本發(fā)明屬于金屬成形制造領(lǐng)域，特別涉及一種快速冷卻板件電磁驅(qū)動(dòng)成形方法及裝置，主要用于金屬板件的成形加工。

背景技術(shù)：

輕量化是航空航天、汽車工業(yè)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排的重要技術(shù)手段。而實(shí)現(xiàn)輕量化的主要途徑是采用輕質(zhì)合金材料，高性能鋁合金、鈦合金、鎂合金成為現(xiàn)代航空航天、汽車工業(yè)等實(shí)現(xiàn)輕量化的首選材料；電磁成形是一種高速率脈沖成形技術(shù)，能大幅改善金屬材料成形性能，是解決輕質(zhì)合金成形困難的有效手段之一。

現(xiàn)有板件電磁成形技術(shù)中，成形線圈的脈沖電流會(huì)使成形溫度上升，導(dǎo)致絕緣老化嚴(yán)重，成形線圈的壽命短；此外，目前板件電磁成形通常采用成形工件直接感應(yīng)渦流，電磁耦合系數(shù)小，成形效率低。

目前，電磁成形按加工工件類型，主要分為板材電磁成形和管件電磁成形，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是主要針對(duì)金屬板件電磁成形?，F(xiàn)有的電磁成形專利，如專利“一種電磁驅(qū)動(dòng)成形方法及裝置（cn102248693a）”，提出了一種電磁驅(qū)動(dòng)成形方法及裝置，采用脈沖電磁力驅(qū)動(dòng)復(fù)合沖頭快速撞擊工件，使其與凹模貼膜完成高精度成形。這一方法雖采用了電磁驅(qū)動(dòng)成形方法，但其復(fù)合沖頭中的良導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)片為一整塊導(dǎo)體，驅(qū)動(dòng)線圈與復(fù)合沖頭之間的耦合系數(shù)小，成形效率較低。專利“多級(jí)多向電磁成形方法及裝置（cn201110162641.3）”，公開了一種多級(jí)多向電磁成形方法，其采用多套電源和多組線圈配合使用為驅(qū)動(dòng)線圈供電，可為工件提供更廣區(qū)域和更長(zhǎng)時(shí)間的電磁力，然而這一方法需要多套電源、多組線圈，設(shè)備成本高，控制難度大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于上述技術(shù)問題，為了提高板件電磁成形的效率，同時(shí)降低成形線圈的溫度，提高成形線圈的壽命，本發(fā)明在成形線圈與成形工件之間設(shè)置了一由銅編織線繞制的、軸向單層徑向多匝的自閉合柔性線圈；同時(shí)在成形線圈的另一側(cè)設(shè)置一冷卻線圈，通過成形線圈與冷卻線圈之間的相互耦合在冷卻線圈內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)渦流，帶走成形線圈中的部分能量，降低成形線圈的溫度。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出以下技術(shù)方案：一種快速冷卻板件電磁驅(qū)動(dòng)成形方法，在成形線圈的一側(cè)設(shè)置成形工件，并將一輔助線圈置于成形線圈與成形工件之間，成形線圈的脈沖電流與輔助線圈的感應(yīng)電流之間的相互作用使輔助線圈加速并驅(qū)動(dòng)成形工件，完成電磁驅(qū)動(dòng)成形過程；在成形線圈的另一側(cè)設(shè)置一冷卻線圈，通過成形線圈與冷卻線圈之間的相互耦合在冷卻線圈內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)渦流，帶走成形線圈中的部分能量，降低成形線圈的溫度。

采用所述的快速冷卻板件電磁驅(qū)動(dòng)成形方法的成形裝置，它包括用于產(chǎn)生脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)的成形線圈、用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電磁力的輔助線圈、用于冷卻成形線圈的冷卻線圈、成形工件、凹模、脈沖電源、放電開關(guān)、用于降低冷卻線圈溫度的水循環(huán)系統(tǒng)；

脈沖電源通過放電開關(guān)為成形線圈供電；

輔助線圈的一側(cè)緊貼成形線圈的一側(cè)而感應(yīng)渦流產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電磁力；

