[发明专利]一种基于电磁成形技术的复合波纹管及其成形装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属复合波纹管成形技术，尤其涉及一种基于电磁成形原理的吸能复合波纹管及其成形装置。

背景技术

电磁成形是利用金属在强脉冲磁场中受电磁力作用而发生塑性变形的一种高能、高速率成形技术。电磁成形具有提高材料的塑性变形的能力，且磁脉冲成形是利用磁场力，而不是利用机械力实现对金属的加工，因此成形过程中不需要传力介质、成形过程稳定、生产效率高、能量易于控制。一般电磁成形要求工件的电阻率低于0.15μΩ·m，非常适合铝、铜及其合金等导电性高的材料的加工。电磁成形的重要特征就是能量释放时间短，惯性力在成形过程中起主要作用，工件变形时的运动速度可达50m/s-300m/s，从变形时间短和速度高这一点上来说类似于爆炸成形，故它也表现出了爆炸成形那样的超塑性，因此与常规成形方法相比、电磁成形可大幅度提高材料的塑性变形能力。电磁成形中，由于电磁胀形放电时间短暂（微秒级），管件在毫秒级即可完成变形，应变速率可达到10³s^-1，金属薄壁圆管在高应变速率下成形，屈服强度可明显提高，因此利用电磁成形技术可显著提高胀形后金属管件的能量吸收效率。

金属复合薄壁管是由多种不同种材料类的金属通过某些变形和连接技术结合而成的薄壁管。传统上金属薄壁管件是由单一材料制成，在特定的场合下单一种类的金属薄壁圆管不能满足要求。例如在汽车发生碰撞时，单一的铝合金薄壁圆管不能很好的吸收碰撞产生的能量，易对车内乘员造成伤害，降低了汽车行驶的安全性，而单一的薄壁钢管质量很大，在一定程度上降低汽车行驶的经济性，不能满足汽车轻量化的要求。金属复合薄壁圆管在保证吸能效果的情况下可以减轻质量，具有良好的经济效益。薄壁钢管的强度大，但导电性没有铝合金薄壁管好，在进行电磁膨胀时不能轻易达到满足要求的膨胀尺寸，铝合金薄壁圆管的导电性好，且质量轻，适合对不易通过电磁成形技术来进行径向膨胀的薄壁管件进行驱动，提高其可塑性。金属波纹薄壁圆管由于有波峰和波谷的存在，在进行轴向压溃时，波谷产生凹陷，可以诱发渐进折叠，以此可以精准控制薄壁管件压溃时的折叠模式，折叠区越多，吸能效果越好，波纹管的吸能效果比非波纹管要好。

一般金属薄壁波纹管是由单一金属材料制成，而单一种类的金属薄壁圆管不能很好地满足使用要求，如单一的铝合金管强度不高，吸能效果不好，单一的高强度钢质量太大，不能满足轻量化要求。现有金属复合管制造过程复杂，管件的组装布置要求多。如专利申请201210495953.0中复合管制造方法，外管加热，内管贯穿在导向管上，再用液压使其成形，其金属复合管其制造流程复杂，成形条件要求高。现有技术的波纹管的加工制造通常采用液压成形、辊轧成形、机械胀形、焊接成形等，其成形效率低，工序复杂。如专利申请201210595118.X中金属波纹管的制造方法，先对管件进行加热，然后在管件内充入液体，进行膨胀，其加工过程所需条件要求高，工况复杂。如中国专利申请200710302010.0中金属波纹管的制造方法，先在管件内侧进行施压，使其隆起并形成蛇腹形凸起，再利用滚压加工形成波形管，其加工过程复杂，不能一次成形。因此，需要一种双金属复合波纹管成形方法来解决上述的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于电磁成形原理的高强度、轻量化、吸能效果好的预变形双金属复合管成形方法，提供一种利用电磁成形原理加工金属复合波纹管的装置以及利用该成形方法所得到的金属复合吸能波纹管，为金属薄壁构件吸能装置的设计提供新的方法。在本发明所提供的成形模具中，通过电磁成形技术对金属复合管进行径向膨胀，膨胀时通过内管驱动外管，使金属复合管的内管与外管一起按照预定的约束模形状进行贴模，使膨胀后金属复合管的膨胀部分具有一定波纹状规则形状。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是提供了一种电磁成形的复合波纹管成形装置，其特征在于：整流器、电阻、开关、电容器、升压变压器、上固定板、固定螺栓、压块、模架、约束模、线圈、下固定板、T形台、梯形孔、排气孔、固定槽、导线孔，其中：

上固定板设置固定槽，用于连接模架，并对模架进行固定，上固定板中间设置一导线孔，用于引出线圈的电线，且法兰边缘处有均匀分布的四个通孔，用于固定螺栓的连接；

下固定板边缘处均布四个通孔，用于螺栓的连接固定；

压块中心设置与上固定板相同直径的导线孔，用于线圈电线的导入和导出；

金属复合管的约束模组件是由垂直轴线方向截面为半圆形的约束模11拼合而成，且每个约束模的凹形槽中具有均匀分布的三个排气孔；约束模可设置若干弧形凹槽；