一種金屬板材的無線圈電磁脈沖成形裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種金屬板材無線圈電磁脈沖成形裝置，裝置包括凹模、感應板和壓板；成形過程包括將待成形板材置于凹模與高導電率感應板之間；外接電源系統直接對待成形板材施加脈沖電流并產生電磁場，使靠近待成形板材的感應板產生反向感應電流并產生電磁場，該電磁場對待成形板材產生脈沖排斥電磁力作用使板材成形。本實用新型中沒有采用傳統電磁成形所需的繞制式放電線圈結構，能直接成形低導電率材料，而無需借助于高導電率的驅動板，還可以降低裝置成本。本實用新型還具有結構簡單，使用壽命長，可實現高強材料的冷成形等優點。
【專利說明】
一種金屬板材的無線圈電磁脈沖成形裝置
技術領域
[0001]本實用新型屬于材料塑性成形領域，具體為金屬板材的電磁脈沖成形，特別涉及無線圈電磁脈沖成形方法及裝置。
【背景技術】
[0002]電磁脈沖成形技術能提高材料成形極限，并且具有易于精確控制，成形速度快，成形工件精度高，模具結構簡單及設備通用性強的特點。現已廣泛應用于機械、電子、汽車工業、輕化工及儀器儀表、航空航天、兵器工業等諸多領域，應用前景廣闊。
[0003]傳統電磁脈沖成形工藝過程中，線圈是將電能轉變為磁場能的關鍵部件。放電線圈的結構決定了空間磁場以及工件所受磁場力的分布，直接決定工件的成形結果。
[0004]繞制形式的線圈在電磁脈沖成形過程中，放電線圈會受到電磁反作用力和電流熱效應的影響，很容易損壞。線圈發生損壞的形式主要為變形及燒毀。研究表明，平板電磁脈沖成形過程中，線圈的失效形式主要有四種，如圖1al和圖la2所示的圓形螺旋線圈(0-1)和長圓形螺旋線圈(0-2)，在線圈中部發生變形，使得第一匝與第二匝之間的間距增加;線圈絕緣層破裂;線圈由于中部變形導致其余線圈區域失效。線圈強度不夠，發生斷裂。因此，線圈設計需要滿足高強度和耐久性的使用要求，這在采用繞制多匝線圈結構時，線圈制作成本較高，并且很難滿足線圈結構尺寸穩定性，以及多次放電不失效的使用要求，很大程度上限制了電磁脈沖成形工藝在大批量生產中的應用。
[0005]傳統電磁脈沖成形工藝主要是針對鋁板材這類具有高導電率特性的材料的成形。其技術特征是采用圖1al和圖la2所示繞制線圈(0-1)或(0-2)，如圖1b所示，電源系統(0-3)與線圈(0-4)連接，待成形板材(0-7)放置在線圈(0-4)與凹模(0-6)之間，當脈沖電流經過線圈(0-4)即產生電磁場使待成形板材(0-7)產生感應電流，該感應電流即產生電磁場，兩個電磁場形成互相排斥的電磁力使待成形板材(0-7)變形。該方法無法成形磁導率很低的鐵磁性材料，因此傳統電磁脈沖成形工藝只能應用于高導電率材料(例如鋁板材和銅板材)的成形，而對于低導電率材料(例如鋼板材或者鈦合金板材)或者非金屬材料的成形，目前采用的線圈結構無法提供足夠的電磁成形力，需要如圖1c所示附加一塊高導電率材料(0-8)放置在線圈(0-4)與待成形板材(0-7)之間作為對待成形板材的驅動板。電磁脈沖成形過程中，線圈(0-4)的磁場與驅動板(0-8)的磁場形成的排斥力推動驅動板(0-8)運動，再通過驅動板的運動來推動所要成形材料(0-7)的變形，然而由于驅動板的變形是永久性的，無法重復使用且去除困難，成本較高。

【發明內容】

[0006]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本實用新型提供了一種金屬板材的無線圈電磁脈沖成形裝置，其目的在于提供一種直接對被成形板材施加電流，而不需要設計放電線圈的金屬板材的無線圈電磁脈沖成形裝置及方法，由此解決現有電磁脈沖成形工藝過程中線圈制作成本高、容易失效以及對被成形材料要求有高導電率的限制等技術問題。
[0007]為實現上述目的，本實用新型提出了一種金屬板材的無線圈電磁脈沖成形裝置，包括凹模、安裝有感應板的壓板;其中:
[0008]所述壓板采用絕緣材料制作而成，其上安裝有高導電率材料制成的感應板，感應板用于產生感應電流和電磁場；
