電工技術(shù)學(xué)報(bào)：管件電磁脹形過(guò)程中的材料變形性能問(wèn)題與電磁力加載方案
2022-03-26【作 者】 邱立;余一杰;聶小鵬;楊雨琪;蘇攀
【引 言】
輕量化是航空航天、汽車(chē)工業(yè)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排的重要技術(shù)手段。比如:飛機(jī)機(jī)體減重 5kg ，有效商載可增加 50kg; 汽車(chē)減重 10% ，油耗降低 6%~8% 。而實(shí)現(xiàn)輕量化的主要途徑之一是采用輕質(zhì)合金材料，高性能鋁合金、鐵合金、鎂合金已成為現(xiàn)代航空航天、汽車(chē)工業(yè)等實(shí)現(xiàn)輕量化的首選材料。美國(guó)第四代戰(zhàn)斗機(jī) F22 研制中，采用鋁、鐵等輕質(zhì)合金使其減重 600kg ，綜合效果明顯；汽車(chē)車(chē)身約占汽車(chē)總重的 30% ，若采用鋁合金可使整車(chē)重量減輕10%~15% 。因此采用輕質(zhì)合金材料是航空航天、汽車(chē)工業(yè)等領(lǐng)域未來(lái)重要的發(fā)展趨勢(shì)。然而，輕質(zhì)合金材料室溫成形塑性較低，局部拉延性差，容易產(chǎn)生裂紋，回彈較大，采用傳統(tǒng)加工工藝加工效果并不理想。電磁成形技術(shù)是一種利用脈沖電磁力驅(qū)動(dòng)金屬工件加速并變形的高速率加工技術(shù)。整個(gè)成形過(guò)程為 ms 級(jí)，成形速度一般超過(guò) 300m/s;應(yīng)變率使電磁成形可有效提高材料成形極限[43] ，使其成為解決輕質(zhì)合金加工困難問(wèn)題的有效途徑之一。
創(chuàng)新的電磁力施加方式能夠解決現(xiàn)有電磁成形技術(shù)中的某些不足，推動(dòng)了其發(fā)展。然而，對(duì)于管件電磁脹形而言，目前存在的一些管件變形性能問(wèn)題并未得到較好的解決:一是因管件脹形半徑增大導(dǎo)致的壁厚減薄、強(qiáng)度降低問(wèn)題:二是因線圈端部效應(yīng)導(dǎo)致的管件軸向變形非均勻問(wèn)題。為此，本文從電磁成形基本原理出發(fā)，分析了電磁力分布主要取決于線圈結(jié)構(gòu):針對(duì)管件壁厚減薄問(wèn)題，提出采用徑向電磁力與軸向電磁力雙向加載的施力方式，增加材料軸向流動(dòng)性:針對(duì)管件軸向變形非均勻問(wèn)題，提出凹型徑向電磁力加載方法，削弱因端部效應(yīng)導(dǎo)致的軸向變形非均勻性。
【結(jié) 論】
針對(duì)現(xiàn)有管件電磁脹形存在的問(wèn)題，本文提出來(lái)用徑向電磁力與軸向電磁力雙向加載的施力方式以減小工件壁厚的減薄量:同時(shí)提出采用凹型線圈削弱管件中部變形量達(dá)到改善軸向變形均勻性的目的。軸向電磁力能增加工件材料的流動(dòng)性，使材料能及時(shí)補(bǔ)充到脹形減薄區(qū)，可有效減小工件壁厚的減薄量”凹型”分布的徑向電磁力會(huì)明顯減小管件中部的變形量，使管件在軸向上變形更加均勻。顯然，通過(guò)合理設(shè)計(jì)線圈結(jié)構(gòu)能夠解決管件電磁脹形存在的問(wèn)題，后續(xù)相關(guān)的 驗(yàn)研究將進(jìn) 步推動(dòng)電磁成形技術(shù)的發(fā)展。
以下是正文：
