专利名称：利用电磁力工作的金属工件成型机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种利用电磁力对金属薄壁工件进行成形加工的机电一体化装置，属金属工件成形机。
对金属薄壁工件的成形加工，一般都采用机械冲压、模具挤压、焊接等工艺方法。这些机械工艺的成形加工方法不可避免地存在机械接触和机械磨损，可能给被加工工件带来表面伤痕与润滑油的污染；或局部存在残余应力，或由于熔焊时的高温而导致材料变质与变形；使用模具成形时，需要配制复杂的凹凸套模，同时，机械工艺方法不便于将金属工件组装到易碎材料上，也不便于将多个零部件一次成形并连接。
本实用新型的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种利用电磁力对金属薄壁工件进行成形加工的机电一体化装置。
本实用新型的主要内容是该成形机由直流充电机、脉冲储能电容器、放电开关、磁体和磁场成形器组成；直流充电机与脉冲储能电容器并联后，串联放电开关，再与磁体并联，磁体可放在被加工金属工件外面或里面，在磁体与被加工金属工件之间可加上磁场成形器或不用磁场成形器。磁场成形器随金属工件的不同可制成不同的形状。
本实用新型的基本原理是一个脉冲强磁场对其附近的导体(即金属薄壁工件)中所感应的电流作用以力，当此力超过该工件材料的屈服极限时，工件就产生塑性变形而成形。这种利用电磁力工作的金属工件成形机，按其成形方式的不同，可分为压缩成形、膨胀成形和轮廓成形三种。它们的工作原理相同，只是磁体与被加工工件的相对位置不同。
图1为一种利用电磁力工作的金属薄壁工件压缩成形机示意图。
图2为一个金属工件组装到另一个工件上的示意图。
图3为一种利用电磁力工作的金属薄壁工件膨胀成形机示意图。
图4a为一种利用电磁力工作的金属薄壁工件轮廓成形机示意图。
图4b为成形后的金属薄板工件示意图。
图5是利用电磁力工作的金属工件压缩成形机实现汽车上減振器的贮油筒与吊环的连接时的示意图。
图6为不锈钢管膨胀成形时的示意图。
图7为将黄铜板轮廓成形时的示意图。
以下结合附图分别叙述之。
一、压缩成形
图1为一种利用电磁力工作的金属薄壁工件压缩成形机示意图。它主要由直流充电机(1)、脉冲储能电容器(2)、放电开关(3)、磁体(4)和磁场成形器(5)组成，直流充电机(1)与脉冲储能电容器(2)并联后，串联放电开关(3)，再与磁体(4)并联；磁体(4)放在被加工的金属工件(8)的外面，在磁体(4)与被加工的金属工件(8)之间装有磁场成形器(5)。成形形状较简单时，在磁体(4)与被加工的金属工件(8)之间也可不加磁场成形器。其基本工作过程如下首先，放电开关(3)不导通，由直流充电机(1)向脉冲储能电容器(2)充电，存储能量。当脉冲储能电容器(2)充至工作电压时，触发放电开关(3)导通，脉冲储能电容器(2)经放电开关(3)向磁体(4)放电(放电周期几十至几百微秒)，在磁场成形器(5)与金属工件(8)之间的气隙(9)中产生脉冲强磁场，与此同时，在金属工件(8)上感应出感生电流。根据楞次定理可知，此感生电流与强磁场相互作用，在金属工件(8)上产生向内的径向电磁力。当此力的幅值超过金属工件材料的屈服极限时，金属工件(8)就产生塑性变形而成形。
图1中，6－金属工件成形前的形状，7－金属工件成形后的形状。
之所以在磁体与工件之间加上称为磁场成形器的金属元件，是为了能适应不同直径和不同几何形状的工件的加工，以便用一种磁体能对不同直径和不同几何形状的零件进行成形加工。每一种零件用一个专用的磁场成形器。磁场成形器另一个作用是提供一定的磁场位形，使工件按照要求成形，如
图1所示，工件只是在磁场成形器两个凸出部位上成形。
这种利用电磁力工作的金属薄壁工件成形机也可用于金属薄壁工件与导体、玻璃、陶瓷、塑料等材料之间的组装。图2为一个金属工件(38)组装到另一个工件(40)上的示意图。图中，10－磁体，37－磁场成形器，38－金属薄壁工件，40－工件，41－金属薄壁工件组装前的形状，39－金属薄壁工件组装后的形状。
二、膨胀成形图3为一种利用电磁力工作的金属薄壁工件膨胀成形示意图。它的组成与上面的利用电磁力工作的金属薄壁工件压缩成形机基本相同，只是其磁体(11)是放在被加工金属工件(12)内部，在这种情况下，脉冲强磁场对金属工件中的感生电流作用的电磁力是使金属工件(12)向外的径向推力，因此，金属薄壁工件向外膨胀成形。图3中，13－金属工件膨胀成形前的形状，14－金属工件膨胀成形后的形状。如同压缩成形的情况一样，在膨胀成形情况下，磁体与金属工件之间也可加上磁场成形器，以适应不同直径和不同几何形状的工件的需要。
三、轮廓成形图4a为一种利用电磁力工作的金属薄壁工件轮廓成形示意图。它的组成与上面的压缩成形机和膨胀成形机基本相同，只是磁体(15)做成扁平线圈形状放在被加工金属薄板(17)的上面或下面，当脉冲电流流过磁体(15)时，对金属薄板工件(17)产生一个电磁压力，将金属薄板工件(17)压向模具(16)，得到所要求的轮廓和形状。图4a中，17－成形前的金属薄板工件。图4b中，18－成形后的金属薄板工件。