[0009]所述凹模采用絕緣材料制成，其開口與壓板裝有感應板的一面正對設置，兩者之間用于放置待成形板材;壓板用于向待成形板材施壓，使之貼緊固定在凹模上;壓板內的感應板固定在壓板內底部的正上方和待成形板材正下方，感應板與待成形板材之間有間隔，用于產生電磁排斥力來推動板材成形；
[0010]使用時，將待成形板材兩端連接外接電源系統，根據板材變形程度需要，施加任一脈沖形狀電流產生脈沖電磁場，使靠近板材的感應板感應反向脈沖電流，產生具有排斥作用的電磁力作用在待成形板材上，使其被推向凹模并成形為該凹模輪廓的形狀。
[0011]優先地，所述感應板的形狀包括但不限于圓柱形、圓錐臺、方錐臺、六面體，或者不規則形狀，以匹配凹模為原則，以求全覆蓋凹模輪廓的投影面積。
[0012]優先地，所述凹模采用金屬材料制成，其與待成形板材之間設置有絕緣材料。
[0013]優先地，所述感應板為多個，多個感應板位于待成形板材的同一側，互不相連，與凹模配合，用于實現一次在同一板材的同一側成形多個形狀。
[0014]優先地，所述感應板為多個，多個感應板分別設置于待成形板材的上下兩側，互不相連，與凹模配合，可實現一次放電在同一板材兩側成形多個形狀。
[0015]優先地，所述感應板為一個，待成形板材為兩塊，兩塊待成形板材分別位于感應板兩側，兩塊待成形板材與凹模配合，各板材與感應板之間有間隔，其中一塊板材與電源系統相連。
[0016]優先地，所述感應板為一個，待成形板材為兩塊，兩塊待成形板材分別位于感應板兩側，與凹模配合，兩塊待成形板材各與感應板之間有間隔，每塊待成形板材各連接一個電源系統。
[0017]與現有技術相比，本實用新型具有如下有益效果:
[0018]1、本實用新型采用感應板代替傳統電磁脈沖成形中的放電線圈。感應板為一體結構，與繞制式的放電線圈結構相比，加工難度以及成本降低，同時使用壽命高。
[0019]2、本實用新型中直接對待成形板材施加電流使靠近的感應板中產生感應電流并產生電磁力。因此，可以直接應用于低導電率材料的成形，而不需要借助于高導電率的驅動板。同時電磁脈沖成形工藝能夠提高材料的成形極限。
[0020]3、本實用新型的成形裝置與傳統電磁成形相比，具有結構簡單，使用壽命長，可實現高強材料、炭素鋼板、鈦合金板的冷成形等優點。
【附圖說明】
[0021]圖1al、圖la2為傳統板材電磁脈沖成形中放電線圈結構；
[0022]圖1b為傳統板材電磁脈沖成形裝置；
[0023]圖1c為使用驅動板的板材傳統電磁脈沖成形裝置；
[0024]圖2為金屬板材無線圈電磁脈沖成形示意圖；
[0025]圖3為金屬板材無線圈電磁脈沖成形裝置的三維半剖圖；
[0026]圖4a為兩個感應板位于待成形板材同一側的示意圖；
[0027]圖4b為兩個感應板分別位于待成形板材兩側的示意圖；
[0028]圖5a為一個外接電源系統和兩塊待成形板材成形示意圖；
[0029]圖5b為兩個外接電源系統和兩塊待成形板材成形示意圖；
[0030]圖6為電流流向示意圖；
[0031]在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中:
[0032]0-1:圓形螺旋線圈、0-2:長圓形螺旋線圈、0-3:電源系統、0-4:線圈、0-5:壓板、0-6:凹模、0-7:待成形板材、0-8:驅動板、1:凹模、卜1:凹模、卜3:凹模、卜4:凹模、卜5:凹模、
1-6:凹模、1-2:凹模壓板組合件、3-2:凹模壓板組合件、2:待成形板材、2-1待成形板材、2-2待成形板材、2-3待成形板材、2-4待成形板材、2-5待成形板材、2-6待成形板材、3:壓板、3-1:壓板、3-3:壓板、3-4:壓板、4:感應板、4-1:感應板、4-2:感應板、4-3:感應板、4-4:感應板、4-5:感應板、4-6:感應板、5:板材成形形狀、5-1:板材成形形狀、5-2:板材成形形狀、5-3:板材成形形狀、5-4:板材成形形狀、5-5:板材成形形狀、5-6:板材成形形狀、5-7:板材成形形狀、5-8:板材成形形狀、6:電源系統、6-1:電源系統、6-2:電源系統、7:板材成形中電流、8:感應板中感應電流、9:板材成形中電流。
【具體實施方式】
