一種金屬板材的無線圈電磁脈沖成形裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料塑性成形領(lǐng)域，具體為金屬板材的電磁脈沖成形，特別涉及無線圈電磁脈沖成形方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電磁脈沖成形技術(shù)能提高材料成形極限，并且具有易于精確控制，成形速度快，成形工件精度高，模具結(jié)構(gòu)簡單及設(shè)備通用性強(qiáng)的特點。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、汽車工業(yè)、輕化工及儀器儀表、航空航天、兵器工業(yè)等諸多領(lǐng)域，應(yīng)用前景廣闊。
[0003]傳統(tǒng)電磁脈沖成形工藝過程中，線圈是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌瞿艿年P(guān)鍵部件。放電線圈的結(jié)構(gòu)決定了空間磁場以及工件所受磁場力的分布，直接決定工件的成形結(jié)果。
[0004]繞制形式的線圈在電磁脈沖成形過程中，放電線圈會受到電磁反作用力和電流熱效應(yīng)的影響，很容易損壞。線圈發(fā)生損壞的形式主要為變形及燒毀。研究表明，平板電磁脈沖成形過程中，線圈的失效形式主要有四種，如圖1a所示的圓形螺旋線圈(0-1)和長圓形螺旋線圈(0-2)，在線圈中部發(fā)生變形，使得第一匝與第二匝之間的間距增加；線圈絕緣層破裂;線圈由于中部變形導(dǎo)致其余線圈區(qū)域失效。線圈強(qiáng)度不夠，發(fā)生斷裂。因此，線圈設(shè)計需要滿足高強(qiáng)度和耐久性的使用要求，這在采用繞制多匝線圈結(jié)構(gòu)時，線圈制作成本較高，并且很難滿足線圈結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性，以及多次放電不失效的使用要求，很大程度上限制了電磁脈沖成形工藝在大批量生產(chǎn)中的應(yīng)用。
[0005]傳統(tǒng)電磁脈沖成形工藝主要是針對鋁板材這類具有高導(dǎo)電率特性的材料的成形。其技術(shù)特征是采用圖1a所示繞制線圈(0-1)或(0-2)，如圖1b所示，電源系統(tǒng)(0-3)與線圈(0-4)連接，待成形板材(0-7)放置在線圈(0-4)與凹模(0-6)之間，當(dāng)脈沖電流經(jīng)過線圈(0-4)即產(chǎn)生電磁場使待成形板材(0-7)產(chǎn)生感應(yīng)電流，該感應(yīng)電流即產(chǎn)生電磁場，兩個電磁場形成互相排斥的電磁力使待成形板材(0-7)變形。該方法無法成形磁導(dǎo)率很低的鐵磁性材料，因此傳統(tǒng)電磁脈沖成形工藝只能應(yīng)用于高導(dǎo)電率材料(例如鋁板材和銅板材)的成形，而對于低導(dǎo)電率材料(例如鋼板材或者鈦合金板材)或者非金屬材料的成形，目前采用的線圈結(jié)構(gòu)無法提供足夠的電磁成形力，需要如圖1c所示附加一塊高導(dǎo)電率材料(0-8)放置在線圈(0-4)與待成形板材(0-7)之間作為對待成形板材的驅(qū)動板。電磁脈沖成形過程中，線圈(0-4)的磁場與驅(qū)動板(0-8)的磁場形成的排斥力推動驅(qū)動板(0-8)運動，再通過驅(qū)動板的運動來推動所要成形材料(0-7)的變形，然而由于驅(qū)動板的變形是永久性的，無法重復(fù)使用且去除困難，成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種金屬板材的無線圈電磁脈沖成形裝置及方法，其目的在于提供一種直接對被成形板材施加電流，而不需要設(shè)計放電線圈的金屬板材的無線圈電磁脈沖成形裝置及方法，由此解決現(xiàn)有電磁脈沖成形工藝過程中線圈制作成本高、容易失效以及對被成形材料要求有高導(dǎo)電率的限制等技術(shù)問題。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種金屬板材的無線圈電磁脈沖成形裝置，包括凹模、安裝有感應(yīng)板的壓板和電源系統(tǒng);其中:
[0008]所述壓板采用絕緣材料制作而成，其上安裝有高導(dǎo)電率材料制成的感應(yīng)板，感應(yīng)板用于產(chǎn)生感應(yīng)電流和電磁場；
[0009]所述凹模采用絕緣材料制成，其開口與壓板裝有感應(yīng)板的一面正對設(shè)置，兩者之間用于放置待成形板材;壓板用于向待成形板材施壓，使之貼緊固定在凹模上;壓板內(nèi)的感應(yīng)板固定在壓板內(nèi)底部的正上方和待成形板材正下方，感應(yīng)板與待成形板材之間有間隔，用于產(chǎn)生電磁排斥力來推動板材成形；
[0010]所述電源系統(tǒng)包括直流電源、儲能電容、分壓電阻和開關(guān)，直流電源用于給儲能電容器充電，所述分壓電阻用于調(diào)整儲能電容器的充電電壓;儲能電容器兩端通過開關(guān)接待成形板材兩端，通過開關(guān)控制電流的通斷。
[0011]優(yōu)先地，所述感應(yīng)板的形狀包括但不限于圓柱形、圓錐臺、方錐臺、六面體，或者不規(guī)則形狀，以匹配凹模為原則，以求全覆蓋凹模輪廓的投影面積。
[0012]優(yōu)先地，所述凹模采用金屬材料制成，其與待成形板材之間設(shè)置有絕緣材料。
[0013]優(yōu)先地，所述感應(yīng)板為多個，多個感應(yīng)板位于待成形板材的同一側(cè)，互不相連，與凹模配合，用于實現(xiàn)一次在同一板材的同一側(cè)成形多個形狀。
