本發明屬于金屬材料加工成形領域。

背景技術：

金屬板與管結構的連接，在現實生活中有著廣泛的應用，如日常生活中給水管道的箱體和水管的連接，汽車、航天飛行器中的油箱與輸油管道的連接，飛機操作桿的連接，金屬與非金屬材料之間的連接。所以研究板和管間的連接方式具有重要的實用價值，磁脈沖成形技術與傳統板和管之間的連接提供了一種新的成形方式。

隨著科學技術的進步，汽車、航天飛行器輕量化工程的發展，傳統的沖孔、翻邊、連接技術不能滿足復雜零件的成形工藝，很難提高金屬材料的成形極限，且傳統的成形工藝仍然存在許多成形缺陷，如翻邊孔邊緣的斷裂、毛刺、沖孔時產生的裂紋，造成成形件的質量的不穩定，導致金屬材料成形極限低等缺陷。而磁脈沖成形技術很好的解決了傳統加工工藝中存在的問題。

利用磁脈沖成形技術對金屬材料進行沖孔、翻邊、連接。所成形的工件精度高、無毛刺、殘余應力小、回彈小等特點，且可對復雜零件進行高精度加工，極大地提高了材料的成形極限。磁脈沖成形技術順應了汽車、航天飛行器輕量化工程的趨勢，提高了輕合金材料精確成形，生產過程快速、高效，縮短了加工周期，可實現生產自動化、機械化。為汽車、航天飛行器節約了燃料，改善了環境，生產過程，綠色環保、無污染。所以磁脈沖成形技術具有重要的研究價值和巨大的經濟效益。

雖然磁脈沖成形技術比傳統的加工工藝有很大的優勢和發展前景，但由于其在多工序加工過程中存在換模效率低，大型線圈制作成本高等現實問題，該技術在實際應用中仍然存在許多不足，還有待進一步的發展、研究和完善。

技術實現要素：

本發明是為了解決磁脈沖成形技術多工序加工過程存在換模效率低，大型線圈制作成本高的問題，提出了基于磁脈沖成形的板材與管材連接方法及裝置。

本發明所述的基于磁脈沖成形的板材與管材連接方法，該方法的具體步驟為：

步驟一、在二號底座12的中心開設圓形通孔，且在二號底座12的上表面開設定位凹槽，將下模壓板14安裝在所述凹槽內，在下模壓板14的筒形結構內安裝一號絕緣塊15用以緩沖圓形平板線圈16產生的電磁斥力，所述圓形平板線圈16設置在一號絕緣塊15的筒形結構內；

步驟二、將圓形平板線圈16的正負極與電磁成形放電系統的正負信號輸出端連接，將坯板材料17放置于下模壓板14、一號絕緣塊15和圓形平板線圈16的上側，并在坯板材料17的上側安放翻邊模具18，在翻邊模具18的中心孔內安裝沖孔模仁19；

步驟三、當電磁成形放電系統的開關1閉合時，電磁成形放電系統對圓形平板線圈16放電，脈沖電流經過圓形平板線圈16后，在圓形平板線圈16中產生脈沖磁場，坯板材料17處于脈沖磁場中，在坯板材料17表面產生感應渦流，感應渦流產生的脈沖磁場與圓形平板線圈16的強磁場旋轉方向相反，兩個磁場產生相互排斥的磁場力，推動坯板材料17向上運動與沖孔模仁19的直角刃口發生作用，完成坯料的沖孔，斷開開關1；

步驟四、將步驟三中的沖孔模仁19從翻邊模具18上拆卸下來，再次閉合開關1，電磁成形放電系統對圓形平板線圈16放電，脈沖電流經過圓形平板線圈16后，在圓形平板線圈16中產生脈沖磁場，坯板材料17處于脈沖磁場中，在坯板材料17表面產生感應渦流，感應渦流產生的脈沖磁場與圓形平板線圈16的強磁場旋轉方向相反，兩個磁場產生相互排斥的磁場力，推動坯板材料17向上運動與翻邊模具18貼合，完成坯板材料17的翻邊成形，斷開開關1；

