鋁合金筒形件電磁脈沖輔助漸進(jìn)拉深研究.pdf

1、用傳統(tǒng)拉深工藝成形鋁合金筒形件時(shí)，通常是使用壓邊圈來(lái)抑制法蘭部分板材的起皺，這將導(dǎo)致法蘭區(qū)域材料的變形抗力增大而徑向摩擦力增大，此時(shí)筒壁傳力區(qū)的最大拉應(yīng)力隨之增大，當(dāng)板料所受的拉應(yīng)力大于材料的強(qiáng)度極限時(shí)，板料就會(huì)出現(xiàn)破裂，使工件報(bào)廢，同時(shí)由于一般鋁合金板材塑性差抗拉強(qiáng)度低，故而筒形件的極限拉深高度有限。為此本文提出了一種電磁脈沖輔助漸進(jìn)拉深成形的方法，通過(guò)在筒形件法蘭區(qū)域板材的上下面徑向布置多組助推線圈，并在拉深凸模底端設(shè)置一個(gè)助拉線圈

2、，在凹模圓角上方設(shè)置助壓圓角線圈的形式，克服摩擦力，促進(jìn)材料的流動(dòng)，降低傳力區(qū)的拉應(yīng)力，提高板材的成形性能，實(shí)現(xiàn)提高筒形件的極限拉深高度的目標(biāo)。
　　首先研究法蘭區(qū)域助推線圈的工作原理和結(jié)構(gòu)形式。從電磁炮的重接式推力線圈工作原理引申出多種結(jié)構(gòu)和分布方案，最終確定多個(gè)上下分布的環(huán)形線圈為最佳結(jié)構(gòu)。提出電磁脈沖放電拉深與壓力機(jī)壓下整形相結(jié)合交替進(jìn)行的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋁合金筒形件的漸進(jìn)拉深成形。
　　用ANSYS有限元模擬軟件分析研究

3、法蘭區(qū)域助推線圈匝數(shù)和間隔距離對(duì)電磁力分布的影響；預(yù)測(cè)成形過(guò)程中各步驟所需的成形力、電壓和整形高度等參數(shù)設(shè)置，為成形的可行性和實(shí)驗(yàn)提供關(guān)鍵的工藝參數(shù)和數(shù)據(jù)。模擬分析中采用順序耦合算法的多物理場(chǎng)耦合有限元模擬技術(shù)對(duì)電磁脈沖輔助漸進(jìn)拉深成形過(guò)程進(jìn)行了分析，不但考慮了助推線圈類型，布置形式，尺寸及匝數(shù)等參數(shù)對(duì)板料電磁成形的影響，還考慮了板材變形過(guò)程對(duì)磁場(chǎng)和磁力線分布的影響，提高了模擬數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。模擬分析數(shù)據(jù)還表明，法蘭區(qū)域采用同心圓式的助推

4、線圈能夠在法蘭外緣端部產(chǎn)生均勻的徑向磁場(chǎng)力，從而使板料變形更為均勻。
　　通過(guò)僅采用一組助推線圈，在一次放電條件下進(jìn)行鋁合金筒形件拉深成形試驗(yàn)。其成形件的極限拉深高度為24.12 mm，相對(duì)于采用傳統(tǒng)拉深工藝所得工件的極限拉深高度19.80 mm而言，提高了21.8％；在多次放電條件下，成形件的極限拉深高度可達(dá)27.08 mm，相對(duì)于傳統(tǒng)拉深成形提高了36.7%。
　　通過(guò)僅采用拉深線圈工作的條件與在拉深、圓角和徑向助推這三

5、組線圈同時(shí)工作下的條件做模擬和實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析，結(jié)果均表明：三組線圈同時(shí)工作條件下成形件的厚度分布更為均勻，板料上典型節(jié)點(diǎn)處的徑向拉應(yīng)力顯著減小，并轉(zhuǎn)變?yōu)閺较驂簯?yīng)力。
　　對(duì)助推線圈、圓角線圈和拉深線圈進(jìn)行了多種組合配置的電磁脈沖輔助漸進(jìn)拉深成形試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：在采用雙匝助推線圈、單匝圓角線圈和雙匝拉深線圈的組合配置條件匹配作用下，法蘭緣被拉入18.42 mm，筒形部分最大成形深度達(dá)到42.86 mm，是傳統(tǒng)拉深成形時(shí)的2.16倍

6、；在采用四匝助推線圈、單匝圓角線圈和三匝拉深線圈的的組合配置條件配合作用下，成形深度達(dá)63.72 mm，是傳統(tǒng)拉深成形時(shí)的3.22倍。
　　在電磁脈沖輔助漸進(jìn)拉深成形后，對(duì)成形件各區(qū)域通過(guò)EBSD分析、顯微硬度分析和 TEM分析，結(jié)果表明：經(jīng)歷了法蘭區(qū)域的材料晶粒在周向及徑向壓應(yīng)力的作用下出現(xiàn)了壓縮現(xiàn)象，產(chǎn)生扁平晶粒；經(jīng)過(guò)凹模圓角區(qū)域，材料的加工硬化明顯提高；經(jīng)過(guò)筒壁區(qū)域晶粒在拉應(yīng)力的作用下出現(xiàn)了拉長(zhǎng)現(xiàn)象。同時(shí)晶粒內(nèi)部的亞結(jié)構(gòu)和位