[发明专利]采用凸片改善梯形集磁器磁场分布的管件成形方法及装置

说明书

本发明涉及采用凸片改善梯形集磁器磁场分布的管件成形方法，包括：根据待成形管件的长度，确定集磁器的凸片的纵向高度；利用有限元软件建立包含梯形集磁器、驱动线圈、待成形管件的工件电磁成形模型；对工件电磁成形模型的驱动线圈施加脉冲电流，仿真得到梯形集磁器的磁场分布；调整工件电磁成形模型中梯形集磁器的凸片的数量以及凸片的厚度，使仿真的梯形集磁器的磁场分布接近旋转对称；根据得到的梯形集磁器的参数，制作多凸片梯形集磁器；利用多凸片梯形集磁器进行待成形管件的压缩成形控制。本发明改善了因断缝引起的集磁器内侧电磁场分布失衡现象，使环状集磁器内侧的磁场分布更近似于旋转对称，提高了管件成形的均匀性。

技术领域

本发明属于管件电磁成形控制领域，具体涉及一种采用凸片改善梯形集磁器磁场分布的管件成形方法及装置。

背景技术

轻量化是航空航天、汽车工业等领域实现节能减排的重要技术手段。而实现轻量化的主要途径是采用轻质合金材料，高性能铝合金、钛合金、镁合金成为现代航空航天、汽车工业等实现轻量化的首选材料。然而，轻质合金材料在室温下成形塑性较低，局部拉延性差，容易产生裂纹，回弹较大，采用传统加工工艺进行加工效果并不理想。

电磁成形是一种高速率脉冲成形技术，能大幅改善金属材料成形性能，是解决轻质合金成形困难的有效手段之一。通过电容器电源对驱动线圈放电，在驱动线圈内产生一强脉冲电流，同时在金属工件中产生感应涡流；线圈电流及其磁场与工件的涡流及其磁场相互作用，驱动金属工件加速并发生塑性变形，实现对工件的成形加工。整个电磁成形过程为毫秒级。与传统加工工艺相比，电磁成形具有两大优势：一是高应变率，可提高材料塑性变形能力，使材料成形极限提高5-10倍；二是非接触施力，成形件表面质量高，仅需要单模具，能减少变形过程中的应力集中。

管件电磁成形工艺中，集磁器放置在驱动线圈与工件之间，调整磁场的分布，从而改变电磁力的分布，能够更好地达到预期的成形效果。现有技术的集磁器，其自身存在一条细缝，如附图3所示，用于改变集磁器上下表面的感应电流流向，从而对电磁力进行控制。但是由于集磁器本身细缝的结构问题，存在电磁力在工件周向上分布不均匀的问题， 越接近于细缝的位置，电磁力越弱。现有技术的集磁器在进行管件胀形、压缩电磁成形或者电磁焊接工艺时，靠近细缝的位置难以达到理想的成形效果，这种结构缺陷降低了电磁成形的周向均匀性。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种采用凸片改善梯形集磁器磁场分布的管件成形方法及装置，利用圆环状集磁器上、下端成对的凸片改善集磁器断缝引起的集磁器内环磁场分布不均匀，使管件成形时在驱动线圈的作用下环状集磁器的磁场分布近似于旋转对称，以提高集磁器内侧管件成形的均匀性。

本发明的技术方案是采用凸片改善梯形集磁器磁场分布的管件成形方法，包括以下步骤：

步骤1：根据待成形管件的长度，确定集磁器的凸片的纵向高度；

步骤2：利用有限元软件建立包含梯形集磁器、驱动线圈、待成形管件的工件电磁成形模型其中梯形集磁器、待成形管件的工件均采用铝合金；

步骤3：对工件电磁成形模型的驱动线圈施加脉冲电流，仿真得到梯形集磁器的磁场分布；

步骤4：调整工件电磁成形模型中梯形集磁器的凸片的数量以及凸片的厚度，执行步骤3，使仿真的梯形集磁器的磁场分布接近旋转对称；

步骤5：根据步骤4得到的梯形集磁器的参数，制作多凸片梯形集磁器；

步骤6：利用步骤5得到的多凸片梯形集磁器进行待成形管件的压缩成形控制；

步骤6.1：将待成形的管件放置在梯形集磁器内侧中心，待成形的管件与梯形集磁器距离为3mm；

步骤6.2：在梯形集磁器外侧设置驱动线圈,线圈材料采用紫铜；

步骤6.3：将驱动线圈经放电开关连接到脉冲电源；

步骤6.4：控制放电开关，对驱动线圈供电，在待成形的管件上产生径向电磁力和轴向电磁力，管件在电磁力作用下压缩成形。