機(jī)械設(shè)計(jì)與制造：TC4 鈦合金焊接管件端口電磁脹形校圓線圈的分析
2022-03-12【作 者】聶鵬;朱樹峰;王哲峰;李聰
【引 言】
在航空航天及其他領(lǐng)域，為了滿足設(shè)計(jì)要求需要對(duì)圓管進(jìn) 行二次加工，其中管端擴(kuò)口脹形應(yīng)用很廣，用于制造不同產(chǎn)品，通常采用的成形方法有錐形模壓入擴(kuò)孔、軟膜脹形、液壓脹形、旋壓等，但都存在著對(duì)模具要求高、設(shè)備及工裝復(fù)雜等缺點(diǎn)。電磁成形是利用脈沖磁場對(duì)金屬坯料進(jìn)行壓力加工的高能率成形技術(shù)， 適用于導(dǎo)電率較高的金屬材料成形，尤其在管件成形中應(yīng)用廣泛，如連接、沖裁、校形及復(fù)雜形狀零件成形等。
TC4 鈦合金具有密度低，強(qiáng)度高，高溫服役性能優(yōu)異等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天及汽車等產(chǎn)業(yè)。采用電磁成形工藝加工鈦合金可以充分利用電磁成形高速變形的特點(diǎn)，解決由于鈦合金 TC4 是α+β雙相合金，且室溫下以密排六方（HCP）的α相為主，滑移系少，難成形的問題，是一種非常有意義的技術(shù)嘗試。目前針對(duì)管件電磁脹形已有部分研究。文獻(xiàn)對(duì)純鋁管件和 LF21 管件進(jìn)行了初步的電磁校形過程分析，得出了放電電壓是影響管件端 口校形的關(guān)鍵因素，增加放電次數(shù)能有效地解決放電能量低時(shí)形 變小，貼模差的問題，但增加放電次數(shù)不能完全解決校形精度差 的問題。文獻(xiàn)[6]分析了管坯電磁成形時(shí)線圈的受力情況并采用數(shù) 值模擬的方法得到了磁脈沖成形時(shí)線圈所受到的磁壓力分布；復(fù) 雜形狀線圈磁脈沖成形時(shí)，線圈受力情況復(fù)雜，力的分布與線圈 的結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)。文獻(xiàn)[7]考慮了管件變形對(duì)磁場計(jì)算的影響，準(zhǔn)確的模擬出了電磁成形過程。目前對(duì)于管件端口校形的研究側(cè)重于 單匝線圈矩形線圈，在分析管件受力時(shí)，通常將線圈完全放置在 被校形管件中，沒有考慮到線圈校形深度對(duì)管件端口精度的影 響。在保證放電回路電感不變的情況下，通過改變線圈截面形狀、層數(shù)以及線圈與管件的相對(duì)位置，采用數(shù)值模擬方法研究脹形時(shí) 管件受到的電磁力，得到了校形線圈最佳工藝參數(shù)，最后以管件 外圓端口圓度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。
【結(jié) 論】
（1）在放電回路系統(tǒng)電感不變的情況下，與圓形螺線管線圈相比，矩形螺線管線圈在脹形時(shí)自身電阻較小，產(chǎn)生的電磁力大，校形效果更好。
（2）在校形能量相對(duì)較低時(shí)，增加線圈層數(shù)可以有效的提高校形效果，但線圈層數(shù)大于 2 層后，系統(tǒng)電感的增加導(dǎo) 致校形效果明顯降低。
（3）線圈校形深度對(duì)管件校形后圓度具有 一定影響，校形深度變化后管件端口所受電磁力方向發(fā)生改變有 助于提高校形精度，當(dāng)校形深度等于校形線圈長度的一半時(shí)管件端口校形效果最佳。
