[发明专利]一种电磁成形过程中电效应解耦的装置

说明书

本发明公开了一种电磁成形过程中电效应解耦的装置，包括脉冲放电回路、磁场产生装置、集磁器、电磁屏蔽模块和驱动圆环，脉冲放电回路用于给磁场产生装置提供脉冲电流；磁场产生装置用于根据脉冲电流产生驱动磁场；集磁器用于将驱动磁场集中在驱动圆环附近；电磁屏蔽模块用于在轴向方向上屏蔽工件上的磁场；驱动圆环用于在径向方向上屏蔽工件上的磁场，并利用其自身的感应电流和驱动磁场相互作用并产生电磁力驱动自身和工件同时发生形变；通过电磁屏蔽模块和驱动圆环有效的屏蔽电磁场在工件上的感应涡流，将电流的作用及电流产生的高温作用从工件上解耦，实现电磁成形过程中电流的解耦，分离电流和高速变形在电磁成形中的作用。

技术领域

本发明属于成形技术领域，更具体地，涉及一种电磁成形过程中电效应解耦的装置。

背景技术

电磁成形技术是一种室温环境下，高速、高温升、大电流共同作用的新型高速成形方法，电磁成形可以大大提高铝合金、镁合金等在室温下难以成形的轻质金属的成形性能，扩展轻质金属在交通运输、航空航天等领域的应用范围，加速相关领域轻量化的进程。

但电磁成形技术仍在研究阶段，电磁成形过程中材料内部同时受到高应变率、高温升和大电流的作用，其变形机理复杂、难以研究。同时，电磁成形过程中工件高速变形的驱动力、温升的热源均来自大电流的作用，多物理场相互耦合、电流难以从电磁成形过程中解耦研究，成为阻碍电磁成形技术的研究、发展、应用的一大障碍。

电磁胀环实验作为一个一维单轴拉伸的简单电磁成形过程，通常被用作研究电磁成形过程中材料变形机理的方法。电磁胀环实验的原理是利用电磁线圈产生磁场，在金属环中感应电流，感应电流和磁场相互作用产生电磁力并驱动金属环胀形，可以很好地体现材料在电磁成形过程中同时受到高速率拉伸、大电流、高温升作用下的力学性能，但现有的电磁胀环实验难以将各影响因素解耦研究。

目前，对电磁成形过程中的多因素解耦研究通常分为高速变形行为研究和电塑性效应研究两部分。高速变形行为常用研究方法有霍普金森杆和电磁驱动高速率拉伸试验，电塑性效应研究的常用研究方法为通电的准静态拉伸试验。首先，霍普金森杆和电磁驱动高速率拉伸试验均为杆状拉伸试样，存在一定的端部效应；其次，电磁成形过程并非一个均匀的拉伸过程，霍普金森杆和电磁驱动高速率拉伸试验均不能完美等效电磁成形中材料的变形过程；而电塑性效应研究虽在研究大电流作用上被广泛应用，但该方法始终是准静态过程，且电流等级和电磁成形过程中的电流等级有一定的差距。单纯的将两个因素单独研究并不能很好地代表电磁成形中的材料变形过程。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种电磁成形过程中电效应解耦的装置，旨在解决现有的电磁成形过程中，电流提供巨大的电磁力驱动工件变形的同时，巨大的电流本身和其导致的焦耳热效应对材料变形行为产生很大影响，电流、热和高速变形的作用相互耦合、物理过程复杂且变量多，导致各物理量对材料变形行为的影响难以解耦的问题。

本发明提供了一种电磁成形过程中电效应解耦的装置，包括：脉冲放电回路、磁场产生装置、集磁器、电磁屏蔽模块和驱动圆环；脉冲放电回路与磁场产生装置相连，用于给磁场产生装置提供脉冲电流；磁场产生装置用于根据脉冲电流产生驱动磁场；集磁器用于将驱动磁场集中在驱动圆环附近；电磁屏蔽模块用于在轴向方向上屏蔽工件上的磁场；驱动圆环用于在径向方向上屏蔽工件上的磁场，并利用其自身的感应电流和驱动磁场相互作用并产生电磁力驱动自身和工件同时发生形变；工作时，通过电磁屏蔽模块和驱动圆环有效的屏蔽电磁场在工件上的感应涡流，将电流的作用及电流产生的高温作用从工件上解耦，实现电磁成形过程中电流的解耦，分离电流和高速变形在电磁成形中的作用。

进一步优选地，电磁屏蔽模块包括两个上下设置且对称的屏蔽单元，每个屏蔽单元包括金属圆环、绝缘加固层和螺杆，绝缘加固层设置于金属圆环的外侧，螺杆用于固定所述电磁屏蔽模块。

进一步优选地，电磁屏蔽模块还包括金属屏蔽板，嵌设于绝缘加固层中，用于实现电磁屏蔽模块在放电过程中不会发生形变。其中金属屏蔽板可重复利用。