本發(fā)明屬于金屬成形制造領(lǐng)域，特別涉及一種基于電磁吸引力的管件成形裝置及方法，主要用于金屬管件的成形加工。

背景技術(shù)：

電磁成形是一種高能率、高速率的脈沖成形技術(shù)，相較于準靜態(tài)成形有成形速度快、成形質(zhì)量高、能有效的改善坯料的成形能力、清潔無污染等顯著優(yōu)點。所以，在航天、航空、汽車等制造業(yè)的輕量化進程中有舉足輕重的作用。其中，鈦合金、鋁合金、鎂合金等輕質(zhì)合金為輕量化的首選材料。但這些輕質(zhì)合金在室溫下的成形塑性差，傳統(tǒng)的成形方法容易出現(xiàn)起皺和回彈；甚至受合金自身的拉延性限制，局部位置會產(chǎn)生裂紋。而電磁成形技術(shù)可以在室溫下顯著提高上述合金的成形能力，能節(jié)約大量的生產(chǎn)成本。

現(xiàn)有的電磁成形技術(shù)是通過脈沖電源放電，使得在成形線圈中流入一強脈沖電流，在線圈周圍空間產(chǎn)生一個脈沖磁場，進而使得坯料中產(chǎn)生感應(yīng)渦流；成形線圈中的脈沖電流與金屬坯料中的感應(yīng)渦流方向相反，相互受到排斥力的作用。該排斥力驅(qū)動坯料向遠離成形線圈的方向的運動，從而發(fā)生塑性變形實現(xiàn)坯料的成形加工。金屬坯料在成形過程中變形時間短，與成形線圈沒有接觸；使得成形后的皮料表面質(zhì)量高。

現(xiàn)有的管件電磁成形技術(shù)中，電磁力的作用方式主要為排斥力，作用方式單一；同時，當微小管件有脹形需求時，由于電磁力的作用方式為排斥力，很難繞制可置于管件內(nèi)的線圈，使得其應(yīng)用場景受限。此外，在異種金屬管件復合中，在內(nèi)管為高導電率金屬管件的情況下，現(xiàn)有的方法雖可實現(xiàn)管件復合，但是成形質(zhì)量差，成形位置不穩(wěn)定；還會受到管件長度的制約。

現(xiàn)有的電磁成形根據(jù)坯料的形狀主要分為板件成形和管件成形兩類；其中管件又以設(shè)備工裝簡單，能量利用率高而廣泛應(yīng)用。但現(xiàn)有的管件成形仍受到坯料和線圈尺寸的限制，針對小管件的脹形成形困難，使得其應(yīng)用場景受限。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有的小管件成形技術(shù)難點，為了擴大金屬管件電磁成形的應(yīng)用范圍，本發(fā)明提供一種基于電磁吸引力的管件成形裝置及方法，可以改變現(xiàn)有的電磁力作用方式，打破現(xiàn)有技術(shù)局限，擴大管件電磁成形的應(yīng)用范圍,以適應(yīng)不同加工工件的需求。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種基于電磁吸引力的管件成形裝置，金屬管件的端部固定，在金屬管件成形區(qū)域外部套加螺線管成形線圈并固定，螺線管成形線圈與金屬管件之間存在成形間隙，所述螺線管成形線圈連接放電電路。放電電路用于在所述螺線管成形線圈內(nèi)施加一個寬脈寬脈沖電流，在該寬脈寬脈沖電流峰值處再施加一個窄脈寬電流，使得合成的電流擁有較緩的上升沿和較陡的下降沿。金屬管件在合成電流上升沿時受到排斥力的作用，在合成電流下降沿時受到吸引力的作用，吸引力遠大于排斥力；金屬管件的成形區(qū)域向置于金屬管件外部的螺線管成形線圈方向運動。

所述金屬管件端部采用機械結(jié)構(gòu)或液壓結(jié)構(gòu)固定；金屬管件成形區(qū)域外部套加螺線管成形線圈采用機械結(jié)構(gòu)或液壓結(jié)構(gòu)固定。

所述金屬管件內(nèi)部設(shè)有管內(nèi)模具，管內(nèi)模具盡可能的填充金屬管件的內(nèi)部空間，管內(nèi)模具用來限制所述金屬管件在受到排斥力時，向遠離螺線管成形線圈的方向運動。

