本公開總體上涉及制造制品(諸如飲料容器)，并且更具體地涉及用于電磁成形制品的系統(tǒng)、裝置和方法。

背景技術：

1、預成形制品用于形成各種制品(諸如各種容器)，包括金屬飲料罐。圖1和圖2示出了用于形成金屬飲料罐的預成形制品100。預成形制品100包括具有從其延伸的側壁104的穹頂形底部102。預成形制品100通常由拉伸壁熨燙工藝或沖擊擠壓工藝生產(chǎn)。預成形制品100在預成形制品100的整個長度上包括大致均勻的初始直徑d1。側壁104的厚度可以沿著預成形制品100的長度變化，以相對于最終幾何結構的結構性能效果優(yōu)化材料使用。

2、現(xiàn)在參見圖3和圖4，示出了由例如圖1和圖2的預成形制品100形成的示例性制品300。所形成的制品300包括穹頂形底部102和側壁304。成形制品300包括多個直徑，包括開口直徑d2、上部直徑d3、中部直徑d4和下部直徑d5。在所示的示例中，成形制品300包括沙漏形狀，其中上部直徑d3和下部直徑d5通常大于中部直徑d4。在一些方面中，開口直徑d2通常與初始直徑d1相同。還可以產(chǎn)生更復雜的形狀。制品可以具有任意數(shù)量的交替的小直徑和大直徑。非圓形橫截面和非對稱形狀也是可能的。

3、現(xiàn)在參見圖5和圖6，示出了具有壓花圖案的示例性成形制品500。所形成的制品500包括穹頂形底部502和側壁504。成形制品500包括多個直徑，包括開口直徑d6、側壁直徑d7和底部直徑d8。在所示示例中，均勻膨脹的側壁504具有大于開口直徑d6或底部直徑d8的側壁直徑d7。

4、圖3至圖6的成形制品300和500(除其他之外)可以通過圖1和圖2的預成形制品100(除其他之外)開始的電磁成形來生產(chǎn)。例如，電磁線圈可以插入由金屬制成的預成形制品的內(nèi)部，使得預成形制品以窄間隙包裹在電磁線圈周圍。電磁線圈連接到存儲能量的電容器組。在觸發(fā)電容器組時，強脈沖電流通過電磁線圈。在接近線圈的預成形制品中感應渦電流。電磁線圈和預成形制品中的電流方向相反，其產(chǎn)生使預成形制品向外膨脹的排斥力。

5、該電磁線圈和預成形制品被放置在成形模具內(nèi)，該成形模具限定了該預成形制品在膨脹之后的最終形狀。該預成形制品的薄壁通過從該電磁線圈射出的內(nèi)力而向外移位并被該模具限制。這產(chǎn)生了旨在放置在由預成形制品形成的制品上的形狀和特征。例如，圖5和圖6中的側壁504可以包括壓紋或凸起的脊506，該壓紋或凸起的脊506是通過例如設置在模具的內(nèi)表面上的圖案之間的接觸來形成并對應于其的正圖案。

6、渦電流在預成形制品的表面中流動，這被稱為趨膚效應。具有較高頻率的磁場在較淺的深度處感應渦電流。隨著頻率降低，磁場趨于穿透其中感應渦電流的金屬。因此，低頻率在成形中產(chǎn)生低效率，尤其對于薄金屬預成形制品。對于罐頭材料，工作頻率遠高于用于形成較厚金屬的工作頻率。

7、可以將電能的單個脈沖施加到該電磁線圈上以便由預成形制品形成具有所希望形狀的制品。然而，在不將能量的量增加到還可能損壞預成形制品的水平的情況下，由單個脈沖的電能產(chǎn)生的制品可能不包括來自模具的所有細節(jié)。此外，簡單地將電能的脈沖的數(shù)量增加到多于一個仍然可能不會導致預成形制品從模具獲得所有細節(jié)?；蛘撸娔艿牡谝幻}沖仍可能損壞預成形制品，或者不能在一系列脈沖內(nèi)有效地形成預成形制品。

