[发明专利]一种均压力线圈式的电磁成形装置和成形方法

说明书

本发明公开了一种均压力线圈式的电磁成形装置，包括线圈金属导线、绝缘体和能与待成形金属工件形成闭合回路的导体，待成形金属工件放置在线圈金属导线的上方，所述导体与待成形金属工件直接接触，所述待成形金属工件与线圈金属导线不直接接触，所述线圈金属导线放置在绝缘体内并与绝缘体构成一个放电线圈，本发明还包括上述均压力线圈式的电磁成形装置的成形方法。本发明可以大幅度简化均压力线圈结构和提高线圈使用寿命。

技术领域

本发明涉及材料塑性成形的电磁成形技术领域，具体涉及一种均压力线圈式的电磁成形装置和成形方法。

背景技术

电磁脉冲成形是一种利用脉冲磁场力对金属工件进行高速加工的方法。研究表明：材料在高速冲击下，产生不同于传统加工方法准静态的变形行为而出现一种动态行为，即材料在变形弹性波、塑性波的冲击下出现晶体孪生、组织相变、绝热剪切等动力学行为。因而能够有效提高铝合金、镁合金和钛合金等难变形材料的成形极限、降低回弹。

工作线圈是将电能转化为磁场能使工件变形的重要部件，其结构设计直接影响工件的成形质量、成形效率和线圈使用寿命。目前板材电磁成形所采用的平面线圈虽然具有较好的使用强度和使用寿命，但存在磁压力分布不均的缺陷，这相当程度上限制了平板毛坯电磁成形工艺的应用范围。鉴于此，俄亥俄州立大学的G.S.Daehn教授团队在文献“Auniformpressure electromagnetic actuator for forming flat sheets”中提出了一种适合板料成形的均压力线圈。该线圈通过在类似螺线管线圈外部设置一个凹形导体通道，该外部通道和板料组成了一个封闭的电流回路。在文献“Magnetic forcedistribution and deformation law of sheet using uniform pressureelectromagnetic actuator”中，崔晓辉等采用有限元方法分析了均压力磁场力的产生原理。但该均压力线圈的制作工艺复杂，需要制作一个类似螺线管线圈和一个外部金属通道，再将两者用绝缘材料固化在一起。并且由于线圈的受力形式，往往线圈的底部会发生鼓起，造成线圈失效。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种均压力线圈式的电磁成形装置和成形方法，它可以大幅度简化均压力线圈结构和提高线圈使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种均压力线圈式的电磁成形装置，包括线圈金属导线、绝缘体和能与待成形金属工件形成闭合回路的导体，待成形金属工件放置在线圈金属导线的上方，所述导体与待成形金属工件直接接触，所述待成形金属工件与线圈金属导线不直接接触，所述线圈金属导线放置在绝缘体内并与绝缘体构成一个放电线圈。

作为上述技术方案的进一步改进：所述线圈金属导线所在平面与待成形金属工件所在平面平行，只有这样磁场力才会均匀。

进一步，所述导体由金属材料制成，包括金属凹模、线圈外部金属套和金属板条中的全部、任意两个或任意一个。

进一步，所述导体的电导率为1E^-8Ω·m～1E^-5Ω·m。

进一步，所述导体包括导电凹模、线圈外部导电套和导电板条中的全部、任意两个或任意一个，只要满足上述中的任一种情况，即可以跟待成形金属工件上的电流构成回路，导电凹模是放置于待成形金属工件上方，线圈外部导电套是放置于待成形金属工件下方，导电板条更加节省材料，放置的位置更加方便。

进一步，所述线圈金属导线为一维直线、二维曲线或三维曲线中的任何一种，所述线圈金属导线的形状与正对待成形金属工件的表面形状相匹配。

一种均压力线圈式的电磁成形方法，采用上述的均压力线圈式的电磁成形装置，包括如下步骤：