本發(fā)明屬于金屬材料塑性加工領(lǐng)域，更具體地，涉及一種帶預制孔管材電磁側(cè)翻邊裝置及方法。

背景技術(shù)：

電磁成形是利用電磁力使金屬材料發(fā)生高速率塑性變形的成形方法，具有回彈小，成形極限高等特點。成形時電能在極短時間里轉(zhuǎn)化為高壓沖擊波，以脈沖形式作用在金屬材料上，使金屬材料瞬間獲得極高的變形速度，隨后在慣性力作用下發(fā)生高速率塑性變形。該技術(shù)主要應用于航空航天、船舶艦艇、武器裝備和汽車制造等領(lǐng)域，具體在管材的塑性加工，尤其是帶預制孔管材的電磁側(cè)翻邊工藝上應用較多。

電磁成形裝置主要包括電磁成形儲能系統(tǒng)和外部電磁力發(fā)生裝置兩大部分，其中電磁成形儲能系統(tǒng)主要由控制電路、電容器組和電阻元件等部分組成，外部電磁力發(fā)生裝置主要由放電線圈和聯(lián)接電路等結(jié)構(gòu)組成。放電線圈是將電能轉(zhuǎn)化為磁場能，進而轉(zhuǎn)化為機械能的關(guān)鍵裝置，是外部電磁力發(fā)生裝置的核心部件，直接影響著電磁成形力的輸出。放電線圈的結(jié)構(gòu)設(shè)計和該線圈配套使用的成形裝置一直是電磁成形技術(shù)在實際應用中最為核心的機密。

目前，帶預制孔管材的電磁側(cè)翻邊工藝所采用的放電線圈均為多匝密繞的內(nèi)置螺線管線圈。該線圈主要由芯管、樹脂絕緣層、銅合金導線和外接接頭等結(jié)構(gòu)組成。但在實際應用中發(fā)現(xiàn)：該螺旋管線圈閉合開關(guān)后，沿管材周向所形成的閉合渦流會被管材上的預制孔結(jié)構(gòu)所截斷，導致渦流驟降。并且該線圈所形成的徑向電磁力，絕大部分被模具的支持力所抵消，用于管材側(cè)翻邊成形的電磁力非常有限。所以，傳統(tǒng)的螺線管放電線圈在管材側(cè)翻邊成形時，存在能量利用率低、翻邊支管高度不足和材料貼模效果不理想等缺點。在生產(chǎn)中為達到圖紙所要求的翻邊高度，常常在線圈兩端加載大電壓，這將導致螺線管各匝線圈之間存在較大斥力，造成線圈結(jié)構(gòu)變形，嚴重影響線圈的使用壽命。此外，由于實際加工條件及選材的限制，制作螺線管線圈時常常降低了纏繞密度和匝數(shù)，這進一步加劇該線圈所存在的翻邊效果差、能量利用率低等問題的嚴重性，不滿足批量化、機械化和標準化生產(chǎn)要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種帶預制孔管材電磁側(cè)翻邊裝置及方法，利用空間螺旋線圈通電后在預制孔正下方產(chǎn)生的徑向感應磁場，從而在管材側(cè)面形成環(huán)繞預制孔的渦流，以提高用于翻邊成形的電磁力大小。空間螺旋線圈不僅避免了傳統(tǒng)螺線管線圈所存在的徑向電磁力被管材與模具之間的支持力所抵消、感應渦流被預制孔截斷等問題，又使電磁力更加集中分布在翻邊區(qū)域，從而降低了線圈兩端所需加載的電壓值，即可以實現(xiàn)小電壓電磁成形?？臻g螺旋線圈導線之間所存在的斥力較小，可以延長該線圈的使用壽命。同時，環(huán)繞預制孔的感應渦流又可以提高管材側(cè)翻邊的成形效果，滿足批量化、機械化和標準化生產(chǎn)要求。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種帶預制孔管材電磁側(cè)翻邊裝置，包括上模架、上模、下模、下模架、柱形支撐體、空間螺旋線圈和脈沖放電電路，所述上模和下模分別安裝在所述上模架和下模架上，所述上模和下模共同形成用于容納帶預制孔管材的容納孔，所述柱形支撐體用于套接所述帶預制孔管材，所述上模上設(shè)置有翻邊孔，所述脈沖放電電路與所述空間螺旋線圈相連接，以形成所需要的脈沖磁場，其特征在于，

所述空間螺旋線圈的俯視圖呈螺旋狀并且其側(cè)視圖呈弧形，該空間螺旋線圈設(shè)置于所述柱形支撐體的頂部，并且所述柱形支撐體的頂部設(shè)置有用于容納空間螺旋線圈的凹槽。