冷卻線圈的一側(cè)緊貼成形線圈的另一側(cè)而感應(yīng)渦流帶走成形線圈中的部分能量；

輔助線圈的另一側(cè)緊貼成形工件的一側(cè)將動(dòng)能傳遞給成形工件實(shí)現(xiàn)加工；

冷卻線圈的另一側(cè)置于水循環(huán)系統(tǒng)帶走冷卻線圈的熱量；

凹模位于成形工件的另一側(cè)約束成形工件。

所述輔助線圈采用銅編織線繞制而成的軸向單層、徑向多匝的自閉合柔性線圈。

所述輔助線圈可以是一首尾相接的平面渦狀線，或多匝相互絕緣的自閉合圓環(huán)。

所述冷卻線圈為一由銅材制作的軸向單層徑向多匝的剛性線圈。

所述冷卻線圈可以是多匝相互絕緣的同心等間距自閉合圓環(huán)，或是多匝相互絕緣的同心等間距非自閉合圓環(huán)。

所述非自閉合圓環(huán)中各個(gè)圓環(huán)均開一窄氣隙，圓環(huán)通過窄氣隙與控制開關(guān)串聯(lián)形成閉合回路。

所述成形線圈的脈沖電流第一次達(dá)到峰值時(shí)，控制開關(guān)由開斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為閉合狀態(tài)，冷卻線圈形成閉合回路開始產(chǎn)生感應(yīng)渦流。

所述冷卻線圈的一端緊貼成形線圈，另一端置于水循環(huán)系統(tǒng)的水流之中；冷卻線圈置于水流中的一端開有水槽。

所述成形線圈和輔助線圈之間設(shè)置有一定間隙，間隙小于5mm；

所述冷卻線圈的軸向高度不低于50mm。

本發(fā)明有如下有益效果：

1、本發(fā)明公開了一種快速冷卻板件電磁驅(qū)動(dòng)成形方法，在成形線圈的一側(cè)設(shè)置成形工件，并將一輔助線圈置于成形線圈與成形工件之間，成形線圈的脈沖電流與輔助線圈的感應(yīng)電流之間的相互作用使輔助線圈加速并驅(qū)動(dòng)成形工件，完成電磁驅(qū)動(dòng)成形過程；在成形線圈的另一側(cè)設(shè)置一冷卻線圈，通過成形線圈與冷卻線圈之間的相互耦合在冷卻線圈內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)渦流，帶走成形線圈中的部分能量，降低成形線圈的溫度。

2、所述的輔助線圈為一由銅編織線繞制的、軸向單層徑向多匝的自閉合柔性線圈；其可以是一首尾相接的平面渦狀線，或是多匝相互絕緣的自閉合圓環(huán)。對(duì)于平面渦狀線式輔助線圈，通過改變螺距實(shí)現(xiàn)電磁力分布的可控；對(duì)于自閉合圓環(huán)式輔助線圈，通過改變各個(gè)自閉合圓環(huán)之間的間距實(shí)現(xiàn)電磁力分布的可控。

3、本發(fā)明采用輔助線圈驅(qū)動(dòng)成形，能大幅增大脈沖電磁力；采用冷卻線圈通過電磁耦合帶走成形線圈部分能量，達(dá)到成形線圈快速冷卻的目的；此外，本發(fā)明中的輔助線圈，可以通過改變螺距或改變各個(gè)圓環(huán)之間的間距以改變電磁力分布，從而提高成形工件的成形性能。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

圖1為快速冷卻板件電磁驅(qū)動(dòng)成形裝置示意圖。

圖1（a）為帶變螺距平面渦狀線輔助線圈和非自閉合冷卻線圈的快速冷卻板件電磁驅(qū)動(dòng)成形裝置或帶變間距自閉合圓環(huán)輔助線圈和非自閉合冷卻線圈的快速冷卻板件電磁驅(qū)動(dòng)成形裝置示意圖。

圖1（b）為帶等螺距平面渦狀線輔助線圈和自閉合冷卻線圈的快速冷卻板件電磁驅(qū)動(dòng)成形裝置或帶等間距自閉合圓環(huán)輔助線圈和自閉合冷卻線圈的快速冷卻板件電磁驅(qū)動(dòng)成形裝置示意圖。

