CN111451354A - 一种用于管件的电磁-流体冲击复合成形装置及其成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于管件的电磁‑流体冲击复合成形装置及其成形方法，成形装置包括模具，模具内设置有可贴合管件的成形孔，成形孔的侧壁上设置有成形腔，成形孔内设置有用于安装在管件内且与成形腔相对的胀形线圈，成形孔的至少一侧可拆式设置有用于密封成形孔的密封件，密封件上设置有用于向成形孔内注入流体的流体注入孔。本发明综合了流体成形的高精度以及电磁成形的高速率和易于根据变形需要设置线圈的优点，可以实现难变形材料(比如铝合金、镁合金、钛合金等)的难变形区域的高精度变形。
Description
技术领域
本发明涉及材料加工成形技术领域，尤其涉及一种用于管件的电磁-流体冲击复合成形装置及其成形方法。
背景技术
管件流体成形技术通常是用管坯作为原材,通过对管腔内施加流体压力,使其在给定模具型腔内发生塑性变形,管壁与模具内表面贴合,从而得到所需形状零件的技术。与传统成形相比，流体成形零件表面质量好、尺寸精度高，现已广泛应用于汽车、航空和航天等领域零部件的成形。但流体成形速度慢，是一种低速率成形方法。并且成形过程中，管件不同区域受到的流体力均匀分布，不易根据变形需要调整管件不同区域的受力分布。
电磁成形技术是利用金属在强脉冲磁场中受到的电磁力作用使其发生塑性变形的一种高速、高能率，短时脉冲加工技术。研究表明材料在高速变形条件下能够获得高于传统冲压加工下的成形性能，并把这种较高成形性的现象称为“高塑性”。材料在高速冲击下，产生不同于传统加工方法准静态的变形行为而出现一种动态行为，即材料在变形弹性波、塑性波的冲击下出现晶体孪生、组织相变、绝热剪切等动力学行为。因而能够有效提高难变形材料的成形极限、降低回弹等。但传统的电磁成形中，管件在电磁力作用下的变形速度太快，导致成形过程难以调控，难以实现零件的精确控形。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于管件的电磁-流体冲击复合成形装置及其成形方法，从而解决上述问题。
为实现上述目的，本发明首先公开了一种用于管件的电磁-流体冲击复合成形装置，包括模具，所述模具内设置有可贴合所述管件的成形孔，所述成形孔的侧壁上设置有成形腔，所述成形孔内设置有用于安装在管件内且与所述成形腔相对的胀形线圈，所述成形孔的至少一侧可拆式设置有用于密封所述成形孔的密封件，所述密封件上设置有用于向所述成形孔内注入流体的流体注入孔。
进一步的，还包括线圈支架和同轴支撑架，所述胀形线圈环向安装在所述线圈支架上，所述线圈支架安装在所述同轴支撑架以使所述胀形线圈与所述管件同轴设置。
进一步的，所述同轴支撑架包括安装在所述线圈支架两侧的支撑块，所述支撑块同轴插接在所述管件内，且所述支撑块上设置有用于流体通过的流体通道。
进一步的，所述密封件包括金属材质的第一推块和第二推块，所述第一推块和第二推块分别密封滑接在所述成形孔的两端，所述第一推块和第二推块的外侧设置有侧推线圈。
进一步的，所述流体为液体或者气体。
进一步的，所述第一推块和/或第二推块包括靠近所述侧推线圈的电导层和靠近所述流体的成型层，所述电导层的电导率大于所述成型层，且该电导层的强度小于所述成型层。
进一步的，所述电导层为纯铜层或者纯铝层，所述成型层为金属铁层或者铝合金层。
进一步的，还包括对所述胀形线圈放电的胀形线圈放电电路，所述胀形线圈放电电路的导线密封通过所述第一推块和/或第二推块与所述胀形线圈连接。
然后，本发明公开了一种用于管件的电磁-流体冲击复合成形方法，包括上述方案所述的流体冲击板料成形的电磁成形装置，包括如下步骤：
S1、将所述管件放置到所述成形孔内；
S2、将所述控制胀形线圈安装到所述成形孔中的管件内，控制所述胀形线圈放电成形；
S3、将所述成形孔密封，注入流体使所述管件内充满流体；
S4、通过流体注入孔对所述管件施加准静态流体力，使管件与成形腔的壁面贴合。
然后，本发明公开了一种用于管件的电磁-流体冲击复合成形方法，包括上述方案所述的流体冲击板料成形的电磁成形装置，包括如下步骤：
S1、将管件放置在含有流体的成形孔内；