步驟五、將步驟五中的翻邊模具18從坯板材料17上拆卸下來，將圓形平板線圈16從一號絕緣塊15的凹槽內拆卸下來，將脹形模具25套設在翻邊后的坯板材料17的外側，并利用一號上蓋板20通過螺釘對脹形模具25進行固定；

步驟六、將伸縮桿8的一端通過螺栓安裝至一號底座6上，鋼芯軸套7和脹形線圈9均套設在伸縮桿8的桿體上，且脹形線圈9臨近伸縮桿8的頂端設置；

步驟七、使伸縮桿8伸長，并將伸縮桿8的頂部的脹形線圈9送入坯板材料17的翻邊后的孔內，電磁成形放電系統對脹形線圈9放電，翻邊后的孔部受到電磁力的作用與脹形模具25進行貼合，使翻邊孔四周產生細小的波紋狀的凸起，實現對坯板材料17翻邊后孔壁進行波紋脹形；

步驟八、對經步驟七波紋脹形后的坯板材料17的翻邊孔進行熱處理，并對翻邊孔的搭接區進行表面除銹，將脹形模具25和一號上蓋板20從坯板材料17上拆卸下來，將連接管件固定在上模壓板23的通孔內，并在連接管件的外側套設二號絕緣塊21，且在二號絕緣塊21與連接管件之間套設連接線圈22，所述二號絕緣塊21設置在上模壓板23的下側；

步驟九、將上模壓板23與坯板材料17的翻邊孔同軸設置，壓緊上模壓板23與下模壓板14，使坯板材料17的翻邊孔插接在連接管件內；

步驟十、使伸縮桿8伸長，卸下脹形線圈9，并將伸縮桿8的底部的鋼芯軸套7送入坯板材料17波紋脹形后的翻邊孔內，使鋼芯軸套7的頂部高度與翻邊孔頂部高度齊平放置，且與翻邊孔和連接管件同軸放置；電磁成形放電系統的正負信號輸出端與連接線圈22的正負信號輸入端連接，電磁成形放電系統對連接線圈22進行放電，電磁成形放電系統對連接線圈瞬時放電，當所產生的脈沖磁場力大于連接管件的屈服極限時，管件與翻邊板材在搭接區就產生磁脈沖連接接頭，完成連接管件與坯板材料17的連接。

基于磁脈沖成形的板材與管材連接裝置，該裝置包括電磁成形放電系統、一號底座6、鋼芯軸套7、伸縮桿8、脹形線圈9、二號底座12、下模壓板14、一號絕緣塊15、圓形平板線圈16、坯板材料17、翻邊模具18、沖孔模仁19、一號上蓋板20、二號絕緣塊21、連接線圈22、上模壓板23和脹形模具25；

二號底座12的中心開設圓形通孔，且在二號底座12的上表面開設定位凹槽，下模壓板14和一號絕緣塊15均為上側開口的筒形結構，所述下模壓板14和一號絕緣塊15的底部均開有圓形通孔，一號絕緣塊15安裝在下模壓板14的筒形結構內，一號絕緣塊15的圓形通孔與下模壓板14底部的圓形通孔的直徑相同，圓形平板線圈16安裝在一號絕緣塊15的筒形結構內；且一號絕緣塊15上的圓形通孔、二號底座12底面的圓形通孔與一號絕緣塊15底面的圓形通孔同軸設置；

一號絕緣塊15的頂端面與下模壓板14的頂端面位于同一水平面；坯板材料17安裝在一號絕緣塊15的頂端面所在水平面上；

翻邊模具18為上下均開口的筒形結構，所述翻邊模具18用于對經過打孔后的坯板材料17進行翻邊；對坯板材料17進行翻邊時，翻邊模具18固定在坯板材料17的上側，且與一號絕緣塊15同軸設置；

