轴向-径向电磁力双向加载式板件电磁翻边方法研究

作     者：王于東 

作者单位：三峡大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邱立

授予年度：2021年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：电磁翻边 板件 双向加载 电磁力特性 

摘      要：翻边工艺是航空航天、汽车工业等领域制造加工过程非常重要的一项工序,其直接影响着材料的成形精度与工件的装配质量。铝合金作为轻量化材料的重要代表,在制造加工业扮演着重要角色。传统翻边加工工艺难以解决其室温下塑性低、回弹高、易撕裂等问题,严重阻碍了制造加工业的发展。电磁翻边技术是一项利用脉冲电磁力驱动金属工件高速率成形的新型加工工艺,因此得到了广大学者的广泛研究。目前,板件电磁翻边技术通常采用单线圈加载方式,翻边过程主要靠轴向电磁力驱动板件发生形变。然而,板件翻边过程由轴向胀形和径向扩径两个部分组成,单线圈加载的电磁力特性显然无法满足板件翻边过程的力场需求。为此,本文在单线圈加载的基础上提出采用轴向-径向电磁力双向加载式板件电磁翻边方法,通过引入另一线圈来增大板件翻边过程所需的径向电磁力。为了实现上述目标,本文分别从双线圈-双电源加载和双线圈串联加载两个线圈组合角度,对本文提出的方法开展研究。拟从系统放电电压和线圈结构参数两个方面着手,力图优化电磁力特性,降低翻边能耗,提升成形质量。本文的主要研究过程如下:首先,分析了单线圈加载式板件电磁翻边过程,分别从系统电压和线圈匝数两个角度揭示了单线圈加载的局限性。一、增大电压的同时线圈中的放电电流也随之增大,板件整体电磁力分布并没有得到根本的改变。二、调节线圈匝数只能很小程度的优化板件的翻边效果,板件整体的电磁力大小并没有得到较大提升。然后,基于单线圈加载时系统电压变化对板件翻边的影响规律,对双线圈-双电源加载方式进行系统电压研究。仿真结果表明,双线圈-双电源加载方式中轴向线圈的放电电压对板件翻边过程有决定性影响。轴向和径向线圈的放电电压分为3.1kV和2.9kV时板件的翻边效果最好,板件翻边高度达19.2mm。双线圈-双电源系统和单线圈系统对比发现,双线圈-双线圈加载时的线圈电流更小,板件径向位移更大贴膜性更好。最后,基于单线圈加载时线圈匝数变化对板件翻边的影响规律,对双线圈串联加载方式进行线圈结构研究。仿真结果表明,双线圈串联加载方式下径向线圈的匝数对板件翻边过程有更大的影响。放电电压3kV时,轴向和径向线圈匝数分为2×4匝和4×4匝时的板件翻边效果最好,高度可达17.1mm。相同放电电压下双线圈串联系统和单线圈系统对比发现,双线圈串联系统可有效提升径向电磁力,板件的轴向和径向位移均得到了较大提升,且能降低板件翻边贴膜所需的能耗。