[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

说明书

本发明公开了一种基于背景磁场下管材的电磁无模成形方法及装置。本发明提出的装置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。本发明将背景磁场和脉冲磁场相结合实现了管材(如铝合金管)的电磁均匀胀形。借助高速变形的管材在背景磁场中，因电磁阻尼而形成的不均匀阻力场，阻碍其相应塑性变形区的不均匀流动，使管材不出现局部减薄或胀裂，从而获得塑性流动均匀的合格胀管件。本发明所采用的亥姆霍兹线圈系统可以准确控制背景磁场的输入能量，使管材的最终成形形状得到精准控制，从而避免了传统电磁自由胀形工艺中胀形件尺寸波动大、工艺可重复性差等不足，有利于实现该工艺的批量化、机械化和标准化。

技术领域

本发明属于材料塑性成形领域，具体涉及一种基于背景磁场下管材的电磁无模成形方法及装置。

背景技术

电磁成形是利用洛伦兹力使金属材料发生高速率塑性变形的成形方法。成形时电能在极短时间内转化为高压冲击波，以脉冲形式作用在坯料上，使坯料瞬间获得极高的变形速度，随后在惯性力作用下发生塑性变形。该技术主要应用于航空航天、兵器、电子和汽车制造等领域，具体在管材的自由胀形工艺上应用较多。

管材进行电磁自由胀形时，闭合开关后，感应出的感生电流存在“集肤效应”，与此同时，管材两端又存在“端部效应”，最终导致管材上各点的电磁力沿径向和轴向的分布都不均匀。电磁脉冲作用后，管材在惯性力作用下以极大的变形速度进行自由胀形，由于上述两种效应所形成的不均匀电磁力场，最终导致电磁自由胀形后的胀管件出现大范围的塑性流动不均匀、局部减薄严重甚至胀裂等现象，该现象在短管件电磁自由胀形和胀环实验中尤为明显。

由于电磁自由胀形的管材变形时没有模具约束，如何控制材料塑性流动、避免局部减薄甚至胀裂，一直是该工艺最为核心的技术难题。目前，国内外学者普遍从“精确控制放电能量、优化线圈结构”等思路出发，以求解决这一难题。但该方法在实际应用中操作难度较大，工艺可重复性较差，所获得的胀管件在尺寸上存在一定不可控的波动，无法稳定、准确地得到尺寸恒定的均匀胀管件，并且该工艺也不适合批量化生产要求。

发明内容

为克服现有管材电磁自由胀形技术中所存在的塑性流动不均匀、局部减薄严重甚至出现胀裂裂纹等不足，本发明提供了一种基于背景磁场下管材的电磁无模成形方法和装置。以解决现有技术所存在的操作难度大、工艺可重复性差、尺寸波动不可控、不适合批量化生产要求等技术问题。

按照本发明的一个方面，提出了一种管材无模电磁成形方法，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；两者间距优选为1mm左右；

(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，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，形成相应的感应电流，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。

优选地，所述背景磁场采用亥姆霍兹线圈系统产生。

按照本发明的另一方面，提出一种无模电磁成形装置，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：