[发明专利]一种用于厚板件或厚弧形件的电磁脉冲翻孔成形装置

说明书

本发明属于材料塑性成形领域，公开了一种用于厚板件或厚弧形件的电磁脉冲翻孔成形装置，其中用于厚板件的成形装置包括线圈和位于线圈一侧的集磁器(103)，集磁器(103)呈圆盘状，且具有表面积互不相同的两个圆盘表面；记表面积较大的为A面，表面积较小的为B面，A面更靠近线圈，B面用于靠近待成形的工件；利用面积差在集磁器(103)靠近B面的一端将产生更大的电流密度，使待成形的工件受到更大的电磁力，从而便于电磁脉冲翻孔成形。本发明通过对装置的整体结构设计等进行改进，在线圈与板料之间加集磁器，配合多层线圈，尤其通过存在表面积差异的集磁器A面、B面设计，使电磁力集中在集磁器B面所对应的成形区域，能够达到良好的成形效果。

技术领域

本发明属于材料塑性成形技术领域，更具体地，涉及一种用于厚板件或厚弧形件的电磁脉冲翻孔成形装置，本发明利用特殊形状设计的集磁器，进一步配合多层平板螺旋线圈，解决了当前电磁成形线圈无法承受高电压高能量放电条件的问题，使电磁成形在厚板件翻孔的应用更加成熟。

背景技术

为了满足结构轻量化和材料轻量化的需要，减少能量消耗和环境污染，密度较小，比强度较高的铝合金越来越多应用于汽车以及航空航天领域。然而铝合金存在成形极限低，回弹严重等问题，严重制约了铝合金的发展。电磁成形是利用洛伦兹力使金属材料发生高速率塑性变形的成形加工方法，该方法可以提高材料的成形极限，有效减小回弹，成形后的工件具有较小的残余应力，工件具有较高的表面质量，在成形铝合金方面具有广阔的前景。且电磁成形工装简单，不需要大平台进行定位，只需要将成形线圈和凹模固定在成形区域即可，线圈位置的调节也较灵活。

航空航天领域，需要成形许多大形零件，采用传统工艺制造时，对工装平台、模具以及设备提出了较高要求；且有些零件需要成形出局部特征，以实现特定功能，难度极高。与传统方法相比，电磁成形在航空航天领域具有很大的优势，既可提高生产效率，获得精度较高，质量较好的工件；同时可利用线圈加工制造的灵活性来成形局部特征。

电磁成形是通过给线圈通脉冲电流，在电磁感应的作用下，板料上也会产生一定深度的瞬时电流，板料上的电流所产生的磁场与线圈中电流所产生的磁场相互排斥，当排斥力超过材料的屈服强度时，板料会发生变形。在板料上形成的电流的深度成为趋肤深度，该区域为电磁体积力作用区域。趋肤深度与材料电阻率、材料磁导率、放电频率相关。

式(1)中，d：趋肤深度；ρ：电阻率；μ：磁导率；f：放电频率。

电磁成形过程中，板料短时间内迅速获得很高的运动速度，绝大部分塑性变形由高速运动下的惯性效应造成。现如今，在利用电磁成形进行薄板翻边时，已经可以达到较好的效果。板料厚度增加，成形难度提升，其主要原因是，非电磁体积力作用区域增加，受体积力作用区域相对比例降低，电磁体积力效应被削弱。在板料厚度增加的情况下，想要达到理想的成形效果，则需要增加电磁成形过程中的趋肤深度。由式(1)可知，在材料不变的情况下，增加趋肤深度需要降低放电频率。由式(2)可知，控制电感不变，增加电容可以降低放电频率，但会导致放电能量的急剧增加，线圈在放电过程所要承受的能量和反作用力也就越大。

式(2)中，f：放电频率；c：电容；l：电感。

由于制造工艺的限制，现在使用的线圈在高能量放电时，在力和热的综合作用下，环氧树脂失效，导致线圈结构强度急剧降低，导线相互挤压时造成短路，往往在一次放电之后，线圈无法再次使用。解决这一问题的途径有两个：一是采用性能更加优良的材料代替铜线绕制线圈；二是优化线圈的结构设计，提高线圈的强度。在新的理想材料出来之前，更多的是进行结构方面的研究。