[發明專利]一種金屬材料的電磁熱成形方法及裝置

有效

• 申請號: 201810503570.0
• 申請日: 2018-05-23
• 公開（公告）號: CN108580642B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 韓小濤;吳澤霖;宋玉元;傅俊瑜;諶祺;曹全梁;李亮
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B21D26/14
• 分類號: B21D26/14;B21D37/16;H02M9/04
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智;曹葆青

本發明公開了一種金屬材料的電磁熱成形方法及裝置，該裝置包括：脈沖電流源、成形模具、成形線圈、線圈壓塊以及開關；成形模具與成形線圈之間用于放置待成形樣件；脈沖電流源、待成形樣件、成形線圈以及開關依次連接；脈沖電流源在開關閉合時，為待成形樣件提供脈沖電流加熱待成形樣件，在開關斷開時，為成形線圈及待成形樣件提供脈沖電流，以通過成形線圈為待成形樣件提供電磁成形力；成形模具用于約束待成形樣件的成形形狀；線圈壓塊用于防止成形線圈受反作用力而彈起。通過本發明解決了金屬材料由于溫度升高電導率下降從而導致電磁成形力不足以及加熱效率低等問題，同時提供一種結構簡單、能量利用率高的任意多峰脈沖大電流源拓撲。

技術領域

本發明屬于材料塑性成形領域，具體涉及金屬材料的電磁脈沖成形方法及裝置，特別涉及一種金屬材料的電磁熱成形方法及裝置。

背景技術

電磁脈沖成形技術是一種新興的高能率成形技術，其原理是在成形線圈中通入脈沖大電流，待成形金屬坯料區域會產生隨時間變化的磁場，金屬坯料內會感生一個抵抗磁場變化的渦流，在磁場與渦流相互作用下，待成形金屬胚料受到一個巨大電磁力的作用，從而發生塑性變形。由于慣性效應、電塑性效應及高速率下材料本構關系等因素，電磁成形具有成形極限高、回彈小、成形速度快等優點，可以解決輕質高強度、但成形性能差等材料(如鈦、鋁、鎂合金等)的成形困難問題，促進輕量化結構與技術的發展應用。

雖然從理論上而言，電磁成形技術可用于加工此類難成形的材料。然而，金屬坯料中感應的渦流大小和方向與脈沖電流源以及線圈產生的成形磁場的空間分布情況密切相關，對于不適于冷加工的材料或者高電阻率的材料，更需要設計復雜的成形系統來控制磁場和作用于工件上的磁場力。其存在的主要問題有：

(1)對于不適于冷加工的材料，往往需要先加熱提高塑性而后成形，若采用傳統的電磁成形工藝加工此類材料往往需要配置電參數很大的脈沖電流源、復雜的成形線圈以及耗費很大的電磁能量且成形效果不佳。為此專利文獻CN101590501A提出一種鎂合金溫熱電磁成形的加工方法，先利用加熱棒對鎂合金板材加熱到適合的溫度再利用勻壓力線圈在樣件上感應渦流成形。然而這種方法在對鎂合金板材加熱提高塑性的同時鎂合金的電導率因溫度升高相應減少，導致樣件上的感應渦流減少從而成形力大大減弱，從而不能完全發揮鎂合金板材由溫度升高導致塑性提高的特性，金屬成形的溫度區間有限。而專利CN104772380A同樣采用加熱棒加熱鈦合金，但不同的是采用鋁板作為驅動板驅動加熱后的鈦合金成形，雖然克服了由于溫升提高電導率降低的缺陷，但引入驅動板導致成形裝置極其復雜，成本增加等問題

(2)大多數的加熱方法采用類似感應加熱棒這種熱傳導方式加熱金屬，這種方法加熱時間較長導致金屬易氧化且能量利用率不高、裝置復雜。為此CN105344972A提出一種非晶合金零件快速成形方法，首先采用一套電源對非晶樣件進行快速加熱到合適溫度再利用另外一套電源作用于成形線圈在非晶上感應渦流使其成形。但這種方法不適于合金金屬成形，因為合金金屬即使溫度升高仍需具有很大的屈服強度，感應渦流無法提高足夠的成形力。

上述問題成為限制電磁成形工藝的成形能力與發展應用的主要因素。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種金屬材料的電磁熱成形方法及裝置，旨在解決現有技術中金屬材料由于溫度升高電導率下降從而導致電磁成形力不足以及加熱效率低等問題，同時為更好的對成形溫度和電磁成形力調控，提供一種結構簡單、能量利用率高的任意多峰脈沖大電流源拓撲。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種金屬材料的電磁熱成形裝置，包括：脈沖電流源、成形模具、成形線圈、線圈壓塊以及開關；

所述成形模具與所述成形線圈之間用于放置待成形樣件；所述脈沖電流源的第一輸出端用于與所述待成形樣件的第一端連接，所述成形線圈的第一端及所述開關的第一端用于與所述待成形樣件的第二端連接，所述成形線圈的第二端與所述開關的第二端及所述脈沖電流源的第二輸出端連接；