材料科學(xué)與工藝：電磁脹形管坯所受磁壓力的瞬態(tài)分布
2023-03-16【作 者】李忠;李春峰;趙志衡
汽車結(jié)構(gòu)輕量化的要求使鋁合金的應(yīng)用逐年增多，在常規(guī)工藝下，鋁合金的成形范圍窄，而在電磁成形條件下具有更好的成形性能，較高的成形精度，電磁成形擴(kuò)大了鋁合金的應(yīng)用范圍，且其能量可控，因此，具有廣闊的應(yīng)用前景[1~3]。電磁成形涉及電磁場、結(jié)構(gòu)場、溫度場間復(fù)雜的實時藕合[4-9]，這使電磁成形的理論研究困難重重。管坯所受磁壓力的準(zhǔn)確求解是電磁成形變形分析、優(yōu)化成形系統(tǒng)工藝參數(shù)的基礎(chǔ)但目前尚未見有關(guān)可捕捉到相關(guān)物理機(jī)制和提供準(zhǔn)確求解的數(shù)學(xué)模型的研究報道[4]。
Bains等人[10]采用等效電路的方法把線圈和工件考慮成一次繞組，二次繞組來求解磁壓力，這種方法忽略了工件變形對線圈和工件間互感的影響，求解過程非常復(fù)雜。A 1-Hassani等人[11]采用等效磁路的方法把線圈和工件等效成一個單一電路，電感和電阻被看成是線圈和工件參數(shù)的函數(shù)，這種方法是在假定線圈和工件無限長，忽略漏磁的前提下求解磁壓力，計算結(jié)果誤差較大Lee Sung-ho等人[12]采用有限元法求解管坯電磁脹形時的磁壓力，認(rèn)為磁場集中在5倍線圈半長以內(nèi)的空間，遠(yuǎn)場區(qū)間沒有考慮，這在磁場發(fā)生大量滲透的情況下，計算結(jié)果的誤差較大。
本文采用有限元軟件ANSYS /EMAG對管坯電磁脹形時的磁壓力進(jìn)行數(shù)值計算，使用遠(yuǎn)場單元來說明磁場在遠(yuǎn)場區(qū)間的耗散問題通過計算給出管坯不同尺寸時磁壓力瞬態(tài)分布規(guī)律，并根據(jù)端部磁壓力和中部磁壓力的比值，對管坯的變形輪廓進(jìn)行預(yù)測，給出管坯電磁脹形時均勻成形的條件。
【結(jié) 論】
（1）當(dāng)管坯長度大于線圈長度時，管坯上與線圈等高處承受軸向拉應(yīng)力;當(dāng)管坯長度小于等于線圈長度時，其值為負(fù)，管坯端部承受軸向壓應(yīng)力。
（2）當(dāng)管坯長度大于等于線圈長度時，放電電流達(dá)到峰值前，沒有明顯的磁場擴(kuò)散現(xiàn)象，放電電流到達(dá)峰值后，才有明顯的磁場擴(kuò)散現(xiàn)象;當(dāng)管坯長度小于線圈長度時，整個瞬態(tài)過程都有磁場的滲透，管坯越短，擴(kuò)散現(xiàn)象越嚴(yán)重。
（3）相對長度位于R1區(qū)間，管坯變形不均勻，變形后的管坯呈“喇叭口”狀;相對長度位于R2區(qū)間，管坯變形同樣不均勻，端部變形比中部小，變形后的管坯成“紡錘”狀;在相對長度趨近0.92和0時，管坯變形均勻，母線基本為直線。
以下是正文：