下面结合实施例作进一步详述实施例1(压缩成形)图5中，19－直流充电机，20－充电电阻，21－脉冲储能电容器，22－放电开关，23－磁体，24－气隙，25－贮油筒变形前的形状，26－贮油筒变形后的形状，27－吊环，28－磁场成形器。贮油筒的材料为壁厚1毫米、直径50毫米的20号钢管，直流充电机(19)功率为4KJ／S，脉冲储能电容器(21)取240μf，它是由8个30μf的电容器分别串联8个充电电阻(20)(每个100Ω／200W)后，一头与直流充电机(19)并联，同时另一头分别串联8个放电开关(22)后再与磁体(23)并联，放电开关(22)选美国GE公司生产的引燃管(型号为GL－7703)，磁体(23)电感约1.2μH。
工作开始时，放电开关(22)不导通，由直流充电机(19)向脉冲储能电容器(21)充电，存储能量。当脉冲储能电容器(21)充至工作电压16KV时，触发放电开关(22)导通，脉冲储能电容器(21)经放电开关(22)向磁体(23)放电，在磁场成形器(28)与贮油筒钢管之间的气隙(24)中产生脉冲强磁场，与此同时，在贮油筒钢管上感应出感生电流。根据楞次定理可知，此感生电流与强磁场相互作用，在贮油筒钢管上产生向内的径向电磁力。当此力的幅值超过贮油筒钢管材料的屈服极限时，贮油筒就产生塑性变形而连接到吊环(27)上，连接表面非常光滑，密封性好，完全符合标准，无采用焊接工艺所产生的表面粗糙、易出次品等问题。
实施例2(膨胀成形)图6为不锈钢管膨胀成形时的示意图。图6中，29－磁体，30－模具，31－不锈钢管变形前的形状，32－不锈钢管膨胀后的形状。不锈钢管壁厚为1毫米，内径80毫米。膨胀后，内径为100毫米。除脉冲储能电容器的工作电压为18KV外，其余电气参数及工作过程均与实施例1相同，但磁体(29)是放在不锈钢管内。
实施例3(轮廓成形)图7为将黄铜板轮廓成形时的示意图。图7中，33－黄铜板，34－黄铜板轮廓成形后的形状，35－磁体，36－模具。
与实施例1不同处在于脉冲储能电容器工作电压为12KV，磁体(35)做成扁平形状，放在黄铜板(33)下面，磁体的电感量约为1.8μH。其余电气参数及工作过程均与实施例1相同。
与现有技术相比，利用电磁力工作的金属工件成形机具有如下优点1、加工时，无机械接触，不存在机械磨损等问题；2、无机械加工时所产生的局部残余应力，可延长产品的寿命。
3、无表面伤痕与润滑油的污染，可保持良好的表面光洁度与导电性。
4、无熔焊时高温导致的变形与材料变质。
5、把金属零件组装到玻璃与陶瓷材料上去时不会导致后者破裂。
6、在使用模具成形时，只需要用单模，避免了配制凹凸套模时的复杂设计与加工，并且贴模性好，可以反映出模胎的精细部分。
7、当需要将多个零部件组装成一个连接件时，其组装过程可以一次成形连接完成。
8、成形过程的参数可以精确控制，重复性好，生产率高。
9、可以完成其他工艺无法完成或很难完成的工作，如对表面已涂复的工件进行成形或连接而不影响原有的涂复；可以超净与无噪声生产；可以加工一些在其他工艺中需要高温才能加工的材料等。
10、易于实现自动化生产。
利用电磁力工作的金属工件成形机正是具有了以上的优点，因此可以广泛地应用于军火工业、核工业、宇宙航行业、计算机工业、飞机制造业、电子工业、电机电器制造工业、汽车工业、能源工业和医药工业等几乎所有具有金属工件加工的工业。
权利要求1.一种利用电磁力工作的金属工件成形机，其特征在于主要由直流充电机、脉冲储能电容器、放电开关、磁体和磁场成形器组成；直流充电机与脉冲储能电容器并联后，串联放电开关，再与磁体并联；磁体放在被加工金属工件的外面，在磁体与被加工金属工件之间装有磁场成形器。
2.根据权利要求1所述的利用电磁力工作的金属工件成形机，其特征在于磁场成形器随金属工件的不同可制成不同的形状。
3.根据权利要求1所述的利用电磁力工作的金属工件成形机，其特征在于磁体与被加工金属工件之间也可不装磁场成形器。
4.根据权利要求1所述的利用电磁力工作的金属工件成形机，其特征在于磁体也可放在被加工金属工件里面。
5.根据权利要求4所述的利用电磁力工作的金属工件成形机，其特征在于磁体与被加工金属工件之间可装、也可不装磁场成形器。
6.根据权利要求1所述的利用电磁力工作的金属工件成形机，其特征在于被加工金属工件可以是金属薄板，磁体做成扁平线圈形状平行于被加工金属薄板放置。
专利摘要一种利用大功率脉冲电流对金属工件所产生的电磁力工作的金属工件成型机，通过更换不同的磁体或不同的磁场成型器、改变充电电压和脉冲储能电容器组合，能实现不同形状、不同大小的金属工件的成型或连接；加工时无机械磨损，工件无局部残余应力，无表面伤痕和污染，成型过程的参数可精确控制，重复性好，生产率从每小时几百件至几千件，可广泛应用于有金属工件加工的工业中。
文档编号B21D26/14GK2136082SQ92232008
公开日1993年6月16日 申请日期1992年9月4日 优先权日1992年9月4日
发明者周仁崇, 李小滨 申请人:珠海通用磁电有限公司