S2、控制胀形线圈和侧推线圈同时施加电磁力，所述胀形线圈驱动所述管件发生高速率变形，所述侧推线圈驱动第一推块和/或第二推块挤压流体驱动管件高速变形。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、当本发明采用先线圈放电，再准静态流体校形的方法。线圈放电先使传统流体成形的难变形区域先发生变形，再通过流体成形对成形后的零件控形。因此本发明综合了流体成形的高精度以及电磁成形的高速率和易于根据变形需要设置线圈的优点，可以实现难变形材料(比如铝合金、镁合金、钛合金等)的难变形区域的高精度变形。
2、当本发明采用线圈放电和高速流体同时驱动管件变形的方法，实现了管件的整体高速率变形。能大幅度的提高材料的成形极限和成形效率。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例一公开的用于管件的电磁-流体冲击复合成形装置放电初始阶段示意图；
图2为本发明实施例一公开的用于管件的电磁-流体冲击复合成形装置放电时管件变形示意图；
图3为本发明实施例一公开用于管件的电磁-流体冲击复合成形装置的流体校形管件示意图；
图4为本发明实施例一公开的用于管件的电磁-流体冲击复合成形装置的管件变形结果示意图；
图5为本发明实施例一公开的用于管件的电磁-流体冲击复合成形装置的线圈支架与同轴支撑架的安装示意图；
图6为本发明实施例二公开的用于管件的电磁-流体冲击复合成形装置的电初始阶段示意图；
图7为本发明实施例二公开的用于管件的电磁-流体冲击复合成形装置的电磁和流体同步作用于管件的变形结果示意图；
图8为本发明实施例二公开的用于管件的电磁-流体冲击复合成形装置的第一推块和第二推块的结构示意图；
图9为本发明实施例二公开的用于管件的电磁-流体冲击复合成形装置的电路连接示意图。
图例说明：
1、模具；2、管件；3、胀形线圈；4、线圈支架；5、第一推块；51、电导层；52、成型层；6、第二推块；7、流体；8、流体注入孔；9、侧推线圈；10、成形孔；11、成形腔；12、同轴支撑架；13、流体通道；14、支撑块；15、气孔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例一：
如图1-5所示，本发明实施例首先公开一种用于管件的电磁-流体冲击复合成形装置，包括模具1，模具1内设置有可贴合管件2外壁的成形孔10，成形孔10的侧壁上设置有成形腔11，成形过程中管件2的内侧壁会收到电磁力向外扩成，最后与成形腔11的底面贴合，成形腔11内设置有向外贯通的气孔15，用于管壁受到电磁力向外扩成时排气，成形孔10内设置有用于安装在管件2内且与成形腔11相对的胀形线圈3，胀形线圈3为电磁成形线圈，成形孔10的至少一侧可拆式设置有用于密封成形孔10的密封件，即成形孔10可以为沉孔的形式也可以为通孔的形式，密封件上设置有用于向成形孔10内注入流体7的流体注入孔8，具体注入时，流体7可以为液体，比如水或者液压油，也可以为气体，比如高低温空气等，在本实施例中，流体7采用液体。
在本实施例中，还包括线圈支架4，胀形线圈3环向安装在线圈支架4上，胀形线圈3的输电线路从管件2内经密封件与外部的胀形线圈放电电路连接，为了使线圈支架4悬空安装，保证胀形线圈3与管件2的同轴安装，从而便于管件2的均匀成形，线圈支架4安装在一同轴支撑架12上，同轴支撑架12包括固接在线圈支架4两侧的圆柱型的支撑块14，支撑块14与管件2的内孔无缝滑接，安装时直接将同轴支撑架12向管件2内推送到固定位置，同时，为了保证流体7在支撑块14的左右流动而传递压力，支撑块14上还设置有流体通道13，流体通道13也可以是周向贯通支撑块14的通孔，也可以是将支撑块14的外缘开槽设置。
在具体的成形过程中，先采用胀形线圈3对管件2局部区域放电，使管件2局部区域(流体成形的难变形区域)先发生变形，该局部区域的周边区域在拖拽力的作用下发生变形。随后将管件2放置在含有流体7的模具1内，通过流体注入孔8向成形孔10施加流体力使管件2与成形腔11的底面完全贴合。
实施例二：
如图6-9所示，本发明的实施例的用于管件的电磁-流体冲击复合成形装置与实施例一基本相同，不同之处在于：密封件包括金属材质的第一推块5和第二推块6，第一推块5和第二推块6分别密封滑接在成形孔10的两端，第一推块和5第二推块的6至少一个的外侧设置有侧推线圈9，在本实施例中，第一推块5和第二推块6的外侧均设置有侧推线圈9，侧推线圈9为电磁成形线圈，从而，当流体注入孔8注入流体后即可密封设置，通过侧推线圈9作用到第一推块5和第二推块6的压力挤压流体7，进而驱动管件2高速变形。
