跑道型线圈板料电磁成形磁场分布的调控

为有效调控跑道型线圈电磁成形过程中合金板料的变形行为,采用实验-模拟与理论计算的方法揭示了板料与线圈装配的相对位置对电磁力、电流密度、变形速度和成形高度的影响规律,推导出线圈中心面空间磁感强度的工程计算模型。随着板料装配时偏置量的增大,电磁成形试样变形区的最大高度差逐渐减小,试样由“内低外高”转变为“外高内低”;电磁力密度峰值从板料内侧向中心移动。偏置量为2.5~3.0 mm时,两侧高度差存在最小值;偏置量为3.0 mm时,板料的横向变形速度趋近于0,电磁力沿板料中心轴对称分布。基于跑道型线圈磁感强度工程模型推导了磁感强度对称中心区位置与线圈直段半长、匝间距、中心距及板料装配间隙的关系,确定最佳偏置量为2.2~3.9 mm。该结果与模拟实验结果相符合,证实了模型的可靠性。

组合式电磁成形技术研究进展

电磁成形技术是一种典型的高速率电磁脉冲成形技术,可显著地提高材料的延展性,减小工件回弹和起皱,降低设备制造成本。在电磁成形技术发展过程中,电磁成形力场的有效加载和调控颇具挑战,早期的电磁成形方案基本实现工件排斥力成形效果,其电磁力分析中主要以排斥力占据主导,应用有较大的局限性,如今优势明显的组合式电磁成形技术开始进入大众视野。该文在简述电磁成形基本原理及电磁力调控方式的基础上,根据组合式方法应用的不同层面,将近年来涌现的研究成果划分为:驱动线圈组合式、电磁力组合式及工艺组合式三类电磁成形技术,针对每一类技术,分别阐述了其实施原理、技术方案及应用成效,并进一步归纳了不同技术的适用范围及研究重点。最后,在这些研究成果的基础上,对组合式电磁成形技术未来的发展方向进行了展望。

铝合金板料成形间距对逐点连续电磁成形过程的影响规律

电磁成形具有高速成形和提高材料塑性成形性能的特点,非常适用于准静态下难加工轻质铝合金材料的成形。在电磁系统中加入集磁器可以实现对工件的局部加工,但当电磁集中在小区域内多次成形时,由于两个成形点的距离较小,存在局部变形相互影响的区域,从而影响板料成形的均匀性。为研究逐点连续电磁成形过程中局部变形之间的相互作用机理,采用数值模拟结合实验验证的方法,探究了金属板料小区域逐点连续电磁成形过程中的变形行为,揭示了成形间距对板料成形涉及的电磁力、应变和最终成形效果的影响规律。研究结果表明,在单次电磁成形时,板料受到的电磁力呈环状分布,成形点中心受到径向与切向压应变和轴向拉应变,成形点四周受到径向拉应变和轴向与切向的压应变。在多次成形时,随着两成形点间距减小,板料在第二次成形时受到变形区的影响,影响间距为14 mm,板料中心所受的径向压应变和轴向拉应变增大,板料电磁力逐渐增大。第二成形点中心的成形高度随着两成形点间距的增加逐渐增加,两个成形点衔接处的凹槽深度也越深,而两个成形点衔接处的径向拉应变随着成形间距的增加表现为先增大后减小的趋势。本研究为在铝合金板料多点电磁成形过程中两点变形间距对电磁力和成形效果的影响提供了理论依据。

大口径5A06铝合金带焊缝波纹管电磁成形工艺机理

针对大口径5A06铝合金带焊缝波纹管采用传统工艺成形困难的问题,开展了带焊缝波纹管电磁成形工艺机理的研究。基于有限元软件LS-DYNA R8建立了大口径5A06铝合金带焊缝波纹管电磁成形有限元模型。基于电磁成形过程中管件成形过程、所受电磁力分布和变形历史的分析揭示了带焊缝波纹管电磁成形工艺的成形机理。结果表明,在带焊缝波纹管电磁成形过程中,管件发生多次“碰撞—反弹”的周期性变化,焊缝处材料的变形略微早于母材;管件受到的电磁力沿厚度方向由内到外逐渐降低;碰撞效应引起管件的能量损耗与应力释放,管件反弹量随着碰撞后应力的重新分配逐渐减小,进而实现带焊缝波纹管的高精度成形。

