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锻压技术:双板件电磁翻边成形效率研究

2022-12-28
摘要:为了提高板件电磁翻边的成形效率,本文提出了双板件电磁翻边成形技术,采用单个驱动线圈同时使两个板件实现翻边。并在阐述电磁翻边成形基本原理的基础上,建立了无板件、传统单板和双板件电磁翻边成形过程中的电磁结构藕合模型。

​  【作 者】邱立;刘洪池;姜晨非;罗宝妮;李智

  【前 言】

  板件翻边越来越广泛地运用于各工业领域,例如:航空航天领域中,在运载火箭的油箱壳体上制造翻边孔,以方便火箭管道和推进剂油箱之间的焊接[1]。但随着经济的高速发展,对航空航天以及汽车等工业领域的需求量和制造技术的要求大大提高。

  因此,提高金属材料的加工效率成为解决制造业效率低下问题的首要任务。相比于传统机械加工方式,电磁成形的高应变率和非接触施力呈现了极大的优势[2]。

  电磁成形为一种利用脉冲电磁力实现材料加工的高速成形技术[3-5]。电磁成形过程中,初始能量以电能的形式储存在电容器中。研究发现,转化为工件成形的能量低于电容器电能的20% 。Finken-stein  E等[6]使用弹簧钢制作的线圈进行实验,结果表明,电磁成形的效率仅为2%,线圈与集磁器中的焦耳损耗为能量损耗的主要部分[7-10] 。 Psyk V等[11]详细地分析了机械能对成形过程的影响,发现了动能、成形能和累积机械能随时间的变化规律。杨军等[12]研究了电感和电容对电磁成形的影响,结果发现:成形效率随着电感的增强而下降,随着电容的增大先增大,到达一定限度后又迅速下降。YuHP等[13]在放电能量一定、线圈和管件给定的情况下,采用顺序藕合的数值仿真方法研究了电流频率对管件压缩的影响,结果发现,存在最佳频率对应管件的最大变形量和最大塑性应变能。朱月亭等[14]采用实验和模拟分析了不同尺寸的凹模和线圈结构对铝合金板材电磁成形后的轮廓、塑性应变能和能量利用率的影响规律,结果发现,当放电参数一定时,线圈半径接近于凹模半径与圆角半径之和时,铝合金板材的塑性应变能最大,达到189. 92J,能量利用率达到4.5%。

  为了提高板件电磁翻边的成形效率,本文提出了双板件电磁翻边成形技术,采用单个驱动线圈同时使两个板件实现翻边。并在阐述电磁翻边成形基本原理的基础上,建立了无板件、传统单板和双板件电磁翻边成形过程中的电磁结构藕合模型。通过3个模型对比3种不同状态下工件所处的磁通密度和电磁力分布规律,分析了双板件电磁翻边的成形效率。

  【结 语】

  针对传统单板翻边成形效率低的问题,本文提出了双板件电磁翻边成形技术,有效地减少了放电能量的消耗以及提高了翻边的成形效率,能够解决实际生产中产量低的问题。结果表明,在传统单板模型中,板件的成形效率仅为10. 15%;在双板件模型中,两个板件的成形效率达到了15. 31 %,成

  形效率提高了52. 28%。在两个模型的板件达到相同的成形效果时(翻边角度为90º),使用双板件电磁翻边成形模型所需的放电能量仅为传统单板电磁翻边成形模型两次放电能量的60. 60%,能量利用率提高了39. 40%,很大程度上减小了能量的损耗。显然,双板件电磁翻边成形模型的提出在一定程度上解决了板件成形效率低的问题,推动了电磁成形技术的进程。

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