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。     

线圈结构参数对电磁成形的影响

用电磁成形工艺成形工件,指导工艺试验一个重要的方面,就是磁压力的分布形式与待成形工件是否匹配。通过改变线圈的结构,可以控制磁压力的分布,进而控制毛坯的变形分布。文章采用松散耦合的方法对组合线圈(两个串连线圈)的电磁成形过程进行研究,分析了结构参数对电磁胀形的影响。给出不同条件下磁压力的时空分布,并对管坯电磁胀形过程进行分析。这对研究线圈结构对磁压力分布的影响,进而实现电磁无模成形具有重要意义。     

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%。     

多缝隙集磁器的磁脉冲管件缩径成形及连接

磁脉冲管件缩径是金属管件与金属或者非金属管件、杆件连接时使用的一种高速成形工艺。集磁器能显著提高磁脉冲的焊接效率。传统集磁器中通常存在一个缝隙,用于改变感应电流流向,进而调控磁力分布。缝隙的存在使得电磁力在周向上分布不均,靠近缝隙处的区域难以焊接,这种缺陷降低了磁脉冲管件缩径的周向均匀性。为了提高磁脉冲管件缩径的均匀性,提出了一种多缝隙集磁器结构,并研究了缝隙数目N对磁脉冲管件缩径性能的影响,最终通过电磁力分布与成形结果确定了N=4为较好的工艺参数。结果表明,带有多缝隙集磁器的磁脉冲管件缩径系统能够显著提高管件自由缩径与磁脉冲焊接周向成形的均匀性。     

管坯长度对有模电磁成形的影响

应用ANSYS有限元软件模拟了有模电磁胀形过程中的电参数及磁压力。分析了有、无模具对管坯成形电学、力学参数的影响;分析了模具形状改变对成形磁压力的影响。模拟得到不同管坯长度时管坯端部、中部所受磁压力的变化趋势。通过成形工艺试验得出,随管坯长度减小成形性得到提高。工艺试验的变形结果与模拟得到的磁压力分布规律基本吻合。     

组合摩擦对厚壁管件压弯成形的影响

在阐述了厚壁结构管件填充介质压弯成形工艺的基础上,建立了管件压弯成形过程有限元模型,研究了内外摩擦因数对管材弯曲成形过程中应力应变、成形载荷以及管壁厚度变化的影响。数值模拟结果显示:摩擦是影响管件成形的重要工艺参数。在管件的压弯成形过程中,摩擦力影响变形区的应力分布和金属流动,当选择适当的摩擦因数组合时,管件受到的应力与成形力均较小,壁厚均匀性较好。     

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。     

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。     

基于松散耦合法的电磁管件胀形3D模拟

为了解决电磁管件胀形过程中磁场-结构场之间迭代耦合3D模拟的问题,采用ANSYS/EMAG得到不同时刻管件上的磁场力分布,并将节点力作为载荷输入到ANSYS/LS-DYNA进行管件动态塑性变形分析;然后将变形后的管件和空气网格输入到ANSYS/EMAG进行下一步的磁场分析。在管件变形过程中,对空气层网格采用任意拉格朗日算法,使空气网格能够随着管件的变形而有规则地变化,避免空气单元畸变。结果表明:管件外表面轴向中心点随时间位移值与实验结果基本一致;管件最终外表面轮廓与实验结果基本吻合;管件外表面轴向中心点位移与实验结果的误差为2.5%。     

电磁成形磁场力的研究

电磁成形属于高能率成形 ,磁场力分析是其理论分析的基础 ,研究结果直接用于工件变形分析、确定电磁成形的工艺参数。本文通过分析电磁胀形的特点提出磁场力求解的归一化 ,阐述了电磁胀形磁场力求解的几种方法和各自特点。不同求解方法的对比表明 ,有限元方法求解磁场力最接近胀形实测情况。随着大型有限元分析软件的应用 ,电磁成形磁场力的研究必将进入一个崭新阶段     