电磁成形中材料本构模型研究进展

电磁成形过程中金属板料经历宽应变率范围内的复杂载流高速变形,其宏微观行为与常规准静态成形过程存在显著差异,因此传统本构理论不能被完全应用于这一过程的精确预测。为此,首先总结了电磁成形中材料宏观力学行为及微观组织演变机理的特点,论述了本构建模的必要性、可行性及建模关键点。接着综述了适用于电磁成形过程的高速本构模型与载流变形本构模型的建模思想、应用效果及其先进性与局限性。最后,展望了宽应变率、宽温度范围适用的耦合电致塑性效应的机理型本构建模所面临的挑战。

集磁器对电磁成形驱动线圈发热影响及机理

在电磁成形的过程中,驱动线圈的发热是影响线圈使用寿命和放电频次的关键因素;集磁器作为一种常用的电磁成形辅助工具,目前被广泛用于改善电磁场的分布,提高工件的成形质量。然而,集磁器的引入也会影响等效电路中的等效电感参数,从而改变线圈中的电流,进而影响线圈的发热。故该文提出使用集磁器作为降低管件电磁胀形中驱动线圈发热的措施;通过理论分析和仿真模拟分析了有/无集磁器的两种方案中线圈的发热和管件的成形效果变化,以及集磁器上的温度变化。结果表明,在内径49.6mm、外径68mm、4×10匝的线圈胀形过程中,通过引入集磁器辅助,在放电电压为10.5kV时,线圈上的焦耳热减少了12.32%,最高温度降低了3.42℃,工件的最大成形深度提升至约为原来的2.76倍;进一步的分析则表明,集磁器的引入降低了等效电路中的电感和电压,使得线圈电流具有更陡的下降沿,衰减速度变快的同时减小了电流峰值,从而让线圈的热量损耗更小。该方法成本较低,容易实现,且对于线圈发热问题具有明显的优化效果,对提高电磁成驱动线圈的使用寿命和放电频次具有重要意义。

电磁成形设备的国内外概况

介绍了国内外电磁成形设备的概况，探讨了存在的问题及发展趋势。

7200焦耳电磁成形机的研制

电磁成形是靠脉冲磁场力使金属成形的高速成形方法。其特点是模具简单(只需一刚性凹模或凸模),不需传压介质,零件表面质量好,成形精度高,生产条件好,操作方便。60年代以来。

柔性电磁成形机

介绍了一种新的柔性电磁成形机,它适用于板材多点成形、精整工艺、多工位生产、多种零件同时生产等多种复杂工艺及生产。

电磁成形技术发展简介

电磁成形技术是一种新型的高能率金属塑性加工技术,它以物理学中的电磁感应定律为理论基础;以电磁成形机为技术实施的物质条件;以独特的加工工艺为技术实施提供方法指导。本文从以上3个方面进行了简明扼要的叙述,以展现人们认识和应用电磁成形技术的历程。

板坯电磁成形载荷计算方法及分布特性

用平面螺旋和多叠式线圈加工平板毛坯是电磁成形的一种基本方式，其理论研究包括电路分析和动态变形分析两个方面，其中电路分析的目的是确定作用在工件上的脉冲电磁力，并用于变形分析。通过分析板坯电磁成形中工作线圈在强脉冲电流激励下的动态响应过程，建立了线圈磁场、工件表面感应涡流及磁场的计算公式，给出了成形载荷的计算方法。通过数值分析讨论了载荷的分布特性，数值求解结果与相关实验研究结论一致。将成形载荷数值求解结果用于变形分析时，成功地预测了铝板毛坯的自由胀形过程。

电磁成形技术的最新进展

电磁成形是目前应用最广泛的高能率成形方法之一.综述了成形磁场力的求解方法及解决电磁成形问题的3个主要方面内容,包括磁场、磁场力及变形,阐述了电磁成形工艺的成形方法及研究现状,列举了大量的国内、外工艺应用及研究成果,介绍了电磁成形工艺的最新应用———电磁校形、粉末压实,并展望了电磁成形技术的发展前景.

