一種改善電磁成形工件貼模性的裝置及方法與流程
2023-05-16 15:38:31 3
本發明屬於金屬成形製造領域，特別涉及一種改善電磁成形工件貼模性的裝置及方法。
背景技術：
輕量化是航天、航空、汽車等工業製造領域節能減排的重要手段和技術途徑，實現輕量化的主要途徑之一是採用高性能的輕質合金材料，如鋁合金、鎂合金等。但傳統的成形工藝對成形輕質合金存在瓶頸，由於輕質合金材料在室溫下成形性能較差，難以工業製造要求。而電磁成形是解決輕質合金成形困難的最有潛力的技術手段之一。電磁成形時一種高速率的脈衝成形技術，其成形過程中的高應變率能有效的改善金屬材料的成形性能，增大成形極限，減小回彈並抑制起皺，因而有望廣泛應用於輕質合金的加工製造。
電磁成形主要針對金屬管件和板件進行加工，本發明提出的技術方案主要針對輕質合金板的加工。現有技術主要是採取衝壓成形，如專利cn101018626，提供了一種金屬板衝壓成形裝置及衝壓成形方法，相比於溫鍛可以進一步提高衝壓成形的成形極限，而且不產生斷裂。又如專利cn101370603a，提供了一種能夠控制衝壓加工中的模具應變、精度高，而且應用性好的衝壓成形裝置及衝壓成形方法。
現有電磁成形技術中，驅動線圈一旦繞制，則結構大小基本確定；同時，由於電磁成形過程中，驅動線圈內部受到很大的電磁力，為防止線圈出現內應力破壞，線圈結構基本以對稱結構為主，否則容易出現內應力集中，形成結構上的局部薄弱點，影響線圈壽命。基於這些因素，在電磁成形過程中，會出現局部區域內線圈與工件之間距離較遠的現象，從而導致工件在局部區域內受到的電磁力不足，貼模性較差，進而影響到最終的成形精度。另外，在現有的電磁成形技術中，一個線圈結構通常只能與一種工件相對應，當更換模具或者對其他形狀工件進行加工時，必須重新繞制線圈，而電磁成形驅動線圈的繞制工藝比較複雜，繞制過程中使用的加固纖維、環氧樹脂等原材料價格十分昂貴，頻繁更換線圈所帶來的成本也十分昂貴。
技術實現要素：
為解決電磁成形過程中工件局部區域難以貼模的問題，本發明提出了一種改善電磁成形工件貼模性的裝置及方法。
為了解決上述技術問題，本發明提出以下技術方案：一種改善電磁成形工件貼模性的裝置，它包括電容器電源模塊，所述電容器電源模塊與驅動線圈相連，所述驅動線圈固定在滑塊上，並設置在半球型模具的正上方，所述半球型模具的頂部通過壓邊圈固定有金屬板件；所述驅動線圈包含多匝多層；所述驅動線圈上安裝有集磁器模塊。
所述集磁器模塊包括螺線管線圈集磁器，所述螺線管線圈集磁器安裝在驅動線圈外部徑向，用於改變徑向電磁力分布。
所述集磁器模塊還包括平板線圈集磁器裝置，所述平板線圈集磁器裝置安裝在驅動線圈底部，用於改變軸向電磁力分布。
所述螺線管線圈集磁器內表面長度與線圈長度相等，內徑比線圈外徑略大，外表面為傾斜的曲面，與半球型模具的內側壁相貼合。
所述平板線圈集磁器裝置的上表面靠近驅動線圈的底部，外半徑與驅動線圈外半徑一致，下表面靠近工件表面。
採用任意一項所述成形裝置的成形方法，將待成形的工件經電磁成形後，根據模具的要求，徑向出現難以貼模區域，通過在驅動線圈外部徑向增加一個螺線管線圈集磁器裝置，把能量傳送到靠近側壁工件的區域，改變徑向難以貼模區域內的電磁力分布，實現工件側壁無縫貼模。
工件在軸向遠端區域內，出現貼模誤差較大，通過在驅動線圈軸向底部增加一個平板線圈集磁器裝置，把能量轉移到靠近工件底部區域內，改變工件底部難以貼模區域內的電磁力分布，實現工件底部無縫貼模。