具体的，第一推块5和第二推块6包括靠近侧推线圈9的成形电导层51和靠近流体7的成型层52，电导层51的电导率大于成型层52，且该电导层51的强度小于成型层52，从而既保证在第一推块5和第二推块6上形成较大的电磁力，电导层51为纯铜层或者纯铝层，质地较软但是电导率大，可以形成较大的电磁力，成型层52为金属铁层或者铝合金层，电导率相对较小，但是质地较硬，强度大难变形，避免变形导致流体外漏。同时，也兼顾提高整个驱第一推块5和第二推块6的强度，防止变形。
在具体的成形过程中，分别设置胀形线圈3和侧推线圈9，侧推线圈9驱动第一推块5和第二推块6挤压流体高速冲击管件2，从而使管件2在电磁力和高速流体共同作用下发生高精度快速变形。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于管件的电磁-流体冲击复合成形装置，包括模具(1)，其特征在于，所述模具(1)内设置有可贴合所述管件(2)的成形孔(10)，所述成形孔(10)的侧壁上设置有成形腔(11)，所述成形孔(10)内设置有用于安装在管件(2)内且与所述成形腔(11)相对的胀形线圈(3)，所述成形孔(10)的至少一侧可拆式设置有用于密封所述成形孔(10)的密封件，所述密封件上设置有用于向所述成形孔(10)内注入流体(7)的流体注入孔(8)。
2.根据权利要求1所述的用于管件的电磁-流体冲击复合成形装置，其特征在于，还包括线圈支架(4)和同轴支撑架(12)，所述胀形线圈(3)环向安装在所述线圈支架(4)上，所述线圈支架(4)安装在所述同轴支撑架(12)上以使所述胀形线圈(3)与所述管件(2)同轴设置。
3.根据权利要求2所述的用于管件的电磁-流体冲击复合成形装置，其特征在于，所述同轴支撑架(12)包括安装在所述线圈支架(4)两侧的支撑块(14)，所述支撑块(14)同轴插接在所述管件(2)内，且所述支撑块(14)上设置有用于流体(8)通过的流体通道(13)。
4.根据权利要求1所述的用于管件的电磁-流体冲击复合成形装置，其特征在于，所述密封件包括金属材质的第一推块(5)和第二推块(6)，所述第一推块(5)和第二推块(6)分别密封滑接在所述成形孔(10)的两端，所述第一推块(5)和第二推块(6)的外侧设置有侧推线圈(9)。
5.根据权利要求4所述的用于管件的电磁-流体冲击复合成形装置，其特征在于，所述流体(7)为液体或者气体。
6.根据权利要求4所述的用于管件的电磁-流体冲击复合成形装置，其特征在于，所述第一推块(5)和/或第二推块(6)包括靠近所述侧推线圈(9)的电导层(51)和靠近所述流体(7)的成型层(52)，所述电导层(51)的电导率大于所述成型层(52)，且该电导层(51)的强度小于所述成型层(52)。
7.根据权利要求6所述的用于管件的电磁-流体冲击复合成形装置，其特征在于，所述电导层(51)为纯铜层或者纯铝层，所述成型层(52)为金属铁层或者铝合金层。
8.根据权利要求4所述的用于管件的电磁-流体冲击复合成形装置，其特征在于，还包括对所述胀形线圈(3)放电的胀形线圈放电电路，所述胀形线圈放电电路的导线密封通过所述第一推块(5)和/或第二推块(6)与所述胀形线圈(3)连接。
9.一种用于管件的电磁-流体冲击复合成形方法，包括权利要求1-8任一所述的用于管件的电磁-流体冲击复合成形装置，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将所述管件(2)放置到所述成形孔(10)内；
S2、将所述胀形线圈(3)安装到所述成形孔(10)中的管件(2)内，控制所述胀形线圈(3)放电成形；
S3、将所述成形孔(10)密封，注入流体(7)使所述管件(2)内充满流体(7)；
S4、通过流体注入孔(8)对所述管件(2)施加准静态流体力，使管件(2)与成形腔(11)的壁面贴合。
10.一种用于管件的电磁-流体冲击复合成形方法，包括权利要求1-8任一所述的用于管件的电磁-流体冲击复合成形装置，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将管件(2)放置在含有流体(7)的成形孔(10)内；
S2、控制胀形线圈(3)和侧推线圈(9)同时施加电磁力，所述胀形线圈(3)驱动所述管件(2)发生高速率变形，所述侧推线圈(9)驱动第一推块(5)和/或第二推块(6)挤压流体(7)驱动管件(2)高速变形。
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