一种三通管电磁脉冲复合胀形装置及胀形方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种三通管电磁脉冲复合胀形装置及胀形方法，属于金属材料塑性成形领域。胀形装置包括凹模，凹模的一侧设有支管，凹模内侧设有芯棒，待成形管件套设于芯棒外侧，芯棒上设置有胀形线圈，凹模上支管的外侧设有背压线圈，待成形管件的两端分别设有上轴推线圈和下轴推线圈，电源单元分别与胀形线圈、背压线圈、上轴推线圈和下轴推线圈相连。胀形方法利用该胀形装置来实现。本发明专利技术克服现有技术中三通管件胀形成形容易破裂的不足，胀形装置可以大幅度提高三通管端部区域的轴向补料，胀形方法则可以有效抑制胀形区壁厚减薄，防止胀破现象，提高成形极限。

A Compound Expansion Device and Expansion Method for Tee Tube by Electromagnetic Pulse

The invention discloses a three-way tube electromagnetic pulse compound bulging device and a bulging method, which belongs to the field of metal material plastic forming. The bulging device includes a concave die, one side of the concave die is provided with a branch pipe, the inner side of the concave die is provided with a mandrel, the tube to be formed is sleeved on the outside of the mandrel, the bulging coil is arranged on the outer side of the mandrel, the back pressure coil is arranged on the outer side of the branch pipe on the concave die, and the two ends of the tube to be formed are respectively provided with the upper and lower axle push coils. The power supply unit is separately connected with the bulging coil, the back pressure coil, the upper ax Push coils are connected. The bulging method is realized by using the bulging device. The invention overcomes the disadvantage of easy rupture in bulging forming of three-way pipe fittings in the prior art. The bulging device can greatly increase the axial feeding in the end region of the three-way pipe, and the bulging method can effectively restrain the thinning of the wall thickness of the bulging zone, prevent the bulging phenomenon and improve the forming limit.

【技术实现步骤摘要】
一种三通管电磁脉冲复合胀形装置及胀形方法
本专利技术涉及金属材料塑性成形
，更具体地说，涉及一种三通管电磁脉冲复合胀形装置及胀形方法。
技术介绍