Effect of tube size on electromagnetic tube bulging

The commercial finite code ANSYS was employed for the simulation of the electromagnetic tube bulging process. The finite element model and boundary conditions were thoroughly discussed. ANSYS/EMAG was used to model the time varying electromagnetic field in order to obtain the radial and axial magnetic pressure acting on the tube, The magnetic pressure was then used as boundary conditions to model the high velocity deformation of various length tube with ANSYS/LSDYNA. The time space distribution of magnetic pressure on various length tubes was presented. Effect of tube size on the distribution of radial magnetic pressure and axial magnetic pressure and high velocity deformafion were discussed. According to the radial magnetic pressure ratio of tube end to tube center and corresponding dimensionless length ratio of tube to coil, the free electromagnetic tube bulging was studied in classification. The calculated results show good agreements with practice.     

管件电磁渐进胀形的数值模拟及成形均匀性

文章将渐进成形的思想融入到传统的管件电磁胀形工艺中,提出管件电磁渐进成形的新工艺,即采用小尺寸线圈,通过移动多次成形的方式成形长管件。提出了适合于管件电磁渐进胀形工艺的顺序耦合数值模拟方法,并与一次放电、两次放电、三次放电的实验结果进行对比,模拟结果与3组实验数据均吻合。采用数值模拟的方法,进一步研究重叠率和成形顺序对管件变形均匀性的影响,研究结果表明,重叠率为50%、成形顺序为b→c→a时,可获得最佳的成形均匀性。电磁渐进成形技术应用于管件胀形工艺中具有可行性,对实际生产具有指导意义。     

电磁平板自由胀形3D数值模拟(英文)

电磁成形是一种高速率成形方法,它能够有效提高金属板材的成形极限。但是电磁成形过程复杂,涉及到磁场?结构场之间的耦合分析。数值模拟提供一种手段去解决耦合问题。然而,大多数的数值模拟都限于2D。建立3D有限元模型去分析电磁平板胀形。成形过程中考虑了板料与底模的接触和板料变形对磁场的影响。板料中心节点和半径20mm处节点的位移随着时间的变化与实验结果一致。分析了塑性应变能和塑性应变。     

电磁胀形时轴对称线圈受力的理论研究

电磁成形是在航空、航天等领域中得到应用的一种先进制造技术,理论研究涉及塑性动力学及电磁学。成形线圈设计是电磁成形工艺的关键技术之一,而设计线圈的理论依据之一是线圈受力分析。文章采用数值模拟的方法,研究了轴对称线圈胀形时的磁场,得到了成形瞬间螺线管线圈和阶梯形线圈的受力分布。采用代数解析的方法,计算了轴对称线圈所受到的磁场力的径向分量。理论研究表明,线圈受到的力是体积力,线圈的形状、结构参数和相对安装位置对线圈的受力影响很大,解析法可定性分析线圈径向受力。     

电磁胀环数值模拟研究

电磁胀环足研究高速率成形变形规律的重要实验手段之一。圆环上的磁压力分布对变形模式及分布有重要影响,本文设计两种电磁胀环方案,用有限元方法模拟分析磁压力及变形分布。结果表明,自由电磁胀环下磁压力沿轴向和径向分布不均,导致变形分布不均匀;而改用在环件两端加同材质套管的胀形后,圆环上磁压力沿径向分布均匀,轴向很小可忽略,变形分布也趋于均匀,便于变形测量及理论分析,研究高速变形规律更为有效。     

管件电磁胀形极限的实验研究

电磁成形可明显提高铝合金的的成形性，因此在汽车工业中有广泛的应用前景。本文根据电磁胀形特点对管件电磁胀形的成形极限进行实验研究，建立了1060纯铝和3A21铝合金的电磁成形极限线，并且研究了尺寸对3A21铝环的极限成形性能的影响。     

基于磁脉冲焊接的数值模拟研究

磁脉冲焊接具有有效克服铝合金等材料成形性能差、焊接困难的特点,能精确、高效控制成形过程.以铝管与钢管为连接对象,建立了瞬态电磁场分析模型,分析了磁场相关参数;通过顺序耦合的方式,将电磁力加载至变形场,并结合能量曲线分析了作用过程的结果参数.通过对磁脉冲连接的数值模拟分析,可为磁脉冲连接工艺进一步研究提供借鉴.