[0033]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。此外，下面所描述的本實用新型各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0034]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步說明。在此需要說明的是，對于這些實施方式的說明用于幫助理解本實用新型，但并不構成對本實用新型的限定。此夕卜，下面所描述的本實用新型各個實施方式中涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突可以互相組合。
[0035]實施例一
[0036]如圖2所示為本實用新型所述金屬板材無線圈電磁脈沖成形裝置，包括凹模1、壓板3、感應板4;壓板3將板材2壓緊在凹模I上，感應板4設置在壓板3內位于待成形板材2正下方，其形狀可為圓柱體、圓錐臺、六面體或者不規則形狀;外接電源系統6包括并聯的電源、儲能電容、分壓電阻和開關;電源系統6與待成形板材2直接相連接;壓板3和凹模I均采用絕緣材料制作而成。凹模采用金屬材料時，須在待成形板材與模具間鋪墊絕緣材料。
[0037]采用上述金屬板材無線圈電磁脈沖成形裝置成形的具體過程包括:將待成形板材2置于壓板3和凹模I之間；對電源系統6的儲能電容充電，當充電電壓達到需要的成形電壓后，斷開充電回路，閉合電源系統中的開關，儲能電容對待成形板材2放電；感應板4中產生與待成形板材2中電流方向相反的感應電流，同時產生對待成形板材的排斥電磁力作用;待成形板材2在電磁力作用下成形為板材形狀5。
[0038]實施例二
[0039]如圖4a所示的金屬板材無線圈電磁脈沖成形裝置，與實施例一中裝置不同之處在于，壓板中有兩個感應板，分別為感應板4-1和感應板4-2。兩個感應板均位于待成形板材2同一側。外接電源系統6包括并聯的電源、儲能電容、分壓電阻和開關；電源系統6與待成形板材2-1直接相連接;壓板3-1和凹模1-1均采用絕緣材料制作而成。凹模采用金屬材料時，須在待成形板材與接觸處鋪墊絕緣材料。
[0040]采用上述金屬板材無線圈電磁脈沖成形裝置成形的具體過程包括:將待成形板材2-1置于壓板3-1和凹模1-1之間；對電源系統6的儲能電容充電，當充電電壓達到需要的成形電壓后，斷開充電回路，閉合電源系統中的開關，儲能電容器對待成形板材2-1放電;感應板4-1和感應板4-2中產生與待成形板材2-1中電流方向相反的感應電流，同時產生對待成形板材的排斥電磁力作用;待成形板材2-1在電磁力作用下成形為板材形狀5-1和形狀5-2。本實施例中感應板的個數不限于兩個。
[0041 ] 實施例三
[0042]如圖4b所示的金屬板材無線圈電磁脈沖成形裝置，與實施例二中裝置不同之處在于，壓板中感應板4-3和感應板4-4，分別位于待成形板材2-2的兩側。電源系統6包括并聯的電源、儲能電容器、分壓電阻和開關；電源系統6與待成形板材2-2直接相連接；凹模壓板組合件1-2和凹模壓板組合件3-2既是凹模又起到壓板作用，均采用絕緣材料制作而成。凹模部分采用金屬材料拼合時，須在待成形板材與凹模接觸處鋪墊絕緣材料。
[0043]采用上述金屬板材無線圈電磁脈沖成形裝置成形的具體過程包括:將待成形板材
2-2置于凹模壓板組合件3-2和凹模壓板組合件1-2之間；對電源系統6的儲能電容器充電，當充電電壓達到需要的成形電壓后，斷開充電回路，閉合電源系統中的開關，儲能電容對待成形板材2-2放電;感應板4-3和感應板4-4中產生與待成形板材2-2中電流方向相反的感應電流，同時產生對待成形板材的排斥電磁力作用;待成形板材2-2在電磁力作用下成形為板材形狀5-3和形狀5-4。本實施例中感應板的個數不限于兩個。
[0044]實施例四