随着现代工业的飞速发展，多通管的运用越来越广泛，尤其是三通管，在管道工程、水利电力、消防系统、航天航天、工业排气排水系统等各个领域应用不断增加。对于中高压下使用的三通管的生产，除少数单位还采用传统的焊接、铸造以及刚性模拉拔外，大多数采用胀形方法生产。然而在成形长径比较大的管件时，由于管件轴向长度较大，外壁与模具的接触区域太大而产生的摩擦力较大，施加轴向力时材料流动困难，同时在模具几何形状的限制下轴向补料会更困难，因此容易产生管件壁厚过度减薄而破裂、轴向受力不均而失稳起皱、填充性不好等缺陷。尤其当采用铝合金以及镁合金等轻质高强度材料来制造三通管构件时，虽然能够很好的从结构和材料两方面相结合来实现轻量化设计，但这些材料在室温下的成形性较差，当采用传统工艺成形时，金属流动不均匀，易出现破裂、起皱等缺陷，且零件卸载后回弹量较大，易出现扭曲变形，难以精确控制成形精度。电磁成形是利用瞬间的高压脉冲磁场迫使坯料在冲击磁场力作用下发生高速变形的一种成形方法，具有小回弹、高精度、工装简单、成本低等优点，被普遍的应用在扩管工艺中。成形过程中板料应变速率高达103～105s-1量级，因此可显著提高材料的成形性能。此外，板料的受力是坯料中带有电荷的分子、原子所受的洛伦兹力，因而成形后工件残余应力较小，能够延长工件的服役寿命。与传统准静态冲压胀形工艺相比，电磁成形条件下管件变形分布均匀，硬化不显著，因此材料的胀形系数可提高30％～70％。然而传统的电磁管件胀形过程中，管件端部区域难以充分的进行轴向补料，因此壁厚变薄甚至破裂仍然是管件胀形的主要问题。特别是在成形长径比较大的铝合金三通管件时，这些问题就显得更为严重。经检索，关于三通管件的胀形技术已有大量专利公开，如中国专利申请号：2018103298754，申请日：2018年4月13日，专利技术创造名称为：一种三通管胀形成形装置以及三通管支管胀形成形方法，该申请案公开了一种三通管胀形成形装置以及成形方法，其中三通管胀形成形装置至少包括模具、压力介质注入装置、压力推头装置、压力传感器、位移传感器以及控制器；控制器分别与压力传感器和位移传感器电连接，且还分别与压力推头装置、顶缸装置以及压力介质注入装置的动力模块控制连接；该申请案实现了对压力介质、推头以及顶缸的压力和位移的实施监测和调节，且改进了三通管胀形过程，采用支管成形部分材料先管内预拉伸胀形，后向外胀形的方法，提高了支管胀形壁厚的均匀性，不易发生破裂，有效增加了支管胀形极限高度，但该申请案结构较为繁琐，其实际胀形效果仍有较大的提升空间。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题本专利技术的目的在于克服现有技术中三通管件胀形成形容易破裂的不足，提供了一种三通管电磁脉冲复合胀形装置及胀形方法，本专利技术的胀形装置可以大幅度提高三通管端部区域的轴向补料，本专利技术的胀形方法则利用该胀形装置，一方面充分利用电磁成形高速率提高材料性能的优势，另一方面可以发挥三通管件支管端部区域形成的三向压应力状态促进材料塑性成形的长处，因而可以有效抑制胀形区壁厚减薄，防止胀破现象，提高成形极限，从而获得超出常规成形极限的大变形。2.技术方案为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：本专利技术的一种三通管电磁脉冲复合胀形装置，包括凹模，凹模的一侧设有支管，凹模内侧设有芯棒，待成形管件套设于芯棒外侧，芯棒上设置有胀形线圈，凹模上支管的外侧设有背压线圈，待成形管件的两端分别设有上轴推线圈和下轴推线圈，电源单元分别与胀形线圈、背压线圈、上轴推线圈和下轴推线圈相连并用于控制其是否产生电磁力。更进一步地，电源单元包括依次串联的电源、储能电容、分压电阻和控制开关。更进一步地，电源单元设置为单组，上轴推线圈、胀形线圈、背压线圈和下轴推线圈依次串联后与该电源单元相连。更进一步地，电源单元包括多组电源子单元，胀形线圈与第一子单元相连，背压线圈与第三子单元相连，上轴推线圈和下轴推线圈串联后与第二子单元相连。更进一步地，电源单元包括多组电源子单元，胀形线圈与第一子单元相连，背压线圈与第三子单元相连，上轴推线圈与上子单元相连，下轴推线圈与下子单元相连。更进一步地，芯棒上开设有定位凹槽，胀形线圈配合嵌入于该定位凹槽中。更进一步地，芯棒与凹模同心设置，芯棒上的胀形线圈与凹模侧边的支管内腔对齐设置。更进一步地，上轴推线圈和下轴推线圈分别对应位于待成形管件的两端，两轴推线圈的端部与待成形管件对应端部之间的轴向间隙相等。更进一步地，背压线圈设置于凹模支管的外侧，且背压线圈与支管居中对齐放置。本专利技术的一种三通管电磁脉冲复合胀形方法，采用上述胀形装置，包括以下步骤：a、将胀形线圈嵌入芯棒中，将待成形管件对中套设在芯棒外侧，将凹模套设在待成形管件外侧；b、在待成形管件的两端分别设置上轴推线圈和下轴推线圈，在凹模的支管部位外侧设置背压线圈；c、将电源单元与各线圈对应连接，电源单元闭合放电，胀形线圈在待成形管件内侧施加径向电磁力，对管件进行胀形，上轴推线圈和下轴推线圈分别在待成形管件两端施加轴向电磁力，向凹模的中心推送待成形管件，实现轴向补料，背压线圈在预成形为支管部位的待成形管件外侧施加反向电磁力，使胀形线圈与背压线圈中间的管材在三向压应力状态下顺利成行出支管。