機(jī)械工程學(xué)報(bào)：管坯電磁脹形磁場特性及磁壓力分布
2022-07-28【作 者】趙志衡;李春峰;李建輝;鄧將華
電磁成形屬于高能率成形技術(shù)，具有成形迅速，成形后零件彈復(fù)小，材料極限變形能力高以及利于實(shí)現(xiàn)復(fù)合工藝等特點(diǎn)[1,2]。管坯電磁脹形工藝適用于航空、航天和兵器制造等領(lǐng)域中復(fù)雜曲面零件的成形，以及大尺寸筒形件的精密校形，尤其適合鈦合金、鈮合金等塑性較差管材的加工。求解成形過程中的磁壓力是電磁成形理論研究的基本問題之一。磁壓力的計(jì)算結(jié)果直接用于坯料的變形分析，影響變形計(jì)算的求解精度。磁壓力的計(jì)算可采用電路歸算法[1]、磁路等效法[3]、解析法[4]及數(shù)值模擬[5,6]等方法。目前多采用磁路等效法近似求解磁壓力。這種方法的前提是假設(shè)線圈與管坯均為無限長，因而得到的只是作用于管坯上磁壓力的平均值，無法獲得磁壓力的分布，且其值誤差也較大[5]，給下一步的變形分析帶來困難。近年來有限元法在電磁成形磁壓力的求解中得到應(yīng)用，有效地提高了求解精度[5,6]。有限元法的關(guān)鍵問題是確定求解區(qū)域，給出相應(yīng)的邊界條件[7]。從磁場的基本理論出發(fā)分析管坯電磁脹形時(shí)磁場的對(duì)稱性，確定求解區(qū)域，進(jìn)而討論求解區(qū)域邊界上的磁場特性，給出邊界條件。最后采用有限元法分別求解螺線管線圈和階梯形線圈電磁脹形時(shí)的磁場特性及磁壓力分布，并通過管坯自由脹形實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模擬結(jié)果。研究結(jié)果對(duì)于提高復(fù)雜曲面管類零件的成形精度和成形效率、控制磁壓力分布，實(shí)現(xiàn)無模成形具有重要意義。
【結(jié) 論】
(1)采用有限元法研究管坯電磁脹形的磁壓力時(shí)，如果線圈與管坯同軸對(duì)稱放置，那么只要建立2D模型，分析其縱剖面的1/4場域即可。
(2)管坯電磁脹形時(shí)，其磁場在對(duì)稱軸上具有A=0的特性，在對(duì)稱平面上具有磁感應(yīng)強(qiáng)度與之垂直的特性。
(3)采用有限元法可以得到管坯電磁脹形時(shí)的磁壓力分布。計(jì)算得到的磁壓力分布與試驗(yàn)所得管坯自由脹形后的外廓線基本吻合。磁壓力分布的獲得對(duì)于下一步的磁壓力分布控制和坯料變形分析都是非常重要的。
以下是正文：
