本發(fā)明屬于金屬工件電磁成形控制領(lǐng)域，具體涉及采用強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)的管件電磁脹形方法及脹形裝置。

背景技術(shù)：

1、目前，新能源汽車(chē)行業(yè)得到大力發(fā)展，而輕量化技術(shù)是減輕汽車(chē)總重量的有效途徑。研究表明，每減輕傳統(tǒng)汽車(chē)整備質(zhì)量的10%，可降低油耗8%。同時(shí)，車(chē)輛減少100kg，co2的排放量可減少5?g/km，整個(gè)使用周期減少20?kg的尾氣。目前技術(shù)較為成熟的輕量化材料是鋁合金，已被用于新能源汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域。

2、電磁成形技術(shù)是一種利用脈沖電磁力的高速加工方法，電磁成形技術(shù)可提高成形效率、擴(kuò)大材料的成形范圍。同時(shí)、還能夠降低生產(chǎn)成本，提高成形質(zhì)量。因此，電磁成形技術(shù)是加工輕量化材料的有效選擇。

3、現(xiàn)有改善管件均勻度的電磁成形相關(guān)文獻(xiàn)主要集中在利用改變線圈形狀和利用集磁器改變磁場(chǎng)分布。2018年，邱立的論文“基于有限元法的凹形線圈電磁管膨脹電磁力及變形特性分析[1]”提出利用凹形線圈取代原有的柱形線圈提高成形性能，其基本原理是利用凹形線圈加強(qiáng)成形兩端的電磁力。此方法解決了磁場(chǎng)成形不均勻、壁厚減薄的問(wèn)題，但是因線圈繞制復(fù)雜，加工成本高，且不易封裝。公開(kāi)號(hào)為cn114769408a的專(zhuān)利發(fā)明“集磁器內(nèi)外壁雙向加載的電磁脹形方法及裝置[2]”公開(kāi)了一種電磁脹形裝置，其中主要裝置為成形線圈與新型集磁器，該發(fā)明利用環(huán)狀集磁器內(nèi)外壁雙向加載的方式，提高了脹形的軸向均勻性，并有效抑制了脹形過(guò)程中的壁厚減薄。但此新型集磁器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作工藝高，制造完成后應(yīng)用范圍多為相同尺寸工件，復(fù)用率低，調(diào)控方式不靈活。

4、綜上，現(xiàn)有技術(shù)中缺乏調(diào)控方式靈活的、成本更低的提高電磁成形性能的方法和裝置。

5、參考文獻(xiàn)：

6、[1]li?q?,yijie?y?,qi?x?,?et?al.?analysis?of?electromagnetic?force?anddeformation?behavior?in?electromagnetic?tube?expansion?with?concave?coilbased?on?finite?element?method[j].ieee?transactions?on?appliedsuperconductivity,2018,28(3):1-5.

7、[2]邱立,何琴,吳偉業(yè).集磁器內(nèi)外壁雙向加載的電磁脹形方法及裝置[p].湖北省:cn202210422853.9,2024-03-12.

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種采用強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)的管件電磁脹形方法，通過(guò)在驅(qū)動(dòng)線圈與成形工件中間，引入強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)，強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)強(qiáng)化待成形管件脹形區(qū)端部的磁場(chǎng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)管件均勻脹形。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

3、采用強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)的管件電磁脹形方法，包括以下步驟：

4、步驟1：根據(jù)待成形管件的材料和成形規(guī)格，確定驅(qū)動(dòng)線圈參數(shù)，制作驅(qū)動(dòng)線圈；

5、步驟2：根據(jù)驅(qū)動(dòng)線圈參數(shù)和管件成形規(guī)格，確定強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)的尺寸參數(shù)；

6、步驟3：根據(jù)步驟2得到的參數(shù)，制作強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)以及導(dǎo)體環(huán)支架，將強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)布置在導(dǎo)體環(huán)支架上；

7、步驟4：將待成形管件、導(dǎo)體環(huán)支架、驅(qū)動(dòng)線圈依次布置在工件基座上并固定；

8、步驟5：將驅(qū)動(dòng)線圈經(jīng)開(kāi)關(guān)與脈沖電源連接，控制空氣開(kāi)關(guān)對(duì)驅(qū)動(dòng)線圈供電，控制脈沖電源的放電時(shí)間，對(duì)待成形管件進(jìn)行電磁脹形；

