电磁成形技术及应用
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材料成型及控制工程中的电磁辅助成型技术研究随着科技的不断进步,材料成型及控制工程领域也在不断发展。
其中,电磁辅助成型技术作为一种新兴的材料成型方法,正在引起广泛关注。
本文将探讨电磁辅助成型技术在材料成型及控制工程中的研究进展和应用前景。
首先,我们来了解一下电磁辅助成型技术的基本原理。
电磁辅助成型技术是利用电磁场对材料进行加热或加工的一种方法。
通过在材料周围或内部施加电磁场,可以改变材料的温度分布、相变行为和力学性能,从而实现对材料的精确控制和成型加工。
电磁辅助成型技术具有加热速度快、能量利用率高、成型精度高等优点,被广泛应用于金属、陶瓷、复合材料等领域。
在金属材料成型方面,电磁辅助成型技术可以提高金属的塑性变形能力和成形质量。
例如,在金属锻造过程中,通过施加电磁场,可以改善金属的流动性和变形行为,减少成形过程中的裂纹和缺陷。
此外,电磁辅助成型技术还可以用于金属的热处理和表面改性,提高金属材料的性能和耐久性。
在陶瓷材料成型方面,电磁辅助成型技术可以改善陶瓷材料的成型性能和致密度。
传统的陶瓷成型方法往往需要高温烧结才能获得高致密度的陶瓷制品,而电磁辅助成型技术可以在较低温度下实现高致密度的陶瓷成型。
通过施加电磁场,可以促进陶瓷颗粒的烧结和结合,提高陶瓷的致密度和力学性能。
在复合材料成型方面,电磁辅助成型技术可以改善复合材料的界面结合和性能分布。
复合材料由不同的材料组成,其性能往往受到界面结合的影响。
通过施加电磁场,可以调控复合材料界面的结合强度和分布,提高复合材料的力学性能和耐久性。
除了在材料成型方面的应用,电磁辅助成型技术还可以用于材料的微观结构调控和性能优化。
通过调节电磁场的参数和作用方式,可以改变材料的晶体结构、相变行为和物理性能。
例如,通过施加电磁场,可以调控材料的晶粒尺寸和取向,提高材料的强度和韧性。
此外,电磁辅助成型技术还可以用于材料的表面改性和功能化,实现材料的多功能化和智能化。
总之,电磁辅助成型技术作为一种新兴的材料成型方法,在材料成型及控制工程中具有广阔的应用前景。
铝合金电磁脉冲成形技术引言铝合金电磁脉冲成形技术是一种先进的铝合金成形方法,通过利用电磁力来改变金属的形状。
它在制造业中具有重要的应用,可以提高产品质量和生产效率。
本文将详细介绍铝合金电磁脉冲成形技术的原理、应用以及发展前景。
原理铝合金电磁脉冲成形技术是利用电磁感应原理和电磁脉冲的力学效应来改变铝合金的形状。
当通过导线通电时,会在导线附近产生电磁场。
如果导线周围有导电材料,电磁场将引起导电材料中的涡流,涡流产生的电磁力将使材料发生位移和变形。
通过控制电磁力的大小和方向,可以实现对铝合金的精确成形。
应用领域铝合金电磁脉冲成形技术在制造业中有广泛的应用。
以下是一些典型的应用领域:1. 航空航天航空航天领域对材料的要求非常高,铝合金电磁脉冲成形技术可以用于制造航空航天部件,如飞机翼、发动机外壳等。
这种成形方法可以提高零件的精度和强度,减少材料的浪费。
2. 汽车制造铝合金电磁脉冲成形技术可以应用于汽车制造,用于制造车身结构和零部件。
相比传统的压铸和锻造方法,电磁脉冲成形技术可以提供更好的材料流动性和成形性,从而获得更高的产品质量和生产效率。
