[發明專利]采用凸片改善梯形集磁器磁場分布的管件成形方法及裝置

在審

• 申請號: 202210422833.1
• 申請日: 2022-04-21
• 公開（公告）號: CN114871328A
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 邱立;汪晨鑫;尹朋磊;邵子豪;姜晨非;李玉田;吳偉業;何琴;劉洪池;羅寶妮
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: B21D26/14
• 分類號: B21D26/14
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

本發明涉及采用凸片改善梯形集磁器磁場分布的管件成形方法，包括：根據待成形管件的長度，確定集磁器的凸片的縱向高度；利用有限元軟件建立包含梯形集磁器、驅動線圈、待成形管件的工件電磁成形模型；對工件電磁成形模型的驅動線圈施加脈沖電流，仿真得到梯形集磁器的磁場分布；調整工件電磁成形模型中梯形集磁器的凸片的數量以及凸片的厚度，使仿真的梯形集磁器的磁場分布接近旋轉對稱；根據得到的梯形集磁器的參數，制作多凸片梯形集磁器；利用多凸片梯形集磁器進行待成形管件的壓縮成形控制。本發明改善了因斷縫引起的集磁器內側電磁場分布失衡現象，使環狀集磁器內側的磁場分布更近似于旋轉對稱，提高了管件成形的均勻性。

技術領域

本發明屬于管件電磁成形控制領域，具體涉及一種采用凸片改善梯形集磁器磁場分布的管件成形方法及裝置。

背景技術

輕量化是航空航天、汽車工業等領域實現節能減排的重要技術手段。而實現輕量化的主要途徑是采用輕質合金材料，高性能鋁合金、鈦合金、鎂合金成為現代航空航天、汽車工業等實現輕量化的首選材料。然而，輕質合金材料在室溫下成形塑性較低，局部拉延性差，容易產生裂紋，回彈較大，采用傳統加工工藝進行加工效果并不理想。

電磁成形是一種高速率脈沖成形技術，能大幅改善金屬材料成形性能，是解決輕質合金成形困難的有效手段之一。通過電容器電源對驅動線圈放電，在驅動線圈內產生一強脈沖電流，同時在金屬工件中產生感應渦流；線圈電流及其磁場與工件的渦流及其磁場相互作用，驅動金屬工件加速并發生塑性變形，實現對工件的成形加工。整個電磁成形過程為毫秒級。與傳統加工工藝相比，電磁成形具有兩大優勢：一是高應變率，可提高材料塑性變形能力，使材料成形極限提高5-10倍；二是非接觸施力，成形件表面質量高，僅需要單模具，能減少變形過程中的應力集中。

管件電磁成形工藝中，集磁器放置在驅動線圈與工件之間，調整磁場的分布，從而改變電磁力的分布，能夠更好地達到預期的成形效果。現有技術的集磁器，其自身存在一條細縫，如附圖3所示，用于改變集磁器上下表面的感應電流流向，從而對電磁力進行控制。但是由于集磁器本身細縫的結構問題，存在電磁力在工件周向上分布不均勻的問題， 越接近于細縫的位置，電磁力越弱。現有技術的集磁器在進行管件脹形、壓縮電磁成形或者電磁焊接工藝時，靠近細縫的位置難以達到理想的成形效果，這種結構缺陷降低了電磁成形的周向均勻性。

發明內容

本發明的目的是針對上述問題，提供一種采用凸片改善梯形集磁器磁場分布的管件成形方法及裝置，利用圓環狀集磁器上、下端成對的凸片改善集磁器斷縫引起的集磁器內環磁場分布不均勻，使管件成形時在驅動線圈的作用下環狀集磁器的磁場分布近似于旋轉對稱，以提高集磁器內側管件成形的均勻性。

本發明的技術方案是采用凸片改善梯形集磁器磁場分布的管件成形方法，包括以下步驟：

步驟1：根據待成形管件的長度，確定集磁器的凸片的縱向高度；

步驟2：利用有限元軟件建立包含梯形集磁器、驅動線圈、待成形管件的工件電磁成形模型其中梯形集磁器、待成形管件的工件均采用鋁合金；

步驟3：對工件電磁成形模型的驅動線圈施加脈沖電流，仿真得到梯形集磁器的磁場分布；

步驟4：調整工件電磁成形模型中梯形集磁器的凸片的數量以及凸片的厚度，執行步驟3，使仿真的梯形集磁器的磁場分布接近旋轉對稱；

步驟5：根據步驟4得到的梯形集磁器的參數，制作多凸片梯形集磁器；

步驟6：利用步驟5得到的多凸片梯形集磁器進行待成形管件的壓縮成形控制；

步驟6.1：將待成形的管件放置在梯形集磁器內側中心，待成形的管件與梯形集磁器距離為3mm；

步驟6.2：在梯形集磁器外側設置驅動線圈,線圈材料采用紫銅；

步驟6.3：將驅動線圈經放電開關連接到脈沖電源；

步驟6.4：控制放電開關，對驅動線圈供電，在待成形的管件上產生徑向電磁力和軸向電磁力，管件在電磁力作用下壓縮成形。