一种金属管件的电磁成形装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种金属管件的电磁成形装置，该装置包括：背景磁场单元，在金属管件上产生脉冲背景磁场，成形驱动线圈，在金属管件上产生脉冲驱动磁场,脉冲驱动磁场能够在金属管件上产生涡流。由于脉冲驱动磁场的脉冲宽度远远小于脉冲背景磁场的脉冲宽度，使得脉冲背景磁场在金属管件上产生的涡流可以忽略，同时使得脉冲驱动磁场对金属管件上磁场影响可以忽略，因此，由脉冲背景磁场和涡流相互作用，在金属管件上产生电磁力。通过单独调节脉冲背景磁场和脉冲驱动磁场可以实现增大电磁力，实现高机械强度和低导电率的金属管件成形，同时能够降低成形驱动线圈的设计难度，延长成形驱动线圈的寿命。

An electromagnetic forming device for metal pipe fittings

The utility model discloses a metal tube electromagnetic forming device, the device comprises: a background magnetic field unit, pulse background magnetic field in the metal pipe, forming the driving coil, pulse drive magnetic field in the metal pipe, driving pulse magnetic field can produce eddy current in metal pipe. The pulse width of the pulse width pulse driving magnetic field is far less than the pulse of the background magnetic field, the eddy current pulse background magnetic field generated in the metal pipe can be neglected, and the pulse driving effect of magnetic field on the magnetic field of metal pipe can be neglected, therefore, from the background of pulsed magnetic field and eddy current interaction, the electromagnetic force generated in the metal pipe. By adjusting the pulse background magnetic field and pulse driving magnetic field individually, electromagnetic force can be increased, and metal tube forming with high mechanical strength and low conductivity can be realized. At the same time, the design difficulty of the forming drive coil can be reduced, and the service life of the forming driving coil can be prolonged.

【技术实现步骤摘要】
一种金属管件的电磁成形装置
本技术属于金属管件成形领域，更具体地，涉及一种金属管件的电磁成形装置。
技术介绍