3. 电子产业在电子产业中,铝合金电磁脉冲成形技术可以用于制造散热器、电池外壳等部件。
这种成形方法可以实现复杂形状的制造,提高产品的散热性能和结构强度。
4. 医疗器械铝合金电磁脉冲成形技术在医疗器械制造中也有应用,可以制造出复杂形状的器械部件,如人工关节、骨板等。
电磁脉冲成形技术可以精确控制材料的形状,满足医疗器械对精度和质量的要求。
技术发展前景铝合金电磁脉冲成形技术正不断发展,未来具有广阔的应用前景。
以下是一些可能的技术发展方向:1. 工艺改进目前的铝合金电磁脉冲成形技术还存在一些局限,如成形速度较慢、耗能较大等。
未来的发展可以通过改进工艺参数和设备结构,提高成形速度和效率,减少能量损耗。
2. 新材料应用随着新材料的不断涌现,铝合金电磁脉冲成形技术可以应用于更多的材料类型,如镁合金、高温合金等。
电磁成形原理的应用1. 电磁成形简介•电磁成形是一种利用电磁力将金属材料加工成所需形状的方法。
•电磁成形是一种非接触成形方法,可以避免传统加工方式中的切削、压力等问题。
•电磁成形可以应用于金属件的局部成形、表面修复以及复杂曲面的成形。
2. 电磁成形原理•电磁成形原理是基于安培环路定律和洛伦兹力定律。
•当通过金属材料通以电流时,会在金属表面产生磁场。
•通过激磁线圈产生的磁场可以通过改变电流的大小和方向来调节。
•当金属材料处于磁场中时,磁场中的磁力线与金属表面交互作用,形成电磁力。
3. 电磁成形的优势•高速成形:相比传统加工方式,电磁成形具有快速和高效的特点。
•节能环保:电磁成形不需要切削或压力,减少了能源消耗和材料浪费。
•精确控制:通过调节电流大小和方向,可以实现对成形过程的精确控制。
•不影响材料性质:电磁成形不会改变金属材料的物理性质和化学组成。
4. 电磁成形的应用领域4.1 航空航天领域•电磁成形可以应用于航空航天领域中的飞机结构件的成形。
•通过电磁成形可以制造出复杂曲面的薄板零件,提高飞机的结构强度和流线型。
4.2 汽车制造领域•电磁成形可以应用于汽车制造领域中的车身板件成形。
•通过电磁成形可以快速成形汽车车门、车顶等零部件,减少制造周期和生产成本。
4.3 电子产品制造领域•电磁成形可以应用于电子产品制造领域中的外壳成形。
•通过电磁成形可以制造出薄型、轻型的电子产品外壳,提高产品的外观和质感。
4.4 器械制造领域•电磁成形可以应用于器械制造领域中的零件成形。
•通过电磁成形可以制造出精密的医疗器械零件,提高器械的精度和可靠性。
5. 电磁成形的发展趋势•电磁成形技术在工业领域的应用逐渐增多。
•随着科技的不断发展,电磁成形的控制精度和成形速度将进一步提高。
•电磁成形将更加智能化,通过自动化控制和人工智能技术的应用,实现自动化的生产。
6. 总结•电磁成形是一种应用电磁力进行金属件成形的方法。
•电磁成形具有高速成形、节能环保、精确控制等优势。
电磁成形现状及发展【摘要】电磁成形工艺是一种新兴的高能率成形技术,在工业生产中应用十分广泛。
本文介绍了电磁成形在国内外的发展现状及电磁成形在管材成形、平板件成形等方面的应用,并阐述了怎样用有限元方法精确求解电磁成形过程。
最后提出了电磁成形存在问题及解决办法,展望了电磁成形的应用前景。
关键词:电磁成形;管材成形;平板件成形;有限元方法前言电磁成形工艺是一种新兴的高能率成形技术,是利用瞬间的高压脉冲磁场迫使坯料在冲击电磁力作用下,高速成形的一种成形方法。