在同一個多匝線圈的軸向和徑向同時加入集磁器裝置，實現了不同區域內的同時加載。
對於某些強度較高的難成形材料，驅動線圈單次放電後，金屬板件產生的變形幅度不大，難以貼模，但此時驅動線圈和金屬板件之間的距離已經增大，下一次放電無法產生足以驅動工件變形的電磁力。此時可先後加入多個尺寸不同的集磁器，每成形一次工件，即更換一個更匹配工件當前形狀的集磁器，再進行下一次放電，通過多次放電實現工件的逐步貼模。
在更換模具後，在不更換線圈的情況下，可通過更換集磁器來實現不同工件的貼模。
本發明有如下有益效果：
1、本發明在驅動線圈外部徑向上增加一個螺線管線圈集磁器裝置，其主要的功能是，在不必更換線圈，也不必改變線圈結構的情況下，通過螺線管線圈集磁器裝置把驅動線圈的能量傳遞到更加接近金屬工件徑向難以貼模的區域內，改變徑向難以貼模區域內的電磁力分布，工件徑向所受的電磁力增加，使工件側壁向模具貼近，貼模精度提高。
2、同時在驅動線圈軸向底部增加一個平板線圈集磁器裝置，其主要功能是，通過平板線圈集磁器裝置把能量傳遞到工件底部難以貼模的區域內，改變軸向難以貼模區域內的電磁力分布，工件底部所受的電磁力增加，使工件底部向模具貼近，貼模精度提高。
3、本發明還提供了一種螺線管線圈集磁器的結構，其結構主要根據驅動線圈和半球型模具的結構參數設計，與工件的形狀相匹配，能有效提高成形的精度。另外，在不更換驅動線圈的情況下，通過更換不同的集磁器裝置來實現對不同工件的成形，提高其難以貼模區域內的成形精度。
4、本發明在不更換的情況下，通過更換不同的集磁器裝置來實現對不同工件的成形，極大的增加了裝置的靈活性，並且由於集磁器結構簡單，加工工期短，材料為一般常見的銅，價格相對低廉，相對於更換線圈，更換集磁器更加靈活，成本也更低。
附圖說明
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
圖1一種改善電磁成形工件貼模性的裝置截面示意圖。
圖2（a）半球型模具下裝置改善前放電前的初始狀態截面示意圖。
圖2（b）半球型模具下裝置改善前工件的最終成形截面示意圖。
圖3（a）半球型模具下裝置徑向改善後成形過程中的成形截面示意圖。
圖3（b）半球型模具下裝置徑向改善後工件的最終成形截面示意圖。
圖4（a）半球型模具下裝置軸向改善後成形過程中的成形截面示意圖。
圖4（b）半球型模具下裝置軸向改善後工件的最終成形截面示意圖。
圖5（a）裝置中螺線管線圈集磁器的幾何結構示意圖。
圖5（b）裝置中平板線圈集磁器的幾何結構示意圖。
具體實施方式
本發明所述的一種改善電磁成形工件貼模性的方法及裝置，為了使本發明的技術方案及優點更加清楚明白，結合附圖，對本發明進行詳細說明。特別指出，此處所描述的具體實例僅僅用於解釋本發明，並不用於限定本發明。
改善前電磁成形裝置具體實施方案如下：
模具採取半球型，如圖2（a）所示，鋁合金板件5放置於半球型模具6的正上方，被壓邊圈4固定，驅動線圈2被固定於滑塊1，驅動線圈2與電容器電源模塊7相連，驅動線圈2、半球型模具6及鋁合金板5的中心同軸。
圖2（a）為整個裝置放電前的初始狀態，電容器電源模塊7內開關閉合，電容器放電，驅動線圈2周圍產生脈衝磁場，鋁合金板件5產生感應渦流，鋁合金板件5受軸向向下的電磁力作用發生形變。第一次放電完成後，滑塊1帶動驅動線圈2下移至半球型模具6腔內，驅動線圈2靠近第一次變形後的鋁合金板件5，繼續進行第二次放電，第二次放電過程中，鋁合金板件5繼續在電磁力作用下產生形變。上述步驟重複多次直至最終成形。最終的成形如圖2（b）所示。圖2（b）中工件徑向區域內出現了間隙10，工件底部區域內也出現了間隙11。