沖孔模仁19為上端口設有外翻沿的筒形結構；所述沖孔模仁19用于對坯板材料17進行沖孔，對坯板材料17進行沖孔時，沖孔模仁19的筒形結構插接在翻邊模具18的筒形結構內，沖孔模仁19的外翻沿固定在翻邊模具18的上表面；

電磁成形放電系統用于對坯板材料17翻邊和沖孔時為圓形平板線圈16供電；對坯板材料17波紋脹形時對脹形線圈9供電；管件與坯板材料17連接時對連接線圈22供電；

脹形線圈9用于插接在坯板材料17的翻邊后的孔內，電磁成形放電系統對坯板材料17翻邊后孔壁進行波紋脹形；脹形線圈9套設在伸縮桿8的桿體上，伸縮桿8固定安裝在一號底座6的中心處；

鋼芯軸套7用于在管件與坯板材料17連接時，套設在伸縮桿8的桿體上插接在坯板材料17波紋脹形后的翻邊孔內，鋼芯軸套7的頂部高度與翻邊孔頂部高度齊平放置，且與翻邊孔和連接管件同軸放置；

二號絕緣塊21、連接線圈22和上模壓板23構成壓接結構；壓接結構用于在連接管件與坯板材料17連接時，套接在連接管件的外側；

二號絕緣塊21和上模壓板23均為上下開口的筒形結構，所述二號絕緣塊21的筒形結構內卡接有連接線圈22，所述連接線圈22為圓盤形結構，二號絕緣塊21的上表面與上模壓板23表面貼合；二號絕緣塊21、連接線圈22和上模壓板23均同軸設置。

本發明與現有技術相比具有以下主要優點：

1.本發明利用線圈完成多工序加工成形，成形過程快速高效，成形工件加工精度高，無毛刺，回彈小，無裂紋，無須后續清理工序及焊后熱處理，顯著提高了材料的成形極限和板材和管材的電磁脈沖連接的加工靈活性。

2.本發明的模具設計結構簡單，可完成多工序成形，降低了生產成本。

3.本發明磁脈沖成形裝置與傳統成形工藝相比，具有模具設計簡單，使用壽命長，可實現對板材的高速率、高精度加工成形，縮短了加工周期，使生產效率大大提高，更加適合大批量生產利于實現自動化、機械化等優點。

4.本發明加工過程無噪音、無污染、綠色環保，是一種可推廣的應用的實用技術。

附圖說明

圖1為基于磁脈沖成形的板材與管材連接裝置進行坯板材料沖孔時結構示意圖；

圖2為基于磁脈沖成形的板材與管材連接裝置對坯板材料翻邊后孔壁進行波紋脹形時的結構示意圖；

圖3為一號絕緣塊的剖視圖；

圖4為一號絕緣塊的俯視圖；

圖5為翻邊模具的剖視圖；

圖6為翻邊模具的俯視圖；

圖7為脹形模具的剖視圖；

圖8為脹形模具的俯視圖；

圖9為沖孔模仁的剖視圖；

圖10為沖孔模仁的俯視圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

具體實施方式一、結合圖1至圖10說明本實施方式，本實施方式所述的基于磁脈沖成形的板材與管材連接方法，該方法的具體步驟為：

坯料的沖孔的步驟；

步驟一、在二號底座12的中心開設圓形通孔，且在二號底座12的上表面開設定位凹槽，將下模壓板14安裝在所述凹槽內，在下模壓板14的筒形結構內安裝一號絕緣塊15用以緩沖圓形平板線圈16產生的電磁斥力，所述圓形平板線圈16設置在一號絕緣塊15的筒形結構內；

步驟二、將圓形平板線圈16的正負極與電磁成形放電系統的正負信號輸出端連接，將坯板材料17放置于下模壓板14、一號絕緣塊15和圓形平板線圈16的上側，并在坯板材料17的上側安放翻邊模具18，在翻邊模具18的中心孔內安裝沖孔模仁19；

