本發(fā)明屬于金屬材料塑性加工領(lǐng)域，更具體地，涉及一種帶預(yù)制孔管材電磁側(cè)翻邊裝置及方法。

背景技術(shù)：

電磁成形是利用電磁力使金屬材料發(fā)生高速率塑性變形的成形方法，具有回彈小，成形極限高等特點(diǎn)。成形時(shí)電能在極短時(shí)間里轉(zhuǎn)化為高壓沖擊波，以脈沖形式作用在金屬材料上，使金屬材料瞬間獲得極高的變形速度，隨后在慣性力作用下發(fā)生高速率塑性變形。該技術(shù)主要應(yīng)用于航空航天、船舶艦艇、武器裝備和汽車制造等領(lǐng)域，具體在管材的塑性加工，尤其是帶預(yù)制孔管材的電磁側(cè)翻邊工藝上應(yīng)用較多。

電磁成形裝置主要包括電磁成形儲(chǔ)能系統(tǒng)和外部電磁力發(fā)生裝置兩大部分，其中電磁成形儲(chǔ)能系統(tǒng)主要由控制電路、電容器組和電阻元件等部分組成，外部電磁力發(fā)生裝置主要由放電線圈和聯(lián)接電路等結(jié)構(gòu)組成。放電線圈是將電能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的關(guān)鍵裝置，是外部電磁力發(fā)生裝置的核心部件，直接影響著電磁成形力的輸出。放電線圈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和該線圈配套使用的成形裝置一直是電磁成形技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中最為核心的機(jī)密。

目前，帶預(yù)制孔管材的電磁側(cè)翻邊工藝所采用的放電線圈均為多匝密繞的內(nèi)置螺線管線圈。該線圈主要由芯管、樹(shù)脂絕緣層、銅合金導(dǎo)線和外接接頭等結(jié)構(gòu)組成。但在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)：該螺旋管線圈閉合開(kāi)關(guān)后，沿管材周向所形成的閉合渦流會(huì)被管材上的預(yù)制孔結(jié)構(gòu)所截?cái)?，?dǎo)致渦流驟降。并且該線圈所形成的徑向電磁力，絕大部分被模具的支持力所抵消，用于管材側(cè)翻邊成形的電磁力非常有限。所以，傳統(tǒng)的螺線管放電線圈在管材側(cè)翻邊成形時(shí)，存在能量利用率低、翻邊支管高度不足和材料貼模效果不理想等缺點(diǎn)。在生產(chǎn)中為達(dá)到圖紙所要求的翻邊高度，常常在線圈兩端加載大電壓，這將導(dǎo)致螺線管各匝線圈之間存在較大斥力，造成線圈結(jié)構(gòu)變形，嚴(yán)重影響線圈的使用壽命。此外，由于實(shí)際加工條件及選材的限制，制作螺線管線圈時(shí)常常降低了纏繞密度和匝數(shù)，這進(jìn)一步加劇該線圈所存在的翻邊效果差、能量利用率低等問(wèn)題的嚴(yán)重性，不滿足批量化、機(jī)械化和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種帶預(yù)制孔管材電磁側(cè)翻邊裝置及方法，利用空間螺旋線圈通電后在預(yù)制孔正下方產(chǎn)生的徑向感應(yīng)磁場(chǎng)，從而在管材側(cè)面形成環(huán)繞預(yù)制孔的渦流，以提高用于翻邊成形的電磁力大小?？臻g螺旋線圈不僅避免了傳統(tǒng)螺線管線圈所存在的徑向電磁力被管材與模具之間的支持力所抵消、感應(yīng)渦流被預(yù)制孔截?cái)嗟葐?wèn)題，又使電磁力更加集中分布在翻邊區(qū)域，從而降低了線圈兩端所需加載的電壓值，即可以實(shí)現(xiàn)小電壓電磁成形。空間螺旋線圈導(dǎo)線之間所存在的斥力較小，可以延長(zhǎng)該線圈的使用壽命。同時(shí)，環(huán)繞預(yù)制孔的感應(yīng)渦流又可以提高管材側(cè)翻邊的成形效果，滿足批量化、機(jī)械化和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)要求。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種帶預(yù)制孔管材電磁側(cè)翻邊裝置，包括上模架、上模、下模、下模架、柱形支撐體、空間螺旋線圈和脈沖放電電路，所述上模和下模分別安裝在所述上模架和下模架上，所述上模和下模共同形成用于容納帶預(yù)制孔管材的容納孔，所述柱形支撐體用于套接所述帶預(yù)制孔管材，所述上模上設(shè)置有翻邊孔，所述脈沖放電電路與所述空間螺旋線圈相連接，以形成所需要的脈沖磁場(chǎng)，其特征在于，