徑向改善後電磁成形裝置具體實施方案如下：
為有效的解決間隙10，採取如圖3所示的裝置，驅動線圈2外部徑向上增加一個特殊的螺線管線圈集磁器3，螺線管線圈集磁器3被固定於驅動線圈2。
裝置的第一次放電與圖2（a）所述一致；第一次放電完成後，向下移動滑塊1至模具6形腔，螺線管線圈集磁器3靠近鋁合金板件5側壁位置，如圖3（a）所示，繼續進行第二次放電，第二次放電過程中，鋁合金板5軸向繼續在電磁力作用下產生向下的形變，在半球型模具6的側壁，由於螺線管線圈集磁器3的作用，螺線管線圈集磁器3的內表面13會在放電過程中感應渦流，渦流由螺線管線圈集磁器3的內表面13經狹縫9流向外表面12，此時螺線管線圈集磁器3的外表面12與鋁合金板件5的間距較小，鋁合金板件5受到電磁力增加，鋁合金板件5向半球型模具6的側壁方向形變。
繼續軸向移動滑塊1，重複上述步驟，直至鋁合金板件5側壁完成貼模，如圖3（b）所示。
軸向底部改善後電磁成形裝置具體實施方案如下：
為有效解決間隙11，採取圖4（a）所示的裝置，在圖3所示的裝置中，在驅動線圈2底部增加一個平板線圈集磁器裝置8，平板線圈集磁器裝置8固定於驅動線圈2。
裝置之前的工作流程與圖3（a）所述一致，多次放電完成後，裝置改裝成圖4（a）所示，繼續進行放電，驅動線圈2周圍產生脈衝磁場，平板線圈集磁器8上表面16會感應渦流，渦流由平板線圈集磁器8上表面經狹縫15流向下表面14，此時面積較小的下表面靠近工件底部，鋁合金板件5底部受到的電磁力增加，鋁合金板件5向半球型模具6底部形變，工件完成貼模，如圖4（b）所示。
螺線管線圈集磁器3的幾何結構如圖5（a）所示，內表面長度與線圈長度相等，內徑比線圈外徑略大，外表面為傾斜的曲面，靠近側壁工件。平板線圈集磁器8幾何結構如圖5（b）所示。
本發明的工作過程和工作原理：
為解決電磁成形過程中工件局部區域難以貼模的問題，本發明提出了一種改善電磁成形工件貼模性的裝置及方法。本發明在驅動線圈外部徑向上增加一個螺線管線圈集磁器裝置，其主要的功能是，在不必更換線圈，也不必改變線圈結構的情況下，通過螺線管線圈集磁器裝置把驅動線圈的能量傳遞到更加接近金屬工件徑向難以貼模的區域內，改變徑向難以貼模區域內的電磁力分布，工件徑向所受的電磁力增加，使工件側壁向模具貼近，貼模精度提高；同時在驅動線圈軸向底部增加一個平板線圈集磁器裝置，其主要功能是，通過平板線圈集磁器裝置把能量傳遞到工件底部難以貼模的區域內，改變軸向難以貼模區域內的電磁力分布，工件底部所受的電磁力增加，使工件底部向模具貼近，貼模精度提高。本發明還提供了一種螺線管線圈集磁器的結構，其結構主要根據驅動線圈和半球型模具的結構參數設計，與工件的形狀相匹配，能有效提高成形的精度。另外，在不更換驅動線圈的情況下，通過更換不同的集磁器裝置來實現對不同工件的成形，提高其難以貼模區域內的成形精度。
通過上述的說明內容，本領域技術人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的範圍內，進行多樣的變更以及修改都在本發明的保護範圍之內。本發明的未盡事宜，屬於本領域技術人員的公知常識。