步驟三、當電磁成形放電系統的開關1閉合時，電磁成形放電系統對圓形平板線圈16放電，脈沖電流經過圓形平板線圈16后，在圓形平板線圈16中產生脈沖磁場，坯板材料17處于脈沖磁場中，在坯板材料17表面產生感應渦流，感應渦流產生的脈沖磁場與圓形平板線圈16的強磁場旋轉方向相反，兩個磁場產生相互排斥的磁場力，推動坯板材料17向上運動與沖孔模仁19的直角刃口發生作用，完成坯料的沖孔，斷開開關1；

磁脈沖翻邊成形的步驟；

步驟四、將步驟四中的沖孔模仁19從翻邊模具18上拆卸下來，再次閉合開關1，電磁成形放電系統對圓形平板線圈16放電，脈沖電流經過圓形平板線圈16后，在圓形平板線圈16中產生脈沖磁場，坯板材料17處于脈沖磁場中，在坯板材料17表面產生感應渦流，感應渦流產生的脈沖磁場與圓形平板線圈16的強磁場旋轉方向相反，兩個磁場產生相互排斥的磁場力，推動坯板材料17向上運動與翻邊模具18貼合，完成坯板材料17的翻邊成形，斷開開關1；

步驟五、將步驟五中的翻邊模具18從坯板材料17上拆卸下來，將圓形平板線圈16從一號絕緣塊15的凹槽內拆卸下來，將脹形模具25套設在翻邊后的坯板材料17的外側，并利用一號上蓋板20通過螺釘對脹形模具25進行固定；

步驟六、將伸縮桿8的一端通過螺栓安裝至一號底座6上，鋼芯軸套7和脹形線圈9均套設在伸縮桿8的桿體上，且脹形線圈9臨近伸縮桿8的頂端設置；

步驟七、使伸縮桿8伸長，并將伸縮桿8的頂部的脹形線圈9送入坯板材料17的翻邊后的孔內，電磁成形放電系統對脹形線圈9放電，翻邊后的孔部受到電磁力的作用與脹形模具25進行貼合，使翻邊孔四周產生細小的波紋狀的凸起，實現對坯板材料17翻邊后孔壁進行波紋脹形；

利用磁脈沖成形技術進行連接管件的安裝；

步驟八、對經步驟七波紋脹形后的坯板材料17的翻邊孔進行熱處理，并對翻邊孔的搭接區進行表面除銹，將脹形模具25和一號上蓋板20從坯板材料17上拆卸下來，將連接管件固定在上模壓板23的通孔內，并在連接管件的外側套設二號絕緣塊21，且在二號絕緣塊21與連接管件之間套設連接線圈22，所述二號絕緣塊21設置在上模壓板23的下側；

步驟九、將上模壓板23與坯板材料17的翻邊孔同軸設置，壓緊上模壓板23與下模壓板14，使坯板材料17的翻邊孔插接在連接管件內；

步驟十、使伸縮桿8伸長，卸下脹形線圈9，并將伸縮桿8的底部的鋼芯軸套7送入坯板材料17波紋脹形后的翻邊孔內，使鋼芯軸套7的頂部高度與翻邊孔頂部高度齊平放置，且與翻邊孔和連接管件同軸放置；電磁成形放電系統的正負信號輸出端與連接線圈22的正負信號輸入端連接，電磁成形放電系統對連接線圈22進行放電，電磁成形放電系統對連接線圈瞬時放電，當所產生的脈沖磁場力大于連接管件的屈服極限時，管件與翻邊板材在搭接區就產生磁脈沖連接接頭，完成連接管件與坯板材料17的連接。

具體實施方式二、本實施方式是對具體實施方式一所述的基于磁脈沖成形的板材與管材連接方法的進一步說明，步驟七還包括將伸縮桿8的一端通過螺栓安裝至一號底座6上的步驟。

本實施方式所述的伸縮桿，實現脹形線圈的傳送和鋼芯軸套的傳遞。螺栓外套環繞卡槽，實現脹形線圈和鋼芯軸套在伸縮桿指定位置上固定，完成電磁脹形時脹形線圈的傳送和電磁連接時鋼芯軸套的傳遞。