[0014]優(yōu)先地，所述感應(yīng)板為多個，多個感應(yīng)板分別設(shè)置于待成形板材的上下兩側(cè)，互不相連，與凹模配合，可實現(xiàn)一次放電在同一板材兩側(cè)成形多個形狀。
[0015]優(yōu)先地，所述感應(yīng)板為一個，待成形板材為兩塊，兩塊待成形板材分別位于感應(yīng)板兩側(cè)，兩塊待成形板材與凹模配合，各板材與感應(yīng)板之間有間隔，其中一塊板材與電源系統(tǒng)相連。
[0016]優(yōu)先地，所述感應(yīng)板為一個，兩個電源系統(tǒng)，待成形板材為兩塊，兩塊待成形板材分別位于感應(yīng)板兩側(cè)，與凹模配合，兩塊待成形板材各與感應(yīng)板之間有間隔，每塊待成形板材各連接一個電源系統(tǒng)。
[0017]相應(yīng)地，本發(fā)明還提出一種金屬板材的無線圈電磁脈沖成形方法，包括如下步驟:
[0018]步驟1:將待成形板材置于凹模與壓板及其感應(yīng)板之間，壓板與凹模將其壓緊，感應(yīng)板與待成形板材之間有間隔，在保持絕緣前提下距離盡可能近；
[0019]步驟2:電源系統(tǒng)兩極與待成形板材兩端連接，根據(jù)板材變形程度需要，施加任一脈沖形狀脈沖電流產(chǎn)生脈沖電磁場，使靠近板材的感應(yīng)板感應(yīng)反向脈沖電流，產(chǎn)生具有排斥作用的電磁力；
[0020]步驟3:感應(yīng)板產(chǎn)生的排斥電磁力作用在待成形板材上，使其被推向凹模并成形為該凹模輪廓的形狀。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0022]1、本發(fā)明采用感應(yīng)板代替?zhèn)鹘y(tǒng)電磁脈沖成形中的放電線圈。感應(yīng)板為一體結(jié)構(gòu)，與繞制式的放電線圈結(jié)構(gòu)相比，加工難度以及成本降低，同時使用壽命高。
[0023]2、本發(fā)明中直接對待成形板材施加電流使靠近的感應(yīng)板中產(chǎn)生感應(yīng)電流并產(chǎn)生電磁力。因此，可以直接應(yīng)用于低導(dǎo)電率材料的成形，而不需要借助于高導(dǎo)電率的驅(qū)動板。同時電磁脈沖成形工藝能夠提高材料的成形極限。
[0024]3、本發(fā)明的成形裝置與傳統(tǒng)電磁成形相比，具有結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命長，可實現(xiàn)高強(qiáng)材料、炭素鋼板、鈦合金板的冷成形等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0025]圖1a為傳統(tǒng)板材電磁脈沖成形中放電線圈結(jié)構(gòu)；
[0026]圖1b為傳統(tǒng)板材電磁脈沖成形裝置；
[0027]圖1c為使用驅(qū)動板的板材傳統(tǒng)電磁脈沖成形裝置；
[0028]圖2為金屬板材無線圈電磁脈沖成形示意圖；
[0029]圖3為金屬板材無線圈電磁脈沖成形裝置的三維半剖圖；
[0030]圖4a為兩個感應(yīng)板位于待成形板材同一側(cè)的示意圖；
[0031 ]圖4b為兩個感應(yīng)板分別位于待成形板材兩側(cè)的示意圖；
[0032]圖5a為一個電源系統(tǒng)和兩塊待成形板材成形示意圖；
[0033]圖5b為兩個電源系統(tǒng)和兩塊待成形板材成形示意圖；
[0034]圖6為電流流向不意圖；
[0035]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中::
[0036]0-1:圓形螺旋線圈、0-2:長圓形螺旋線圈、0-3:電源系統(tǒng)、0-4:線圈、0-5:壓板、0-6:凹模、0-7:待成形板材、0-8:驅(qū)動板、1:凹模、卜1:凹模、卜3:凹模、卜4:凹模、卜5:凹模、
1-6:凹模、1-2:凹模壓板組合件、3-2:凹模壓板組合件、2:待成形板材、2-1待成形板材、2-2待成形板材、2-3待成形板材、2-4待成形板材、2-5待成形板材、2-6待成形板材、3:壓板、3-1:壓板、3-3:壓板、3-4:壓板、4:感應(yīng)板、4-1:感應(yīng)板、4-2:感應(yīng)板、4-3:感應(yīng)板、4-4:感應(yīng)板、4-5:感應(yīng)板、4-6:感應(yīng)板、5:板材成形形狀、5-1:板材成形形狀、5-2:板材成形形狀、5-3:板材成形形狀、5-4:板材成形形狀、5-5:板材成形形狀、5-6:板材成形形狀、5-7:板材成形形狀、5-8:板材成形形狀、6:電源系統(tǒng)、6-1:電源系統(tǒng)、6-2:電源系統(tǒng)、7:板材成形中電流、8:感應(yīng)板中感應(yīng)電流、9:板材成形中電流。
【具體實施方式】
[0037]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(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)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。
[0038]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步說明。在此需要說明的是，對于這些實施方式的說明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突可以互相組合。
[0039]實施例一
[0040]如圖2所示為本發(fā)明所述金屬板材無線圈電磁脈沖成形