[發明專利]基于比特線圈的管材磁脈縮徑成形裝置與方法

在審

• 申請號: 201510515286.1
• 申請日: 2015-08-20
• 公開（公告）號: CN105013960A
• 公開（公告）日: 2015-11-04
• 發明（設計）人: 于海平;趙鵬;李春峰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B21D41/04
• 分類號: B21D41/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 王大為

技術領域

本發明屬于金屬管件塑性成形制造領域，本發明涉及一種以鋁合金、鎂合金為代表的輕質管材的縮徑成形裝置與方法，具體涉及一種基于比特線圈的管材磁脈縮徑成形裝置與方法。

背景技術

綠色環保、低功耗、低污染的加工工藝是當今制造業可持續發展所必須遵循的原則，因此，結構和材料輕量化是成形制造技術必須的發展途徑。以鋁合金為代表的輕質合金具有強度高、重量輕、抗腐蝕性好等優點，其成形件同時具備結構和材料輕量化特征。因此，在航空航天、新型汽車等先進制造領域，越來越多的高強度鋁合金結構件得到應用，如鋁合金管被用于航空航天飛行器的油、氣管路。其中，多種異形管件，如錐形變徑接頭、局部縮徑管、側面塌陷管，以及在管壁上帶陣列孔的異形管等(見圖5、6、7、8)，是航空航天飛行器上常用到的輕量化管形結構件形式。

對于上述異形管件，常用軟模(如聚氨酯或流體介質)進行縮徑成形，有時還需要在縮徑管件的側壁上進行鋼模或軟模沖孔。但是，由于鋁合金材料彈性模量低、抗塑性失穩能力差，因此，常規縮徑成形極限很小，需要多套模具、多道次縮徑成形，且成形道次間要退火處理以恢復塑性。對于側壁帶陣列孔的縮徑管件，即使能夠在最后一道次實現管壁沖孔，但是仍存在沖孔變形不均勻、尺寸精度和形狀精度低、沖孔邊緣毛刺大等問題。磁脈沖成形能顯著提高變形材料成形極限，抑制管材縮徑變形失穩，同時可把縮徑和管壁沖孔集中到一道工序中。但是，常用磁脈沖成形用線圈為單層多匝結構形式，單層磁脈沖線圈結構強度和剛度較低、散熱能力較差，因此，單層磁脈沖線圈難以承受大批量生產條件下因頻繁充放電操作產生的高強沖擊載荷和焦耳熱疲勞作用。

發明內容

本發明為解決現有管材縮徑成形通常采用單層磁脈沖線圈成形存在的問題，如單層磁脈沖線圈結構強度和剛度較低、散熱能力較差，難以承受大批量生產條件下因頻繁充放電操作產生的高強沖擊載荷和焦耳熱疲勞作用等問題，提出一種基于比特線圈的管材磁脈縮徑成形裝置與方法。

本發明的裝置：基于比特線圈的管材磁脈縮徑成形裝置包括磁脈沖成形機、連接線、比特線圈、上絕緣板、下絕緣板、集磁器和絕緣套筒，集磁器沿軸線設有工作區域孔，集?磁器的上、下端面分別設有上錐面和下錐面，集磁器沿徑向設有縱縫，絕緣套筒套裝在集磁器上，集磁器和絕緣套筒的組件設置在比特線圈內，集磁器與比特線圈同軸設置，上絕緣板和下絕緣板分別設置在比特線圈的兩端，通過連接元件將上絕緣板和下絕緣板與比特線圈固定連接，磁脈沖成形機的正極通過連接線與比特線圈的正極端連接，磁脈沖成形機的負極通過連接線與比特線圈的負極端連接。

本發明的方法：基于比特線圈的管材磁脈縮徑成形方法是通過以下步驟實現的：

步驟一、安裝鋁合金管材：將鋁合金管材置于集磁器的工作區域孔中，并將鋁合金管材的待成形區與集磁器的工作區域孔相對，同時鋁合金管材的非成形段通過工裝定位；

步驟二、安裝芯模：把芯模置于鋁合金管材的內腔，位置與待成形區相對；

步驟三、通過磁脈沖成形鋁合金管材：控制磁脈沖成形機，通過外電網對磁脈沖成形機中儲能單元充電，當磁脈沖成形機被充電到設定電壓后，通過比特線圈放電，放電回路為RLC回路，通過比特線圈的脈沖電流具有瞬時衰減震蕩的特性，2～3個周期即衰減震蕩完畢，通過比特線圈的脈沖大電流必然在集磁器外壁表層產生感應電流，此感應電流沿集磁器外壁表層和縱縫流入到工作區域孔并形成回路，由此，流過集磁器工作區域的感應電流會產生變化的磁場，該磁場在置于工作區域內的鋁合金管材的外表層產生感應電流，此感應電流和被約束在集磁器的工作區域與鋁合金管材間隙內的磁場相互作用，產生沿徑向向內的、作用于鋁合金管材待成形區的脈沖磁場力，在脈沖磁場力作用下，鋁合金管材的待成形區產生徑向向內的高速率運動和變形，直到與芯模沖擊接觸，實現縮徑變形；

步驟四、卸荷：縮徑成形加工完畢，磁脈沖成形機安全接地卸荷；

步驟五、取出縮徑成形鋁合金管件，拆除芯模，獲得縮徑管件。

本發明與現有技術相比具有以下有益效果：

一、比特線圈具有結構強度高、瞬態脈沖磁場強的特點，頻繁充放電操作不會產生高強沖擊載荷和焦耳熱疲勞作用；通過柱狀集磁器將釋放的磁場能量轉化為管件縮徑動能和變形能，使管件實現多種形式的縮徑變形，以及在縮徑變形同時實現沖孔，只需一道次即可獲得成形零件，因此，本發明能夠勝任大批量生產。

二、本發明相對于目前匝線外涂裝絕緣材料的單層匝線螺線管線圈結構，比特線圈結構簡單，可通過拆裝改變線圈結構，同時結構強度高、散熱能力強。