[发明专利]一种高效率板件电磁成形方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于金属成形制造领域，特别涉及一种高效率板件电磁成形方法及装置，主要用于金属板件的成形加工。

背景技术

轻量化是航空航天、汽车工业等领域实现节能减排的重要技术手段。而实现轻量化的主要途径是采用轻质合金材料，高性能铝合金、钛合金、镁合金成为现代航空航天、汽车工业等实现轻量化的首选材料。然而，轻质合金材料在室温下成形塑性较低，局部拉延性差，容易产生裂纹，回弹较大，采用传统加工工艺进行加工效果并不理想。某航天用铝质方盒零件，采用拉深成形时，需要5次拉深，期间还需增加多次退火工艺以消除加工硬化；生产周期长、成本高，且成品率较低。电磁成形是一种高速率脉冲成形技术，能大幅改善金属材料成形性能，是解决轻质合金成形困难的有效手段之一。通过电容器电源对驱动线圈放电，在驱动线圈内产生一强脉冲电流，同时在金属板件（位于驱动线圈附近）中感应涡流；线圈电流和工件涡流之间的相互电磁力，驱动金属板件加速并发生塑性变形，进而实现对工件的成形加工。整个电磁成形过程为毫秒级，电磁能瞬间释放，工件成形速度一般超过300 m/s。与传统加工工艺相比，电磁成形具有两大优势：一是高应变率（10³-10⁵s^-1），可提高材料塑性变形能力，使材料成形极限提高5-10倍；二是非接触施力，成形件表面质量高，仅需要单模具，能减少变形过程中的应力集中。

电磁成形按加工工件类型，主要分为板材电磁成形和管件电磁成形，现有板件电磁成形技术中，单次成形只能加工一个工件，加工效率低下。现有的电磁成形专利，如专利“板材动圈电磁渐进成形方法及其装置（CN1821910）”，其采用小型驱动线圈在大型工件局部产生电磁力，再通过计算机控制驱动线圈运动轨迹，可实现大型板材的电磁加工。这一专利的加工效率低，加工一个工件需要多次成形才能完成。专利“多级多向电磁成形方法及装置（CN102248059A）”，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，有效提高工件的成形深度。这一专利实现的是加工程度的提升，只对单个工件实现加工。

发明内容

为了提高板件电磁成形的效率，本发明提供一种高效率板件电磁成形方法及装置，将待加工的金属板件首尾相连组成多边形导电回路，实现了多个金属板件同时加工的功能，可大大提升电磁成形的利用率和效率。

本发明所采用的技术方案是：

一种高效率板件电磁成形方法，将待加工的金属板件通过导体触头装置首尾相连组成多边形导电回路；

根据成形要求，在金属板件变形侧安装相同或不同的模具；

通过加载的脉冲电流，在多边形导电回路中产生感应电流；

脉冲电流与感应电流之间的脉冲电磁力，驱动金属板件加速并进入模具4，实现多个金属板件的同时加工。

多边形导电回路的边数大于等于三。

多边形导电回路是正多边形或非正多边形。相同金属板件采用相同模具同时加工板件时,采用正多边形；其他情况根据实际情况采用非正多边形。

一种高效率板件电磁成形装置，包括驱动线圈、金属板件、导体触头装置，相邻金属板件之间采用导体触头装置连接，导体触头装置包括导体触头与端部紧固环。

导体触头的数量等于多边形导电回路的边数，导体触头表面设有镀银层。将待加工的金属板件首尾相连组成多边形导电回路时,导体触头的数量刚好等于多边形导电回路的边数，同时为了使金属板件与导体触头充分接触，需在导体触头表面设镀银层。

端部紧固环为一多边形环；端部紧固环的边数等于多边形导电回路的边数；端部紧固环采用绝缘材料制成。端部紧固环的作用是使多边形导电回路构成一个整体，但又希望在其中不产生感应电流，故端部紧固环采用绝缘材料制成，如环氧板等。

驱动线圈与金属板件之间设置有磁场变换装置。

无磁场变换装置时，驱动线圈为一与多边形导电回路吻合的多边形驱动线圈。为了使多边形导电回路的感应电流最大，在无磁场变换装置时，驱动线圈应为与多边形导电回路吻合的多边形驱动线圈。

有磁场变换装置时，驱动线圈为一圆柱驱动线圈。有磁场变换装置时，为简单方便，将驱动线圈设置为一圆柱驱动线圈，同时使磁场变换装置内表面与驱动线圈吻合，外表面与多边形导电回路吻合，达到最高效率的磁场传递效率。

磁场变换装置包括一镀铜或银的开环不锈钢、开环不锈钢上设有1mm至2mm的气隙。开环的目的是为了实现磁场变换，气隙采用1-2mm是为了使其环向足够的均匀。