8、此外，在電磁成形過程中將力施加到預成形制品上的時間段也是非常短的。因此，該成形還在非常短的時間內(nèi)發(fā)生；通常小于100微秒。在該短時間內(nèi)，預成形制品的內(nèi)部與外部之間的壓力差是不可避免的。預成形制品的快速膨脹沒有時間來將足夠的空氣填充預成形制品內(nèi)的體積。因此，預成形制品內(nèi)部的空氣壓力突然下降。同時，預成形制品與模具之間的空氣被快速壓縮，導致預成形制品外部的壓力增加?？諝鈮毫Σ顚嚎s膨脹的預成形制品。

9、為了減輕壓縮問題，將空氣供應到預成形制品的內(nèi)部并將排氣提供到模具。然而，由于成形發(fā)生的短時間(例如，小于100微秒)，這些方法都不會使空氣壓力差消失。盡管空氣壓力低于成形壓力，但前者逐漸增加而后者迅速下降。給定鋁預成形制品的厚度，由于壓縮，表面通常顯示不希望的凹凸不平。

10、由于模具中的空氣對成形是有害的，適當?shù)呐欧艑τ诟哔|(zhì)量成形是關鍵的。在實踐中通常在預成形制品與模具之間產(chǎn)生真空以消除截留的空氣。然而，產(chǎn)生真空明顯減慢了該過程，所以其在高速生產(chǎn)中是不可行的。此外，即使在高真空條件下，仍會殘留一些空氣，這限制了產(chǎn)生光滑表面的能力。

11、因此，存在對用于電磁成形不遭受以上問題的預成形制品的系統(tǒng)、裝置和方法的需要。

技術實現(xiàn)思路

1、根據(jù)本公開的多個方面，公開了一種電磁成形制品的方法。該方法包括提供至少部分地插入預成形制品內(nèi)的電磁線圈，其中預成形制品至少部分地插入模具內(nèi)。該方法進一步包含將第一電能施加到電磁線圈以產(chǎn)生電磁力。電磁力被配置成使預成形制品的側壁朝向模具的內(nèi)表面膨脹，使得在預成形制品的最大直徑處在內(nèi)表面與側壁之間形成約0.5mm至約1.5mm的間隙。該方法進一步包含將至少第二電能施加到電磁線圈以產(chǎn)生至少第二電磁力。至少第二電磁力被配置成使預成形制品的側壁膨脹到基本上抵靠內(nèi)表面成形。

2、該方法的多個方面包括在預成形制品的最大直徑處在內(nèi)表面與側壁之間形成的間隙為約0.5mm至約1.0mm。

3、該方法的多個方面進一步包括在預成形制品的最大直徑處在內(nèi)表面與側壁之間形成的間隙為約0.5mm至約0.7mm。

4、該方法的多個方面進一步包括第一電能引起側壁膨脹到基本上抵靠內(nèi)表面成形所需的膨脹的約80％。

5、該方法的多個方面進一步包括至少第二電能包括兩個電能，這兩個電能中的第一個引起側壁抵靠內(nèi)表面成形，而這兩個電能中的第二個引起側壁從模具的內(nèi)表面獲得附加細節(jié)。

6、該方法的多個方面進一步包括第一電能引起側壁沖擊內(nèi)表面并從內(nèi)表面彈開。

7、該方法的多個方面進一步包括預成形制品由鋁制成。

8、該方法的多個方面進一步包括第一電能和第二電能以相同量的能量產(chǎn)生。

9、該方法的多個方面進一步包括第一電能和至少第二電能以不同量的能量產(chǎn)生。

10、在模具內(nèi)提供多個孔洞，以在側壁響應于第一電能和至少第二電能而膨脹期間將空氣從側壁與內(nèi)表面之間排放到模具的外部。該方法還包括在模具的外表面上提供多個中空凹痕，以在側壁膨脹期間當空氣排放到模具的外部時減小背壓。

11、該方法的多個方面進一步包括利用模具內(nèi)的位移傳感器測量在側壁朝向模具的內(nèi)表面膨脹期間預成形制品的側壁的位移。根據(jù)一些方面，該方法還包括基于所測量的側壁的位移，確定用于經(jīng)由電磁線圈施加到預成形制品的至少第二電能的數(shù)量。位移傳感器可以被配置成測量為時間的函數(shù)的側壁的位移。