優(yōu)選地，所述柱形支撐體上的凹槽為與所述空間螺旋線圈形狀相應的螺旋槽。

優(yōu)選地，所述柱形支撐體由兩個半柱形支撐體組成并且它們上下設(shè)置，在上的半柱形支撐體的圓柱曲面上設(shè)置所述凹槽，并且在該半柱形支撐體上設(shè)置有走線孔和走線槽。

優(yōu)選地，所述空間螺旋線圈與帶預制孔管材的間隙小于1mm。

優(yōu)選地，所述空間螺旋線圈采用銅合金導線繞制而成，所述銅合金導線的截面為矩形并且其截面積為10-25mm²。

優(yōu)選地，所述上模、下模的材料為硬質(zhì)合金鋼。

優(yōu)選地，所述下模上設(shè)置有導柱，所述上模上設(shè)置有導套，所述導套套接在所述導柱上。

一種采用所述的帶預制孔管材電磁側(cè)翻邊裝置對帶預制孔管材翻邊的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將帶預制孔管材套接在頂部有空間螺旋線圈的柱形支撐體外側(cè)并調(diào)整帶預制孔管材的位置，使預制孔的中心線與空間螺旋線圈的中心線重合，則帶預制孔管材、柱形支撐體和空間螺旋線圈共同形成組合體；

(2)將組合體插入容納孔內(nèi)；

(3)調(diào)整組合體的位置，使預制孔的中心線與翻邊孔的中心線重合；

(4)閉合脈沖放電電路的開關(guān)，則在空間螺旋線圈中形成脈沖磁場并且?guī)ьA制孔管材上感應出環(huán)繞預制孔的渦流，而且空間螺旋線圈在通電初始時刻的最大電磁力邊界與預制孔邊界相重合，即預制孔的孔邊緣處的材料受到的電磁力最大，從而使預制孔的孔邊緣處的材料向上變形翹起直至貼合上模在翻邊孔處的內(nèi)壁，進而完成帶預制孔管材電磁側(cè)翻邊成形。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

1)本發(fā)明的空間螺旋線圈所形成的渦流分布更加合理。與預制孔同軸放置的空間螺旋線圈，在閉合脈沖放電電路開關(guān)后，該線圈產(chǎn)生脈沖電流，進而形成脈沖磁場，可以在待成形管材上感應出環(huán)繞預制孔形狀的渦流，從而避免了傳統(tǒng)螺線管線圈所產(chǎn)生的圍繞管材周向分布的渦流被預制孔截斷而導致電阻急劇增大、渦流驟降等不足。

2)本發(fā)明的空間螺旋線圈所產(chǎn)生的徑向電磁力在翻邊孔區(qū)域分布更加集中，電磁力更大，能量利用率更高。由于該空間螺旋線圈形成環(huán)繞預制孔形狀的渦流，可以在翻邊區(qū)域產(chǎn)生更大的徑向電磁力，該電磁力相比傳統(tǒng)螺線管線圈周向渦流所形成的電磁力分布更加集中，并且避免了螺線管線圈所產(chǎn)生的電磁力被管材和模具之間的支持力所抵消的情況，有效地提高了能量利用率。

3)本發(fā)明的空間螺旋線圈可以有效提高管材電磁側(cè)翻邊的成形效果。利用有限元數(shù)值模擬進行空間螺旋線圈結(jié)構(gòu)調(diào)整，可以使空間螺旋線圈的最大電磁力邊界與管材的預制孔邊界相重合，從而減少翻邊時材料與模具之間的碰撞及波動現(xiàn)象，很好地實現(xiàn)材料貼膜，相比傳統(tǒng)螺線管線圈具有更加優(yōu)越的翻邊效果。

4)本發(fā)明的空間螺旋線圈和裝置可以實現(xiàn)小電壓電磁成形，提高成形線圈的使用壽命，具有優(yōu)良的經(jīng)濟效益。由于空間螺旋線圈所形成的電磁力在翻邊孔區(qū)域集中分布，所以相比傳統(tǒng)螺線管線圈，線圈兩端所需加載的電壓較小，可以實現(xiàn)小電壓電磁成形?？臻g螺旋線圈導線之間斥力較小，可以有效延長成形線圈的使用壽命，節(jié)省生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益，有利于實現(xiàn)該工藝的批量化、機械化和標準化。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的示意圖；

圖2為本發(fā)明的立體剖視圖；

圖3為本發(fā)明的局部立體剖視圖；

圖4為本發(fā)明看空間螺旋線圈示意圖；

圖5為帶預制孔管材電磁翻邊的初始狀態(tài)示意圖；

圖6為帶預制孔管材經(jīng)電磁脈沖作用后的材料變形過程示意圖；

圖7為帶預制孔管材經(jīng)電磁脈沖作用后的材料貼膜過程示意圖；

圖8為帶預制孔管材電磁翻邊的最終狀態(tài)示意圖；

圖中：1-下模架，2-導柱，3-空間螺旋線圈，4-上模架，5-上模，6-開關(guān)，7-電阻，8-電容器組，9-導套，10-帶預制孔的管材，11-下模。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

