[发明专利]一种匀压力电磁成形的装置、匀压力线圈及其获取方法

说明书

本发明提供了一种匀压力电磁成形的装置、匀压力线圈及其获取方法，匀压力电磁成形的装置包括：导电通道、线圈和工件；U形导电通道设置在线圈的上方包围线圈，工件设置在线圈的下方，工件与导电通道形成电流回路；线圈包括：导线、环氧板和加固材料；由环氧板构成的骨架为导线提供支撑；加固材料设置在导线外侧作为外加固层，用于提供足够的强度；工作时，受线圈中变化电流的影响工件与导电通道中感应出了涡流，形成了电流回路，由于线圈选用较薄的紫铜导线缠绕多层多匝而成，因此工件中所受电磁力更大，成形效率更高；为保证线圈强度，将加固材料分别沿着线圈导线绕制方向和垂直于导线绕制方向分别进行缠绕加固，实现高强高效匀压力电磁成形。

技术领域

本发明属于金属成形制造技术领域，更具体地，涉及一种匀压力电磁成形的装置、匀压力线圈及其获取方法。

背景技术

电磁成形是变化的磁场与金属材料中感应涡流相互作用、产生瞬间电磁冲击力而导致的一种高速变形，作为一种高能高速率成形技术，电磁成形在提高铝合金等轻质合金材料成形制造水平、突破一些关键技术瓶颈方面潜力巨大。在电磁成形中，用于平板电磁成形的一般为平面螺旋线圈，但平面螺旋线圈在工件上产生的电磁力分布不均匀，制约了它的应用范围。匀压力线圈作为一种新型线圈，能够在工件上形成比较均匀的电磁力，成形效率比平螺旋线圈更高，在成形车门型腔、手机壳和燃料电池板等组件上具有显著优势，因此受到了广泛的关注。

图1为匀压力线圈原理图，在线圈外面有一个凹形导电通道，导电通道和线圈之间绝缘良好并且和成形工件组成了一个封闭的回路。当电容放电时，在工作线圈中产生变化的电流，同时在外面的回路中感应出方向相反的感应电流。由于工件与导电通道形成了回路，因此工件中的感应电流方向、大小相同，所受到的电磁力比较均匀，再加上感应电流回路完全环绕线圈，所以磁场能量损失较小，效率较高。

在目前有关匀压力线圈的研究中，为了确保足够的结构强度，使线圈在电磁成形过程中不至于应力过大而变形，常将铜块或铜合金块直接进行切割得到线圈。这种方法通过线圈自身的强度来保证整体结构的强度，因而得到的匀压力线圈必须要有较厚的线圈横截面，使得线圈中电流密度较小，进而导致工件受到的电磁力较小，限制了线圈的成形效率。此外，将铜块切割为匀压力线圈形状技术复杂、切割耗时较长。这些技术缺陷直接制约了匀压力线圈的应用以及相关领域的研究和发展。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种匀压力电磁成形的装置，旨在解决现有技术中线圈的成形效率低的问题。

本发明提供了一种匀压力电磁成形的装置，包括：导电通道、线圈和工件；U形导电通道设置在所述线圈的上方包围线圈，工件设置在所述线圈的下方，工件与所述导电通道形成电流回路；线圈包括：导线，环氧板和加固材料；由环氧板构成的骨架为导线提供支撑；加固材料设置在导线外侧作为外加固层，用于提供足够的强度；工作时，受线圈中变化电流的影响，工件与导电通道中感应出了涡流，形成了电流回路；导线为任意横截面积的紫铜导线；加固材料沿着导线绕制方向和垂直于导线绕制方向分别进行缠绕加固；当导线的厚度小于透入深度时，导线越薄电流密度越大，感应产生的电流密度也越大，工件上所受电磁力越大，成形效率更高；其中，电流在紫铜上的透入深度f为电流频率，μ为磁导率，γ为电导率。