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多道次冲压与电磁渐进成形复合工艺下薄壁椭球件塑性变形机制

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塑性工程学报 2024年第4期31卷 243-253页

作者：杜志浩韩栋张旖诺毛晓博崔晓辉中航西安飞机工业集团股份有限公司陕西西安710089 中南大学轻合金研究院湖南长沙410083 中南大学极端服役性能精准制造全国重点实验室湖南长沙410083

为解决大尺寸变曲率薄壁椭球件常规成形易失稳起皱、尺寸超差和装备复杂等问题,提出了多道次冲压与采用环形线圈渐进成形制造薄壁椭球件的方法。采用ANSYS和ABAQUS软件联合分析了准静态冲压和线圈多次放电对零件不同区域应力应变状态和... 详细信息

为解决大尺寸变曲率薄壁椭球件常规成形易失稳起皱、尺寸超差和装备复杂等问题,提出了多道次冲压与采用环形线圈渐进成形制造薄壁椭球件的方法。采用ANSYS和ABAQUS软件联合分析了准静态冲压和线圈多次放电对零件不同区域应力应变状态和成形质量的影响。结果表明:环形线圈正对的板料区域在电磁力作用下发生高度变形,材料周向压应力出现高频振动并大幅度衰减,有效抑制了起皱产生。传统直接冲压高度为60 mm时,板料起皱位移可达7 mm。采用多道次冲压与电磁成形复合的方法,零件起皱被完全抑制。采用有限元模拟得到的最佳工艺参数,建立了实验工装并获得表面光滑的椭球形零件。

关键词：电磁渐进成形薄壁椭球件失稳起皱数值仿真

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大型铝合金构件的多道次电磁渐进成形

锻压技术 2024年第9期49卷 146-156页

作者：刘贤龙黄亮李径亮温春威陈荣创李劲波徐肖飞王敏李兵李建军湖北汽车工业学院材料科学院与工程学院东风汽车集团有限公司研发总院华中科技大学材料成形及模具技术国家重点实验室新余学院机电工程学院湖北隆中实验室

电磁渐进成形具有提高材料成形性能和减小回弹等优点，为大型铝合金构件的成形制造提供了一种全新的工艺方法。以运载火箭用大型铝合金贮箱箱底构件的典型缩比件为研究对象，使用自主设计的电磁渐进成形工装验证了所建立的多道次电磁渐... 详细信息

电磁渐进成形具有提高材料成形性能和减小回弹等优点，为大型铝合金构件的成形制造提供了一种全新的工艺方法。以运载火箭用大型铝合金贮箱箱底构件的典型缩比件为研究对象，使用自主设计的电磁渐进成形工装验证了所建立的多道次电磁渐进成形模型，通过模拟确定了多道次电磁渐进成形的层高和层数，并通过多道次电磁渐进成形实验确定了符合精度要求的贮箱箱底缩比件。探讨了大型铝合金构件多道次电磁渐进成形的工艺可行性，揭示了成形过程中的塑性变形行为，并建立了成形过程的控制方法，研究结果可为电磁渐进成形工艺在大型铝合金构件中的应用奠定理论基础。

关键词：大型铝合金构件多道次多层电磁渐进成形塑性变形

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铝合金大型薄壁构件电磁渐进成形数值模拟

塑性工程学报 2022年第6期29卷 41-50页

作者：薛克敏刘超李萍严思梁合肥工业大学材料科学与工程学院安徽合肥230009 华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074 西北工业大学陕西省高性能精确成形技术与装备重点实验室陕西西安710072

为精确控制铝合金大型薄壁构件电磁渐进成形质量,基于LS-DYNA EM平台建立了铝合金大型薄壁构件双线圈电磁渐进成形三维有限元模型,通过数值模拟研究了双线圈放电时板料的动态变形行为,并探究了自由拉胀成形阶段放电电压、放电间隙、放... 详细信息

为精确控制铝合金大型薄壁构件电磁渐进成形质量,基于LS-DYNA EM平台建立了铝合金大型薄壁构件双线圈电磁渐进成形三维有限元模型,通过数值模拟研究了双线圈放电时板料的动态变形行为,并探究了自由拉胀成形阶段放电电压、放电间隙、放电路径和偏转角度对成形质量的影响规律。结果表明:应力波由两线圈作用区域开始以近圆的形式向外传播,在板料中心处汇聚后沿双线圈中心连线垂直方向继续传播,直至动能耗尽;从双线圈作用区域到板料中心,等效应变逐渐增大,随着应力波不断传播,传播路径上单元的应变速率逐渐减小。采用小间隙、“低+高”的放电电压组合及较低的线圈偏转角度有利于提高成形深度及成形均匀性;相较于顺序放电,间隔放电可以提高成形深度,但成形均匀性稍有降低。通过得到的8道次间隔放电方案能获得最大的成形深度和最佳成形均匀性,最大平均成形深度达到47.4 mm,最小成形深度标准差约为4.01。