电磁成形属于高能(高速率)成形技术,高能(高速率)成形技术种类很多,但是电磁成形排除了爆炸成形的危险性,较之电液成形更方便[1][2]。
从20世纪50年代末,电磁成形在国内外迅速发展起来,成为金属塑性加工的一种新的工艺方法,深受各工业国的高度重视。
现已广泛应用于机械、电子、汽车工业、轻化工及仪器仪表、航空航天、兵器工业等诸多领域,应用前景十分广阔。
电磁成形可广泛应用于平板成形、板材冲裁、冲孔、管材电磁胀形和缩径、翻边和连接、压印和成形、多工序复合成形、组装件的装配、粉末压实、电磁铆接、电磁焊接及放射性物质的封存等,对一些特殊零件是优先选用的成形方法。
如大型构件的精密校形、膜片无毛刺冲裁、复杂外形管件加工、导弹卡箍成形、仪器舱校形、飞机透平发动机舱成形[3]、扭矩轴及连杆装配;汽车空气调节储存器、热交换器、万向接头架、凸轮、齿轮等与驱动轴或万向轴管的连接;熔断器、绝缘器等电子元件的装配;核工业中燃料棒的成形、核废料容器的密封;电磁铆接已被泛用于波音737、747、767;而电磁粉末压制为电磁成形技术在功能陶瓷行业、敏感元件和传感器行业又开辟了广阔的应用前景。
电磁成形是利用磁场力使金属坯料变形的高速率成形方法。
因为在成形过程中载荷以脉冲的方式作用于毛坯,因此又称为磁脉冲成形。
电磁成形理论研究主要包括磁场力分析和磁场力作用下工件的变形分析,以及高速率条件下材料成形性的研究等。
电磁成形现状及发展【摘要】电磁成形工艺是一种新兴的高能率成形技术,在工业生产中应用十分广泛。
本文介绍了电磁成形在国内外的发展现状及电磁成形在管材成形、平板件成形等方面的应用,并阐述了怎样用有限元方法精确求解电磁成形过程。
最后提出了电磁成形存在问题及解决办法,展望了电磁成形的应用前景。
关键词:电磁成形;管材成形;平板件成形;有限元方法前言电磁成形工艺是一种新兴的高能率成形技术,是利用瞬间的高压脉冲磁场迫使坯料在冲击电磁力作用下,高速成形的一种成形方法。
电磁成形属于高能(高速率)成形技术,高能(高速率)成形技术种类很多,但是电磁成形排除了爆炸成形的危险性,较之电液成形更方便[1][2]。
从20世纪50年代末,电磁成形在国内外迅速发展起来,成为金属塑性加工的一种新的工艺方法,深受各工业国的高度重视。
现已广泛应用于机械、电子、汽车工业、轻化工及仪器仪表、航空航天、兵器工业等诸多领域,应用前景十分广阔。
电磁成形可广泛应用于平板成形、板材冲裁、冲孔、管材电磁胀形和缩径、翻边和连接、压印和成形、多工序复合成形、组装件的装配、粉末压实、电磁铆接、电磁焊接及放射性物质的封存等,对一些特殊零件是优先选用的成形方法。
如大型构件的精密校形、膜片无毛刺冲裁、复杂外形管件加工、导弹卡箍成形、仪器舱校形、飞机透平发动机舱成形[3]、扭矩轴及连杆装配;汽车空气调节储存器、热交换器、万向接头架、凸轮、齿轮等与驱动轴或万向轴管的连接;熔断器、绝缘器等电子元件的装配;核工业中燃料棒的成形、核废料容器的密封;电磁铆接已被泛用于波音737、747、767;而电磁粉末压制为电磁成形技术在功能陶瓷行业、敏感元件和传感器行业又开辟了广阔的应用前景。
电磁成形是利用磁场力使金属坯料变形的高速率成形方法。
因为在成形过程中载荷以脉冲的方式作用于毛坯,因此又称为磁脉冲成形。
