[发明专利]多级多向电磁成形方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于成形加工制造领域，特别涉及一种多级多向电磁成形方法及装置，主要用于金属材料的深度加工和精确成形。

背景技术

节能和环保的要求促使以铝合金为代表的高强度轻质合金材料在先进制造领域得到广泛应用。但传统成形技术在高强度轻质合金材料加工应用中遇到重大障碍，主要体现为轻质合金塑性差难成形、成形后回弹大等，亟需一种新的成形技术。

研究表明，高速率成形时，材料的成形性能得到显著提高，这种因高速率加工而提高的成形性被称为“高塑性(Hyperplasticity)”。电磁成形是一种利用洛仑兹力使金属材料成形的快速制造技术，属于高速率成形。由于其具有成形快、非接触及单模具等优势，是替代传统加工技术的新兴技术。

但传统电磁成形技术主要基于单机设备、低能量密度的加工模式，通过单线圈产生的单脉冲电磁力难以实现工件的单次深度加工；工件依靠惯性力与模具贴模，贴模性往往很差。

发明内容

针对传统电磁成形技术的局限性，本发明提出一种单次深度成形加工的多级多向电磁成形方法，实现更长时间范围和更大空间范围内的成形加工制造，有效提高工件的成形深度，改善工件的贴模性。

多级多向电磁成形方法，该方法具体为：压边环与凹模之间放置工件，利用脉冲磁场在工件中产生感应涡流，感应涡流与脉冲磁场间的电磁力驱使工件位于凹模外部的部分向远离凹模底部的方向变形，而工件位于凹模内部的部分向靠近凹模底部的方向变形，工件位于凹模外部的部分在凹模内部的部分变形牵引作用下流入凹模内，完成贴膜成形。

进一步地，还将凹模下部分置于一磁场区域中，当工件位于凹模内部的部分变形到该磁场区域时，该磁场与工件中的感应涡流作用驱使工件加速运动贴合凹模。

实现所述成形方法的装置，包括位于凹模正上方的压边环，位于凹模外部且靠近凹模与压边环相接面的辅助成形线圈，位于凹模内部且靠近凹模与压边环相接面的感应涡流线圈。

进一步地，还包括位于凹模侧壁外表面的电磁线圈。

进一步地，还包括位于凹模底部外表面的电磁吸力线圈。

进一步地，所述各线圈由一个以上的子线圈组合而成。

本发明的技术效果体现在：

本发明将工件置于凹模上，根据成形要求预先布置多套线圈，通过控制多套独立电源系统对线圈放电，实现工件电磁力在时间上的多级脉冲、在空间上的多区域和多方向性分布，以此电磁力驱动工件持续加速并完成深度成形。本发明通过多级多向电磁成形的方式加速工件，实现更长时间范围和更大空间范围内的成形加工制造，能有效提高工件的成形深度，且电磁吸力能改善工件的贴模性。

附图说明

图1为多级多向电磁成形装置示意图；

图2为各线圈电流波形图；

图3为多级多向电磁力时空分布示意图；

图3(a)为感应涡流线圈和辅助成形线圈作用的电磁力的时空分布示意图；

图3(b)为电磁线圈作用的电磁力的时空分布示意图；

图3(c)为电磁吸力线圈作用的电磁力的时空分布示意图；

图4为感应涡流线圈组合形式；

具体实施方式

以下结合附图对本发明的较佳实施例进一步说明。

该多级多向电磁成形装置包括感应涡流线圈、辅助成形线圈、电磁线圈、电磁吸力线圈和压边环。

所述的感应涡流线圈1主要为工件提供多级脉冲电流(图2所示的长脉冲电流10-1)或长脉冲涡流；所述的辅助成形线圈2主要产生一短脉冲电流(图2所示的短脉冲电流10-2)，为工件提供一反向预成形，使工件更容易流入凹模；所述的电磁线圈3主要为工件提供一电磁斥力推动工件持续加速；所述的电磁吸力线圈4主要为工件提供一电磁吸力促使工件的精确贴模。

所述的感应涡流线圈1、辅助成形线圈2、电磁线圈3和电磁吸力线圈4都可设计为多个子线圈的组合形式，以实现该多级多向电磁成形方法的空间控制，体现多级多向加速效果。

以感应涡流线圈1为例，如图4所示，感应涡流线圈1可设计为感应涡流内线圈1-1和感应涡流外线圈1-2的组合，内线圈1-1提供工件初始加速感应涡流和电磁力，外线圈1-2提供工件在稳定磁场区域内的感应涡流。