[发明专利]一种电磁驱动-电液管件成形装置及方法

说明书

本发明公开了一种电磁驱动‑电液管件成形装置及方法，所述装置包括：电源模块、成形模块、助推模块、成形模具以及固定单元；通过触发成形用电源1‑2，使金属丝2‑2与腔室6中的液体发生化学反应，产生爆炸冲击波，驱使待成形工件发生塑性变形，并在模具型腔4‑1的约束作用下成形；此外，通过助推用电源1‑1触发助推线圈3‑1在驱动板3‑2上产生感应涡流和时变磁场，通过时序配合，为整个成形过程提供轴向助推电磁力，同时，通过驱动板3‑2传递电磁作用力到待成形工件7的端部，从而增大管件的轴向运动趋势，提高材料的流动性。如此，在高速冲击波载荷和驱动板轴向助推力的协同作用下，实现对待成形工件7的塑性变形加工，能有效提高工件的成形能力和贴模性能。

技术领域

本发明属于金属成形制造领域，更具体地，涉及一种电磁驱动-电液管件成形装置及方法。

背景技术

金属是最为普遍的加工材料，镁合金、铝合金等轻质合金更是实现轻量化、节能减排的重要途径，在航空航天、汽车工业等被广泛采用。在管件深成形、波纹管制作等加工制造中，由于工件变形量较大，在加工过程中会出现局部过度减薄甚至撕裂的情况，因此一直是加工制造业中的难题。专利文献CN103406418B中公开了一种径向与轴向双向加载式金属管件电磁成形方法及装置，能够在金属管件径向胀形的过程中，通过施加脉冲电磁力的方式在管件端部提供轴向推送，从而增强材料的流动性，提高工件的成形极限，增大管件的径向变形量。但是该方法仅适用于铝合金等导电性能好的金属材料，对于导电性能差的材料，例如镁合金、钢等，则难以实现电磁力的加载。同时，该方法存在管件轴向易失稳、贴模性差等问题。

电液成形是一种高速率成形的加工技术。利用金属丝在通大电流的情况下急速升温爆炸，并与周围液体发生反应体积迅速膨胀，从而产生冲击波传递于工件表面，在冲击载荷的作用下，工件发生塑性变形而进行加工制造。相较于传统的准静态加工方式，电液成形的高速率冲击载荷能极大地提高材料的成形极限。相较于电磁成形，不需要工件具有良好的导电性能，因此适用性更广；由于液体作为传播冲击波的介质，具有一定的不可压缩性，因此能很好抑制端部过度推送引起的管件轴向失稳，贴模性能可以得到显著提升。但是电液成形的冲击波载荷作用时间极短且不可控，同时存在对液体有效密闭的实际工装问题，难以在整个加工过程中通过准静态的方式提供持续稳定的轴向推送力；而低电导率材料难以通过线圈放电的方式，直接加载足够的轴向电磁推送力。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种电磁驱动-电液管件成形装置及方法，其目的在于解决管件在深成形、波纹管制造等大变形加工制造时，工件易发生减薄、破裂，以及电磁成形工艺无法直接作用于非良性导体材质工件的局限性等问题。

为实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种电磁驱动-电液管件成形装置，包括：

电源模块，包括助推用电源和成形用电源，其中，所述助推用电源为助推线圈提供第一脉冲电流，所述成形用电源为金属丝提供第二脉冲电流，且所述第二脉冲电流脉宽小于所述第一脉冲电流脉宽，所述第二脉冲电流与所述第一脉冲电流不同步，其可在所述第一脉冲电流不同位置触发。

成形模块，包括电极、金属丝，用于产生爆炸冲击波；其中，所述金属丝缠绕于所述电极上，并放置于腔室内；

助推模块，包括助推线圈、驱动板，所述驱动板位于所述助推线圈与待成形工件端部之间；所述助推线圈产生交变磁场，并在所述驱动板中感应涡流，所述涡流与磁场在所述驱动板上产生轴向助推力，使所述驱动板动作，进而使所述待成形工件端部轴向流动；

成形模具，包括模具型腔、排气孔、密封塞；其中，所述模具型腔用于为工件成形提供空间与形貌约束，所述密封塞和所述待成形工件形成所述腔室；

固定单元，包括固定框架、伸缩垫环，为所述装置提供安装固定结构。

进一步地，所述驱动板几何形状为壁厚和轴长不同的两个同轴空心圆柱体的组合体，沿轴线剖面为“T形”；所述“T形”顶部放置所述助推线圈，所述“T形”底部连接所述待成形工件。