电磁成形理论研究主要包括磁场力分析和磁场力作用下工件的变形分析,以及高速率条件下材料成形性的研究等。
电磁成形仿真案例电磁成形仿真是一种基于电磁理论和有限元分析的仿真方法,用于预测和优化金属材料在电磁力作用下的变形行为。
通过电磁成形仿真,可以实现对金属材料的成形过程进行数字化仿真,从而减少实验试验成本和时间,并优化成形工艺。
下面列举了十个电磁成形仿真案例,以展示其在不同领域的应用和效果。
1. 电磁成形汽车车身零件在汽车制造领域,电磁成形被广泛应用于汽车车身零件的成形工艺优化。
通过仿真分析,可以预测和优化车身零件在电磁力作用下的变形行为,从而提高成形质量和减少制造成本。
2. 电磁成形航空航天零件在航空航天领域,电磁成形被用于制造复杂形状的航空航天零件。
通过仿真分析,可以确定电磁成形参数,以实现零件形状的精确控制和减少材料浪费。
3. 电磁成形医疗器械零件在医疗器械制造领域,电磁成形被用于制造高精度和复杂形状的医疗器械零件。
通过仿真分析,可以优化电磁成形工艺,提高零件的质量和性能。
4. 电磁成形船舶零件在船舶制造领域,电磁成形被用于制造船舶零件,如船体板和船舶构件。
通过仿真分析,可以预测和优化电磁成形过程中的变形行为,提高零件的质量和减少制造成本。
5. 电磁成形电子器件零件在电子器件制造领域,电磁成形被用于制造微小尺寸的电子器件零件。
通过仿真分析,可以优化电磁成形工艺,提高零件的精度和可靠性。
6. 电磁成形食品加工设备零件在食品加工设备制造领域,电磁成形被用于制造食品加工设备零件,如不锈钢容器和食品加工模具。
通过仿真分析,可以预测和优化电磁成形过程中的变形行为,提高零件的质量和减少制造成本。
7. 电磁成形新能源设备零件在新能源设备制造领域,电磁成形被用于制造新能源设备零件,如太阳能电池板和风力发电装置。
通过仿真分析,可以优化电磁成形工艺,提高零件的效率和可靠性。
8. 电磁成形家电零件在家电制造领域,电磁成形被用于制造家电零件,如不锈钢洗衣机桶和电磁炉加热盘。
通过仿真分析,可以预测和优化电磁成形过程中的变形行为,提高零件的质量和减少制造成本。
电磁成形原理及应用电磁成形是一种利用电磁场作用于金属材料造成形状改变的加工方法,也被称为电磁塑性成形或电磁冲压。
它是一种非接触式的成形方法,具有高效、高精度和低变形应力等优点,因此在航空航天、汽车制造、电子设备等领域得到广泛应用。
电磁成形的原理主要是利用电磁感应产生的洛伦兹力使金属材料发生形状变化。
当通过脉冲电流通过线圈时,会产生瞬时的磁场,进而产生电磁感应。
根据法拉第电磁感应定律,当导体(金属材料)在磁场中运动时,会受到洛伦兹力的作用,从而产生形状变化。
这种力的大小和方向与材料导电性、导热性、磁导率、导体速度等因素相关。
电磁成形的主要应用包括以下几个方面:1. 金属板材成形:电磁成形在金属板材的冲压、拉伸、弯曲等成形过程中具有重要作用。
相比传统机械压力成形方法,电磁成形不需要接触物理,可以减少对材料的损伤和变形,提高成形质量和精度。
在航空航天领域,电磁成形被广泛应用于飞机机翼、外壳等部件的成形加工。
2. 金属管材成形:电磁成形也适用于金属管材的成形加工。
通过控制电磁场的参数,可以实现对管材的膨胀、压缩、收缩等成形效果。
这种方法可以应用于汽车排气管、船舶管道等金属管件的制造过程中,提高生产效率和成品质量。
