專利名稱：利用電磁力工作的金屬工件成型機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種利用電磁力對金屬薄壁工件進行成形加工的機電一體化裝置，屬金屬工件成形機。
對金屬薄壁工件的成形加工，一般都采用機械沖壓、模具擠壓、焊接等工藝方法。這些機械工藝的成形加工方法不可避免地存在機械接觸和機械磨損，可能給被加工工件帶來表面?zhèn)叟c潤滑油的污染；或局部存在殘余應(yīng)力，或由于熔焊時的高溫而導(dǎo)致材料變質(zhì)與變形；使用模具成形時，需要配制復(fù)雜的凹凸套模，同時，機械工藝方法不便于將金屬工件組裝到易碎材料上，也不便于將多個零部件一次成形并連接。
本實用新型的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種利用電磁力對金屬薄壁工件進行成形加工的機電一體化裝置。
本實用新型的主要內(nèi)容是該成形機由直流充電機、脈沖儲能電容器、放電開關(guān)、磁體和磁場成形器組成；直流充電機與脈沖儲能電容器并聯(lián)后，串聯(lián)放電開關(guān)，再與磁體并聯(lián)，磁體可放在被加工金屬工件外面或里面，在磁體與被加工金屬工件之間可加上磁場成形器或不用磁場成形器。磁場成形器隨金屬工件的不同可制成不同的形狀。
本實用新型的基本原理是一個脈沖強磁場對其附近的導(dǎo)體(即金屬薄壁工件)中所感應(yīng)的電流作用以力，當此力超過該工件材料的屈服極限時，工件就產(chǎn)生塑性變形而成形。這種利用電磁力工作的金屬工件成形機，按其成形方式的不同，可分為壓縮成形、膨脹成形和輪廓成形三種。它們的工作原理相同，只是磁體與被加工工件的相對位置不同。


圖1為一種利用電磁力工作的金屬薄壁工件壓縮成形機示意圖。
圖2為一個金屬工件組裝到另一個工件上的示意圖。
圖3為一種利用電磁力工作的金屬薄壁工件膨脹成形機示意圖。
圖4a為一種利用電磁力工作的金屬薄壁工件輪廓成形機示意圖。
圖4b為成形后的金屬薄板工件示意圖。
圖5是利用電磁力工作的金屬工件壓縮成形機實現(xiàn)汽車上減振器的貯油筒與吊環(huán)的連接時的示意圖。
圖6為不銹鋼管膨脹成形時的示意圖。
圖7為將黃銅板輪廓成形時的示意圖。
以下結(jié)合附圖分別敘述之。
一、壓縮成形
圖1為一種利用電磁力工作的金屬薄壁工件壓縮成形機示意圖。它主要由直流充電機(1)、脈沖儲能電容器(2)、放電開關(guān)(3)、磁體(4)和磁場成形器(5)組成，直流充電機(1)與脈沖儲能電容器(2)并聯(lián)后，串聯(lián)放電開關(guān)(3)，再與磁體(4)并聯(lián)；磁體(4)放在被加工的金屬工件(8)的外面，在磁體(4)與被加工的金屬工件(8)之間裝有磁場成形器(5)。成形形狀較簡單時，在磁體(4)與被加工的金屬工件(8)之間也可不加磁場成形器。其基本工作過程如下首先，放電開關(guān)(3)不導(dǎo)通，由直流充電機(1)向脈沖儲能電容器(2)充電，存儲能量。當脈沖儲能電容器(2)充至工作電壓時，觸發(fā)放電開關(guān)(3)導(dǎo)通，脈沖儲能電容器(2)經(jīng)放電開關(guān)(3)向磁體(4)放電(放電周期幾十至幾百微秒)，在磁場成形器(5)與金屬工件(8)之間的氣隙(9)中產(chǎn)生脈沖強磁場，與此同時，在金屬工件(8)上感應(yīng)出感生電流。根據(jù)楞次定理可知，此感生電流與強磁場相互作用，在金屬工件(8)上產(chǎn)生向內(nèi)的徑向電磁力。當此力的幅值超過金屬工件材料的屈服極限時，金屬工件(8)就產(chǎn)生塑性變形而成形。
圖1中，6－金屬工件成形前的形狀，7－金屬工件成形后的形狀。
之所以在磁體與工件之間加上稱為磁場成形器的金屬元件，是為了能適應(yīng)不同直徑和不同幾何形狀的工件的加工，以便用一種磁體能對不同直徑和不同幾何形狀的零件進行成形加工。每一種零件用一個專用的磁場成形器。磁場成形器另一個作用是提供一定的磁場位形，使工件按照要求成形，如
