基于凸形集磁器的管件电磁胀形电磁力及成形性分析

针对传统管件电磁胀形存在的壁厚减薄以及轴向变形不均匀的现象，提出了基于凸形集磁器的管件电磁胀形方法，通过调控径向电磁力分布以及轴向电磁力协同加载，为同时改善管件的壁厚减薄量过大和轴向变形不均匀提供了新的技术途径。为验证成形有效性，利用COMSOL软件构造了管件二维轴对称电磁-结构耦合模型，对比分析了有无凸形集磁器时径、轴向电磁力分布、轴向变形均匀性和壁厚减薄量变化，并研究了凸形集磁器内外壁高度对管件成形的影响。结果表明，相较于传统管件胀形，新成形方法下管件轴向变形均匀性提高了4.2倍，壁厚减薄量减小了33%。     

磁脉冲焊接飞管变形过程数值模拟

建立了管-管磁脉冲焊接飞管变形过程的有限元-边界元分析3D模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件的电磁场-结构场-温度场耦合求解方法,分析了管端搭接位置和放电电流频率对飞管变形规律的影响。研究结果表明,管-管磁脉冲焊接飞管变形过程可分为3个阶段,即初始阶段、均匀缩径阶段和冲击接触变形阶段。当飞管的端部外伸出集磁器工作区时,飞管的外端(未变形的金属)对均匀缩径变形区金属的影响主要是形成大的碰撞角度、减小碰撞速度。飞管管端适当缩进集磁器工作区可使飞管上的电磁力呈梯度分布,有利于碰撞角度的形成,实现焊接的效果。温度分布结果表明,磁脉冲焊接界面温升应是多因素的综合结果,飞管的宏观塑性变形功和涡电流的焦耳热并不是实现磁脉冲焊接界面结合的唯一热源。在放电能量一定的条件下,提高放电电流频率,有利于缩短初始阶段时间,提高接触碰撞速度。     

金属管件电磁脉冲连接特性研究

采用了带有集磁器结构的电磁脉冲装置对铝合金管与钢管的连接成形进行研究。采用数值模拟和实验相结合的方法探索了集磁器所开缝隙及其宽度对于磁场力分布的影响。对接头处外管均匀性和连接强度的研究结果表明:放电电压越大,接头处外管均匀性越好、连接强度越大;两连接管间间隙越大,接头处外管均匀性越差、连接强度先变大后变小。并应用整体均匀性判据方法获得了既满足均匀性要求又能达到一定连接强度的合理管件间间隙为1.5 mm。     

电磁力体积力效应对AA5052板材动态成形性的影响

为揭示板材磁脉冲成形的增塑机制,通过设计有/无驱动片作用下的磁脉冲成形工艺方案,对比体积力和面力加载条件下的AA5052板材的平面应变成形极限问题,研究了电磁力体积力效应对材料动态成形性的影响。结果表明,板坯磁脉冲动态成形时,脉冲电磁力体积力的作用形式有助于分散变形,提高板坯的整体塑性水平。随着变形速率的增加,体积力的作用效果更加显著,板坯极限变形能力提高。     

平板集磁器对板料小区域电磁成形的影响规律

利用装配有集磁器的平板电磁成形系统,研究了金属板料小区域的电磁成形过程以及集磁器对板料电磁力的分布影响规律。结果表明：通过集磁器的磁场聚集作用,板料能够完成小区域的变形,且成形效果较好,能够贴紧凸模;板料的变形主要分为3个阶段,首先是板料中心区域受到电磁力而发生微小变形,随着电磁力的增大以及板料获得一定成形速度后,中心区域快速完成变形,最后是受力区域向板料外端移动,在惯性共同作用下发生整体的下移,完成变形。集磁器能够将板料受力区域集中在中心半径约15 mm的区域内,板料的成形高度为4 mm。     

采用有限元法设计电磁成形的非均匀线圈(英文)

电磁成形是一种使用脉冲电磁力快速成形的工艺。线圈是电磁成形系统中的一个重要组成部分,需要根据实际应用情况来设计。均匀螺旋线圈通常用在金属板材零件成形中。然而,对于这类非均匀线圈,工件中心部位的电磁力弱,从而导致变形不充分并且还有其它问题出现,如滞留气泡。因此,提出一个设计非均匀线圈的概念,以便电磁力的分布更均匀。采用有限元法对提出的非均匀线圈与传统的均匀螺旋线圈就电磁力的分布、磁场和电流密度进行比较。结果表明,非均匀线圈的电磁力分布更均匀。还计算了线圈的感应强度并进行了比较。     

板料电磁成形集磁器工作原理的模拟

文章采用有限元软件ANSYS 2D和ANSYS 3D模拟技术,研究电磁成形集磁器的工作原理。采用ANSYS2D模拟算法,研究集磁器的相对直径、厚度、中心圆孔半径等结构参数对被成形板料上电磁力分布和强度的影响,并提出提高集磁器效率和改善板料成形效果的途径;采用ANSYS 3D模拟算法,分析集磁器机理,并对ANSYS2D与ANSYS 3D的模拟分析结果进行比较,认为在保证准确度的前提下,采用ANSYS 2D模拟分析效率更高。     

