[發(fā)明專利]一種基于模塊化集磁器的電磁成形裝置及方法

有效

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• 申請日: 2018-12-19
• 公開（公告）號: CN109865760B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李亮;賴智鵬;劉寧;韓小濤
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: B21D26/14
• 分類號: B21D26/14
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發(fā)明公開了一種基于模塊化集磁器的電磁成形裝置與方法，該裝置包括成形線圈、模具、工件以及多個集磁器模塊。將工件與模具相鄰放置，模塊化集磁器與工件相鄰放置，電磁線圈與模塊化集磁器相鄰放置，電源通過電纜與成形線圈連接。當(dāng)電源開關(guān)閉合后，成形線圈將通過脈沖電流，進(jìn)而在周圍產(chǎn)生脈沖磁場，脈沖磁場通過模塊化集磁器的集磁效應(yīng)將電磁力集中于目標(biāo)成形區(qū)域，實(shí)現(xiàn)預(yù)期變形行為；針對不同的成形需求，通過多個集磁器模塊之間的靈活組合，實(shí)現(xiàn)不同的集磁效果。本發(fā)明通過集磁器的模塊化工作方式，實(shí)現(xiàn)對電磁成形力場的有效控制，能夠提高力場調(diào)控的靈活性，降低裝備的成本，通過單套裝備即可滿足多種豐富的成形需求，顯著拓展工藝的柔性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬成形制造技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于模塊化集磁器的電磁成形裝置及方法。

背景技術(shù)

全球化能源危機(jī)，使得鋁合金等輕合金材料廣泛使用于各個工業(yè)領(lǐng)域。然而，輕質(zhì)合金材料在室溫下成形塑性較低，采用傳統(tǒng)的加工工藝進(jìn)行加工效果并不理想。電磁成形技術(shù)因高成形速率等因素能大幅改善金屬成形性能，是實(shí)現(xiàn)鋁合金等輕質(zhì)材料加工的重要方法。

目前，電磁成形技術(shù)的發(fā)展嚴(yán)重限制于裝備的成形柔性。雖然從理論上講，通過改變線圈的幾何結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)任意分布的電磁力，然而實(shí)際應(yīng)用中，由于成形線圈自身承受了巨大的電磁、熱、機(jī)械載荷，極其容易發(fā)生破壞，線圈結(jié)構(gòu)的設(shè)計往往受到諸多限制。這造成了線圈柔性和線圈壽命之間的沖突和矛盾，而基于現(xiàn)階段的技術(shù)，目前僅通過線圈結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)力場分布的成形方法的成本依然較高，難度依然較大。

集磁器是電磁成形中用于輔助成形線圈來調(diào)節(jié)力場分布的重要裝置，在板管類零件成形中都有應(yīng)用。集磁器通常由良導(dǎo)體加工而成，在實(shí)際使用中，通常放置于工件和成形線圈之間，通過導(dǎo)體對脈沖磁場的屏蔽作用，實(shí)現(xiàn)對磁場空間分布的調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對力場分布的調(diào)節(jié)。雖然集磁器的引入有效降低了線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計的難度，同時提高了工藝的成形柔性，然而，現(xiàn)有集磁器的缺點(diǎn)也很顯著。集磁器通常是由塊狀良導(dǎo)體(如銅)通過機(jī)械加工而成，對于大尺寸零件的成形，集磁器需要大量的導(dǎo)體原材料，其材料成本和加工成本都很高。進(jìn)一步地，現(xiàn)有的集磁器所能實(shí)現(xiàn)的力場分布由其幾何構(gòu)型決定，而對某一特定的集磁器，其所能實(shí)現(xiàn)的力場分布時固定的，無法通過單一集磁器實(shí)現(xiàn)多種時間分布的力場；這使得集磁器的柔性和通用性非常有限。較高的成本、受限的柔性和通用性限制了集磁器更廣泛的應(yīng)用。

上述兩點(diǎn)現(xiàn)存的技術(shù)瓶頸表明，為拓展電磁成形的應(yīng)用，急需提出柔性更高、成本更低的電磁成形裝置與工藝方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有電磁成形裝置僅通過線圈結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)力場分布的成形方法的成本依然較高，難度依然較大，或者無法通過單一集磁器實(shí)現(xiàn)多種時間分布的力場，使得集磁器的柔性和通用性非常有限的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供一種基于模塊化集磁器的電磁成形裝置，包括：成形線圈、模具、工件以及多個模塊化的集磁器；

所述成形線圈位于工件上方，用于通過脈沖電流放電在其周圍產(chǎn)生脈沖磁場；

所述多個模塊化集磁器位于成形線圈和工件之間，用于通過集磁效應(yīng)將電磁力集中于所述工件的待成形區(qū)域；所述多個模塊化集磁器包括多個不同幾何尺寸的集磁器；

所述工件位于模具上方，所述工件的待成形區(qū)域在所述電磁力的作用下變形至模具；在所述工件變形至模具的過程中，根據(jù)工件在不同變形階段的具體形狀選擇多個模塊化集磁器中的一個或多個集磁器組合，以通過集磁效應(yīng)將電磁力集中于所述工件對應(yīng)的待成形區(qū)域；

所述模具用于約束所述工件的成形形狀。

可選地，該成形裝置還包括：電源；所述電源用于為成形線圈提供能量，以通過脈沖電流放電驅(qū)動成形線圈產(chǎn)生脈沖磁場。

可選地，所述成形線圈可以由多套成形線圈構(gòu)成，每套成形線圈可分別對應(yīng)一個電源。