3. 金属焊接:电磁成形在金属焊接中也有应用。
通过在焊接区域施加电磁场,可以使金属材料加热并软化,从而实现焊接接头的形成。
这种方法可以减少能源消耗和应力集中,提高焊接质量和效率。
4. 电子设备制造:电磁成形还可以应用于电子设备制造领域。
例如,通过电磁成形可以实现芯片引线的形状调整,从而提高电子元器件的封装质量和可靠性。
总之,电磁成形是一种新型的金属成形方法,具有高效、高精度和低变形应力等优点。
它可以应用于多个领域,包括金属板材成形、金属管材成形、金属焊接和电子设备制造等。
随着科技的进步和工艺的改进,电磁成形在工业生产中的应用前景将会更加广阔。
电磁成形是什么原理的应用1. 介绍电磁成形是一种利用电磁力来塑造金属材料的工艺,通常用于制造复杂形状的金属零件。
这种工艺具有高效、精确、节能等优点,已被广泛应用于制造、航空航天、汽车等行业。
2. 原理电磁成形的原理是利用瞬间高强度的电磁力对金属材料进行塑性变形。
当通过金属材料通入电流时,根据右手定则,电流产生的磁场与金属材料之间相互作用,形成电磁力。
这个电磁力会使金属材料发生形状改变。
3. 应用领域电磁成形广泛应用于以下领域:•航空航天:在航空航天领域,特别是飞机制造中,电磁成形可以用来制造飞机外壳、机翼等复杂形状的金属零件。
由于电磁成形工艺减少了传统成形工艺中所需的模具和辅助工具,可以显著降低制造成本。
•汽车:电磁成形在汽车制造中的应用也非常广泛。
通过电磁成形技术,可以制造出汽车车身、车门、车顶等零件,并可以实现复杂曲面的成形。
•制造:在制造业中,电磁成形可以用于制造各种复杂形状的金属零件,如管道、容器、金属罩等。
电磁成形的高效、精确特点可以提高生产效率和产品质量。
4. 优势电磁成形相比传统成形工艺具有以下优势:•高效:电磁成形可以在很短的时间内完成金属材料的成形,大大缩短了生产周期。
•精确:电磁成形可以实现对金属材料的精确控制,可以制造出非常复杂的形状。
•节能:相比传统的机械成形工艺,电磁成形的能源消耗较低,可以达到节能的效果。
•无模具:电磁成形不需要使用传统成形工艺中所需的模具和辅助工具,可以节省模具制作的时间和成本。
5. 工艺步骤电磁成形的工艺步骤通常包括以下几个步骤:1.材料准备:选择适合的金属材料,对材料进行切割和清洁处理。
2.电磁线圈设计:根据成形零件的形状和尺寸,设计合适的电磁线圈。
3.电流通入:将设计好的电磁线圈安装在成形工装上,通过通入电流产生磁场。
4.成形操作:将待成形的金属材料放置在电磁线圈中,通过调整电流大小和方向,控制成形过程。
5.成形完成:电磁成形完成后,将金属材料取出,并进行必要的后续处理,如修整、清洁等。
电磁成形仿真案例电磁成形仿真案例:1. 钣金成形仿真:利用电磁成形技术对钣金件进行成形仿真,通过对材料的电磁力场进行调控,实现对钣金件的拉伸、压缩、弯曲等成形操作。
仿真结果可以预测成形过程中的应变分布、应力分布等关键参数,为工艺优化提供依据。
2. 电磁辅助成形:在传统成形工艺中引入电磁场,利用电磁力场对材料进行辅助成形。
例如,在冷挤压工艺中,通过施加电磁力场,可以提高材料的塑性变形能力,减小成形力和摩擦阻力,提高成形质量。
3. 电磁锤成形:利用电磁锤对金属材料进行成形,可以实现对材料的局部加热和冷却,从而改变其组织结构和性能。