圖1所示，工件只是在磁場成形器兩個凸出部位上成形。
這種利用電磁力工作的金屬薄壁工件成形機也可用于金屬薄壁工件與導(dǎo)體、玻璃、陶瓷、塑料等材料之間的組裝。圖2為一個金屬工件(38)組裝到另一個工件(40)上的示意圖。圖中，10－磁體，37－磁場成形器，38－金屬薄壁工件，40－工件，41－金屬薄壁工件組裝前的形狀，39－金屬薄壁工件組裝后的形狀。
二、膨脹成形圖3為一種利用電磁力工作的金屬薄壁工件膨脹成形示意圖。它的組成與上面的利用電磁力工作的金屬薄壁工件壓縮成形機基本相同，只是其磁體(11)是放在被加工金屬工件(12)內(nèi)部，在這種情況下，脈沖強磁場對金屬工件中的感生電流作用的電磁力是使金屬工件(12)向外的徑向推力，因此，金屬薄壁工件向外膨脹成形。圖3中，13－金屬工件膨脹成形前的形狀，14－金屬工件膨脹成形后的形狀。如同壓縮成形的情況一樣，在膨脹成形情況下，磁體與金屬工件之間也可加上磁場成形器，以適應(yīng)不同直徑和不同幾何形狀的工件的需要。
三、輪廓成形圖4a為一種利用電磁力工作的金屬薄壁工件輪廓成形示意圖。它的組成與上面的壓縮成形機和膨脹成形機基本相同，只是磁體(15)做成扁平線圈形狀放在被加工金屬薄板(17)的上面或下面，當脈沖電流流過磁體(15)時，對金屬薄板工件(17)產(chǎn)生一個電磁壓力，將金屬薄板工件(17)壓向模具(16)，得到所要求的輪廓和形狀。圖4a中，17－成形前的金屬薄板工件。圖4b中，18－成形后的金屬薄板工件。
下面結(jié)合實施例作進一步詳述實施例1(壓縮成形)圖5中，19－直流充電機，20－充電電阻，21－脈沖儲能電容器，22－放電開關(guān)，23－磁體，24－氣隙，25－貯油筒變形前的形狀，26－貯油筒變形后的形狀，27－吊環(huán)，28－磁場成形器。貯油筒的材料為壁厚1毫米、直徑50毫米的20號鋼管，直流充電機(19)功率為4KJ／S，脈沖儲能電容器(21)取240μf，它是由8個30μf的電容器分別串聯(lián)8個充電電阻(20)(每個100Ω／200W)后，一頭與直流充電機(19)并聯(lián)，同時另一頭分別串聯(lián)8個放電開關(guān)(22)后再與磁體(23)并聯(lián)，放電開關(guān)(22)選美國GE公司生產(chǎn)的引燃管(型號為GL－7703)，磁體(23)電感約1.2μH。
工作開始時，放電開關(guān)(22)不導(dǎo)通，由直流充電機(19)向脈沖儲能電容器(21)充電，存儲能量。當脈沖儲能電容器(21)充至工作電壓16KV時，觸發(fā)放電開關(guān)(22)導(dǎo)通，脈沖儲能電容器(21)經(jīng)放電開關(guān)(22)向磁體(23)放電，在磁場成形器(28)與貯油筒鋼管之間的氣隙(24)中產(chǎn)生脈沖強磁場，與此同時，在貯油筒鋼管上感應(yīng)出感生電流。根據(jù)楞次定理可知，此感生電流與強磁場相互作用，在貯油筒鋼管上產(chǎn)生向內(nèi)的徑向電磁力。當此力的幅值超過貯油筒鋼管材料的屈服極限時，貯油筒就產(chǎn)生塑性變形而連接到吊環(huán)(27)上，連接表面非常光滑，密封性好，完全符合標準，無采用焊接工藝所產(chǎn)生的表面粗糙、易出次品等問題。
實施例2(膨脹成形)圖6為不銹鋼管膨脹成形時的示意圖。圖6中，29－磁體，30－模具，31－不銹鋼管變形前的形狀，32－不銹鋼管膨脹后的形狀。不銹鋼管壁厚為1毫米，內(nèi)徑80毫米。膨脹后，內(nèi)徑為100毫米。除脈沖儲能電容器的工作電壓為18KV外，其余電氣參數(shù)及工作過程均與實施例1相同，但磁體(29)是放在不銹鋼管內(nèi)。
實施例3(輪廓成形)圖7為將黃銅板輪廓成形時的示意圖。圖7中，33－黃銅板，34－黃銅板輪廓成形后的形狀，35－磁體，36－模具。