參照圖1～圖8，一種帶預制孔管材電磁側(cè)翻邊裝置，包括上模架4、上模5、下模11、下模架1、柱形支撐體3、空間螺旋線圈12和脈沖放電電路，所述上模5和下模11分別安裝在所述上模架4和下模架1上，所述上模5和下模11共同形成用于容納帶預制孔管材10的容納孔，所述柱形支撐體3用于套接所述帶預制孔管材10，所述上模5上設(shè)置有翻邊孔，所述脈沖放電電路與所述空間螺旋線圈12相連接，以形成所需要的脈沖磁場，所述空間螺旋線圈12的俯視圖呈螺旋狀并且其側(cè)視圖呈弧形，該空間螺旋線圈12設(shè)置于所述柱形支撐體3的頂部，并且所述柱形支撐體3的頂部設(shè)置有用于容納空間螺旋線圈12的凹槽。脈沖放電電路由開關(guān)6、電阻7和電容器組8串聯(lián)組成。

進一步，所述柱形支撐體3上的凹槽為與所述空間螺旋線圈12形狀相應的螺旋槽，以用于更好地放置空間螺旋線圈12。

進一步，所述柱形支撐體3由兩個半柱形支撐體3組成并且它們上下設(shè)置，在上的半柱形支撐體3的圓柱曲面上設(shè)置所述凹槽，并且在該半柱形支撐體3上設(shè)置有走線孔和走線槽。

進一步，所述空間螺旋線圈12與帶預制孔管材10的間隙小于1mm。

進一步，所述空間螺旋線圈12采用銅合金導線繞制而成，所述銅合金導線的截面為矩形并且其截面積為10-25mm²。

進一步，所述上模5、下模11的材料為硬質(zhì)合金鋼，工作區(qū)域的表面粗糙度為0.4。

進一步，所述下模11上設(shè)置有導柱2，所述上模5上設(shè)置有導套9，所述導套9套接在所述導柱2上。

一種采用所述電磁側(cè)翻邊裝置對帶預制孔管材10翻邊的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將帶預制孔管材10套接在頂部有空間螺旋線圈的柱形支撐體3外側(cè)并調(diào)整帶預制孔管材10的位置，使預制孔的中心線與空間螺旋線圈12的中心線重合，則帶預制孔管材10、柱形支撐體3和空間螺旋線圈12共同形成組合體；

(2)將組合體插入容納孔內(nèi)；

(3)調(diào)整組合體的位置，使預制孔的中心線與翻邊孔的中心線重合；

(4)閉合脈沖放電電路的開關(guān)6，依右手定則，在待成形管材上感應出與脈沖磁場方向相反并環(huán)繞預制孔的渦流，而且空間螺旋線圈12在通電初始時刻的最大電磁力邊界與預制孔邊界相重合，即預制孔的孔邊緣處的材料受到的電磁力最大，從而使預制孔的孔邊緣處的材料向上變形翹起直至貼合上模5在翻邊孔處的內(nèi)壁，進而完成帶預制孔管材10電磁側(cè)翻邊成形。

本發(fā)明中空間螺旋線圈12為提供動力的部分，空間螺旋線圈12依據(jù)翻邊孔尺寸進行設(shè)計，該線圈可以產(chǎn)生圍繞預制孔結(jié)構(gòu)的閉合渦流，擁有較大的徑向電磁力，使帶預制孔管坯10完成側(cè)翻邊，并且該線圈可以實現(xiàn)小電壓電磁成形，擁有較高的使用壽命。

帶預制孔管材10的變形過程如圖5～圖8所示。帶預制孔管材10的初始狀態(tài)10-1如圖5所示，圖5中帶預制孔管材10的預制孔中心位置與空間螺旋線圈3的中心位置重合。接通開關(guān)6后，如圖6所示，管材預制孔區(qū)域獲得很大的徑向變形速度，在慣性力作用下帶預制孔管材10預制孔區(qū)域發(fā)生塑性變形的狀態(tài)10-2。圖7為帶預制孔管材10電磁脈沖作用后的材料貼膜過程中的中間狀態(tài)10-3，利用有限元數(shù)值模擬可以進一步調(diào)整空間螺旋線圈12結(jié)構(gòu)參數(shù)，使該線圈的最大電磁力邊界與預制孔邊緣重合，從而減小成形過程中的碰撞和震顫，提高電磁翻邊效果，如圖8所示，帶預制孔管材10與上模5在翻邊孔處的內(nèi)壁貼合后的完工狀態(tài)10-4，從而獲得性能優(yōu)良的管材電磁側(cè)翻邊零件。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。