12、根據(jù)本公開的多個方面，公開了一種確定電磁地形成制品所需的電能的方法。該方法包括提供至少部分地插入預成形制品內(nèi)的電磁線圈，其中預成形制品至少部分地插入模具內(nèi)。模具包括被配置成測量預成形制品在模具內(nèi)的膨脹的位移傳感器。該方法還包括向電磁線圈施加電能以產(chǎn)生電磁力。該電磁力被配置成使預成形制品的側壁朝向模具的內(nèi)表面膨脹。該方法還包括用位移傳感器測量響應于電能的預成形制品的側壁的膨脹。該方法還包括用一個新的預成形制品和多個電能中不同的電能重復多次提供、施加和測量。該方法還包括基于所測量的響應于多個電能的預成形制品的側壁的膨脹，確定施加到預成形制品的側壁所需的最終電能，使得預成形制品的側壁響應于膨脹而偏轉(zhuǎn)模具的內(nèi)表面落入預定閾值內(nèi)。

13、該方法的多個方面包括基于在預成形制品的最大直徑處在內(nèi)表面與側壁之間的距離確定最終電能。

14、該方法的多個方面進一步包括預定閾值為基于在模具的側壁與內(nèi)表面之間剩余的間隙，該間隙為0.5mm至約1.5mm寬。該方法的多個方面進一步包括該間隙為約0.5mm至約1.0mm。該方法的多個方面進一步包括該間隙為約0.5mm至約0.7mm。

15、該方法的多個方面進一步包括多個電能中的每一個是使得預成形制品的側壁最初不接觸模具的內(nèi)表面并使得預成形制品的側壁最終接觸模具的內(nèi)表面并以最大向內(nèi)偏轉(zhuǎn)彈開的增加的電能的量。

16、該方法的多個方面進一步包括位移傳感器對應于預成形制品的最大直徑的位置設置在模具內(nèi)。

17、根據(jù)本公開的多個方面，公開了一種模具節(jié)段。該模具節(jié)段包括內(nèi)表面，該內(nèi)表面具有與將要在預成形制品的側壁上形成的鏡面幾何形狀對應的幾何形狀。該模具節(jié)段還包括外表面，該外表面與內(nèi)表面相對。該模具節(jié)段還包括孔，該孔在內(nèi)表面中。模具節(jié)段還包括位移傳感器，該位移傳感器在孔內(nèi)，該位移傳感器被配置成測量響應于電磁力的施加的預成形制品的側壁的位移，該電磁力引起預成形制品的側壁朝向內(nèi)表面膨脹。

18、該模具節(jié)段的多個方面包括多個通氣口，這些通氣口被配置成允許空氣從內(nèi)表面通向外表面。外表面可以包括一個或多個凹痕，該一個或多個凹痕被配置成限制響應于空氣從內(nèi)表面通向外表面而形成的背壓。該一個或多個凹痕被連接。

19、根據(jù)本公開的多個方面，公開了一種模具節(jié)段。該模具節(jié)段包括內(nèi)表面，該內(nèi)表面具有與將要在預成形制品的側壁上形成的鏡面幾何形狀對應的幾何形狀。該模具節(jié)段還包括外表面，該外表面與內(nèi)表面相對。該模具節(jié)段還包括多個通氣口，這些通氣口被配置成允許空氣從內(nèi)表面通向外表面。外表面包括一個或多個凹痕，該一個或多個凹痕被配置成限制響應于空氣從內(nèi)表面通向外表面而形成的背壓。

20、該模具節(jié)段的多個方面包括孔，該孔在內(nèi)表面中。模具節(jié)段還包括位移傳感器，該位移傳感器在孔內(nèi)，該位移傳感器被配置成測量響應于電磁力的施加的預成形制品的側壁的位移，該電磁力引起預成形制品的側壁朝向內(nèi)表面膨脹。

21、應理解，上述一般性描述和以下詳細描述兩者均僅是示例性和說明性的，并且不限制所要求保護的發(fā)明，如所要求的。