[发明专利]一种金属板材的电磁脉冲成形装置及方法

说明书

本发明公开了一种金属板材的电磁脉冲成形装置及方法，电磁脉冲成形方法包括：S1当待成形金属板件置于成形模具与成形线圈之间时，采用压力设备通过压边圈施压以防金属板件法兰区域起皱；S2通过第一电源模块给成形线圈提供电流，通电后的成形线圈在金属板件区域产生脉冲磁场；通过第二电源模块给金属板件提供电流，使得金属板件中产生脉冲电流；所述脉冲电流与脉冲磁场相互作用产生用于驱动金属板件发生高速变形的电磁力；S3通过电磁力使得待成形金属板件发生形变。本发明在直接加载电流的模式下，金属板件中的电流大小可显著得到提升，且电流大小受电阻率的影响较小，可以有效解决低导电率材料感应涡流小而使得成形力不足的问题。

技术领域

本发明属于金属材料塑性成形领域，更具体地，涉及一种金属板材的电磁脉冲成形装置及方法。

背景技术

轻量化是航空航天、汽车等领域提高运载器件承载极限能力、实现节能减排的重要技术手段。高性能铝合金、钛合金、镁合金等则已成为现代航空航天装备提高结构承载能力极限的首选材料。

然而，在现有的准静态成形工艺下，上述轻合金的塑性成形性能差，易于出现回弹和破裂现象，进而直接影响成形零件的质量。电磁脉冲成形技术是利用脉冲电磁力对金属坯料进行塑性加工的一种高能率、高速率特种加工方法，由于惯性效应、高速率下材料本构关系以及电磁成形过程中的电塑性效应等因素使得金属材料的成形性能得到改善(成形极限提高、回弹小、抑制起皱等)，此外还具有单模具、无需传压介质等优点，进而被认为是实现铝合金、镁合金、钛合金等轻质材料加工的重要方法。因此，电磁成形已被用于多种金属板管类零件的加工成形。

但传统的电磁脉冲成形工艺是通过在成形线圈中通入脉冲电流，在金属板件区域产生随时间变化的磁场，同时可在金属板件内感应一个抵抗磁场变化的涡流，磁场与涡流间相互作用，瞬间产生一个巨大的电磁力，使金属板件发生塑性变形。其存在的主要问题有：

(1)工件成形电磁力所需要的电流是由于电磁感应作用而在金属材料内部感生的涡流，其大小与金属材料的电导率直接相关，一般适用于铝、铜板材这类具有高电导率特性的材料成形，但对于导电性差的金属材料(如钛合金、钢等)，现有的工艺无法提供这类材料变形所必须的电磁成形力。

(2)工件中的涡流大小和方向与线圈产生的成形磁场分布及变化特性直接相关，二者因具有很强的关联性而使得无法独立调控，相应地，电磁成形力的分布特性难以根据实际需要而进行调整。如现有的成形工艺一般是在工件与线圈间产生排斥力来实现成形，对于吸引力成形较难以实现。

上述问题使得电磁成形技术的成形能力及应用范围受限。

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金属板材的电磁脉冲成形装置及方法，旨在解决现有技术中采用低导电率材料感应涡流小导致成形力不足的问题。

本发明提供了一种金属板材的电磁脉冲成形装置，包括：成形线圈、压边圈、压力设备、成形模具、第一电源模块和第二电源模块，成形线圈的两端分别与第一电源模块的两端连接，第一电源模块用于为成形线圈提供电流；当成形线圈中通电流后在金属板件中成形区域产生电磁力；第二电源模块用于连接在金属板件的两端，为金属板件提供电流；成形模具位于线圈和工件之间，主要起着约束工件成形形状的作用；压力设备用于实现防止成形线圈反弹，且用于对压边圈施加压力使得工件法兰区域不起皱。

更进一步地，第一电源模块包括：充电机、电容器组、开关和续流回路，所述电容器组的一端与成形线圈的一端连接，所述电容器组的另一端通过所述开关与所述成形线圈的另一端连接，所述续流回路与所述成形线圈并联，所述充电机与所述成形线圈并联；充电机用于对电容器进行充电；所述电容器组用于储存电能；所述开关用于控制电路的开断，闭合时将电容器中储存的电能释放，在线圈中产生电流；所述续流回路用于在金属板件中产生一个非振荡波形的电流，以确保在成形过程中工件中的所受到的电磁力方向一直维持不变。