3.有益效果采用本专利技术提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：(1)本专利技术的一种三通管电磁脉冲复合胀形装置，通过在待成形管件的端部设置轴推线圈，在胀形的同时轴推线圈产生的磁场力能够使管材及时轴向补料，因而能够避免胀形区材料的过度减薄，提高材料的成形极限，从而获得超出常规成形极限的大变形。(2)本专利技术的一种三通管电磁脉冲复合胀形装置，通过设置多组电磁线圈和多组电源单元的方式，实现在成形过程中柔性的控制各线圈的放电能量及放电顺序，实现不同的电磁力加载方式，从而更好的实现三通管件的成形。(3)本专利技术的一种三通管电磁脉冲复合胀形方法，采用电磁力来实现三通管件的成形，一方面电磁成形的高速率能够提高材料的成形极限；另一方面成形过程中管件的受力是坯料中带有电荷的分子、原子所受的洛伦兹力，因而成形件残余应力较小，能够延长管件的服役寿命。(4)本专利技术的一种三通管电磁脉冲复合胀形方法，通过采用电磁脉冲复合胀形的方式，在待成形的支管部位形成三向压应力状态，能够更好地发挥材料的塑性，有效地抑制支管区域壁厚减薄，防止胀破现象，提高成形极限，最终达到较大的支管高度。附图说明图1为本专利技术的一种三通管电磁脉冲复合胀形装置的立体剖视结构示意图；图2为本专利技术中单组电源单元整体控制的电磁脉冲复合胀形装置结构示意图；图3为本专利技术中带有3组电源子单元的电磁脉冲复合胀形装置结构示意图；图4为本专利技术中带有4组电源子单元的电磁脉冲复合胀形装置结构示意图；图5为实施例1、2、3、4和5中工作初始状态示意图；图6为实施例1、2、3、4和5中三通管件电磁脉冲复合胀形后最终示意图。示意图中的标号说明：1、上轴推线圈；2、芯棒；3、待成形管件；4、凹模；5、胀形线圈；6、背压线圈；7、下轴推线圈；8、电源单元；8-1、第一子单元；8-2、第二子单元；8-2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三通管电磁脉冲复合胀形装置，其特征在于：包括凹模(4)，凹模(4)的一侧设有支管，凹模(4)内侧设有芯棒(2)，待成形管件(3)套设于芯棒(2)外侧，芯棒(2)上设置有胀形线圈(5)，凹模(4)上支管的外侧设有背压线圈(6)，待成形管件(3)的两端分别设有上轴推线圈(1)和下轴推线圈(7)，电源单元(8)分别与胀形线圈(5)、背压线圈(6)、上轴推线圈(1)和下轴推线圈(7)相连并用于控制其是否产生电磁力。

【技术特征摘要】
1.一种三通管电磁脉冲复合胀形装置，其特征在于：包括凹模(4)，凹模(4)的一侧设有支管，凹模(4)内侧设有芯棒(2)，待成形管件(3)套设于芯棒(2)外侧，芯棒(2)上设置有胀形线圈(5)，凹模(4)上支管的外侧设有背压线圈(6)，待成形管件(3)的两端分别设有上轴推线圈(1)和下轴推线圈(7)，电源单元(8)分别与胀形线圈(5)、背压线圈(6)、上轴推线圈(1)和下轴推线圈(7)相连并用于控制其是否产生电磁力。2.根据权利要求1所述的一种三通管电磁脉冲复合胀形装置，其特征在于：电源单元(8)包括依次串联的电源、储能电容、分压电阻和控制开关。3.根据权利要求1或2所述的一种三通管电磁脉冲复合胀形装置，其特征在于：电源单元(8)设置为单组，上轴推线圈(1)、胀形线圈(5)、背压线圈(6)和下轴推线圈(7)依次串联后与该电源单元(8)相连。4.根据权利要求1或2所述的一种三通管电磁脉冲复合胀形装置，其特征在于：电源单元(8)包括多组电源子单元，胀形线圈(5)与第一子单元(8-1)相连，背压线圈(6)与第三子单元(8-3)相连，上轴推线圈(1)和下轴推线圈(7)串联后与第二子单元(8-2)相连。5.根据权利要求1或2所述的一种三通管电磁脉冲复合胀形装置，其特征在于：电源单元(8)包括多组电源子单元，胀形线圈(5)与第一子单元(8-1)相连，背压线圈(6)与第三子单元(8-3)相连，上轴推线圈(1)与上子单元(8-2-1)相连，下轴推线圈(7)与下子单元(8-2-2)相连。6.根据权利要求1所述的一种三通管电磁脉冲复合胀形装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：方进秀，孙刘铭，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34