集磁器对电磁成形驱动线圈发热影响及机理

在电磁成形的过程中，驱动线圈的发热是影响线圈使用寿命和放电频次的关键因素；集磁器作为一种常用的电磁成形辅助工具，目前被广泛用于改善电磁场的分布，提高工件的成形质量。然而，集磁器的引入也会影响等效电路中的等效电感参数，从而改变线圈中的电流，进而影响线圈的发热。故该文提出使用集磁器作为降低管件电磁胀形中驱动线圈发热的措施；通过理论分析和仿真模拟分析了有/无集磁器的两种方案中线圈的发热和管件的成形效果变化，以及集磁器上的温度变化。结果表明，在内径49.6mm、外径68mm、4×10匝的线圈胀形过程中，通过引入集磁器辅助，在放电电压为10.5kV时，线圈上的焦耳热减少了12.32%，最高温度降低了3.42℃，工件的最大成形深度提升至约为原来的2.76倍；进一步的分析则表明，集磁器的引入降低了等效电路中的电感和电压，使得线圈电流具有更陡的下降沿，衰减速度变快的同时减小了电流峰值，从而让线圈的热量损耗更小。该方法成本较低，容易实现，且对于线圈发热问题具有明显的优化效果，对提高电磁成驱动线圈的使用寿命和放电频次具有重要意义。     

双线圈吸引式板件电磁成形过程中的涡流竞争问题

电磁成形是利用脉冲电磁力实现轻质合金快速塑性成形的一种高能率加工技术,可显著提高材料的成形极限并改善成形性能.吸引式电磁成形则是其中的一种独特应用,利用两种不同脉宽的电流驱动同一线圈来产生吸引式电磁力,适用于板件凹痕修复、微小管件成形等领域.单线圈结构对两种电流的参数匹配要求非常严格,且能量利用效率极低.为解决这一问题,该文提出两种电流各自驱动一个线圈的双线圈结构吸引式电磁成形方案,并进行仿真验证.然而研究过程中发现,双线圈结构带来新的涡流密度竞争现象,将会引起成形缺陷.为了消除这一缺陷,该文进一步研究涡流竞争产生的原因和机制,最终通过调整线圈的结构参数,在直径200mm的AA1060-H28铝合金板件双线圈吸引式电磁成形方案中,消除成形缺陷.相关研究结果能够加深对吸引式板件电磁成形过程的理解,对于拓展电磁成形技术在板件加工上的应用具有重要意义.     

电磁成形中电磁技术问题研究进展

电磁成形是一种高速率脉冲成形技术,因其能大幅改善金属材料成形性能而得到广泛关注,其研究主要涉及材料科学与电磁技术两大问题。纵观其发展历史,电磁成形材料科学问题得到大力发展而电磁技术问题相对滞后。该文在阐述电磁成形基本原理与电磁力分布的基础上,将目前涌现的新技术划分为改善电磁力分布的电磁成形技术、改变电磁力施加方式的电磁成形技术、与传统机械加工相结合的电磁成形技术三大类别。针对每一类技术,分别阐述了其解决的技术问题、实现方案及成形效果,并进一步指出其存在的技术难点与研究方向。此外,介绍了目前解决驱动线圈结构强度与温升问题的方法,指出长寿命驱动线圈是电磁成形实现工业化应用的前提。电磁技术问题的深入研究带动了电磁成形技术的快速发展,未来仍需攻克"柔性电磁力加载"和"驱动线圈温升"两大难题,推动电磁成形工业化应用进程。     

基于双集磁器结构的管件电磁胀形研究

针对管件端部效应导致轴向变形不均匀,制约管件电磁胀形技术发展的问题,首次提出一种基于双集磁器结构的管件电磁胀形方法。首先通过采用双集磁器结构实现对管件电磁力分布的调控,然后建立管件电磁胀形电磁-结构二维轴对称模型,最后研究分析集磁器结构对电磁力分布和管件成形均匀性的影响。仿真结果表明,基于双集磁器结构的管件电磁胀形可为管件提供“凹型”分布的径向电磁力,与传统线圈相比采用双集磁器结构时所提供的算例能够显著增大管件胀形的均匀范围,从而有效解决管件轴向变形不均匀的问题。     

AZ31镁合金管件电磁吸引式成形动态特性研究

镁合金作为目前工程应用中最轻质的金属结构材料之一，因其多种优良特性而广泛应用于轻量化设备制造中。然而，镁合金在室温下的塑性形变能力较差，传统加工工艺难以满足镁合金工件成形制造的需求。利用电磁力驱动金属材料发生高速变形的电磁成形技术可有效解决上述问题，其极高的应变速率能显著改善镁合金材料的成形性能，提升室温下的成形极限。然而，目前关于镁合金电磁成形的研究，大多使用驱动片与加热装置辅助，其工装较为复杂，且工件变形质量难以保证；辅助装置的添加也难以用于微小管件的成形。因此该文提出室温下的镁合金管件电磁吸引式成形方法，通过建立有限元仿真模型，在理论上验证了其成形方案的可行性；进一步分析了放电参数、电磁参数对管件运动状态的调控规律，阐明管件变形过程中工件的动态特性。上述结论可为线圈结构设计和放电参数设计提供指导。     