铝合金筒形件磁脉冲辅助冲压成形试验研究

针对铝合金筒形件传统拉深成形中由于成形性差容易出现拉裂问题,采用拉深预成形和磁脉冲辅助成形相结合的方法对5052-O铝合金板材进行筒形件成形性试验研究,探索磁脉冲辅助冲压成形工艺提高材料成形性的可能性。并研究应用磁脉冲成形减小预成形筒形件圆角半径的工艺可行性。结果表明:与普通冲压相比,磁脉冲辅助冲压成形能够提高材料的成形性,且提高放电电压和增加放电次数能增强圆角的再变形能力,圆角变形更加均匀。普通拉深筒形件减薄最严重部位出现在筒壁和圆角相接处,而磁脉冲辅助冲压成形筒形件有两个减薄严重部位:侧壁与圆角相接处和筒底与圆角相接处。     

管件电磁成形研究

管件电磁成形是依靠磁脉冲力来实现的。影响磁脉冲力的因素很多，但是本文主要研究线圈与工件的轴向相对位置对磁脉冲力分布的影响；进而分析管件受到磁脉冲力变形时，其变形模式（方式）与准静态塑性变形不同；磁脉冲力的形式（峰值、脉宽）、分布与端部约束条件决定管件变形后的形状。在实验中，调节管件与线圈之间的轴向位置，可以完成管件的多种变形形状，验证了理论分析的正确性。     

基于板料电磁翻边的电磁力分布及成形质量影响

本文针对铝合金板料电磁翻边工艺过程,采用数值模拟方法,研究板料上的电磁力分布特性以及几何参数对电磁力分布的影响规律,并揭示电磁力分布对翻边件成形质量的影响。结果表明,铝合金板料电磁翻边中,预制孔的存在使板料上形成电磁力边缘积聚效应,板料预制孔径和成形线圈内径参数通过改变线圈投影面积比影响电磁力分布;随着线圈投影面积比的减小,电磁力边缘积聚效应更加显著,边缘电磁力密度增大;电磁力分布较均匀时,圆角区材料塑性流动更显著,成形件能获得更高的成形高度与更小的边缘减薄率,变形区厚度分布较均匀,成形质量更好。     

磁脉冲成形板坯动态结构失稳力学分析

为揭示磁脉冲成形过程中板坯的塑性失稳机制,基于板坯磁脉冲拉伸成形工艺试验,结合板坯在脉冲电磁力作用下的变形特点,对板坯在动态加载条件下的结构失稳行为进行了力学解析。结果表明,脉冲电磁力作用的板坯动态变形过程中惯性力的影响显著。惯性力作用下,板坯变形依次经历脉冲力加载和惯性运动两个典型阶段,其动态塑性变形符合初期塑性变形伴随着动能的吸收、后期塑性变形产生于动能的耗散模式。惯性力的存在使得板坯对自身的结构失稳具有自我抑制作用,有助于分散变形,提高板坯的塑性。     

脉冲MAG-TIG双电弧打底单面焊双面成形机制分析

基于中厚板打底焊接存在着自动化程度及效率低的问题,采用脉冲熔化极气体保护焊-钨极氩弧焊(MAG-TIG)双电弧热源焊接对板厚为24 mm的Q235-B进行打底焊接单面焊双面成形工艺研究及机制分析. 结果表明,脉冲MAG-TIG双电弧热源打底焊接时,利用TIG电弧与MAG电弧间的电磁力来调节MAG电弧在熔池前端的加热位置,使得一部分电弧热量直接作用于钝边上;结合焊接电弧放电行为与熔池流动分析发现,打底成形稳定性最佳时,利用TIG电弧与熔池的剪切力使得液态金属向后方流动,熔池前端底部液态金属减少,易于平衡稳定,可获得熔透均匀、连续、稳定的打底焊缝背面成形.     

铝-铜异种金属管磁脉冲辅助钎焊研究

针对铝、铜异种金属管连接,利用磁脉冲成形和钎焊的组合优势,提出将两者复合的异种金属管件焊接新工艺。采用ANSYS分析了一定电容、电压条件下磁脉冲成形外管工件受力情况,并基于磁脉冲焊接理论初步确定了磁脉冲辅助连接的最佳工艺参数,采用Zn-3wt.%Al钎料箔片作为钎料包覆层进行实验研究,研究结果表明:电压8 kV,钎料箔片厚度300μm,加热温度410℃,保温8 s时可以得到组织优良的焊接接头。焊缝接头元素成分均匀,靠近铜的区域形成了金属间化合物,靠近铝的区域形成了α-Al组织,钎料层则形成了以Zn-Al共晶组织为主,同时混合少量α-Al组织的混合体。整个焊缝组织的形成符合理论预期机制,证明了该复合工艺的可行性。     

