[发明专利]一种基于三线圈的电磁分步成形方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于三线圈的电磁分步成形方法及装置，解决了现有的吸引力式管件加工管件胀形不均匀，模具难以放置等问题。可通过分步成形来提高管件变形均匀度，将管件加工最不均匀区域进行二次加工，使管件成形更加均匀，且无需模具，绕开了了吸引力式管件胀形模具不易放置的问题。

技术领域

本发明属于金属成形制造领域，特别涉及一种基于三线圈的电磁分步成形方法及装置，主要用于金属管件的快速均匀成形加工。

背景技术

目前，金属管件大量应用于汽车，航空航天等领域，以满足这些行业对轻量化的需求。其中采用铝、镁等轻质合金所制造的管件更是发展的前沿和热点，常用的管件电磁加工技术，如排斥力管件胀形，吸引力管件胀形等还存在大量不足，在实际生产加工中管件往往胀形不均匀。因此亟需一种可以使管件胀形更为均匀的管件加工方式。

现有的管件胀形技术无论是轧制，冲压，还是传统的排斥力式或吸引力式电磁成形都存在下列不足之处：1、传统的轧制，冲压，锻造等方法工序繁琐，且其加工过程中材料应变速率较低，特别对于铝、镁等轻质合金，其在低应变速率下成形极限较低，这些加工方式极易导致零件在未达到目标形状时，就发生破裂；同时，零件从冷冲压模具卸载后的回弹会比较大，构件抗凹性低，且容易产生扭曲、变形、起皱等现象，精度难以控制，也影响后续的加工。2、传统的管件胀形技术虽能提高铝合金的成形极限，但是由于其洛伦兹力分布不均匀，导致管件变形也不均匀，管件往往呈凸形。

同时，传统的管件胀形方式无论是基于排斥力还是基于吸引力，洛伦兹力的分布皆不均匀，故导致管件胀形也不均匀，往往线圈中心对应的管件位置胀形深度最大。基于排斥力的管件胀形可在管件外加装模具使管件胀形更为均匀，但是基于吸引力式管件胀形装置的线圈与管件的位置关系使该方法难以加装模具，导致吸引力式管件胀形提高胀形均匀度变得十分困难。

吸引式管件胀形专利例如：专利CN109622721A——一种金属管件的电磁成形力调控装置及方法，该装置包括了驱动磁场线圈，辅助磁场线圈和单电源调控电路。通过单电源调控两组线圈，驱动磁场线圈用于在管中产生感应涡流，辅助磁场线圈用于产生背景磁场，感应涡流与背景磁场相互作用产生吸引力驱动管件成形；此方法降低了金属管件双线圈电磁成形的成本，解决了时序控制的问题。但是此方法产生的径向电磁力不合理，导致管件变形不均匀。本发明利用分步成形为管件提供合理的径向电磁力，绕开吸引力式管件胀形模具难以放置的问题，无需模具即可极大的提高管件变形的均匀度。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于三线圈的电磁分步成形方法及装置，解决了现有的吸引力式管件加工管件胀形不均匀，模具难以放置等问题。可通过分步成形来提高管件变形均匀度，将管件加工最不均匀区域进行二次加工，使管件成形更加均匀，且无需模具，绕开了了吸引力式管件胀形模具不易放置的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于三线圈的电磁分步成形装置，包括管件、三组成形线圈：第一组线圈1、第二组线圈 2、第三组线圈3、长脉宽电源、短脉宽电源、二次加工电源，三组线圈均放置在管件外侧，其中长脉宽电源为第一组线圈1通入长脉宽脉冲电流产生背景磁场，第二组线圈2和第三组线圈3并联连接，分别通入短脉宽电流使其在管件上感应涡流，为管件提供可控的洛伦兹力，使其受吸引力胀形；第三组线圈3在胀形结束后通过所述二次加工电源供电，对管件胀形最不均匀区域进行二次加工使管件胀形均匀。

优选地，采用具有高精度晶闸管的电容器电源系统分别给三组线圈提供长脉宽电流，短脉宽电流和二次加工电流。

按照本发明的另一方面，提供了一种基于三线圈的电磁分步成形方法，所述方法具体包括如下步骤：

步骤1：选择一个符合所需生产规格的合金管件，进行退火预处理操作；

步骤2：根据线圈的几何形状制作线圈骨架，利用绕线机缠绕成成形线圈，并在层间覆盖层间绝缘材料，所述线圈绕制完成后焊接铜排电极，利用高强度纤维进行外围加固；