[發(fā)明專利]一種基于模塊化集磁器結構的電磁成形與焊接裝置及應用

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• 申請日: 2023-05-17
• 公開（公告）號: CN116511683A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設計）人: 李亮;劉海祥;李瀟翔;湯心宇;曹全梁;賴智鵬;李昌興
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B23K20/06
• 分類號: B23K20/06;B23K20/26
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 劉婭婷;張彩錦

本發(fā)明公開了一種基于模塊化集磁器結構的電磁成形與焊接裝置及應用，包括脈沖電源、驅動線圈和模塊化集磁器，模塊化集磁器由多個同軸排布的集磁單元組合而成，各集磁單元均采用環(huán)形柱狀結構，且各集磁單元的內表面和外表面之間均設有一條貫穿的縫隙；待加工工件穿設在同軸設置的各集磁單元的中心通孔處，模塊化集磁器靠近驅動線圈一側的面積大于其靠近待加工工件一側的面積；工作時，通過旋轉集磁單元，可改變各集磁單元縫隙間的相對夾角，調節(jié)工件附近磁場和電磁力沿環(huán)向分布的均勻性；通過改變集磁單元的數(shù)目，可實現(xiàn)模塊化集磁器單次加工區(qū)域長度的改變。本發(fā)明采用模塊化集磁器結構，可提升磁場分布的均勻度，增強加工尺寸范圍的靈活性。

技術領域

本發(fā)明屬于電磁加工制造技術領域，更具體地，涉及一種基于模塊化集磁器結構的電磁成形與焊接裝置及應用。

背景技術

隨著輕量化技術的推進，鎂、鋁、銅等金屬及其合金材料的應用已成為船舶、車輛、航空航天等領域提高裝備運載能力的一種重要途徑，電磁成形和磁脈沖焊接作為一種高速率、非接觸的加工方式，被廣泛應用到鎂、鋁、銅等金屬及其合金材料的成形和異種金屬的焊接中。

現(xiàn)有的電磁制造存在的主要問題有：(1)能量利用率較低，主要針對薄壁小尺寸的工件，如果需要加工更大尺寸的工件，則需要更多的能量輸入來產生足夠強的驅動壓力驅使工件加速變形；(2)為了提高電磁制造中能量的利用率，通常采用線圈配合使用集磁器的方式，集磁器的引入雖然提高了電磁力和能量利用率，但是外表面到內表面之間至少具有一個徑向貫通的縫隙，使得磁能可以傳遞到集磁器內表面而不會被約束在線圈與集磁器外表面之間，而縫隙的存在使得磁場和電磁力沿環(huán)向分布不均，縫隙處的磁場和電磁力相比于其他位置存在明顯地降低，這使得縫隙對應區(qū)域的電磁力和工件運動會速度都相對較低，特別是在管件焊接中，縫隙位置的強度會直接影響到整個工件的力學強度和整體性能；(3)成形和焊接的加工長度相對受限，一套線圈和集磁器裝置只能針對特定長度的工件，使得加工相對受限，不能靈活地改變加工區(qū)域尺寸。

因此，如何解決電磁成形和磁脈沖焊接中集磁器縫隙附近工件環(huán)向受力不均和單次加工區(qū)域長度難以調節(jié)的問題，是目前急需研究的。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于模塊化集磁器結構的電磁成形與焊接裝置及應用，通過模塊化集磁器的使用，調控集磁器縫隙對磁場分布的影響、改變加工區(qū)域長度，能有效解決電磁成形和磁脈沖焊接中工件環(huán)向受力不均和加工區(qū)域難以改變的棘手問題。

為實現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供了一種基于模塊化集磁器結構的電磁成形與焊接裝置，包括脈沖電源、驅動線圈和模塊化集磁器，所述脈沖電源與驅動線圈通過同軸電纜實現(xiàn)電氣連接，驅動線圈與模塊化集磁器同軸可拆卸式設置；

其中，模塊化集磁器由多個獨立且同軸排布的集磁單元及設置在各集磁單元之間的絕緣層組合而成，各集磁單元均采用中心通孔設置的環(huán)形柱狀結構，且各集磁單元的內表面和外表面之間均設有一條貫穿的縫隙；待加工工件穿設在同軸設置的各集磁單元的中心通孔處，模塊化集磁器靠近驅動線圈一側的面積大于其靠近待加工工件一側的面積；

工作時，根據(jù)加工區(qū)域長度和磁場強度要求選擇不同個數(shù)的集磁單元組合，加工區(qū)域長度為模塊化集磁器靠近待加工工件一側的長度；然后通過旋轉相應集磁單元，使該集磁單元縫隙位置與其他集磁單元的非縫隙位置相對應設置；最后開啟脈沖電源放電在驅動線圈中產生脈沖電流，進而產生脈沖磁場，脈沖磁場和磁能經過模塊化集磁器的集磁和矯形作用后傳遞到待加工工件表面，并驅動待加工工件變形，完成待加工工件的成形或焊接操作。

在其中一個實施例中，所述集磁單元的個數(shù)為模塊化集磁器總的內壁長度不小于加工區(qū)域長度的最小個數(shù)。

在其中一個實施例中，所述模塊化集磁器總的外壁面積和外壁長度根據(jù)模塊化集磁器結構的強度和驅動線圈安匝數(shù)進行相應設置。

在其中一個實施例中，各集磁單元縫隙的夾角為360/n，n為集磁單元的個數(shù)。