[0045]如圖5a所不的金屬板材無線圈電磁脈沖成形裝置，包括壓板3-3為一個，感應板4-5為一個，待成形板材2-3和待成形板材2-4，凹模1-3和凹模1-4;感應板設置在壓板3-3中，待成形板材2-3和待成形板材2-4分別位于感應板4-5的兩側，并分別與感應板4-5有間隔；本實用新型中，待成形板材與感應板均有間隔，間隔大小以保持絕緣前提下，越近越好。電源系統6為一個，與待成形板材2-3連接。采用所述裝置成形過程包括:將待成形板材2-3置于凹模1-3與壓板3-3之間，待成形板材2-4置于凹模1-4與壓板3-3之間。對電源系統6中的儲能電容器充電，達到成形電壓后斷開充電電路，閉合放電開關，對待成形板材2-3放電。如圖6所示，當電流7流過待成形板材2-3產生磁場，使感應板4-5中產生與電流7方向相反的感應電流8并產生一磁場，形成與電流7產生的磁場相排斥的電磁力，電磁力作用于待成形板材2-3使其成形位圖5a中5-5的形狀;與此同時感應電流8沿著感應板4-5的表面流動到達靠近待成形板材2-4的表面，此時電流8產生的磁場使待成形板材2-4產生流向相反的感應電流9，電流9產生的磁場與感應板4-5產生的磁場形成相互排斥的電磁力，該電磁力使待成形板材2-4成形為圖5a中5-6的形狀。
[0046]實施例五
[0047]如圖5b所不的金屬板材無線圈電磁脈沖成形裝置，包括壓板3-4為一個，感應板4-6為一個，待成形板材2-5和待成形板材2-6，凹模1-5和凹模1-6;待成形板材2-5和待成形板材2-6分別位于感應板4-6的兩側，感應板4-6分別與待成形板材2-5和待成形板材2-6有間隔，本實用新型中，待成形板材和感應板之間在保持絕緣前提下距離盡可能近;電源系統6-1與待成形板材2-5連接，電源系統6-2與待成形板材2-6連接。
[0048]采用圖5b所示裝置成形過程包括:將待成形板材2-5置于凹模1-5與壓板3-4之間，待成形板材2-6置于凹模1-6與壓板3-4之間；對電源系統6-1和電源系統6-2中的儲能電容器充電，達到成形電壓后斷開充電電路，同時閉合放電開關，使待成形板材2-5和待成形板材2-6同時通電，使電源系統6-1中電流和電源系統6-2中電流都順時針流動，感應板4-6中感應電流逆時針流動。待成形板材2-5和待成形板材2-6同時受到電磁排斥力推動而成形為圖5b中5-7和5-8的形狀。
[0049]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種金屬板材的無線圈電磁脈沖成形裝置，其特征在于，包括凹模、安裝有感應板的壓板;其中: 所述壓板采用絕緣材料制作而成，其上安裝有高導電率材料制成的感應板，感應板用于產生感應電流和電磁場； 所述凹模采用絕緣材料制成，其開口與壓板裝有感應板的一面正對設置，兩者之間用于放置待成形板材;壓板用于向待成形板材施壓，使之貼緊固定在凹模上;壓板內的感應板固定在壓板內底部的正上方和待成形板材正下方，感應板與待成形板材之間有間隔，用于產生電磁排斥力來推動板材成形。2.根據權利要求1中所述的成形裝置，其特征在于，所述感應板的形狀包括但不限于圓柱形、圓錐臺、方錐臺、六面體，或者不規則形狀，以匹配凹模為原則，以求全覆蓋凹模輪廓的投影面積。3.根據權利要求1中所述的成形裝置，其特征在于，所述凹模采用金屬材料制成，其與待成形板材之間設置有絕緣材料。4.根據權利要求1中所述的成形裝置，其特征在于，感應板為多個，多個感應板位于待成形板材的同一側，互不相連，與凹模配合，用于實現一次在同一板材的同一側成形多個形狀。5.根據權利要求1中所述的成形裝置，其特征在于，所述感應板為多個，多個感應板分別設置于待成形板材的上下兩側，互不相連，與凹模配合，可實現一次放電在同一板材兩側成形多個形狀。6.根據權利要求1中所述的成形裝置，其特征在于，所述感應板為一個，待成形板材為兩塊，兩塊待成形板材分別位于感應板兩側，兩塊待成形板材與凹模配合，各板材與感應板之間有間隔，其中一塊板材與外接電源相連。7.根據權利要求1中所述的成形裝置，其特征在于，所述感應板為一個，待成形板材為兩塊，兩塊待成形板材分別位于感應板兩側，與凹模配合，兩塊待板材各與感應板之間有間隔，每塊待成形板材各外接一個電源系統。8.根據權利要求1中所述的成形裝置，其特征在于，使用時，將待成形板材兩端外接電源，根據板材變形程度需要，施加任一脈沖形狀電流產生脈沖電磁場，使靠近板材的感應板感應反向脈沖電流，產生具有排斥作用的電磁力作用在待成形板材上，使其被推向凹模并成形為該凹模輪廓的形狀。
【文檔編號】B21D26/14GK205629047SQ201620380956
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月28日
【發明人】莫健華, 方進秀, 周波
【申請人】華中科技大學