具體實施方式三、本實施方式是對具體實施方式一所述的基于磁脈沖成形的板材與管材連接方法的進一步說明，步驟八還包括對經步驟七波紋脹形后的坯板材料17的翻邊孔進行熱處理，并對翻邊孔的搭接區進行表面除銹的子步驟。

本實施方式所述的經過電磁脹形后的翻邊孔需要滿足一定的剛度，所以需要經過熱處理提高翻邊孔的強度和機械性能，此外在管件與翻邊孔連接時中間設有鋼芯軸套，以保證在磁脈沖連接過程中不發生結構失穩。

具體實施方式四、本實施方式所述基于磁脈沖成形的板材與管材連接裝置，該裝置包括電磁成形放電系統、一號底座6、鋼芯軸套7、伸縮桿8、脹形線圈9、二號底座12、下模壓板14、一號絕緣塊15、圓形平板線圈16、坯板材料17、翻邊模具18、沖孔模仁19、一號上蓋板20、二號絕緣塊21、連接線圈22、上模壓板23和脹形模具25；

二號底座12的中心開設圓形通孔，且在二號底座12的上表面開設定位凹槽，下模壓板14和一號絕緣塊15均為上側開口的筒形結構，所述下模壓板14和一號絕緣塊15的底部均開有圓形通孔，一號絕緣塊15安裝在下模壓板14的筒形結構內，一號絕緣塊15的圓形通孔與下模壓板14底部的圓形通孔的直徑相同，圓形平板線圈16安裝在一號絕緣塊15的筒形結構內；且一號絕緣塊15上的圓形通孔、二號底座12底面的圓形通孔與一號絕緣塊15底面的圓形通孔同軸設置；

一號絕緣塊15的頂端面與下模壓板14的頂端面位于同一水平面；坯板材料17安裝在所述水平面上；

翻邊模具18為上下均開口的筒形結構，所述翻邊模具18用于對經過打孔后的坯板材料17進行翻邊；對坯板材料17進行翻邊時，翻邊模具18固定在坯板材料17的上側，且與一號絕緣塊15同軸設置；

沖孔模仁19為上端口設有外翻沿的筒形結構；所述沖孔模仁19用于對坯板材料17進行沖孔，對坯板材料17進行沖孔時，沖孔模仁19的筒形結構插接在翻邊模具18的筒形結構內，沖孔模仁19的外翻沿固定在翻邊模具18的上表面；

電磁成形放電系統用于對坯板材料17翻邊和沖孔時為圓形平板線圈16供電；對坯板材料17波紋脹形時對脹形線圈9供電；管件與坯板材料17連接時對連接線圈22供電；

脹形線圈9用于插接在坯板材料17的翻邊后的孔內，電磁成形放電系統后對坯板材料17翻邊后孔壁進行波紋脹形；脹形線圈9套設在伸縮桿8的桿體上，伸縮桿8固定安裝在一號底座6的中心；

鋼芯軸套7用于在管件與坯板材料17連接時，套設在伸縮桿8的桿體上插接在坯板材料17波紋脹形后的翻邊孔內，鋼芯軸套7的頂部高度與翻邊孔頂部高度齊平放置，且與翻邊孔和連接管件同軸放置；

二號絕緣塊21、連接線圈22和上模壓板23構成壓接結構；壓接結構用于在連接管件與坯板材料17連接時，套接在連接管件的外側；

二號絕緣塊21和上模壓板23均為上下開口的筒形結構，所述二號絕緣塊21的筒形結構內卡接有連接線圈22，所述連接線圈22為圓盤形結構，二號絕緣塊21的上表面與上模壓板23表面貼合；二號絕緣塊21、連接線圈22和上模壓板23均同軸設置。

