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  • 基于強脈沖電磁力驅動的高強度不銹鋼板件成形技術研究
    發布時間:2020-05-29 來源:本站 點擊數:129

    高強度不銹鋼板件因具有良好的耐腐蝕性能和力學性能而在汽車、船舶等領域得到了廣泛應用,是實現運載工具輕量化、提升運載性能的的一種重要金屬構件。但其在傳統準靜態沖壓工藝下存在成形性能差,普遍存在回彈大、易開裂等特征。電磁成形技術是一種高速率成形方法,能顯著提高金屬成形極限,被認為是解決傳統沖壓成形問題最有效的方法之一。然而,由于不銹鋼板件導電性能差,其在傳統電磁成形方式下,由于內部所感應產生的渦流較小而使得電磁力不足以使得工件發生足夠大的變形,且存在工件與凹模型腔貼模差的問題。為此,本文提出一種基于強脈沖電磁力驅動的高強度不銹鋼板件成形技術,并采用脈沖強磁體技術設計高強度成形線圈從而顯著提高線圈的機械強度。該技術使用電導率高的銅板或者鋁板作為驅動板,使其能夠產生足夠大的強脈沖電磁力驅動凸模(沖頭)向下運動而迫使不銹鋼鋼板成形。該技術利用電磁成形高速率成形的優勢同時又結合了傳統沖壓成形貼模性好的特點,從而能夠顯著提高工件的成形質量。在此基礎上,以316L不銹鋼材料作為研究對象,系統地開展了相關的成形方案設計、成形過程多物理場分析、實驗系統平臺搭建以及成形實驗研究。成形方案設計方面,通過對比不銹鋼板傳統電磁成形技術,基于強脈沖電磁力驅動成形技術不僅可以有效提高成形深度,而且可以解決與凹模側壁貼模性差的問題,并提出采用多次放電的方案。成形過程多物理場分析方面,對基于強脈沖電磁力驅動不銹鋼板驅動成形中的電場、磁場、溫度場、結構場等多物理場耦合過程進行分析。借助有限元軟件COMSOL來仿真分析線圈的熱阻效應、渦流效應、驅動板的運動位移以及運動速度對工件成形的影響。仿真結果表明線圈的熱阻效應對工件成形的影響微乎其微,可以忽略不計;渦流效應導致線圈電流峰值有所減小,時間常數減小,然而對工件成形有較小的阻礙作用;驅動板運動位移以及運動速度也均是起阻礙作用,且與渦流效應相比,兩者對線圈放電電流以及工件成形的影響更為明顯。實驗系統平臺搭建方面,為確保驅動成形能產生足夠的電磁力,結合實驗室現有條件和脈沖強磁體設計思路分別對電源系統、成形線圈進行了分析設計,且按照傳統沖壓成形中模具的設計思路設計了模具,均滿足驅動成形系統的要求。成形實驗研究方面,在搭建的成形平臺系統基礎上開展了一系列的實驗研究。通過單次放電實驗研究壓邊力、放電電壓、放電電容、凸模質量以及驅動板厚度對工件成形的影響。研究發現壓邊力過小時工件容易起皺,而壓邊力過大時工件壓的過死不易成形,因此壓邊力存在一個最優值;成形隨放電電壓增加而增加,但放電電壓會受到成形線圈強度和電源系統的限制,因此最好采用多次放電成形方法;當驅動板厚度均大于集膚深度且放電電壓不變時,放電電容不僅僅影響放電電流和驅動板所受電磁力的幅值,還影響其脈寬,放電電容越大,幅值和脈寬也越大,成形也越好;線圈的放電電流和驅動板所受電磁力隨凸模的質量增加而增加,但影響不大,而驅動板的速度和動能隨凸模的質量增加而減小,且效果很明顯;當驅動板厚度很薄或者很厚時,工件成形效果不好,很薄是因為驅動板厚度小于集膚深度,磁場穿透了驅動板,磁場利用率不高,而很厚是因為驅動板質量增加,其速度和動能都會減小。



    衡陽市金則利特種合金股份有限公司成立于1999年,公司主營耐蝕軟磁合金,為湖南省高新技術企業。公司自成立以來,即致力于耐蝕軟磁合金的研發。公司已具備年產耐蝕軟磁合金1萬噸的生產能力。

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