圖2為輔助線圈結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2（a）為等螺距平面渦狀線式輔助線圈結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2（b）為變螺距平面渦狀線式輔助線圈結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2（c）為等間距自閉合圓環(huán)式輔助線圈結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2（d）為變間距自閉合圓環(huán)式輔助線圈結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為冷卻線圈結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3（a）為非自閉合圓環(huán)式冷卻線圈結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3（b）為自閉合圓環(huán)式冷卻線圈結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為成形線圈、輔助線圈及冷卻線圈的電流示意圖。

圖4（a）為采用自閉合圓環(huán)式冷卻線圈時(shí)電流示意圖。

圖4（b）為采用非自閉合圓環(huán)式冷卻線圈時(shí)電流示意圖。

圖中：1.成形線圈；2.輔助線圈；3.冷卻線圈；31.水槽；32.窄氣隙；4.成形工件；5.凹模；6.控制開關(guān)；7.水流；8.成形線圈的脈沖電流；9.冷卻線圈的感應(yīng)電流；10.輔助線圈的感應(yīng)電流。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例1：

“帶變螺距平面渦狀線輔助線圈和非自閉合冷卻線圈的快速冷卻板件電磁驅(qū)動(dòng)成形”實(shí)施方案：

如圖2（b）所示，采用銅編織線繞制變螺距平面渦狀線輔助線圈，其中內(nèi)圈螺距為5mm，線圈5匝，外圈螺距8mm，線圈7匝，外圈外徑與外圈內(nèi)徑相隔20mm。如圖3（a）所示，采用高度為60mm、厚度為6mm的銅管制作冷卻線圈，銅管內(nèi)半徑分別為20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm；同時(shí)在各個(gè)銅管開一窄氣隙，用控制開關(guān)將窄氣隙兩端連接形成閉環(huán)；此外，在冷卻線圈遠(yuǎn)離成形線圈一端開一水槽。按照?qǐng)D1（a）所示，組建帶變螺距平面渦狀線輔助線圈和非自閉合冷卻線圈的快速冷卻板件電磁驅(qū)動(dòng)成形裝置：即將冷卻線圈開水槽一側(cè)置于水循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)建的水流中；將成形線圈與脈沖電源、放電開關(guān)串接，并將其緊貼冷卻線圈同心放置；將上述變螺距平面渦狀線輔助線圈置于成形線圈之上，并保證其同心；將成形工件置于輔助線圈之上，并使之與輔助線圈有一4mm的間隙；將凹模置于成形工件之上并固定。開通放電開關(guān)，脈沖電源對(duì)成形線圈放電，成形線圈的脈沖電流如圖4（b）所示，成形工件的感應(yīng)電流如圖4（b）所示；當(dāng)成形線圈的脈沖電流達(dá)到峰值時(shí)，控制開關(guān)導(dǎo)通，冷卻線圈形成閉環(huán)，冷卻線圈的感應(yīng)電流如圖4（b）所示。成形線圈的脈沖電流與輔助線圈的感應(yīng)電流之間的相互作用驅(qū)動(dòng)輔助線圈加速并使之驅(qū)動(dòng)成形工件并完成成形；冷卻線圈中的感應(yīng)電流分擔(dān)了成形線圈的能量，使成形線圈的溫度降低，而冷卻線圈的能量又會(huì)被水循環(huán)系統(tǒng)中的水流帶走，使之能夠重復(fù)的冷卻成形線圈。因?yàn)檩o助線圈通常包含多匝，所以其與成形線圈的耦合系數(shù)更大，能量傳遞更多，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了高效率驅(qū)動(dòng)成形。