电磁成形是利用脉冲电磁力对金属坯料进行塑性加工的一种高能率、高速率特种加工方法，具有高速率、非接触的特点，能大幅提高高强度难成形材料的成形极限，简化模具制造、工艺灵活性和柔性高，加工精度高、残余应力和回弹小，容易实现能量控制和生产自动化。与常规成形方法相比，电磁成形技术具有以下主要优点：1、模具简单，降低生产成本；2、零件精度高，表面质量好；3、可以提高材料塑性变形能力，提高成形极限。因此，电磁成形已被用于多类金属管件加工成形。专利文献CN103406418A中公开了一种径向与轴向加载式金属管件电磁成形方法及装置。然而现有的金属管件电磁成形方法存在的主要问题有：(1)目前电磁成形电源最大容量普遍为低于500kJ左右，所用晶闸管能耐压一般为25kV，长期使用能承受几十千安的电流，如要进一步提高成形能力，需要更大能量的电源，性能更加的开关器件，这将耗费巨大的投资且工程实现难度较高，因此目前电磁成形仅适用于导电性能好、机械强度较低的金属(如铜、铝合金)，且金属管件的管壁厚度一般小于3mm；(2)线圈与管件位置相对固定，管件胀形或缩径时，为了产生相应的电磁力，需要改变线圈与工件间的相对位置；(3)对于管件胀形来说，传统的方法中成形线圈必须置于金属管件内，通过给线圈通入脉冲强电流，在金属管件中感应出涡流，此涡流与线圈电流产生的磁场相互作用形成径向向外的电磁力，从而达到金属管件胀形目的，属于基于电磁排斥力的金属管件电磁成形。然而，当管件内径很小时，如采用传统的电磁成形方法来使此管件胀形，若采用多个子线圈绕制，涡流线圈的直径将非常小，导致线圈绕制困难；而若采用一个子线圈作为涡流线圈，由于线圈所能承受的能量有限，难以使管件胀形。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本技术提供了一种金属管件的电磁成形装置，其目的在于通过背景磁场单元和成形驱动线圈在金属管件内部产生径向向外的电磁力，由此解决高机械强度、低导电率和壁厚大的金属管件成形以及细管径的金属管件的成形。为实现上述目的，本技术提供了一种金属管件的电磁成形装置，包括：背景磁场单元，在金属管件上形成沿金属管件轴向的脉冲背景磁场；成形驱动线圈，当通入第一脉冲电流时在金属管件上形成沿金属管件轴向的脉冲驱动磁场，由脉冲驱动磁场在金属管件上产生涡流；脉冲背景磁场的脉冲宽度远远大于脉冲驱动磁场的脉冲宽度；并由脉冲背景磁场与涡流相互作用在金属管件上形成电磁力，由电磁力让金属管件膨胀变形。由背景磁场单元在金属管件上产生脉冲背景磁场，由成形驱动线圈同时在金属管件管壁上产生脉冲驱动磁场，由于脉冲驱动磁场的脉冲宽度远远小于脉冲背景磁场的脉冲宽度，脉冲背景磁场在金属管件上产生的涡流可忽略不计，同时使得脉冲驱动磁场在金属管件上的磁场可以忽略不计，通过脉冲背景磁场与成形驱动线圈产生的涡流相互作用，在金属管件上形成电磁力，电磁力让金属管件膨胀变形，由于可以通过单独增大脉冲背景磁场强度，或通过大幅增大脉冲背景磁场强度同时减少变涡流强度，实现增大电磁力，使金属管件膨胀变形，可以实现高机械强度、低导电率管件的胀形，也可以降低成形驱动线圈中电压强度以及受力强度。进一步地，背景磁场单元为通有第二脉冲电流的线圈，线圈呈空芯柱状；成形驱动线圈呈空芯柱状；背景磁场单元套于成形模具外部，成形驱动线圈位于金属管件内部；且第一脉冲电流的通入成形驱动线圈的方向与第二脉冲电流的通入背景磁场线圈的方向相反。进一步地，背景磁场单元为通有第二脉冲电流的线圈，线圈呈空芯柱状；成形驱动线圈呈空芯柱状；背景磁场单元位于成形驱动线圈的外部，成形驱动线圈位于成形模具的外部，且第一脉冲电流的通入成形驱动线圈的方向与第二脉冲电流的通入背景磁场线圈的方向相反。进一步地，脉冲驱动磁场的触发时刻位于脉冲背景磁场的峰值时刻。进一步地，脉冲背景磁场的脉宽大于10ms，且脉冲驱动磁场的脉宽小于1ms。涡流的大小取决于磁场的变化率，脉宽小的脉冲磁场变化率大，因此感应涡流也大；磁场强度的大小取决于等效电流大小，因此，当脉冲背景磁场的脉宽大于10ms，且脉冲驱动磁场的脉宽小于1ms，相对于脉冲驱动磁场产生的涡流，由脉冲背景磁场产生的涡流可以忽略不计，相对于脉冲背景磁场在金属管件上产生的磁场，脉冲驱动磁场在金属管件上产生的磁场可以忽略不计。