[實用新型]一種金屬管件的電磁成形裝置

有效

• 申請號: 201720206041.5
• 申請日: 2017-03-06
• 公開（公告）號: CN206925192U
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: 李亮;蔡宏;曹全梁;韓小濤;張驍;肖涵琛;李瀟翔
• 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: 廖盈春,李智

技術領域

本實用新型屬于金屬管件成形領域，更具體地，涉及一種金屬管件的電磁成形裝置。

背景技術

電磁成形是利用脈沖電磁力對金屬坯料進行塑性加工的一種高能率、高速率特種加工方法，具有高速率、非接觸的特點，能大幅提高高強度難成形材料的成形極限，簡化模具制造、工藝靈活性和柔性高，加工精度高、殘余應力和回彈小，容易實現能量控制和生產自動化。與常規成形方法相比，電磁成形技術具有以下主要優點：1、模具簡單，降低生產成本；2、零件精度高，表面質量好；3、可以提高材料塑性變形能力，提高成形極限。因此，電磁成形已被用于多類金屬管件加工成形。

專利文獻CN103406418A中公開了一種徑向與軸向加載式金屬管件電磁成形方法及裝置。然而現有的金屬管件電磁成形方法存在的主要問題有：(1)目前電磁成形電源最大容量普遍為低于500kJ左右，所用晶閘管能耐壓一般為25kV，長期使用能承受幾十千安的電流，如要進一步提高成形能力，需要更大能量的電源，性能更加的開關器件，這將耗費巨大的投資且工程實現難度較高，因此目前電磁成形僅適用于導電性能好、機械強度較低的金屬(如銅、鋁合金)，且金屬管件的管壁厚度一般小于3mm；(2)線圈與管件位置相對固定，管件脹形或縮徑時，為了產生相應的電磁力，需要改變線圈與工件間的相對位置；(3)對于管件脹形來說，傳統的方法中成形線圈必須置于金屬管件內，通過給線圈通入脈沖強電流，在金屬管件中感應出渦流，此渦流與線圈電流產生的磁場相互作用形成徑向向外的電磁力，從而達到金屬管件脹形目的，屬于基于電磁排斥力的金屬管件電磁成形。然而，當管件內徑很小時，如采用傳統的電磁成形方法來使此管件脹形，若采用多個子線圈繞制，渦流線圈的直徑將非常小，導致線圈繞制困難；而若采用一個子線圈作為渦流線圈，由于線圈所能承受的能量有限，難以使管件脹形。

實用新型內容

針對現有技術的缺陷，本實用新型提供了一種金屬管件的電磁成形裝置，其目的在于通過背景磁場單元和成形驅動線圈在金屬管件內部產生徑向向外的電磁力，由此解決高機械強度、低導電率和壁厚大的金屬管件成形以及細管徑的金屬管件的成形。

為實現上述目的，本實用新型提供了一種金屬管件的電磁成形裝置，包括：

背景磁場單元，在金屬管件上形成沿金屬管件軸向的脈沖背景磁場；

成形驅動線圈，當通入第一脈沖電流時在金屬管件上形成沿金屬管件軸向的脈沖驅動磁場，由脈沖驅動磁場在金屬管件上產生渦流；脈沖背景磁場的脈沖寬度遠遠大于脈沖驅動磁場的脈沖寬度；

并由脈沖背景磁場與渦流相互作用在金屬管件上形成電磁力，由電磁力讓金屬管件膨脹變形。

由背景磁場單元在金屬管件上產生脈沖背景磁場，由成形驅動線圈同時在金屬管件管壁上產生脈沖驅動磁場，由于脈沖驅動磁場的脈沖寬度遠遠小于脈沖背景磁場的脈沖寬度，脈沖背景磁場在金屬管件上產生的渦流可忽略不計，同時使得脈沖驅動磁場在金屬管件上的磁場可以忽略不計，通過脈沖背景磁場與成形驅動線圈產生的渦流相互作用，在金屬管件上形成電磁力，電磁力讓金屬管件膨脹變形，由于可以通過單獨增大脈沖背景磁場強度，或通過大幅增大脈沖背景磁場強度同時減少變渦流強度，實現增大電磁力，使金屬管件膨脹變形，可以實現高機械強度、低導電率管件的脹形，也可以降低成形驅動線圈中電壓強度以及受力強度。

進一步地，背景磁場單元為通有第二脈沖電流的線圈，線圈呈空芯柱狀；成形驅動線圈呈空芯柱狀；背景磁場單元套于成形模具外部，成形驅動線圈位于金屬管件內部；且第一脈沖電流的通入成形驅動線圈的方向與第二脈沖電流的通入背景磁場線圈的方向相反。

進一步地，背景磁場單元為通有第二脈沖電流的線圈，線圈呈空芯柱狀；成形驅動線圈呈空芯柱狀；背景磁場單元位于成形驅動線圈的外部，成形驅動線圈位于成形模具的外部，且第一脈沖電流的通入成形驅動線圈的方向與第二脈沖電流的通入背景磁場線圈的方向相反。

進一步地，脈沖驅動磁場的觸發時刻位于脈沖背景磁場的峰值時刻。

進一步地，脈沖背景磁場的脈寬大于10ms，且脈沖驅動磁場的脈寬小于1ms。

渦流的大小取決于磁場的變化率，脈寬小的脈沖磁場變化率大，因此感應渦流也大；磁場強度的大小取決于等效電流大小，因此，當脈沖背景磁場的脈寬大于10ms，且脈沖驅動磁場的脈寬小于1ms，相對于脈沖驅動磁場產生的渦流，由脈沖背景磁場產生的渦流可以忽略不計，相對于脈沖背景磁場在金屬管件上產生的磁場，脈沖驅動磁場在金屬管件上產生的磁場可以忽略不計。