[发明专利]一种磁脉冲成形用集磁器结构

说明书

技术领域

本发明属于金属管件磁脉冲成形技术，尤其涉及一种利用脉冲磁场力进行金属管件成形和连接的装置。

背景技术

磁脉冲成形技术具有加工能量易于精确控制、成形速度快、成形工件精度高、模具简单和设备通用性强等优点，且整个成形过程无污染，已被应用于机械、电子、汽车、航空航天和兵器工业等诸多领域。磁脉冲成形技术的基本原理是电磁感应定律。一脉冲磁场穿过工件并在工件上产生感应电流(又称涡流)，感应电流产生的磁场与初始的磁场相互作用产生幅值巨大的脉冲磁压力。当磁压力幅值显著高于工件材料的屈服强度时，工件将发生塑性变形。磁脉冲成形加工正是利用脉冲磁压力使工件产生塑性变形达到零件成形或连接的目的。

集磁器原理如图1、图2所示，它是磁脉冲成形中一种非常重要的装置，用于集中磁通并在工件一定位置上施加压力，其与待加工管件对应的区域(图2中4)称为工作区。一般，集磁器是带有纵向窄缝的金属厚壁圆筒，根据具体要求，其纵截面可为梯形、T形或L型等。当进行图2所示的缩径成形时，在集磁器外部同轴放置成形线圈，磁脉冲成形设备通过线圈放电。由于此放电回路为典型的RLC回路，流过线圈的脉冲电流i₁具有衰减震荡特性。根据集肤效应和电磁感应定律，i₁只在靠近集磁器外表面的线圈内侧流动，其产生磁场在集磁器外表面层内产生感应电流i₂。由于集磁器侧壁存在纵缝，因此i₂沿集磁器外表面、纵缝表面流经集磁器的内表面。i₂的感应磁场在置于集磁器内的管件上产生感应电流i₅。同理，变化的i₅也会产生磁场。i₁、i₂和i₅对应的磁场相互作用，导致集磁器外表面感应电流磁场大部分和线圈电流磁场相抵消，而在内表面则相反，尤其在工作区产生了强磁场，从而实现磁场能从集磁器外表面向内表面，乃至工作区的传递，使绝大部分冲击力作用于集磁器的工作区，因而集磁器承受了线圈所受的巨大磁压力，从而起到集中磁场、提高局部磁场强度、保护线圈的作用。由于集磁器材料和结构限制，集磁器通常用于局部成形且有能量损失，成形过程的能量效率降低。制作集磁器的材料要具有较高的导电率、强度和刚度。

管件电流i₅与集磁器和被加工管件间隙内的增强磁场作用，产生作用于该管件的脉冲磁压力，使之变形或实现与其他零件的机械连接或焊接接头。

目前，磁脉冲成形和连接用集磁器结构的侧端面与轴线夹角介于π/6→π/2之间，磁场能向管件变形或连接所需机械能的转化效率低，多用来起到保护线圈、加强线圈结构强度的作用。因此，需要对集磁器结构进行优化设计，提高磁脉冲成形或连接过程的能量利用率，从而获得满足技术要求的变形和连接零件。

发明内容

本发明的目的是提供一种能提高磁脉冲成形和连接过程能量利用率的新型集磁器结构。

本发明的技术解决方案如下：

1、原理依据

在梯形截面集磁器工作区内，认为磁场强度在内径r₀、外径r₀+g的环形区域内均匀分布，见图1、图2，并且只有z向分量，则集磁器工作区电流为i₄：

i4=φlμ02πr0g---(1)]]>

式中φ为磁通量；l为集磁器工作区轴向长度；μ₀为空气磁导率；g为待加工管件与集磁器工作区单面径向间隙。

集磁器侧端面电流i₃：