具體實施方式五、本實施方式是對具體實施方式四所述的基于磁脈沖成形的板材與管材連接裝置的進一步說明，它還包括兩根一號立柱11和一根一號蓋板20；

兩根一號立柱11均固定在二號底座12上，且所述兩根一號立柱11分別位于下模壓板14的兩側，且以二號底座12的中軸線成軸對稱設置；一號蓋板20的兩端開有兩個插接口，兩根一號立柱11分別插接在所述兩個插接口內，一號蓋板20通過緊固螺栓固定在兩根一號立柱11上，所述一號蓋板20用于插接螺栓，所述螺栓用于對翻邊模具18或脹形模具25進行固定。

具體實施方式六、本實施方式是對具體實施方式五所述的基于磁脈沖成形的板材與管材連接裝置的進一步說明，它還包括兩根二號立柱13和二號蓋板24；

兩根二號立柱13均固定在二號底座12上，且所述兩根一號立柱11分別位于下模壓板14的兩側，且以二號底座12的中軸線成軸對稱設置；二號蓋板24的兩端開有兩個插接口，兩根二號立柱13分別插接在所述兩個插接口內，二號蓋板24通過緊固螺栓固定在兩根二號立柱13上，所述二號蓋板24用于插接螺栓，所述螺栓用于對二號絕緣塊21和上模壓板23進行固定。

具體實施方式七、本實施方式是對具體實施方式四所述的基于磁脈沖成形的板材與管材連接裝置的進一步說明，沖孔模仁19底端內側橫截面為90°直角刃口。

具體實施方式八、本實施方式是對具體實施方式四所述的基于磁脈沖成形的板材與管材連接裝置的進一步說明，電磁成形放電系統包括開關1、儲能電容2、限流電阻3、整流器4和升壓變壓器5；

開關1的一端同時連接儲能電容2的一端和升壓變壓器5的副線圈的一端，升壓變壓器5的副線圈的另一端連接整流器4的電源信號輸入端，整流器4的另一端連接限流電阻3的一端，限流電阻3的另一端連接儲能電容2的另一端，所述限流電阻3的另一端為電磁成形放電系統的正向電源信號輸出端，開關1的另一端為電磁成形放電系統的負向電源信號輸出端。

在本發明中，上模壓板通過螺栓固定在上蓋板中，預定中心位置，在電磁連接時與下模壓板相互作用固定翻邊孔。下模壓板在與翻邊模具、脹形模具和上模壓板分別作用，固定板材坯料分別完成電磁沖孔、電磁翻邊、電磁脹形和電磁連接。

沖孔模仁和翻邊模具均呈圓形筒狀，沖孔模仁鑲接入翻邊模具的安裝通孔中，用螺栓鎖緊，其中沖孔模仁沖孔內側橫截面為90°直角刃口，便于完成沖孔成形；所述的翻邊模具內側橫截面為弧形利于貼合翻邊孔的形成。

連接管件由螺栓通過上模壓板固定在上蓋板中，安裝在與翻邊孔對稱中心軸處，通過上蓋板左右螺栓滑動，進行電磁連接。下模壓板的側面設有圓形平板線圈正、負兩級開出的出線口。下模壓板圓柱筒上表面中部有為安放圓形平板線圈的定位凹槽。

翻邊模具和沖孔模仁用螺栓與下模壓板固定好以后，翻邊模具和沖孔模仁的下端面與板材坯料表面在同一水平面上。

采用1040鋁合金板作為加工板材坯料，利用電容器對圓形平板線圈放電，完成沖孔成形；取下沖孔模仁，接著進行放電翻邊成形；之后打開伸縮桿，使脹形線圈上升到脹形模具的預定位置，完成放電電磁脹形成形；卸下脹形模具，滑動上蓋板，用螺栓使上模壓板和下模壓板固定脹形后的翻邊孔，利用電容器對連接線圈放電，完成電磁連接。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。