所述空間螺旋線圈的俯視圖呈螺旋狀并且其側(cè)視圖呈弧形，該空間螺旋線圈設(shè)置于所述柱形支撐體的頂部，并且所述柱形支撐體的頂部設(shè)置有用于容納空間螺旋線圈的凹槽。

優(yōu)選地，所述柱形支撐體上的凹槽為與所述空間螺旋線圈形狀相應(yīng)的螺旋槽。

優(yōu)選地，所述柱形支撐體由兩個(gè)半柱形支撐體組成并且它們上下設(shè)置，在上的半柱形支撐體的圓柱曲面上設(shè)置所述凹槽，并且在該半柱形支撐體上設(shè)置有走線孔和走線槽。

優(yōu)選地，所述空間螺旋線圈與帶預(yù)制孔管材的間隙小于1mm。

優(yōu)選地，所述空間螺旋線圈采用銅合金導(dǎo)線繞制而成，所述銅合金導(dǎo)線的截面為矩形并且其截面積為10-25mm²。

優(yōu)選地，所述上模、下模的材料為硬質(zhì)合金鋼。

優(yōu)選地，所述下模上設(shè)置有導(dǎo)柱，所述上模上設(shè)置有導(dǎo)套，所述導(dǎo)套套接在所述導(dǎo)柱上。

一種采用所述的帶預(yù)制孔管材電磁側(cè)翻邊裝置對(duì)帶預(yù)制孔管材翻邊的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將帶預(yù)制孔管材套接在頂部有空間螺旋線圈的柱形支撐體外側(cè)并調(diào)整帶預(yù)制孔管材的位置，使預(yù)制孔的中心線與空間螺旋線圈的中心線重合，則帶預(yù)制孔管材、柱形支撐體和空間螺旋線圈共同形成組合體；

(2)將組合體插入容納孔內(nèi)；

(3)調(diào)整組合體的位置，使預(yù)制孔的中心線與翻邊孔的中心線重合；

(4)閉合脈沖放電電路的開(kāi)關(guān)，則在空間螺旋線圈中形成脈沖磁場(chǎng)并且?guī)ьA(yù)制孔管材上感應(yīng)出環(huán)繞預(yù)制孔的渦流，而且空間螺旋線圈在通電初始時(shí)刻的最大電磁力邊界與預(yù)制孔邊界相重合，即預(yù)制孔的孔邊緣處的材料受到的電磁力最大，從而使預(yù)制孔的孔邊緣處的材料向上變形翹起直至貼合上模在翻邊孔處的內(nèi)壁，進(jìn)而完成帶預(yù)制孔管材電磁側(cè)翻邊成形。

總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

1)本發(fā)明的空間螺旋線圈所形成的渦流分布更加合理。與預(yù)制孔同軸放置的空間螺旋線圈，在閉合脈沖放電電路開(kāi)關(guān)后，該線圈產(chǎn)生脈沖電流，進(jìn)而形成脈沖磁場(chǎng)，可以在待成形管材上感應(yīng)出環(huán)繞預(yù)制孔形狀的渦流，從而避免了傳統(tǒng)螺線管線圈所產(chǎn)生的圍繞管材周向分布的渦流被預(yù)制孔截?cái)喽鴮?dǎo)致電阻急劇增大、渦流驟降等不足。

