塑性工程學(xué)報(bào)：管件電磁漸進(jìn)脹形的數(shù)值模擬及成形均勻性
2022-06-11【作 者】 趙健;莫健華;崔曉輝;邱立
【前 言】
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。由于電磁成形具有加工能量可以精確控制、不損傷工件表面、零件尺寸精度高、殘余應(yīng)力低、回彈小等優(yōu)點(diǎn)，適用于鋁、鎂、鈦合金等難成形材料的高精度成形［１］。
管件電磁成形時(shí)，管坯變形分布均勻，變形硬化不顯著，因此材料的成形性得以提高，與靜態(tài)的沖壓 相 比， 電磁成形可以提高 脹形系數(shù) ３０％ ～７０％［２］。目前管件電磁成形的研究和應(yīng)用已經(jīng)很多，趙志衡［３］對(duì)管件脹形磁場力的研究表明，脹形時(shí)磁場力是體積力，在管件厚度上呈不均勻分布，由內(nèi)表面向外逐漸衰減。這一點(diǎn)對(duì)加深電磁成形機(jī)理的認(rèn)識(shí)非常有意義。文獻(xiàn)［４］用有限元方法分析了在管件內(nèi)壁施加脈沖壓力時(shí)管件的脹形，得出了位移、速度和應(yīng)變隨時(shí)間變化的曲線。文獻(xiàn)［５］分析了管件電磁成形時(shí)線圈與工件的軸向相對(duì)位置對(duì)磁場力分布的影 響，研究表明，管件受到 磁脈沖力變形時(shí)，其變形模式與準(zhǔn)靜態(tài)塑性變形不同；磁脈沖力的形式、分布與端部約束條件決定管件變形后的形 狀；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，調(diào)節(jié)管件與線圈之間的軸向位置，可以獲得多種變形形狀。
本文將漸進(jìn)成形思想融入到傳統(tǒng)的管件電磁成形工藝中，利用較小的線圈，通過移動(dòng)多次成形的方式，實(shí)現(xiàn)較大的變形。采用這種方式，可以大大降低對(duì)成形設(shè)備能量的要求，減小線圈的制作成本和維護(hù)成本，延長線圈的使用壽命。同時(shí)，該研究能夠?yàn)殡姶艧o模成形提供一定的方法和指導(dǎo)。
【結(jié) 論】
１）在已有文獻(xiàn)研究的基礎(chǔ)上，將漸進(jìn)成形思想融入到傳統(tǒng)管件電磁脹形中，提出管件電磁漸進(jìn)脹形新工藝。采用順序耦合法模擬了管件電磁漸進(jìn)脹形過程，成功的對(duì)空氣網(wǎng)格進(jìn)行了網(wǎng)格隨移，使空氣網(wǎng)格能夠隨著管件的變形，同步變形而不發(fā)生畸變，從而大大提高了磁場－結(jié)構(gòu)場之間迭代耦合分析的計(jì)算精度。采用生死單元法間接模擬線圈的移動(dòng)，并通過模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了該模擬方法的正確性，論證了管件電磁漸進(jìn)脹形工藝的可行性。
２）研究了管件電磁漸進(jìn)脹形均勻性變形的條件。通過數(shù)值模擬的方法，分析了重疊率、成形順序?qū)芗鶆蛐猿尚蔚挠绊懀芯勘砻?，?dāng)重疊率為５０％、成形順序?yàn)椋狻恪釙r(shí)，可獲得最佳的成形均勻性；當(dāng)重疊率為４０％，成形順序 為ａ→ｃ→ｂ時(shí)，在保證管件成形均勻性的前提下成形效率最高。對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。
以下是正文：
