鍛壓技術(shù)：5A02 鋁合金磁脈沖脹形試驗(yàn)與模擬研究
2022-03-17【作 者】韓玉杰;侯紅亮;于海平;牛濤
【前 言】
為了能夠減少環(huán)境污染、節(jié)約燃油，產(chǎn)品的輕量化設(shè)計(jì)在航空航天、汽車等高技術(shù)加工領(lǐng)域逐漸具有了廣闊的應(yīng)用前景。實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)主要通過材料輕量化以及結(jié)構(gòu)輕量化來實(shí)現(xiàn)［1 － 2］。結(jié)構(gòu)的輕量化、整體化和多功能化設(shè)計(jì)的迫切需求使得鋁及鋁合金等輕質(zhì)［3 － 4］、耐蝕性好的材料在更多的場合成為傳統(tǒng)鋼材的替代品，但其室溫成形性能不佳制約其進(jìn)一步推廣。
鋁合金磁脈沖成形作為一種綠色環(huán)保的新型加工工藝，具有成形工件精度高、成形速度快、能大幅提高材料的成形極限、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)等優(yōu)勢，而受到廣泛關(guān)注［5 － 6］。20 世紀(jì) 70年代開始國外率先開展了鋁合金磁脈沖自由脹形試
驗(yàn)研究，分析了其電磁力分布規(guī)律以及變形過程［7］，對于變形機(jī)理已有深入研究。雖然國內(nèi)起步較晚，但是也對線圈制作、工藝參數(shù)的影響規(guī)律以及工藝應(yīng)用等方面進(jìn)行了大量研究［8 － 9］。然而，鋁 合金磁脈沖成形變形速度快，使得其中大量變形過程中的參數(shù)無法獲取，這對鋁合金磁脈沖變形過程的分析帶來了較大的困難，因此，對于變形過程中變形速度以及位移時(shí)間的關(guān)系研究較少。
本文應(yīng)用數(shù)值模擬手段研究電壓對電磁場、磁場力以及外管移動(dòng)速度的影響規(guī)律; 并采用高速攝像系統(tǒng)捕捉不同放電電壓條件下板材在變形過程中的時(shí)間位移關(guān)系，得出不同位置的變形速度，并與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比，為研究磁脈沖成形的金屬流動(dòng)規(guī)律與控制提供理論支撐。
【結(jié) 論】
（1）磁脈沖脹形過程電磁力隨時(shí)間變化，其規(guī)律與加載電流規(guī)律一致，其中最大作用力發(fā)生于線圈對稱中心的 1 /2 處，并在此首先發(fā)生變形，隨后帶動(dòng)其他區(qū)域變形，在寬度方向上，板材中間部位先發(fā)生變形，板材的變形速度在 0. 2 ms 時(shí)達(dá)到最大，脹形高度在 0. 6 ms 達(dá)到最大，而后出現(xiàn)回彈現(xiàn)象，最終在 2. 5 ms 左右變形停止。
（2） 對比試驗(yàn)與模擬結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，板材的運(yùn)動(dòng)規(guī)律一致，說明該模型的準(zhǔn)確性，與試驗(yàn)相吻合。
（3） 在該試驗(yàn)條件下，當(dāng)放電電壓升高到 3 kV時(shí)，模擬得到的變形速度可以達(dá)到 136 m·s － 1，由于空氣壓縮以及測量精度的限制使得其比工藝試驗(yàn)得到的數(shù)值偏大。
