[發明專利]一種基于背景磁場下管材的電磁無模成形方法及裝置

有效

• 申請號: 201710331863.0
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN107030172B
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發明（設計）人: 李建軍;仇偉;黃亮;胡微;李國棟;蘇紅亮;馮飛;黃攀
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B21D26/14
• 分類號: B21D26/14
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 張建偉;曹葆青

本發明公開了一種基于背景磁場下管材的電磁無模成形方法及裝置。本發明提出的裝置包括亥姆霍茲線圈系統，支撐桿，上、下支撐板，驅動桿，脈沖放電電路和成形線圈。本發明將背景磁場和脈沖磁場相結合實現了管材(如鋁合金管)的電磁均勻脹形。借助高速變形的管材在背景磁場中，因電磁阻尼而形成的不均勻阻力場，阻礙其相應塑性變形區的不均勻流動，使管材不出現局部減薄或脹裂，從而獲得塑性流動均勻的合格脹管件。本發明所采用的亥姆霍茲線圈系統可以準確控制背景磁場的輸入能量，使管材的最終成形形狀得到精準控制，從而避免了傳統電磁自由脹形工藝中脹形件尺寸波動大、工藝可重復性差等不足，有利于實現該工藝的批量化、機械化和標準化。

技術領域

本發明屬于材料塑性成形領域，具體涉及一種基于背景磁場下管材的電磁無模成形方法及裝置。

背景技術

電磁成形是利用洛倫茲力使金屬材料發生高速率塑性變形的成形方法。成形時電能在極短時間內轉化為高壓沖擊波，以脈沖形式作用在坯料上，使坯料瞬間獲得極高的變形速度，隨后在慣性力作用下發生塑性變形。該技術主要應用于航空航天、兵器、電子和汽車制造等領域，具體在管材的自由脹形工藝上應用較多。

管材進行電磁自由脹形時，閉合開關后，感應出的感生電流存在“集膚效應”，與此同時，管材兩端又存在“端部效應”，最終導致管材上各點的電磁力沿徑向和軸向的分布都不均勻。電磁脈沖作用后，管材在慣性力作用下以極大的變形速度進行自由脹形，由于上述兩種效應所形成的不均勻電磁力場，最終導致電磁自由脹形后的脹管件出現大范圍的塑性流動不均勻、局部減薄嚴重甚至脹裂等現象，該現象在短管件電磁自由脹形和脹環實驗中尤為明顯。

由于電磁自由脹形的管材變形時沒有模具約束，如何控制材料塑性流動、避免局部減薄甚至脹裂，一直是該工藝最為核心的技術難題。目前，國內外學者普遍從“精確控制放電能量、優化線圈結構”等思路出發，以求解決這一難題。但該方法在實際應用中操作難度較大，工藝可重復性較差，所獲得的脹管件在尺寸上存在一定不可控的波動，無法穩定、準確地得到尺寸恒定的均勻脹管件，并且該工藝也不適合批量化生產要求。

發明內容

為克服現有管材電磁自由脹形技術中所存在的塑性流動不均勻、局部減薄嚴重甚至出現脹裂裂紋等不足，本發明提供了一種基于背景磁場下管材的電磁無模成形方法和裝置。以解決現有技術所存在的操作難度大、工藝可重復性差、尺寸波動不可控、不適合批量化生產要求等技術問題。

按照本發明的一個方面，提出了一種管材無模電磁成形方法，包括如下步驟：

(1)將成形線圈固定，兩端連接脈沖放電電路；

(2)將要成形的管材套設在成形線圈外，調整管材位置使之與成形線圈同軸線分布；兩者間距優選為1mm左右；

(3)接通背景磁場產生裝置的電源，產生穩定、均勻的背景磁場；調節背景磁場產生裝置，使背景磁場只產生在管材外側；

(4)接通脈沖放電電路，電流通過成形線圈，產生脈沖磁場；

待成形管材上將感應出與脈沖磁場方向相反的渦流，在渦流所產生的洛倫茲力的作用下，管材發生高速變形，進入背景磁場區，對該區的背景磁場磁感線產生切割作用，形成相應的感應電流，從而在背景磁場作用下產生與切割方向相反的電磁力，即發生電磁阻尼現象，阻礙了管材因“端部效應”和“集膚效應”而產生的不均勻塑性流動，從而實現電磁無模成形。

優選地，所述背景磁場采用亥姆霍茲線圈系統產生。

按照本發明的另一方面，提出一種無模電磁成形裝置，包括亥姆霍茲線圈系統，支撐桿，上、下支撐板，驅動桿，脈沖放電電路和成形線圈；其中：