9、步驟6：判斷管件的脹形效果是否符合管件的成形規(guī)格，若符合成形規(guī)格則結(jié)束，否則執(zhí)行步驟5再次對(duì)管件進(jìn)行電磁脹形。

10、優(yōu)選地，所述強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)上設(shè)有斷縫。

11、優(yōu)選地，所述強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)的截面為矩形。

12、優(yōu)選地，所述步驟2中，利用有限元軟件comsol?multiphysics構(gòu)建包含驅(qū)動(dòng)線圈、強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)和管件的管件電磁脹形仿真模型，對(duì)管件電磁脹形仿真模型中的驅(qū)動(dòng)線圈施加脈沖電流，仿真得到管件的脹形效果，并與管件成形規(guī)格相比較，調(diào)整強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)的尺寸參數(shù)，使管件脹形效果滿足管件成形規(guī)格需要，仿真確定強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)的尺寸參數(shù)。

13、優(yōu)選地，所述強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)與管件脹形區(qū)端部的縱向距離為10mm。

14、優(yōu)選地，所述強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)與驅(qū)動(dòng)線圈的間距為2mm-8mm。

15、優(yōu)選地，所述強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)與待成形管件的間距為1mm-5mm。

16、優(yōu)選地，所述強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)采用紫銅材料制成。

17、優(yōu)選地，步驟5中，所述脈沖電源為電容電源，電容電源的電容大小為10-1000μf，電容電源的放電電壓為1-10kv。

18、上述管件電磁脹形方法的脹形裝置，包括驅(qū)動(dòng)線圈、強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)、導(dǎo)體環(huán)支架和脈沖電源；所述導(dǎo)體環(huán)支架用于支撐固定強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)；所述驅(qū)動(dòng)線圈經(jīng)開(kāi)關(guān)與脈沖電源連接。

19、進(jìn)一步地，所述脹形裝置還包括工件基座，所述工件基座用于固定管件、導(dǎo)體環(huán)支架和驅(qū)動(dòng)線圈。

20、相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果包括：

21、1）本發(fā)明的管件脹形方法通過(guò)在驅(qū)動(dòng)線圈與脹形管件中間增設(shè)強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)，增強(qiáng)待成形管件脹形區(qū)端部的磁場(chǎng)強(qiáng)度，解決了傳統(tǒng)管件脹形方法因端部效應(yīng)而影響管件脹形均勻性的問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了管件的均勻脹形，并有效改善了傳統(tǒng)管件脹形方法的管件脹形區(qū)壁厚減薄的問(wèn)題。

22、2）本發(fā)明的強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)的截面為矩形，易于制作，成本低，相比于通過(guò)改進(jìn)驅(qū)動(dòng)線圈的方式難度?。徊⒛芡ㄟ^(guò)更換不同尺寸參數(shù)的強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)，實(shí)現(xiàn)不同的管件脹形效果，滿足多種管件成形規(guī)格的需求。

23、3）本發(fā)明的管件脹形方法通過(guò)在驅(qū)動(dòng)線圈與脹形管件中間增設(shè)屏蔽導(dǎo)體環(huán)，削弱管件脹形區(qū)中部的磁場(chǎng)強(qiáng)度，也能解決傳統(tǒng)管件脹形方法因端部效應(yīng)而影響管件脹形均勻性的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)管件均勻脹形。

24、4）本發(fā)明的屏蔽導(dǎo)體環(huán)的截面為矩形，易于制作，成本小，相比于通過(guò)改進(jìn)驅(qū)動(dòng)線圈的方式難度小；并能通過(guò)更換不同尺寸參數(shù)的屏蔽導(dǎo)體環(huán)或使用多個(gè)屏蔽導(dǎo)體環(huán)，實(shí)現(xiàn)不同的管件脹形效果，滿足多種管件成形規(guī)格的需求。

25、5）本發(fā)明將屏蔽導(dǎo)體環(huán)與強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)結(jié)合用于管件脹形，通過(guò)屏蔽導(dǎo)體環(huán)削弱管件脹形區(qū)中部的磁場(chǎng)強(qiáng)度和電磁力，利用強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)增強(qiáng)待成形管件脹形區(qū)端部的磁場(chǎng)強(qiáng)度，相比單獨(dú)使用強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)或屏蔽導(dǎo)體環(huán)，能進(jìn)一步提高管件脹形后的脹形區(qū)的平整度，改善傳統(tǒng)管件脹形方法的管件脹形區(qū)壁厚減薄的問(wèn)題。