通过本技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于引入了背景磁场单元，能够取得如下有益效果:(1)通过引入长脉宽或稳态的脉冲背景磁场，并由脉冲背景磁场和通过脉冲驱动磁场而产生的涡流共同作用产生电磁力，通过增大脉冲背景磁场的强度或增大脉冲背景磁场强度同时减少驱动成形线圈产生涡流的强度，可以有效提升工件在变形过程中的电磁力，从而可对导电性能较差、厚度较大及强度较高的金属进行成形；也能够降低成形驱动线圈中所需承受的放电电压、电流及受力水平，简化了成形驱动线圈的结构设计，提高了成形线圈的使用寿命。(2)通过将背景磁场线圈和成形驱动线圈置于金属管件的外部，由背景磁场单元提供背景磁场，成形驱动线圈在金属管件管壁上产生涡流，通过采用两套独立的电源系统，可通过调节各自电压大小及施加方向来改变脉冲背景磁场和脉冲驱动磁场的相对大小和方向，实现改变金属管件上磁场和涡流的相对大小和方向，为在小管径的金属管件和成形驱动线圈间产生吸引力提供了有效途径，可用于实现小管径的金属管件吸引式成形。附图说明图1为本技术提供的金属管件的电磁成形装置的第一实施例的结构示意图；图2为本技术提供的金属管件的电磁成形装置的第一实施例中金属管件的磁场、涡流以及电磁力方向的示意图；图3为本技术提供的金属管件的电磁成形装置的第一实施例中背景磁场线圈和成形驱动线圈的轴向磁场(中心区域)时序配合示意图；图4为本技术提供的金属管件的电磁成形装置的第二实施例的结构示意图；图5为本技术提供的金属管件的电磁成形装置的第二实施例中金属管件的磁场、涡流以及电磁力方向的示意图；在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-成形驱动线圈，2-背景磁场线圈，3-成形模具，4-金属管件，5-第二电源单元，7-第一电容、8-第一开关、9-第一续流二极管，6-第一电源单元10-第二电容、11-第二开关、12-第二续流二极管。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。第一实施例图1为本技术提供的金属管件的电磁成形装置的第一实施例的结构示意图，电磁成形装置用于对复合管电磁成形，复合管由金属管件4与成形模具3组成。金属管件4为铜镍合金无缝管，其导电率和塑形差，金属管件的内径为46.6mm，壁厚为4.2mm。成形模具3为无缝钢管，成形模具的内径为57.8，壁厚为2.6mm。成形模具3套于金属管件4的外部，成形模具3用于约束金属管件4成形过程中的形状，最终使金属管件4与成形模具3紧密贴合，制成复合管，复合管外表面为钢管，复合管内表面为铜镍合金管。电磁成形装置包括成形驱动线圈1，呈空芯柱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属管件的电磁成形装置，将金属管件加工至成形模具的形状，所述金属管件套于成形模具内部，其特征在于，包括：背景磁场单元(2)，在所述金属管件上形成沿所述金属管件轴向的脉冲背景磁场；成形驱动线圈(1)，当通入第一脉冲电流时在金属管件上形成沿所述金属管件轴向的脉冲驱动磁场，由脉冲驱动磁场在金属管件上产生涡流；所述脉冲背景磁场的脉冲宽度远远大于脉冲驱动磁场的脉冲宽度；并由所述脉冲背景磁场与所述涡流相互作用在金属管件上形成电磁力，电磁力让金属管件膨胀变形。

【技术特征摘要】
1.一种金属管件的电磁成形装置，将金属管件加工至成形模具的形状，所述金属管件套于成形模具内部，其特征在于，包括：背景磁场单元(2)，在所述金属管件上形成沿所述金属管件轴向的脉冲背景磁场；成形驱动线圈(1)，当通入第一脉冲电流时在金属管件上形成沿所述金属管件轴向的脉冲驱动磁场，由脉冲驱动磁场在金属管件上产生涡流；所述脉冲背景磁场的脉冲宽度远远大于脉冲驱动磁场的脉冲宽度；并由所述脉冲背景磁场与所述涡流相互作用在金属管件上形成电磁力，电磁力让金属管件膨胀变形。2.根据权利要求1所述的电磁成形装置，其特征在于，所述背景磁场单元为通有第二脉冲电流的线圈，线圈呈空芯柱状；所述成形驱动线圈呈空芯柱状；所述背景磁场单元套于所述成形模具外部，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亮，蔡宏，曹全梁，韩小涛，张骁，肖涵琛，李潇翔，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：新型
国别省市：湖北,42