實(shí)施例2：

“帶變間距自閉合圓環(huán)輔助線圈和非自閉合冷卻線圈的快速冷卻板件電磁驅(qū)動(dòng)成形”實(shí)施方案：

如圖2（d）所示，采用銅編織線繞制變間距自閉合圓環(huán)輔助線圈，分內(nèi)、中、外三部分。其中內(nèi)圈螺距為5mm，線圈3匝；中圈螺距6mm，線圈3匝；外圈螺距4mm，線圈2匝；內(nèi)圈外徑與中圈內(nèi)徑、中圈外徑與與外圈內(nèi)徑相隔15mm。如圖3（a）所示，采用高度為60mm、厚度為6mm的銅管制作冷卻線圈，銅管內(nèi)半徑分別為20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm；同時(shí)在各個(gè)銅管開一窄氣隙，用控制開關(guān)將窄氣隙兩端連接形成閉環(huán)；此外，在冷卻線圈遠(yuǎn)離成形線圈一端開一水槽。按照?qǐng)D1（a）所示，組建帶變間距自閉合圓環(huán)輔助線圈和非自閉合冷卻線圈的快速冷卻板件電磁驅(qū)動(dòng)成形裝置：即將冷卻線圈開水槽一側(cè)置于水循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)建的水流中；將成形線圈與脈沖電源、放電開關(guān)串接，并將其緊貼冷卻線圈同心放置；將上述變間距自閉合圓環(huán)輔助線圈置于成形線圈之上，并保證其同心；將成形工件置于輔助線圈之上，并使之與輔助線圈有一4mm的間隙；將凹模置于成形工件之上并固定。開通放電開關(guān)，脈沖電源對(duì)成形線圈放電，成形線圈的脈沖電流如圖4（b）所示，成形工件的感應(yīng)電流如圖4（b）所示；當(dāng)成形線圈的脈沖電流達(dá)到峰值時(shí)，控制開關(guān)導(dǎo)通，冷卻線圈形成閉環(huán)，冷卻線圈的感應(yīng)電流如圖4（b）所示。成形線圈的脈沖電流與輔助線圈的感應(yīng)電流之間的相互作用驅(qū)動(dòng)輔助線圈加速并使之驅(qū)動(dòng)成形工件并完成成形；冷卻線圈中的感應(yīng)電流分擔(dān)了成形線圈的能量，使成形線圈的溫度降低，而冷卻線圈的能量又會(huì)被水循環(huán)系統(tǒng)中的水流帶走，使之能夠重復(fù)的冷卻成形線圈。因?yàn)檩o助線圈通常包含多匝，所以其與成形線圈的耦合系數(shù)更大，能量傳遞更多，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了高效率驅(qū)動(dòng)成形。

實(shí)施例3：

“帶等螺距平面渦狀線輔助線圈和自閉合冷卻線圈的快速冷卻板件電磁驅(qū)動(dòng)成形”實(shí)施方案：

如圖2（a）所示，采用銅編織線繞制等螺距平面渦狀線輔助線圈，其中螺距為8mm，輔助線圈10匝。如圖3（b）所示，采用高度為50mm、厚度為6mm的銅管制作冷卻線圈，銅管內(nèi)半徑分別為20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm；同時(shí)，在冷卻線圈遠(yuǎn)離成形線圈一端開一水槽。按照?qǐng)D1（b）所示，組建帶等螺距平面渦狀線輔助線圈和自閉合冷卻線圈的快速冷卻板件電磁驅(qū)動(dòng)成形裝置：即將冷卻線圈開水槽一側(cè)置于水循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)建的水流中；將成形線圈與脈沖電源、放電開關(guān)串接，并將其緊貼冷卻線圈同心放置；將上述等螺距平面渦狀線輔助線圈置于成形線圈之上，并保證其同心；將成形工件置于輔助線圈之上，并使之與輔助線圈有一2mm的間隙；將凹模置于成形工件之上并固定。開通放電開關(guān)，脈沖電源對(duì)成形線圈放電，成形線圈的脈沖電流如圖4（a）所示，成形工件的感應(yīng)電流如圖4（a）所示；冷卻線圈自成閉環(huán)，冷卻線圈的感應(yīng)電流如圖4（a）所示。成形線圈的脈沖電流與輔助線圈的感應(yīng)電流之間的相互作用驅(qū)動(dòng)輔助線圈加速并使之驅(qū)動(dòng)成形工件并完成成形；冷卻線圈中的感應(yīng)電流分擔(dān)了成形線圈的能量，使成形線圈的溫度降低，而冷卻線圈的能量又會(huì)被水循環(huán)系統(tǒng)中的水流帶走，使之能夠重復(fù)的冷卻成形線圈。因?yàn)檩o助線圈通常包含多匝，所以其與成形線圈的耦合系數(shù)更大，能量傳遞更多，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了高效率驅(qū)動(dòng)成形。