26、6）本發(fā)明通過(guò)使用強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)和或屏蔽導(dǎo)體環(huán)，能減少管件成形工藝中管件的感應(yīng)電流對(duì)驅(qū)動(dòng)線圈產(chǎn)生的反作用力，有效保護(hù)驅(qū)動(dòng)線圈，延長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)線圈的使用壽命。

技術(shù)特征：

1.采用強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)的管件電磁脹形方法，其特征在于，在驅(qū)動(dòng)線圈與待成形管件中間，增加強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)，強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)布置在待成形管件脹形區(qū)端部，強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)用于增強(qiáng)待成形管件脹形區(qū)端部的磁場(chǎng)強(qiáng)度，利用強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)實(shí)現(xiàn)管件的均勻脹形；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管件電磁脹形方法，其特征在于，所述強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)上設(shè)有斷縫屏蔽導(dǎo)體環(huán)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管件電磁脹形方法，其特征在于，所述步驟2中，利用有限元軟件構(gòu)建包含驅(qū)動(dòng)線圈、強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)和管件的管件電磁脹形仿真模型，對(duì)管件電磁脹形仿真模型中的驅(qū)動(dòng)線圈施加脈沖電流，仿真得到管件的脹形效果，并與管件成形規(guī)格相比較，調(diào)整強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)的尺寸參數(shù)，使管件脹形效果滿足管件成形規(guī)格需要，仿真確定強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)的尺寸參數(shù)屏蔽導(dǎo)體環(huán)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管件電磁脹形方法，其特征在于，所述強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)的截面為矩形屏蔽導(dǎo)體環(huán)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管件電磁脹形方法，其特征在于，所述強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)與驅(qū)動(dòng)線圈的間距為2mm-8mm屏蔽導(dǎo)體環(huán)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管件電磁脹形方法，其特征在于，所述強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)與待成形管件的間距為1mm-5mm屏蔽導(dǎo)體環(huán)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管件電磁脹形方法，其特征在于，所述強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)采用紫銅材料制成屏蔽導(dǎo)體環(huán)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管件電磁脹形方法，其特征在于，步驟5中，所述脈沖電源為電容電源，電容電源的電容大小為10-1000μf，電容電源的放電電壓為1-10kv屏蔽導(dǎo)體環(huán)。

9.如權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述的基于強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)的管件電磁脹形方法的脹形裝置，其特征在于，所述脹形裝置包括驅(qū)動(dòng)線圈、強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)、導(dǎo)體環(huán)支架和脈沖電源；所述導(dǎo)體環(huán)支架用于支撐固定強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)；所述驅(qū)動(dòng)線圈經(jīng)開(kāi)關(guān)與脈沖電源連接屏蔽導(dǎo)體環(huán)。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的脹形裝置，其特征在于，所述脹形裝置還包括工件基座，所述工件基座用于固定管件、導(dǎo)體環(huán)支架和驅(qū)動(dòng)線圈。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及采用強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)的管件電磁脹形方法，屬于金屬工件電磁成形控制領(lǐng)域。本發(fā)明在驅(qū)動(dòng)線圈與待成形管件中間，增加強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)，強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)布置在待成形管件脹形區(qū)端部，強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)用于增強(qiáng)待成形管件脹形區(qū)端部的磁場(chǎng)強(qiáng)度，利用強(qiáng)化導(dǎo)體環(huán)實(shí)現(xiàn)管件的均勻脹形。本發(fā)明還公開(kāi)了相應(yīng)的管件電磁脹形裝置。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)管件脹形方法因端部效應(yīng)而影響管件脹形均勻性的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了管件的均勻脹形，提高了脹形管件的平整度，并有效改善了傳統(tǒng)管件脹形方法的管件脹形區(qū)壁厚減薄的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：邱立,張錦榮,陳玉紅,李夢(mèng)瑤,靳海若,陳爍,褚瀲濤,郭平洋,江嵐,管明姣,梁帥,江進(jìn)波,王彥海
受保護(hù)的技術(shù)使用者：三峽大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28