仿真可以预测电磁锤成形过程中的温度分布、应变分布等参数,为工艺参数的选择和优化提供依据。
4. 电磁波冲击成形:利用电磁波的冲击效应实现对材料的成形。
通过对电磁波的能量、频率、方向等参数进行调节,可以控制材料的形状和性能。
仿真可以帮助设计人员预测电磁波冲击成形过程中的变形情况,从而指导实际操作。
5. 电磁搅拌摩擦焊接:利用电磁场对接头进行搅拌和摩擦焊接,实现材料的连接。
仿真可以预测焊接过程中的温度分布、应力分布等关键参数,为焊接工艺的优化提供指导。
6. 电磁拉伸成形:利用电磁力场对材料进行拉伸成形,实现材料的拉伸、拉伸弯曲等操作。
仿真可以预测拉伸成形过程中的应变分布、应力分布等参数,指导材料的成形工艺。
7. 电磁压缩成形:利用电磁力场对材料进行压缩成形,实现材料的压缩、压缩弯曲等操作。
仿真可以预测压缩成形过程中的应变分布、应力分布等参数,指导材料的成形工艺。
8. 电磁冷却成形:利用电磁力场对材料进行冷却成形,实现材料的冷却和形状固定。
仿真可以预测冷却成形过程中的温度分布、应力分布等参数,指导材料的成形工艺。
9. 电磁振动成形:利用电磁力场对材料进行振动成形,实现材料的振动、振动压缩等操作。
仿真可以预测振动成形过程中的应变分布、应力分布等参数,指导材料的成形工艺。
10. 电磁塑性成形:利用电磁力场对材料进行塑性成形,实现材料的变形和塑性加工。
电磁成型加工pdf电磁成型加工技术是一种利用电磁力对金属材料进行塑性变形的加工方法。
它通过在金属材料上施加电磁力来实现形状的改变,从而实现对材料的成型和加工。
电磁成型加工技术具有很多优势。
首先,它可以实现高效、快速的成型过程。
相比传统的机械加工方法,电磁成型加工无需太多的机械切削,因此可以大大节约生产时间。
其次,电磁成型加工可以实现复杂形状的成型。
由于电磁力的灵活性,可以对材料进行各种形状的变形,使得产品的设计更加灵活多样化。
再次,电磁成型加工可以实现对材料的局部加热,从而提高材料的塑性和可变形性。
这种局部加热的方式可以提升材料的成形能力,避免了全局加热所带来的问题。
在电磁成型加工过程中,有一些关键的因素需要注意。
首先是电磁力的控制。
由于电磁力的强大和复杂性,对于每种材料和成型要求,需要仔细地控制电磁力的大小和施加方式,以保证成型的精度和质量。
其次是材料的选择。
不同的材料具有不同的电磁特性和塑性变形能力,因此在选择材料时需要考虑成型的要求。
最后,是成型过程中的能量损耗问题。
由于电磁成型加工需要施加电流和磁场,会存在一定的能量损耗,需要合理控制和减少能量损耗,以提高加工的效率和经济性。
电磁成型加工技术在实际应用中也有很多发展和应用前景。
首先,在汽车制造和航空航天领域,电磁成型加工可以用于制造复杂形状的零部件和结构件,提高产品的质量和性能。
其次,在电子器件制造领域,电磁成型加工可以用于制造微型结构和微机械系统,有助于实现电子器件的小型化和高精度加工。
此外,电磁成型加工技术还可以应用于新材料的研究和开发,提高材料的可塑性和应用范围。
综上所述,电磁成型加工技术作为一种先进的加工方法,具有广阔的应用前景和发展空间。
在实际应用中,我们需要注重电磁力的控制、材料的选择和能量损耗的控制,以实现高效、精确的成型过程。
相信随着技术的不断进步和完善,电磁成型加工技术将为各行各业提供更多的加工解决方案,推动产业的发展和进步。
