时，则可使成形装置一步同时完成两个管状工件a的成形加工处理（具体为：其中一个工件被胀形处理、另一个工件被径向收缩处理）；在具体实施时，可通过加大磁脉冲发生件10的输出能量来实现，从而为有效提高加工生产效率创造了有利条件。

一个实施例中，请参阅图7并结合图2、图4及图8至图10，电磁脉冲成形装置包括两个螺旋管型线圈20和一个螺旋板型线圈30；其中，两个螺旋管型线圈20以同轴插套的方式设置，以在两者之间形成一定距离的安装间隙；在对板状工件a进行成形加工处理时，可将集磁器10切换至与两个螺旋管型线圈20相对应的工位，并使中柱部11插置于安装间隙内（即相当于使一个螺旋管型线圈20围绕分布在中柱部11的外周、另一个螺旋管型线圈20围绕分布在中柱部11的内周），从而利用磁脉冲发生件40同时对两个螺旋管型线圈20进行脉冲放电，可实现两个线圈的电磁力叠加的效应，有效提高成形装置输出能量的极限，确保对板状工件b成形加工处理的效果。本实施例中，在对管状工件a进行加工处理时，与前述实施例的方式原理相同，在此不作赘述。

一个实施例中，请参阅图1以及图5至图10，导流切缝10b在集磁器10的轴向方向上所呈现的形状可以为直线形，也可为折线形或样条曲线形（如波浪线形），从而以不同的结构形式对感应电流进行导流，满足不同的应用需求。在一些实施例中，导流切缝10b在集磁器10的圆周方向上的宽度设置为0.5mm-1.0mm，可最大限度地提高感应电流的导流效果，为提高集磁器10的能量转化率创造条件。

一个实施例中，请参阅图2，集磁芯体的中心通孔10a采用变径结构，即：中心通孔10a具有顺序分布的第一锥孔段10a1、直孔段10a3和第二锥孔段10a2；其中，第一锥孔段10a1位于中柱部11远离端板部12的一端，第二锥孔段10a2则贯穿端板部12分布或者贯穿端板部12远离中柱部11一侧的表面分布，而直孔段10a3的两端则分别同轴连通第一锥孔段10a1的锥顶端和第二锥孔段10a2的锥顶端；如此，通中心通孔10a的轴向截面形状来看，其孔径是长阶梯变化的，直孔段10a3的孔径最小，使得在将管状工件a插置于中柱部11内时，直孔段10a3的表面距离工件的表面最近；当将集磁器10切换至与螺旋板型线圈30呈叠置分布的工位，且磁脉冲发生件40对螺旋板型线圈30进行脉冲放电时，根据欧姆定律和集肤效应，由导流切缝10b导流至中柱部11的感应电流会沿着表面距离最短的路径进行流动，使得直孔段10a3的电流密度最大，即相当于第一锥孔段10a1与第二锥孔段10a2的作用在于：将感应电流汇集至直孔段10a3，从而可将直孔段10a3作为容纳管状工件a的工位，可最大限度地提高对管状工件a的径向压缩成形处理。

一个实施例中，请参阅图3，端板部12远离中柱部11一侧的表面采用非平面结构，即该表面由共心且由内至外顺序分布的第一环形面域12a、第三环形面域12c和第二环形面域12b构成；其中，第一环形面域12a围绕中心通孔10a倾斜分布在端板部12的中心区域，亦可理解为该面域即为前述实施例的第二锥孔段10a2的孔面，第二环形面域12b则围绕中心通孔10a倾斜分布在端板部12的边缘区域，而第三环形面域12c则将第一环形面域12a与第二环形面域12b进行衔接；如此，使得在将板状工件b置于该表面侧时，第三环形面域12c的表面距离工件的表面最近；当将集磁器10切换至与螺旋管型线圈20呈同轴插置和/同轴套置的工位状态，且磁脉冲发生件40对螺旋管型线圈20进行脉冲放电时，根据欧姆定律和集肤效应，由导流切缝10b导流至端板部12的感应电流会沿着表面距离最短的路径进行流动，使得第三环形面域12c的电流密度最大，即相当于第一环形面域12a和第二环形面域12b的作用在于：将感应电流汇集至第三环形面域12c，从而可将置于该表面作为板状工件b的成形工位，可最大限度地确保磁场能够施加于板状工件b，以实现对板状工件b的冲压、压接或焊接等成形加工处理。

一个实施例中，请参阅图4，中柱部11的外周面采用非直面结构，即该外周面由斜面面域11a和直面面域11b两部分组成；其中，斜面面域11a围绕分布在中柱部11远离端板部12的一端，而直面面域11b则围绕分布在斜面面域11a与端板部12之间；基于与前述实施例相同的原理，在基于螺旋板型线圈30实现对管状工件a的成形加工处理时，可将管状工件a套置于中柱部11，从而利用直面面域11b作为该工件的成形工位，以对其进行胀形处理。

其他实施例中，就集磁芯体整体而言，可同时将中心通孔10a设置为变径结构、端板部12的表面采用非平面结构以及中柱部11的外周面采用非直面结构；通过对集磁芯体的尺寸、感应电流分布、线圈的尺寸规格等参数规格的选择限制，可分别在对管状工件a和板状工件b进行成形加工处理时，保证集磁器10的集磁效果，以提高加工质量。

一个实施例中，请参阅图11，磁脉冲发生件40包括电容器模块41、电源模块42和控制模块43；其中，螺旋管型线圈20和螺旋板型线圈30通过控制模块43并联电容器模块41，电源模块42通过控制模块43电连接电容器模块41，电源模块42可采用交流电源，控制模块43则由开关、充放电管理电路以及因应需要而存在的其他器件组成；利用控制模块43导通电源模块42与电容器模块41，可控制电源模块42将电容器模块41充电至饱和；当集磁器10切换至与螺旋管型线圈20相对应的工位时，可通过控制模块43导通电容器模块41与螺旋管型线圈20，以对螺旋管型线圈20进行脉冲放电，从而完成对板状工件b的成形加工处理；当集磁器10切换至与螺旋板型线圈30相对应的工位时，则可通过控制模块43导通电容器模块41与螺旋板型线圈30，以对螺旋板型线圈30进行脉冲放电，从而完成对管状工件a的成形加工处理。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。