軸向壓縮式管件磁脈沖脹形電磁力分布規(guī)律與材料成形實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、與傳統(tǒng)加工工藝相比，電磁成形具有兩大優(yōu)勢(shì)：一是高應(yīng)變率（103-105 s-1），可提高材料塑性變形能力，使材料成形極限提高5-10倍；二是非接觸施力，成形件表面質(zhì)量高，僅需要單模具，能減少變形過程中的應(yīng)力集中。電磁成形技術(shù)能夠應(yīng)對(duì)輕質(zhì)合金加工難的問題，成為目前輕質(zhì)合金成形領(lǐng)域的研究熱門。電磁成形主要分為管件成形和板件成形，其中管件成形主要有脹形、縮徑和連接等工藝。對(duì)于管件磁脈沖脹形而言，現(xiàn)有技術(shù)一般采用圓柱狀驅(qū)動(dòng)線圈為工件提供電磁力，

2、其載荷主要是環(huán)向渦流與軸向磁場(chǎng)作用產(chǎn)生的徑向電磁力分量，當(dāng)金屬管件發(fā)生脹形時(shí)，管件因?yàn)樽冃伟霃皆龃螅瑢?dǎo)致壁厚減薄、強(qiáng)度降低，難以滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)高強(qiáng)度及高性能零件的需求。
　　為解決傳統(tǒng)管件磁脈沖脹形時(shí)工件壁厚減薄這一問題，本文采用徑向電磁力與軸向電磁力同時(shí)加載的施力方式，創(chuàng)新地提出了軸向壓縮式管件磁脈沖脹形方法。其基本思想在于：通過設(shè)計(jì)新型驅(qū)動(dòng)線圈，在金屬工件區(qū)域內(nèi)同時(shí)產(chǎn)生軸向磁場(chǎng)和徑向磁場(chǎng)；軸向磁場(chǎng)與感應(yīng)渦流產(chǎn)生徑向電磁力，徑向

3、磁場(chǎng)與感應(yīng)渦流產(chǎn)生軸向電磁力；徑向電磁力驅(qū)動(dòng)工件發(fā)生脹形，軸向電磁力則驅(qū)動(dòng)工件在軸向發(fā)生壓縮。通過這一方法，金屬工件在徑向電磁力的作用下發(fā)生脹形的同時(shí)，亦在軸向電磁力的作用下發(fā)生軸向壓縮；軸向壓縮使工件材料及時(shí)補(bǔ)充到脹形減薄區(qū)，可有效減小工件壁厚的減薄量，提高工件成形性能和成形極限。
　　采用新的電磁力施加方式構(gòu)建軸向壓縮式管件磁脈沖脹形方法是本項(xiàng)目的重大創(chuàng)新。圍繞這一方法，首先從電磁場(chǎng)理論與有限元仿真兩個(gè)方面對(duì)工件磁感應(yīng)強(qiáng)度和工

4、件電磁力進(jìn)行分析。其次，在保證其他參數(shù)條件不變的前提下，對(duì)電源系統(tǒng)參數(shù)以及線圈結(jié)構(gòu)參數(shù)兩個(gè)方面進(jìn)行電磁力分布規(guī)律和工件壁厚減薄量的探究。最后依托華中科技大學(xué)國(guó)家脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心（籌），搭建軸向壓縮式管件磁脈沖脹形的電磁成形實(shí)驗(yàn)，突破了現(xiàn)有單線圈電磁管件脹形所存在的壁厚嚴(yán)重減薄問題，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了數(shù)值分析結(jié)果的有效性。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在保證管件內(nèi)壁具有相同脹形量的前提下，加入頂-底線圈后，管件端部在軸向電磁力作用下，材料流動(dòng)量增多