特种塑性成形—电磁成形目录1电磁成形工艺简介及应用实例 (1)1.1电磁成形工艺 (1)1.2电磁成形的特点 (2)1.3.1电磁成形工艺的应用简介 (3)1.3.2板料电磁成形 (5)2电磁成形工艺的应力应变特点及变形规律分析 (6)电磁成形电磁力的研究 (6)3电磁成形工艺常见缺陷形势、产生原因及预防措施。
(8)3.1管件均匀性 (8)3.2镁合金 (9)4电磁成形工艺研究现状、发展方向、国内主要研究机构、代表性人物、代表性论文。
(9)4.1工艺研究现状 (9)2电磁成形工艺发展方向 (11)3国内主要研究机构 (13)4代表性人物 (14)5代表性论文 (14)参考文献 (14)1电磁成形工艺简介及应用实例1.1电磁成形工艺电磁成形是利用磁场力使金属坯料变形的高速率成形方法,脉冲磁场力是由电容器通过工作线圈瞬间放电所产生的,脉冲磁场力是磁场间相互排斥或相互吸引的作用力。
因为在成形过程中载荷是以脉冲的方式作用于毛坯的,因此又称为磁脉冲成形。
图1为典型电磁成形系统的原理图。
首先,由高压发生器对电容器2充电,然后让高压放电开关3闭合,电容器2通过开关3和线圈1放电,继而在电感线圈中产生强大的脉冲电流,于是,线圈中就建立起强大的脉冲磁场,见图1a所示。
若在线圈中放置导电体工件6(金属成形零件),如图1b所示,则由电磁感应定律可知,在工件6上就会产生一个阻碍脉冲磁场变化的感应电流,该电流的方向与线圈中的电流方向相反,产生一个反向磁通阻止原磁场穿过工件6,迫使磁力线密集于线圈和工件之间的间隙内,而密集的磁力线具有膨胀作用,因而工件受到一个沿半径方向向内的磁场压力,于是工件便产生压缩变形。
集磁器可用来改变简单线圈产生的磁场,使工件在指定部位产生变形。
图1 电磁成形原理图1.线圈2.电容器3.高压开关4.磁力线5.绝缘线6.工件上述原理可由左手定则来计算,如图2所示,在图2中,I为放1电线圈中的电流方向,I为工件上产生的感应电流方向,由左手定则可判定工件受到一个向内的压力的作用。
电磁成形技术及应用
规模工业化应用的程度,但具有广阔的应用前景。
文章介绍了电磁成形技术的原理及发展状况,并介绍了在平板件成形以及粉末压制领域的应用。
关键词:电磁成形;平板件成形;粉末压制
电磁成形的基本原理就是电磁感应定律,由电磁感应定律可知变化的电场周围会产生变化的磁场,变化的磁场又会在其周围空间激发涡旋电场,处于此电场中的导体中就会产生感应电流,带电导体在变化的磁场中就会受到电磁力,电磁成形技术就是以此为动力作用在工件上,使工件发生变形。
由于工件发生变形的速度非常快,时间短,所以能够显著改善材料的塑性行为,并能减小回弹量及残余应力。
1 电磁成形技术的发展概况
20世纪20年代,研究人员在脉冲磁场实验中发现在磁场中用来成形的线圈会发生膨胀甚至破裂,这激发了研究人员对于电磁成形技术的研究。
从20世纪50年代末出现第一台电磁成形机后陆续出现各种能量的电磁成形机,电磁成形技术开始在航空航天,汽车等行业得到应用。
80年代后,电磁成型技术已经发展较为成熟并在欧美等发达国家开始广泛的应用,并且已经系列化、标准化。
目前,电磁成形技术已可应用于板料的冲压成形,管件的连接扩孔以及粉末压制等众多领域。
2 电磁成形在板材成形中的应用
对板材的电磁成形加工,其示基本原理如图1所示。