2)本發(fā)明的空間螺旋線圈所產(chǎn)生的徑向電磁力在翻邊孔區(qū)域分布更加集中，電磁力更大，能量利用率更高。由于該空間螺旋線圈形成環(huán)繞預(yù)制孔形狀的渦流，可以在翻邊區(qū)域產(chǎn)生更大的徑向電磁力，該電磁力相比傳統(tǒng)螺線管線圈周向渦流所形成的電磁力分布更加集中，并且避免了螺線管線圈所產(chǎn)生的電磁力被管材和模具之間的支持力所抵消的情況，有效地提高了能量利用率。

3)本發(fā)明的空間螺旋線圈可以有效提高管材電磁側(cè)翻邊的成形效果。利用有限元數(shù)值模擬進(jìn)行空間螺旋線圈結(jié)構(gòu)調(diào)整，可以使空間螺旋線圈的最大電磁力邊界與管材的預(yù)制孔邊界相重合，從而減少翻邊時(shí)材料與模具之間的碰撞及波動(dòng)現(xiàn)象，很好地實(shí)現(xiàn)材料貼膜，相比傳統(tǒng)螺線管線圈具有更加優(yōu)越的翻邊效果。

4)本發(fā)明的空間螺旋線圈和裝置可以實(shí)現(xiàn)小電壓電磁成形，提高成形線圈的使用壽命，具有優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)效益。由于空間螺旋線圈所形成的電磁力在翻邊孔區(qū)域集中分布，所以相比傳統(tǒng)螺線管線圈，線圈兩端所需加載的電壓較小，可以實(shí)現(xiàn)小電壓電磁成形?？臻g螺旋線圈導(dǎo)線之間斥力較小，可以有效延長(zhǎng)成形線圈的使用壽命，節(jié)省生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，有利于實(shí)現(xiàn)該工藝的批量化、機(jī)械化和標(biāo)準(zhǔn)化。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的示意圖；

圖2為本發(fā)明的立體剖視圖；

圖3為本發(fā)明的局部立體剖視圖；

圖4為本發(fā)明看空間螺旋線圈示意圖；

圖5為帶預(yù)制孔管材電磁翻邊的初始狀態(tài)示意圖；

圖6為帶預(yù)制孔管材經(jīng)電磁脈沖作用后的材料變形過(guò)程示意圖；

圖7為帶預(yù)制孔管材經(jīng)電磁脈沖作用后的材料貼膜過(guò)程示意圖；

圖8為帶預(yù)制孔管材電磁翻邊的最終狀態(tài)示意圖；

圖中：1-下模架，2-導(dǎo)柱，3-空間螺旋線圈，4-上模架，5-上模，6-開(kāi)關(guān)，7-電阻，8-電容器組，9-導(dǎo)套，10-帶預(yù)制孔的管材，11-下模。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

參照?qǐng)D1～圖8，一種帶預(yù)制孔管材電磁側(cè)翻邊裝置，包括上模架4、上模5、下模11、下模架1、柱形支撐體3、空間螺旋線圈12和脈沖放電電路，所述上模5和下模11分別安裝在所述上模架4和下模架1上，所述上模5和下模11共同形成用于容納帶預(yù)制孔管材10的容納孔，所述柱形支撐體3用于套接所述帶預(yù)制孔管材10，所述上模5上設(shè)置有翻邊孔，所述脈沖放電電路與所述空間螺旋線圈12相連接，以形成所需要的脈沖磁場(chǎng)，所述空間螺旋線圈12的俯視圖呈螺旋狀并且其側(cè)視圖呈弧形，該空間螺旋線圈12設(shè)置于所述柱形支撐體3的頂部，并且所述柱形支撐體3的頂部設(shè)置有用于容納空間螺旋線圈12的凹槽。脈沖放電電路由開(kāi)關(guān)6、電阻7和電容器組8串聯(lián)組成。