與實施例1不同處在于脈沖儲能電容器工作電壓為12KV，磁體(35)做成扁平形狀，放在黃銅板(33)下面，磁體的電感量約為1.8μH。其余電氣參數(shù)及工作過程均與實施例1相同。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，利用電磁力工作的金屬工件成形機具有如下優(yōu)點1、加工時，無機械接觸，不存在機械磨損等問題；2、無機械加工時所產(chǎn)生的局部殘余應(yīng)力，可延長產(chǎn)品的壽命。
3、無表面?zhèn)叟c潤滑油的污染，可保持良好的表面光潔度與導(dǎo)電性。
4、無熔焊時高溫導(dǎo)致的變形與材料變質(zhì)。
5、把金屬零件組裝到玻璃與陶瓷材料上去時不會導(dǎo)致后者破裂。
6、在使用模具成形時，只需要用單模，避免了配制凹凸套模時的復(fù)雜設(shè)計與加工，并且貼模性好，可以反映出模胎的精細部分。
7、當需要將多個零部件組裝成一個連接件時，其組裝過程可以一次成形連接完成。
8、成形過程的參數(shù)可以精確控制，重復(fù)性好，生產(chǎn)率高。
9、可以完成其他工藝無法完成或很難完成的工作，如對表面已涂復(fù)的工件進行成形或連接而不影響原有的涂復(fù)；可以超凈與無噪聲生產(chǎn)；可以加工一些在其他工藝中需要高溫才能加工的材料等。
10、易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。
利用電磁力工作的金屬工件成形機正是具有了以上的優(yōu)點，因此可以廣泛地應(yīng)用于軍火工業(yè)、核工業(yè)、宇宙航行業(yè)、計算機工業(yè)、飛機制造業(yè)、電子工業(yè)、電機電器制造工業(yè)、汽車工業(yè)、能源工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)等幾乎所有具有金屬工件加工的工業(yè)。
權(quán)利要求1.一種利用電磁力工作的金屬工件成形機，其特征在于主要由直流充電機、脈沖儲能電容器、放電開關(guān)、磁體和磁場成形器組成；直流充電機與脈沖儲能電容器并聯(lián)后，串聯(lián)放電開關(guān)，再與磁體并聯(lián)；磁體放在被加工金屬工件的外面，在磁體與被加工金屬工件之間裝有磁場成形器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用電磁力工作的金屬工件成形機，其特征在于磁場成形器隨金屬工件的不同可制成不同的形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用電磁力工作的金屬工件成形機，其特征在于磁體與被加工金屬工件之間也可不裝磁場成形器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用電磁力工作的金屬工件成形機，其特征在于磁體也可放在被加工金屬工件里面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用電磁力工作的金屬工件成形機，其特征在于磁體與被加工金屬工件之間可裝、也可不裝磁場成形器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用電磁力工作的金屬工件成形機，其特征在于被加工金屬工件可以是金屬薄板，磁體做成扁平線圈形狀平行于被加工金屬薄板放置。
專利摘要一種利用大功率脈沖電流對金屬工件所產(chǎn)生的電磁力工作的金屬工件成型機，通過更換不同的磁體或不同的磁場成型器、改變充電電壓和脈沖儲能電容器組合，能實現(xiàn)不同形狀、不同大小的金屬工件的成型或連接；加工時無機械磨損，工件無局部殘余應(yīng)力，無表面?zhèn)酆臀廴?，成型過程的參數(shù)可精確控制，重復(fù)性好，生產(chǎn)率從每小時幾百件至幾千件，可廣泛應(yīng)用于有金屬工件加工的工業(yè)中。
文檔編號B21D26/14GK2136082SQ92232008
公開日1993年6月16日 申請日期1992年9月4日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月4日
發(fā)明者周仁崇, 李小濱 申請人:珠海通用磁電有限公司