[发明专利]一种基于模块化集磁器的电磁成形装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于模块化集磁器的电磁成形装置与方法，该装置包括成形线圈、模具、工件以及多个集磁器模块。将工件与模具相邻放置，模块化集磁器与工件相邻放置，电磁线圈与模块化集磁器相邻放置，电源通过电缆与成形线圈连接。当电源开关闭合后，成形线圈将通过脉冲电流，进而在周围产生脉冲磁场，脉冲磁场通过模块化集磁器的集磁效应将电磁力集中于目标成形区域，实现预期变形行为；针对不同的成形需求，通过多个集磁器模块之间的灵活组合，实现不同的集磁效果。本发明通过集磁器的模块化工作方式，实现对电磁成形力场的有效控制，能够提高力场调控的灵活性，降低装备的成本，通过单套装备即可满足多种丰富的成形需求，显著拓展工艺的柔性。

技术领域

本发明属于金属成形制造技术领域，更具体地，涉及一种基于模块化集磁器的电磁成形装置及方法。

背景技术

全球化能源危机，使得铝合金等轻合金材料广泛使用于各个工业领域。然而，轻质合金材料在室温下成形塑性较低，采用传统的加工工艺进行加工效果并不理想。电磁成形技术因高成形速率等因素能大幅改善金属成形性能，是实现铝合金等轻质材料加工的重要方法。

目前，电磁成形技术的发展严重限制于装备的成形柔性。虽然从理论上讲，通过改变线圈的几何结构可实现任意分布的电磁力，然而实际应用中，由于成形线圈自身承受了巨大的电磁、热、机械载荷，极其容易发生破坏，线圈结构的设计往往受到诸多限制。这造成了线圈柔性和线圈寿命之间的冲突和矛盾，而基于现阶段的技术，目前仅通过线圈结构来调节力场分布的成形方法的成本依然较高，难度依然较大。

集磁器是电磁成形中用于辅助成形线圈来调节力场分布的重要装置，在板管类零件成形中都有应用。集磁器通常由良导体加工而成，在实际使用中，通常放置于工件和成形线圈之间，通过导体对脉冲磁场的屏蔽作用，实现对磁场空间分布的调节，进而实现对力场分布的调节。虽然集磁器的引入有效降低了线圈结构设计的难度，同时提高了工艺的成形柔性，然而，现有集磁器的缺点也很显著。集磁器通常是由块状良导体(如铜)通过机械加工而成，对于大尺寸零件的成形，集磁器需要大量的导体原材料，其材料成本和加工成本都很高。进一步地，现有的集磁器所能实现的力场分布由其几何构型决定，而对某一特定的集磁器，其所能实现的力场分布时固定的，无法通过单一集磁器实现多种时间分布的力场；这使得集磁器的柔性和通用性非常有限。较高的成本、受限的柔性和通用性限制了集磁器更广泛的应用。

上述两点现存的技术瓶颈表明，为拓展电磁成形的应用，急需提出柔性更高、成本更低的电磁成形装置与工艺方法。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决现有电磁成形装置仅通过线圈结构来调节力场分布的成形方法的成本依然较高，难度依然较大，或者无法通过单一集磁器实现多种时间分布的力场，使得集磁器的柔性和通用性非常有限的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种基于模块化集磁器的电磁成形装置，包括：成形线圈、模具、工件以及多个模块化的集磁器；

所述成形线圈位于工件上方，用于通过脉冲电流放电在其周围产生脉冲磁场；

所述多个模块化集磁器位于成形线圈和工件之间，用于通过集磁效应将电磁力集中于所述工件的待成形区域；所述多个模块化集磁器包括多个不同几何尺寸的集磁器；

所述工件位于模具上方，所述工件的待成形区域在所述电磁力的作用下变形至模具；在所述工件变形至模具的过程中，根据工件在不同变形阶段的具体形状选择多个模块化集磁器中的一个或多个集磁器组合，以通过集磁效应将电磁力集中于所述工件对应的待成形区域；

所述模具用于约束所述工件的成形形状。

可选地，该成形装置还包括：电源；所述电源用于为成形线圈提供能量，以通过脉冲电流放电驱动成形线圈产生脉冲磁场。

可选地，所述成形线圈可以由多套成形线圈构成，每套成形线圈可分别对应一个电源。