進(jìn)一步，所述柱形支撐體3上的凹槽為與所述空間螺旋線圈12形狀相應(yīng)的螺旋槽，以用于更好地放置空間螺旋線圈12。

進(jìn)一步，所述柱形支撐體3由兩個(gè)半柱形支撐體3組成并且它們上下設(shè)置，在上的半柱形支撐體3的圓柱曲面上設(shè)置所述凹槽，并且在該半柱形支撐體3上設(shè)置有走線孔和走線槽。

進(jìn)一步，所述空間螺旋線圈12與帶預(yù)制孔管材10的間隙小于1mm。

進(jìn)一步，所述空間螺旋線圈12采用銅合金導(dǎo)線繞制而成，所述銅合金導(dǎo)線的截面為矩形并且其截面積為10-25mm²。

進(jìn)一步，所述上模5、下模11的材料為硬質(zhì)合金鋼，工作區(qū)域的表面粗糙度為0.4。

進(jìn)一步，所述下模11上設(shè)置有導(dǎo)柱2，所述上模5上設(shè)置有導(dǎo)套9，所述導(dǎo)套9套接在所述導(dǎo)柱2上。

一種采用所述電磁側(cè)翻邊裝置對(duì)帶預(yù)制孔管材10翻邊的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將帶預(yù)制孔管材10套接在頂部有空間螺旋線圈的柱形支撐體3外側(cè)并調(diào)整帶預(yù)制孔管材10的位置，使預(yù)制孔的中心線與空間螺旋線圈12的中心線重合，則帶預(yù)制孔管材10、柱形支撐體3和空間螺旋線圈12共同形成組合體；

(2)將組合體插入容納孔內(nèi)；

(3)調(diào)整組合體的位置，使預(yù)制孔的中心線與翻邊孔的中心線重合；

(4)閉合脈沖放電電路的開(kāi)關(guān)6，依右手定則，在待成形管材上感應(yīng)出與脈沖磁場(chǎng)方向相反并環(huán)繞預(yù)制孔的渦流，而且空間螺旋線圈12在通電初始時(shí)刻的最大電磁力邊界與預(yù)制孔邊界相重合，即預(yù)制孔的孔邊緣處的材料受到的電磁力最大，從而使預(yù)制孔的孔邊緣處的材料向上變形翹起直至貼合上模5在翻邊孔處的內(nèi)壁，進(jìn)而完成帶預(yù)制孔管材10電磁側(cè)翻邊成形。

本發(fā)明中空間螺旋線圈12為提供動(dòng)力的部分，空間螺旋線圈12依據(jù)翻邊孔尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，該線圈可以產(chǎn)生圍繞預(yù)制孔結(jié)構(gòu)的閉合渦流，擁有較大的徑向電磁力，使帶預(yù)制孔管坯10完成側(cè)翻邊，并且該線圈可以實(shí)現(xiàn)小電壓電磁成形，擁有較高的使用壽命。

帶預(yù)制孔管材10的變形過(guò)程如圖5～圖8所示。帶預(yù)制孔管材10的初始狀態(tài)10-1如圖5所示，圖5中帶預(yù)制孔管材10的預(yù)制孔中心位置與空間螺旋線圈3的中心位置重合。接通開(kāi)關(guān)6后，如圖6所示，管材預(yù)制孔區(qū)域獲得很大的徑向變形速度，在慣性力作用下帶預(yù)制孔管材10預(yù)制孔區(qū)域發(fā)生塑性變形的狀態(tài)10-2。圖7為帶預(yù)制孔管材10電磁脈沖作用后的材料貼膜過(guò)程中的中間狀態(tài)10-3，利用有限元數(shù)值模擬可以進(jìn)一步調(diào)整空間螺旋線圈12結(jié)構(gòu)參數(shù)，使該線圈的最大電磁力邊界與預(yù)制孔邊緣重合，從而減小成形過(guò)程中的碰撞和震顫，提高電磁翻邊效果，如圖8所示，帶預(yù)制孔管材10與上模5在翻邊孔處的內(nèi)壁貼合后的完工狀態(tài)10-4，從而獲得性能優(yōu)良的管材電磁側(cè)翻邊零件。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。