所述金屬管件為鋁合金管件、鎂合金管件、或者表面噴涂高導電率涂層的鈦合金管件。

所述螺線管成形線圈設(shè)置在管外模具的凹腔內(nèi)。

所述螺線管成形線圈與所述金屬管件之間設(shè)置集磁器，集磁器為鍍銅或鍍銀的開環(huán)不銹鋼，開環(huán)不銹鋼上有1mm的間隙，且截面為梯形。

所述管內(nèi)模具為圓柱形模具。

所述管外模具為現(xiàn)有的電磁成形管件脹形模具。

一種基于電磁吸引力的管件成形方法，金屬管件的端部固定，在金屬管件成形區(qū)域外部套加螺線管成形線圈并固定，螺線管成形線圈與金屬管件之間存在成形間隙，所述螺線管成形線圈連接放電電路。在螺線管成形線圈內(nèi)施加一個寬脈寬脈沖電流，在該寬脈寬脈沖電流峰值處再施加一個窄脈寬電流，使得合成的電流擁有較緩的上升沿和較陡的下降沿，以此方式，金屬管件在合成電流上升沿時受到排斥力的作用，在合成電流下降沿時受到吸引力的作用；該吸引力遠大于排斥力；金屬管件在整個成形過程中，主要受到電磁吸引力的作用，電磁吸引力使得金屬管件成形區(qū)域向置于金屬管件外部的螺線管成形線圈方向運動，從而實現(xiàn)與傳統(tǒng)金屬管件脹形方法一樣的脹形效果。

本發(fā)明一種基于電磁吸引力的管件成形裝置及方法，技術(shù)效果如下：

1、本發(fā)明改變了在金屬管件脹形中電磁力的作用方式，提高了線圈的利用效率，降低了生產(chǎn)成本。

2、本發(fā)明中的成形線圈，在引入集磁器后，可實現(xiàn)通用形，即不同尺寸的金屬管件可以采用同一套成形線圈實現(xiàn)脹形。

3、本發(fā)明特別適用于小金屬管件的脹形，解決了小金屬管件脹形難度大的問題。小金屬管件為直徑50mm以下的金屬管件。

附圖說明

圖1為含集磁器和管內(nèi)模具的金屬管件脹形裝置示意圖。

圖2為含管外模具和管內(nèi)模具的金屬管件脹形裝置示意圖。

圖3為含集磁器的金屬管件脹形裝置示意圖。

圖4為金屬管件脹形裝置示意圖。

圖5為含管內(nèi)模具的金屬管件脹形裝置示意圖。

圖6為放電電流波形示意圖。

上述圖中：1-放電電路；2-螺線管成形線圈；3-金屬管件；4-集磁器；5-管內(nèi)模具；6-管外模具；7-高導電率涂層。

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種基于電磁吸引力的管件成形裝置及方法，具體技術(shù)方案如下：

一種基于電磁吸引力的管件成形裝置，金屬管件3端部采用機械結(jié)構(gòu)或液壓結(jié)構(gòu)固定。在所述金屬管件3待成形區(qū)域套加螺線管成形線圈2，并采用機械結(jié)構(gòu)或液壓結(jié)構(gòu)固定，使其留有一定的成形間隙。

機械結(jié)構(gòu)或液壓結(jié)構(gòu)固定方式如下：

金屬管件3外壁與螺線管成形線圈2內(nèi)壁之間放置有定位環(huán)，使兩者同軸，并使螺線管成形線圈2的中心區(qū)域與金屬管壁3的待成形區(qū)域?qū)R。同時，利用液壓機在端部約束整體裝置，防止裝置在軸向方向上發(fā)生晃動。

在所述螺線管成形線圈2內(nèi)施加一個寬脈寬脈沖電流，在該寬脈寬脈沖電流峰值處再施加一個窄脈寬電流，使得合成的電流擁有較緩的上升沿和較陡的下降沿。以此方式，金屬管件3在合成電流上升沿時受到排斥力的作用，在合成電流下降沿時受到吸引力的作用；該吸引力遠大于排斥力，換言之，金屬管件3在整個成形過程中，主要受到電磁吸引力的作用。電磁吸引力使得金屬管件3成形區(qū)域向置于金屬管件3外部的螺線管成形線圈2方向運動，從而實現(xiàn)與傳統(tǒng)金屬管件脹形方法一樣的脹形效果。傳統(tǒng)金屬管件脹形方法為：螺線管成形線圈2置于金屬管件3內(nèi)部。