基于双向电磁力加载的管件电磁翻边理论与实验

为克服传统单一径向电磁力翻边过程中翻边角度难以达到90°的缺陷,该文提出一种基于轴-径双向电磁力加载模式的电磁翻边系统来改善管件的翻边效果.仿真数据表明,与仅有径向线圈的电磁翻边系统相比,双向电磁力翻边系统中引入的强轴向电磁力在很大程度上增强了材料的轴向流动,进而提升了翻边角.此外,基于特定的铝管(AA6061-O)进行了对比实验,验证了该电磁翻边方法的有效性.实验结果表明,相同条件下基于双向电磁力加载管件电磁翻边方法的翻边角度是传统单线圈翻边模式下的3倍.显然,电磁力施加方式的改进能有效地解决管件电磁翻边存在的问题,促进电磁成形技术在工业上的广泛应用.     

飞机和风机叶片除冰用脉冲线圈结构对瞬态电磁场影响研究

在飞机和风机叶片电脉冲除冰中，为了提高线圈的脉冲效果，降低除冰装置质量，实现系统的微功耗设计，需要优化线圈结构。脉冲线圈作为脉冲除冰、脉冲焊接等应用中能源转换的关键部件，其瞬态电磁场求解复杂，一般难以得到解析解。为了研究线圈结构参数对脉冲效果的影响，该文通过推导脉冲线圈的场-路数学方程，建立脉冲线圈和目标物的物理模型，并采用有限元软件对脉冲线圈的瞬态电磁场进行计算，得到脉冲线圈电磁参数时变特性。通过脉冲线圈的脉冲冲量试验对模型的准确性进行验证，在此基础上，分析线圈匝数、截面尺寸和线圈匝间距等结构参数对脉冲电流、脉冲力、脉冲效果的影响，为电脉冲除冰应用微功耗化设计提供优化思路和技术路线。     

双管件电磁约束成形的电磁分布与均匀性变形研究

管件电磁胀形因其在轻质工领域具有成形极限高、回弹小等优点而得到广泛研究.然而传统电磁胀形过程中,存在轴向变形非均匀的问合金加题,制约了这一金属加工技术的发展.为此文中在驱动线圈和成形工件引入一约束管件来改善电磁力的分布特性,构建了基于双管件电磁约束成形方法.仿真结果表明,通过调节约束管的高度和电导率可以使成形工件取得比较高的轴向变形均匀度.此外,电磁力和成形速率的对比分析进一步表明采用基于双管件电磁约束成形方法时轴向均匀变形长度为36.3 mm,该值是传统电磁胀形方法下的2倍.显然,通过合理的引入一约束管件亦可以调节电磁力的分布规律,该研究为改善电磁力分布方式的创新提供了新的研究思路.     

管件电磁胀形过程中的材料变形性能问题与电磁力加载方案

管件电磁胀形因其在轻质合金加工领域具有明显优势而得到广泛研究。传统电磁胀形过程中,存在管件壁厚减小、轴向变形非均匀等问题,制约了这一技术的发展。提出采用径向电磁力与轴向电磁力双向加载的施力方式,构建轴向压缩式管件电磁冲胀形方法解决壁厚减薄问题;仿真数据显示,因为轴向压缩,管件壁厚减薄量由最初的15.05%降低至9.65%。进一步地,提出采用凹型线圈削弱管件中部电磁力以提高管件成形质量的方法;算例中,采用凹型线圈时最大变形区域为36mm,"凹型"分布的径向电磁力可有效改善管件轴向变形非均匀问题。显然,电磁力加载方案的改进能有效解决管件电磁胀形存在的问题,推动电磁成形技术工业化应用进程。     

连续放电下涡流效应对脉冲电感线圈温升的影响

脉冲电感线圈可产生脉冲强磁场,可应用于电磁发射、电磁成型、脉冲功率电源等多个领域。线圈通过脉冲大电流,在产生强磁场的同时,由于焦耳热温度会急剧升高,温度过高可能会使线圈发生结构损坏。考虑涡流效应单次放电时电流会集中在导体外表薄层,从而使得局部电阻和温升增高,连续放电时由于线圈存在散热过程,导线温度会重新分布,是否还需要考虑涡流效应对线圈温升的影响,目前没有相关分析。因此,本文针对连续放电下涡流效应对脉冲电感线圈温升的影响,建立了二维电感线圈电磁-热多物理场瞬态耦合传热模型。首先,计算了绝热条件下的导线温升,与理论公式所得导线温升进行对比,验证了仿真所建模型的准确性;然后分析了单次放电时考虑涡流效应与加载均匀电流时电感线圈电流密度以及温升的分布特点,对比了两种加载方式下线圈不同时刻的温升差异;最后对连续放电条件下两种加载方式的线圈温升进行了对比分析,结果表明：1 ms电流峰值时刻考虑涡流效应的线圈存在严重的集肤效应,导线外表面温升最高,20 ms时刻由于温度的累积效应以及导线热传递作用,导线各匝温度分布均匀,与加载均匀电流的导线温升一致;六次放电后,放电间隔分别为6 s与50 s时,考虑...