当储能电容器向成形线圈中放电时,线圈中就产生变化的电流,由电磁感应定律可知,变化的电流会在其周围空间产生变化的磁场,随着电容器的不断充放电,就在线圈周围空间将产脉冲磁场,脉冲磁场中的工件中就会感应出电流(涡流),工件就成为带电体,而处于急剧变化的磁场中的带电体会受到磁场力的作用,当该磁场力超过材料的屈服极限时,工件就会发生塑性变形,从而达到加工零件的目的。
2.1 电磁成形加工高强钢
随着全球汽车数量的不断增加,能源短缺、环境污染等一系列问题随之而来,采用高强度钢来使汽车轻量化已经成为目前汽车行业的发展趋势。
但高强度钢的屈服强度和抗拉强度都很高,在压力加工过程中容易出现破裂和回弹等现象,零件的形状尺寸也难以得到精确的控制。
因此,高强钢的加工成形技术已成为当前汽车行业急需解决的难点问题。
以目前汽车行业应用较多的烘烤硬化钢(BH钢)为例,从图2可以看出在高强度钢板在均匀变形阶段,通过电磁成形加工的零件应变值要大于准静态成形加工方式,这说明电磁成形技术能够提高这两种高强度钢的成形性能。
2.2 电磁成形加工镁合金
镁合金是一种密度低,强度高,电磁屏蔽性能好,减震抗震性能优良且无污染的金属材料,在航空航天、军事以及汽车等领域具有非常广阔的应用。
但镁合金的在常温下的塑性较差,难以加工成形,这大大限制了其在工程中的应用和发展。
通过图3可以看出镁合金板材通过电磁成形加工的成形极限要高于杯突实验条件下的,说明通过电磁成形加工也能提高镁合金板材的塑性变形能力。
3 电磁成形在粉末压制领域中的应用
如图4所示,储能电容器向线圈放电后,线圈中就产生一强脉冲电流,并在线圈的周围空间感应出一个变化的磁场,并在驱动片上激发感应涡流,同时这个感应涡流也在其周围空间感应出一个变化的磁场,感应涡流在两个磁场的综合作用下产生一个强大的电磁力,经过放大器放大后推动冲头实现粉末的压制。
在电磁压制过程中,脉冲电磁力在上层粉末尚未完全被压实时就以应力波的形式像下传递,制备的压坯密度分布更加均匀。
此外,由于电磁压制的压制速度要远高于传统的静压制,可明显提高压坯的密度和强度。
无镉中温银基钎料在焊接时的润湿性和填缝性能优异,且焊接接头的强度、塑性、导电性以及耐腐蚀性能优良,在微电子封装、航天、军工等行业中具有十分重要的应用价值。
将某无镉中温银基钎料的基础粉末在一定的放电电压及电容下,采用不同的平面螺旋线圈进行电磁压制和在压力机上进行压制(150 MPa)得到的压坯相对密度如图5所示。
从图中可以看到,通过选择合适的放电参数,可获得相对密度远高于在150 MPa静压力下所获得的压坯致密度。
4 展望
电磁成形技术具有单位能量小、效率高、材料微观变形均匀、成本低、加工质量好且无污染等优点。
电磁成形技术应用在高强度钢、镁合金的加工过程中,改善成形性能,提高成形极限;也可以在粉末压制过程中提高压坯的密度及分布的均匀性。
这些都顺应了当前工业领域的发展要求,随着电磁成形技术的越加成熟和完善,将在众多工业领域中得到越来越广泛的应用。
参考文献:
[1] 李春峰.高能率成形技术[M].北京:国防工业出版社,2001.
[2] 夏晓锋.高强钢板电磁成形实验研究[D].武汉:武汉理工大学,2011.
[3] 刘鹏.镁合金板材电磁成形实验研究[D].武汉:武汉理工大学,2008.
[4] 黄尚宇,常志华,田贞武,等.粉末低电压电磁压制的实验研究[J].塑性工程学报,2001,8(3).。