5A02铝合金管件磁脉冲冲击弹性介质成形试验

提出管件磁脉冲冲击弹性介质成形技术,研究了放电能量、成形温度、复合成形等对5A02铝合金管件成形的影响规律。室温下,管件的变形程度随着放电能量的增加而增加(放电能量为7 kJ时,膨胀率为24%,壁厚减薄率为22%),并且最大变形位置随着放电能量的增加逐渐向中心靠近(放电能量为7 kJ时,最大变形位置位于中心区域)。当放电能量一定时,调节成形温度(25～150℃),变形管件的最大直径无明显变化,表明在磁脉冲冲击高速率成形过程中,成形温度在25～150℃范围内对5A02铝合金管件的变形影响较弱。探究了室温磁脉冲冲击弹性介质预变形与准静态成形(成形温度为100和150℃)的复合成形对5A02铝合金管件成形的影响,结果表明,复合成形较单独的准静态成形和磁脉冲冲击弹性介质成形更易于使管件获得更大的变形程度以填充模具。     

异种金属磁脉冲焊接研究进展

简述了几种常见的异种金属的压力焊接工艺,分析了磁脉冲焊接原理及特点,综述了目前磁脉冲焊接机理和工艺的研究现状,并对磁脉冲焊接技术的难点及研究趋势进行了讨论,以促进磁脉冲焊接工艺的研究与发展。     

基于冲击屈曲能量准则的磁脉冲缩径塑性失稳判据

磁脉冲成形是利用磁压力对金属坯料进行塑性加工的高能、高速率加工方法,与常规成形工艺相比有诸多优点,为高强度、难成形材料开辟了新的成形加工途径。而瞬时近似正弦衰减的脉冲磁压力和不均匀起皱变形,使圆管磁脉冲缩径压缩失稳判据研究非常棘手。文章选择王仁提出的冲击屈曲能量准则进行此塑性屈曲判据研究。首先,应用该能量准则确定冲击载荷作用下圆管产生塑性屈曲的临界冲击能量;然后,通过使临界冲击能量与磁压力脉冲第一波对工件变形和运动做功相等,建立圆管产生径向塑性压缩失稳的临界判据。研究表明,产生径向屈曲塑性变形的临界放电电压随径厚比增加而提高,其试验值与判据确定的理论值吻合较好。应用该判据能够预测使圆管产生失稳屈曲的临界放电电压(能量),使均匀径向塑性变形的定量分析成为可能。     

非对称集磁器在铝与玻璃钢磁脉冲连接中的应用

通过理论分析和数值模拟结合的方法分析了不同结构和几何尺寸的非对称集磁器对磁脉冲连接过程的影响。针对特定的铝-玻璃钢零件设计了专用的非对称集磁器,在理论分析的基础上通过数值模拟软件对集磁器在不同结构和几何尺寸下进行数值模拟,得出集磁器的电流密度和磁感应强度的分布情况,并在此基础上优化了结构参数,最终确定了集磁器几何参数;加工出非对称集磁器在磁脉冲焊接设备上对铝-玻璃钢的连接进行了试验,获得了符合气密性和剥离强度的接头并确定了铝-玻璃钢连接的工艺参数。     

大直径薄壁钢管缩径成形工艺研究

汽车车轴多采用钢管制造,两端需要进行缩颈,再焊接半轴.制造重型车桥、车轴的材料一般为厚壁钢管,可采用多次冷缩颈或热缩颈工艺.厚壁钢管的缩颈成形工艺已经较为成熟,目前薄壁钢管缩径成形方面的研究报道还较少,夏巨谌等人对薄壁钢管缩径成形过程进行了理论分析和有限元模拟;刘超,王连东等研究汽车桥壳管坯推挤一拉拔复合缩径成形工艺;...     

大口径5A06铝合金带焊缝波纹管电磁成形工艺机理

针对大口径5A06铝合金带焊缝波纹管采用传统工艺成形困难的问题，开展了带焊缝波纹管电磁成形工艺机理的研究。基于有限元软件LS-DYNA R8建立了大口径5A06铝合金带焊缝波纹管电磁成形有限元模型。基于电磁成形过程中管件成形过程、所受电磁力分布和变形历史的分析揭示了带焊缝波纹管电磁成形工艺的成形机理。结果表明，在带焊缝波纹管电磁成形过程中，管件发生多次“碰撞—反弹”的周期性变化，焊缝处材料的变形略微早于母材；管件受到的电磁力沿厚度方向由内到外逐渐降低；碰撞效应引起管件的能量损耗与应力释放，管件反弹量随着碰撞后应力的重新分配逐渐减小，进而实现带焊缝波纹管的高精度成形。     

磁脉冲焊接外管周向变形研究

采用Ansoft Maxwell电磁仿真软件模拟了磁脉冲焊接中外管表面磁感应强度分布,研究了外管周向磁感应强度分布。通过空管变形实验研究了放电电压对外管变形的影响,并以此来验证仿真结果。结果表明:集磁器开口间隙减弱了其附近位置外管上的磁感应强度,并且随着电压的增大,这种不均匀性加剧。空管变形实验表明,外管在集磁器开口间隙附近变形量比周向其它位置小,随着电压的增大,这种变形差异逐渐增大。