[发明专利]一种金属板材的无线圈电磁脉冲成形装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于材料塑性成形领域，具体为金属板材的电磁脉冲成形，特别涉及无线圈电磁脉冲成形方法及装置。

背景技术

电磁脉冲成形技术能提高材料成形极限，并且具有易于精确控制，成形速度快，成形工件精度高，模具结构简单及设备通用性强的特点。现已广泛应用于机械、电子、汽车工业、轻化工及仪器仪表、航空航天、兵器工业等诸多领域，应用前景广阔。

传统电磁脉冲成形工艺过程中，线圈是将电能转变为磁场能的关键部件。放电线圈的结构决定了空间磁场以及工件所受磁场力的分布，直接决定工件的成形结果。

绕制形式的线圈在电磁脉冲成形过程中，放电线圈会受到电磁反作用力和电流热效应的影响，很容易损坏。线圈发生损坏的形式主要为变形及烧毁。研究表明，平板电磁脉冲成形过程中，线圈的失效形式主要有四种，如图1a所示的圆形螺旋线圈(0-1)和长圆形螺旋线圈(0-2)，在线圈中部发生变形，使得第一匝与第二匝之间的间距增加；线圈绝缘层破裂；线圈由于中部变形导致其余线圈区域失效。线圈强度不够，发生断裂。因此，线圈设计需要满足高强度和耐久性的使用要求，这在采用绕制多匝线圈结构时，线圈制作成本较高，并且很难满足线圈结构尺寸稳定性，以及多次放电不失效的使用要求，很大程度上限制了电磁脉冲成形工艺在大批量生产中的应用。

传统电磁脉冲成形工艺主要是针对铝板材这类具有高导电率特性的材料的成形。其技术特征是采用图1a所示绕制线圈(0-1)或(0-2)，如图1b所示，电源系统(0-3)与线圈(0-4)连接，待成形板材(0-7)放置在线圈(0-4)与凹模(0-6)之间，当脉冲电流经过线圈(0-4)即产生电磁场使待成形板材(0-7)产生感应电流，该感应电流即产生电磁场，两个电磁场形成互相排斥的电磁力使待成形板材(0-7)变形。该方法无法成形磁导率很低的铁磁性材料，因此传统电磁脉冲成形工艺只能应用于高导电率材料(例如铝板材和铜板材)的成形，而对于低导电率材料(例如钢板材或者钛合金板材)或者非金属材料的成形，目前采用的线圈结构无法提供足够的电磁成形力，需要如图1c所示附加一块高导电率材料(0-8)放置在线圈(0-4)与待成形板材(0-7)之间作为对待成形板材的驱动板。电磁脉冲成形过程中，线圈(0-4)的磁场与驱动板(0-8)的磁场形成的排斥力推动驱动板(0-8)运动，再通过驱动板的运动来推动所要成形材料(0-7)的变形，然而由于驱动板的变形是永久性的，无法重复使用且去除困难，成本较高。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种金属板材的无线圈电磁脉冲成形装置及方法，其目的在于提供一种直接对被成形板材施加电流，而不需要设计放电线圈的金属板材的无线圈电磁脉冲成形装置及方法，由此解决现有电磁脉冲成形工艺过程中线圈制作成本高、容易失效以及对被成形材料要求有高导电率的限制等技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种金属板材的无线圈电磁脉冲成形装置，包括凹模、安装有感应板的压板和电源系统；其中：

所述压板采用绝缘材料制作而成，其上安装有高导电率材料制成的感应板，感应板用于产生感应电流和电磁场；

所述凹模采用绝缘材料制成，其开口与压板装有感应板的一面正对设置，两者之间用于放置待成形板材；压板用于向待成形板材施压，使之贴紧固定在凹模上；压板内的感应板固定在压板内底部的正上方和待成形板材正下方，感应板与待成形板材之间有间隔，用于产生电磁排斥力来推动板材成形；

所述电源系统包括直流电源、储能电容、分压电阻和开关，直流电源用于给储能电容器充电，所述分压电阻用于调整储能电容器的充电电压；储能电容器两端通过开关接待成形板材两端，通过开关控制电流的通断。

优先地，所述感应板的形状包括但不限于圆柱形、圆锥台、方锥台、六面体，或者不规则形状，以匹配凹模为原则，以求全覆盖凹模轮廓的投影面积。

优先地，所述凹模采用金属材料制成，其与待成形板材之间设置有绝缘材料。

优先地，所述感应板为多个，多个感应板位于待成形板材的同一侧，互不相连，与凹模配合，用于实现一次在同一板材的同一侧成形多个形状。

优先地，所述感应板为多个，多个感应板分别设置于待成形板材的上下两侧，互不相连，与凹模配合，可实现一次放电在同一板材两侧成形多个形状。

优先地，所述感应板为一个，待成形板材为两块，两块待成形板材分别位于感应板两侧，两块待成形板材与凹模配合，各板材与感应板之间有间隔，其中一块板材与电源系统相连。