作為進一步優(yōu)選地，在金屬管件3內(nèi)部可放置一個圓柱形模具，該圓柱形模具應(yīng)盡可能的填充金屬管件3的內(nèi)部空間。用此模具來限制金屬管件3在受到排斥力時向遠離螺線管成形線圈2的方向運動，從而使得吸引力的作用效率增加。

作為進一步優(yōu)選地，所述金屬管件3優(yōu)選為鋁合金、鎂合金、可針對但不限于鈦合金這類導電率較低的輕質(zhì)合金外表面噴涂高導電率涂層7，以此來增大金屬管件3中感應(yīng)渦流的電流密度，從而增加最終的成形效果。

作為進一步優(yōu)選地，可在現(xiàn)有的電磁成形管件脹形模具的凹腔內(nèi)設(shè)置螺線管成形線圈2，以此實現(xiàn)有模的管件脹形成形。

作為進一步優(yōu)選地，可在螺線管成形線圈2與金屬管件3之間設(shè)置集磁器4，該集磁器4為鍍銅或鍍銀的開環(huán)不銹鋼，開環(huán)不銹鋼上有1mm的間隙，且截面為梯形。以此可通過集磁器4將螺線管成形線圈2產(chǎn)生的非均勻磁場集中于特定成形區(qū)域，進一步增加金屬管件3的最終成形效果。

作為進一步優(yōu)選地，可設(shè)置不同尺寸的集磁器4，在不改變螺線管成形線圈2尺寸的情況下來實現(xiàn)不同尺寸金屬管件3的脹形需求。

由于電磁力的大小隨距離的增大呈平方反比衰減，因此，若金屬管件3的直徑減小，而螺線管成形線圈2尺寸不變，金屬管件3外壁與螺線管成形線圈2之間的距離將增大，其受到的電磁力將大大降低，影響成形效果。因此，傳統(tǒng)電磁成形工藝中，通常是針對一個尺寸的管件就需要配備一套線圈，而引入集磁器4之后，集磁器4的內(nèi)徑與金屬管件3匹配，外徑與螺線管成形線圈2內(nèi)徑匹配，根據(jù)不同直徑的管件，配備相應(yīng)的不同內(nèi)徑的集磁器4即可，無需更換螺線管成形線圈2。而集磁器4加工難度與成本都遠遠小于螺線管線圈。

請參照圖1和圖2，本發(fā)明提供一種基于電磁吸引力的管件脹形方法，其具體實施方案如下：

一種基于電磁吸引力的管件成形方法，將螺線管成形線圈2、金屬管件3、集磁器4、管內(nèi)模具5按圖1所示結(jié)構(gòu)組裝，在放電電路1中電容c1、電容c2已充電完畢，閉合開關(guān)s1，在螺線管成形線圈2中將會產(chǎn)生一個寬脈寬脈沖電流i1，在脈沖電流上升沿時，金屬管件3中也產(chǎn)生一個與放電電流方向相反的感應(yīng)渦流，金屬管件3因此受到一個遠離螺線管成形線圈2的排斥力的作用；由于，管內(nèi)模具5緊貼金屬管件3，從而會限制金屬管件3的變形；在脈沖電流i1達到峰值時，閉合開關(guān)s2，在螺線管成形線圈2中會產(chǎn)生一個與i1方向相反的窄脈寬電流i2，i1與i2合成的脈沖電流i3的下降沿較陡，金屬管件3中感應(yīng)渦流反向，即與脈沖電流i3的方向一致，此時，金屬管件3受到吸引力的作用，向指向螺線管成形線圈2的方向發(fā)生變形，從而實現(xiàn)脹形；

將管外模具6、金屬管件3、管內(nèi)模具5按圖2所示結(jié)構(gòu)組裝，其中螺線管成形線圈2置于管外模具6中，此時，控制放電電路1按上述放電順序放電，金屬管件3最終受到電磁吸引力的作用，發(fā)生脹形，進入凹模，實現(xiàn)金屬管件3的有模成形。