[发明专利]一种基于背景磁场下管材的电磁无模成形方法及装置

权利要求书

1.一种管材无模电磁成形方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将成形线圈固定，两端连接脉冲放电电路；

(2)将要成形的管材套设在成形线圈外，调整管材位置使之与成形线圈同轴线分布；

(3)接通背景磁场产生装置的电源，产生稳定、均匀的背景磁场；调节背景磁场产生装置，使背景磁场只产生在管材外侧；

(4)接通脉冲放电电路，使电流通过成形线圈，产生脉冲磁场；

待成形管材上将感应出与脉冲磁场方向相反的涡流，在涡流所产生的洛伦兹力的作用下，管材发生高速变形，进入背景磁场区，对该区的背景磁场磁感线产生切割作用，产生相应的感应电流，从而在背景磁场作用下产生与切割方向相反的电磁力，即发生电磁阻尼现象，阻碍了管材因“端部效应”和“集肤效应”而产生的不均匀塑性流动，从而实现电磁无模成形。

2.权利要求1所述的成形方法，其特征在于，所述背景磁场采用亥姆霍兹线圈系统产生。

3.一种无模电磁成形装置，其特征在于，包括亥姆霍兹线圈系统，支撑杆，上、下支撑板，驱动杆，脉冲放电电路和成形线圈；其中：

所述亥姆霍兹线圈系统包括若干对上、下对称设置的线圈，其中下部线圈固定在下支撑板上，下部线圈在所述下支撑板上的位置布置在所述成形线圈的外圆周的外侧，上部线圈固定在上支撑板上，上部线圈在所述上支撑板上的位置布置在所述成形线圈的外圆周的外侧，使亥姆霍兹线圈系统形成的背景磁场能覆盖管材的变形区域，上、下支撑板及其上各对线圈的参数和分布对称；

所述支撑杆为多根长度可调节杆，设在上、下支撑板之间，用于调整上、下支撑板之间的间距，从而调整亥姆霍兹线圈系统所形成的背景磁场强度，使上、下线圈之间轴线方向磁场分布均匀；

所述驱动杆在上、下支撑板上分别设置，且位于支撑板中间；所述成形线圈设在上、下驱动杆之间；所述驱动杆长度可调，用于固定成形线圈的位置；

所述成形线圈是用于产生脉冲磁场，使管材发生高速变形；

所述脉冲放电电路包括串接的开关、电阻和电容器组，所述成形线圈其两端接脉冲放电电路，与其构成一个脉冲放电回路，用于产生脉冲磁场。

4.根据权利要求3所述成形装置，其特征在于，所述亥姆霍兹线圈系统可以通过调节其中各对线圈之间的相对位置，以调整背景磁场的分布区域。

5.根据权利要求3或4所述成形装置，其特征在于，所述亥姆霍兹线圈系统1的各线圈垂直方向间距设定为待成形管材轴向长度的1-1.3倍。

6.根据权利要求3或4所述成形装置，其特征在于，所述成形线圈为密绕多匝螺旋管线圈结构，并依据待成形管材的尺寸进行松配合设计。

7.根据权利要求3或4所述成形装置，其特征在于，所述管材为电导率较好的管材，包括铝合金管和铜合金管。

8.根据权利要求3或4所述成形装置，其特征在于，所述成形线圈为矩形截面，线圈径向截面积10-25mm²，材质是铜合金，多匝密绕结构。

9.根据权利要求3或4所述成形装置，其特征在于，所述管材上部与上线圈设有不大于5mm的间距，以使管坯端部可以沿径向自由变形，从而获得均匀的胀管件。

10.根据权利要求3或4所述成形装置的一种电磁无模成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将欲成形管材套在成形线圈外部；

(2)调节支撑杆，从而调整亥姆霍兹线圈系统中各对上下线圈的间距，以使线圈通电后形成的背景磁场满足成形所要求的强度；

(3)调节驱动杆，以固定成形线圈的位置；

(4)调整待成形管材的位置，使其与成形线圈同轴心放置；

(5)接通亥姆霍兹线圈系统，形成背景磁场；

(6)闭合脉冲放电电路开关，电容器组开始放电，在成形线圈中产生脉冲电流，从而形成脉冲磁场，同时依右手定则，在待成形管材上感应出与脉冲磁场方向相反的涡流，在涡流所产生的洛伦兹力的作用下，该管材发生高速变形，进入背景磁场区，对该区的磁感线产生切割作用；

高速变形的管材切割背景磁场的磁感线，产生相应的感应电流，从而在背景磁场作用下产生与切割方向相反电磁力，即发生电磁阻尼现象；产生的电磁力阻碍了管材因“端部效应”和“集肤效应”而产生的不均匀塑性流动，从而实现电磁无模成形；所述“端部效应”指磁场在管材端部发生分散，造成磁场强度减小的现象；所述“集肤效应”指感应磁场在管材表面沿径向磁场强度逐渐减小的现象。