軸向壓縮式管件磁脈沖脹形電磁力分布規(guī)律與材料成形實驗研究.pdf

1、與傳統(tǒng)加工工藝相比，電磁成形具有兩大優(yōu)勢：一是高應變率（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，成形件表面質量高，僅需要單模具，能減少變形過程中的應力集中。電磁成形技術能夠應對輕質合金加工難的問題，成為目前輕質合金成形領域的研究熱門。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。對于管件磁脈沖脹形而言，現(xiàn)有技術一般采用圓柱狀驅動線圈為工件提供電磁力，

2、其載荷主要是環(huán)向渦流與軸向磁場作用產(chǎn)生的徑向電磁力分量，當金屬管件發(fā)生脹形時，管件因為變形半徑增大，導致壁厚減薄、強度降低，難以滿足現(xiàn)代工業(yè)對高強度及高性能零件的需求。
　　為解決傳統(tǒng)管件磁脈沖脹形時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：通過設計新型驅動線圈，在金屬工件區(qū)域內同時產(chǎn)生軸向磁場和徑向磁場；軸向磁場與感應渦流產(chǎn)生徑向電磁力，徑向

3、磁場與感應渦流產(chǎn)生軸向電磁力；徑向電磁力驅動工件發(fā)生脹形，軸向電磁力則驅動工件在軸向發(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，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補充到脹形減薄區(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建軸向壓縮式管件磁脈沖脹形方法是本項目的重大創(chuàng)新。圍繞這一方法，首先從電磁場理論與有限元仿真兩個方面對工件磁感應強度和工

4、件電磁力進行分析。其次，在保證其他參數(shù)條件不變的前提下，對電源系統(tǒng)參數(shù)以及線圈結構參數(shù)兩個方面進行電磁力分布規(guī)律和工件壁厚減薄量的探究。最后依托華中科技大學國家脈沖強磁場科學中心（籌），搭建軸向壓縮式管件磁脈沖脹形的電磁成形實驗，突破了現(xiàn)有單線圈電磁管件脹形所存在的壁厚嚴重減薄問題，實驗驗證了數(shù)值分析結果的有效性。
　　實驗結果表明，在保證管件內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，材料流動量增多