實(shí)施例4：

“帶等間距自閉合圓環(huán)輔助線圈和自閉合冷卻線圈的快速冷卻板件電磁驅(qū)動(dòng)成形”實(shí)施方案：

如圖2（c）所示，采用銅編織線繞制等間距自閉合圓環(huán)輔助線圈，其中螺距為6mm，輔助線圈7匝。如圖3（b）所示，采用高度為50mm、厚度為6mm的銅管制作冷卻線圈，銅管內(nèi)半徑分別為20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm；同時(shí)，在冷卻線圈遠(yuǎn)離成形線圈一端開一水槽。按照?qǐng)D1（b）所示，組建帶等間距自閉合圓環(huán)輔助線圈和自閉合冷卻線圈的快速冷卻板件電磁驅(qū)動(dòng)成形裝置：即將冷卻線圈開水槽一側(cè)置于水循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)建的水流中；將成形線圈與脈沖電源、放電開關(guān)串接，并將其緊貼冷卻線圈同心放置；將上述等間距自閉合圓環(huán)輔助線圈置于成形線圈之上，并保證其同心；將成形工件置于輔助線圈之上，并使之與輔助線圈有一1mm的間隙；將凹模置于成形工件之上并固定。開通放電開關(guān)，脈沖電源對(duì)成形線圈放電，成形線圈的脈沖電流如圖4（a）所示，成形工件的感應(yīng)電流如圖4（a）所示；冷卻線圈自成閉環(huán)，冷卻線圈的感應(yīng)電流如圖4（a）所示。成形線圈的脈沖電流與輔助線圈的感應(yīng)電流之間的相互作用驅(qū)動(dòng)輔助線圈加速并使之驅(qū)動(dòng)成形工件并完成成形；冷卻線圈中的感應(yīng)電流分擔(dān)了成形線圈的能量，使成形線圈的溫度降低，而冷卻線圈的能量又會(huì)被水循環(huán)系統(tǒng)中的水流帶走，使之能夠重復(fù)的冷卻成形線圈。因?yàn)檩o助線圈通常包含多匝，所以其與成形線圈的耦合系數(shù)更大，能量傳遞更多，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了高效率驅(qū)動(dòng)成形。

本發(fā)明工作過程和工作原理為：

本發(fā)明公開了一種快速冷卻板件電磁驅(qū)動(dòng)成形方法，成形線圈的一側(cè)設(shè)置輔助線圈，另一側(cè)設(shè)置冷卻線圈；通過成形線圈與輔助線圈之間的相互作用使輔助線圈加速并驅(qū)動(dòng)成形工件，通過成形線圈與冷卻線圈之間的相互耦合帶走成形線圈部分能量而降低成形線圈的溫度。輔助線圈通常為為一由銅編織線繞制的、軸向單層徑向多匝的自閉合柔性線圈；冷卻線圈通常為一由銅材制作的軸向單層徑向多匝且相互絕緣的等間距自閉合圓環(huán)。本發(fā)明還同時(shí)公開了本方法對(duì)應(yīng)的一種快速冷卻板件電磁驅(qū)動(dòng)成形裝置，包括用于產(chǎn)生脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)的成形線圈，用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電磁力的輔助線圈，用于冷卻成形線圈的冷卻線圈，用于控制冷卻線圈閉合的控制開關(guān)，用于降低冷卻線圈溫度的水循環(huán)系統(tǒng)。通常冷卻線圈的軸向高度不低于50mm，且其置于水流中的一端開有水槽。本發(fā)明采用輔助線圈驅(qū)動(dòng)成形，能大幅增大脈沖電磁力；采用冷卻線圈通過電磁耦合帶走成形線圈部分能量，達(dá)到成形線圈快速冷卻的目的；此外，本發(fā)明中的輔助線圈，可以通過改變螺距或改變各個(gè)圓環(huán)之間的間距以改變電磁力分布，從而提高成形工件的成形性能。

通過上述的說明內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明的未盡事宜，屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識(shí)。