电磁成形磁场力的研究

电磁成形属于高能率成形 ,磁场力分析是其理论分析的基础 ,研究结果直接用于工件变形分析、确定电磁成形的工艺参数。本文通过分析电磁胀形的特点提出磁场力求解的归一化 ,阐述了电磁胀形磁场力求解的几种方法和各自特点。不同求解方法的对比表明 ,有限元方法求解磁场力最接近胀形实测情况。随着大型有限元分析软件的应用 。

电磁成形用螺线管线圈电感的研究

线圈电感是研究电磁成形放电过程的基本物理参数 .通过有限元法和解析法分别求解了电磁成形用螺线管线圈的电感 ,在解析法求解中分别将其等效为螺线管线圈和圆柱线圈 .最后将计算结果与实测结果进行了对比 。

特种合金无接触电磁成形过程中的屏蔽效应及凝固特性研究

建立了适合中小尺寸特种合金样件无接触电磁成形的感应器 -熔体 -屏蔽系统 ,探讨了特种合金无接触电磁成形过程中的屏蔽效应及凝固特性。结果表明 ,下屏蔽罩改善了感应器内磁力线分布 ,实现了电磁成形过程中电磁场和温度场分布的耦合 ,采用合理的工艺参数 ,获得了表面质量光洁、具有定向胞晶组织特征的圆形。

中小尺寸高温合金件的无接触电磁成形

介绍了一种新型金属熔体无接触电磁成形技术及其原理 ,该技术将电磁铸造技术与高梯度定向凝固技术融为一体 ,对于熔化和成形活泼金属、高温合金、难熔金属和高纯金属等中小尺寸构件具有重要的研究与应用价值 .另外 ,从电磁场和凝固过程角度讨论了中小尺寸高温合金样件的电磁成形过程 ,探讨了工艺参数对成形过程的影响规律 。

管件电磁成形电磁力分布特性分析

本文基于安培力定理建立了管件电磁成形时径向和轴向电磁力的计算公式 ,直观描述了线圈 -工件系统几何参数与电磁力幅值的对应关系 ,阐述了轴向电磁力对提高材料成形性能的作用 ,用数值方法分析了径向和轴向电磁力的分布特性。分析表明 ,细管较粗管成形困难 ,轴向电磁力在管端最大 ,忽略轴向电磁力会导致终态变形分析值小于实际值。

管坯电磁成形电磁力解析

电磁力计算是分析电磁成形过程的基础 ,通过解析推导建立管坯电磁成形电磁力的计算公式 ,分析各参数与电磁力幅值的对应关系 ,阐述轴向电磁力对成形性能和终态变形的影响。

电磁成形感应器中的磁场分布特性

研究了电磁成形感应器中磁场分布特性 ,结果表明 :感应器的高度和内壁倾角对感应器中的磁场分布影响较大 ;负载的影响较小 ;下屏蔽罩的位置变化 。

液态金属电磁成形的数值计算

对影响液态金属电磁成形形状的电磁压力、表面张力以及静压力进行了讨论。计算了圆形和矩形两种形状线圈中磁场和电磁压力的分布。结果发现：支撑高度为３０～４０ｍｍ铝液和１５～２０ｍｍ钢液所需电流约为１５００～２０００Ａ；计算的矩形线圈中等磁感应强度线形状与文献中实测形状以及实验电磁成形试样形状吻合较好。对铝和钢液表面张力进行计算时发现：液态金属电磁成形试样直径大于１０ｍｍ时，铝液的表面张力与高度为３０ｍｍ铝液柱产生的静压力和支撑该高度的电磁压力相比，可忽略不计，而要忽略不计钢液表面张力时，钢成形液柱的直径应更小。此外，在电磁成形综合分析中，利用最小作用原理对力平衡条件下，液态金属的电磁成形形状进行了分析，获得电磁成形形状稳定性的条件。