[发明专利]一种电磁成形装置及方法

说明书

本发明公开一种电磁成形装置及方法，包括：成形线圈模块，用于在放电时，其在空间中产生的磁场与板件成形区域所感应的涡流相互作用，产生成形力，成形线圈模块包括多个成形线圈，多个成形线圈在板件成形区域上方分散排列；压边线圈模块，用于在放电时，其在空间中产生的磁场与板件法兰区域所感应的涡流相互作用，产生压边力，压边线圈模块包括多个压边线圈，板件可以为不规则分布的形状。本发明在板件电磁成形过程中引入随时间和空间变化的成形力和压边力调控方式，获得板件的最优成形性能，特别适合非轴对称板件和大型板件的成形研究。

技术领域

本发明属于成形制造领域，更具体地，涉及一种电磁成形装置及方法。

背景技术

电磁成形是利用洛伦兹力使金属材料快速变形的一种高速率加工方法。基本原理是楞次定律，它通过随时间变化的磁场在金属板件内感应一个抵抗磁场变化的涡流，两者相互作用，瞬间产生一个巨大的电磁力，使金属板件产生变形。和传统加工工艺相比，电磁成形具有提高材料成形极限、抑制起皱、减小回弹，同时有效降低成本等巨大优势。

常用的平板件电磁成形系统包括脉冲电容器组、模具、板件、压边环和成形线圈等等。脉冲电容器组通过放电电路对成形线圈放电，产生瞬时变化的电流。该电流产生一个强大的脉冲磁场，进而在板件中激发出感应涡流，感应涡流与磁场相互作用产生强大的排斥力，驱动板件变形。

平板件的成形性能和成形形貌通常取决于成形线圈所提供的成形力和压边环所提供的压边力。成形线圈的合理设计决定了脉冲电磁力的空间分布，从而驱动金属板材成形至期望的形貌。压边力的施加则有利于板材的材料流动，对于抑制板材的成形缺陷(比如破裂和起皱等)具有重要的作用。

在现有的板件成形系统中，成形线圈通常为单个线圈，线圈形状可以为椭圆形、圆形和方形。目前关于大尺寸板件成形方法公开的论文和专利主要有以下两方面内容：

1、采用单个大尺寸成形线圈，线圈外径接近模具内腔尺寸，通过一次放电完成指定要求的板件成形。这种方法要求线圈尺寸随着成形板件尺寸的增加而增加，线圈体积大，绕制过程复杂，制作成本高。线圈制作完成后，只能用于某一固定尺寸的板件，不具备通用性。此外，这种方法通常需要很高的放电能量，对线圈的结构强度要求很高。为了减小线圈电感，成形线圈多采用铜皮材料绕制，导致这种类型的线圈无法进行分层加固，线圈强度受到限制，容易发生破坏，因此该方法中成形线圈往往可靠性低，使用寿命短。

2、采用单个小尺寸成形线圈，通过多次变形的累积，来达到板件成形的目的。具体是通过一个较小的成形线圈，以较小的能量，对板件进行多次放电，在每次放电之后，变换线圈的位置，对新的板件区域进行放电，通过调控线圈的放电能量和行走路径，最终实现预定的成形形状。这种利用单个小线圈渐进成形的方法，其缺点在于由于应力波作用，使得变形过程在整个板件内传播，使得成形的变形行为很难控制。实验表明，电磁渐进成形中存在明显起皱，很难保证成形板件具有较高的平整度。当板件尺寸进一步增大，厚度进一步减小时，起皱将更加严重。此外，由于这种方法中线圈的结构强度和磁场强度均不高，产生的电磁力空间分布区域及幅值都较小，这种方法所要求的放电实验次数通常较多，可达上百次，且实验放电次数随板件尺寸的增加急剧增加，成形单个板件耗时长，不利于工业化生产。