关键词：铝合金大型薄壁构件电磁渐进成形双线圈动态变形行为成形质量

大型铝合金曲面零件电磁渐进成形线圈结构优化设计

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塑性工程学报 2015年第6期22卷 71-77页

作者：汪志强黄亮李建军王森博刘贤龙华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室武汉430074

针对大型铝合金曲面零件电磁渐进成形工艺中板料不均匀变形的问题,基于ANSYS多物理场模块建立电磁场-结构场耦合模型,对成形过程进行数值模拟分析,研究电磁成形线圈结构参数对板料变形行为的影响,包括:线圈层数、线圈匝间距、线圈层间... 详细信息

针对大型铝合金曲面零件电磁渐进成形工艺中板料不均匀变形的问题,基于ANSYS多物理场模块建立电磁场-结构场耦合模型,对成形过程进行数值模拟分析,研究电磁成形线圈结构参数对板料变形行为的影响,包括:线圈层数、线圈匝间距、线圈层间距、导线截面积和导线截面形状。研究表明,线圈层数增加,板料变形均匀性降低,而板料的变形量增大,多层线圈有利于提高线圈的强度和使用寿命;线圈匝间距与导线的宽度越接近,板料均匀变形效果越好;矩形导线截面的线圈相对圆形导线截面的线圈使板料变形更加均匀;线圈层间距和导线截面积对板料均匀变形影响不大,但是合理的结构参数可以提高线圈强度。提出了一种非等间距线圈结构,非等间距线圈产生的电磁场和电磁力是不均匀的,在板料半径1/3处受到的成形驱动力较大,而这种不均匀的变形力,进一步改善了电磁成形中板料的变形不均匀性,电磁成形平板线圈能与变形后的板料较好的贴合,使大型铝合金曲面零件电磁渐进成形能通过多次放电连续均匀塑性变形。通过实验验证了线圈结构优化设计的可靠性,实验结果与模拟结果基本一致,误差在12%以内。

关键词：大型铝合金曲面零件电磁渐进成形线圈结构优化设计

大型铝合金曲面件在电磁渐进成形首次放电条件下的起皱行为研究

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中国材料进展 2016年第4期35卷 284-291,261页

作者：龚航黄亮李建军戴亚雄曹全梁韩小涛李亮华中科技大学材料学院材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074 华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心湖北武汉430074

针对大型铝合金曲面件电磁渐进成形技术,采用整体压边和分块变压边力压边的方式,研究了电磁渐进成形工艺中首次放电后板料的起皱现象和规律,揭示了压边力对电磁渐进成形首次放电过程中板料起皱和材料塑性流动行为的影响。结果表明:数值... 详细信息

针对大型铝合金曲面件电磁渐进成形技术,采用整体压边和分块变压边力压边的方式,研究了电磁渐进成形工艺中首次放电后板料的起皱现象和规律,揭示了压边力对电磁渐进成形首次放电过程中板料起皱和材料塑性流动行为的影响。结果表明:数值模拟结果预测出的首次放电后易起皱区域为板料的法兰区和悬空侧壁区,与实验结果一致;整体压边方式下法兰区域和悬空侧壁区域无起皱的临界压边力分别为8.4 kN和21.6 kN;分块变压边力方式下,最靠近局部塑性变形区的压边分块上的法兰区域无起皱临界压边力为8.4 kN,最靠近悬空区的对称的两个压边分块上的悬空侧壁区域无起皱临界压边力为23.8 kN,且相比于整体压边方式的无起皱临界条件下,在分块压边方式的无起皱临界条件下板料的变形流动能力得以明显提高。

关键词：大型铝合金曲面件分块压边起皱电磁渐进成形

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铝合金大型薄壁曲面件电磁渐进成形工艺研究

铝合金大型薄壁曲面件电磁渐进成形工艺研究

作者：陈鹏合肥工业大学

学位级别：硕士

铝合金大型薄壁曲面件是掣肘航空航天等尖端制造业发展的关键结构件,传统的生产工艺已无法满足现代化制造多方面高指标要求,而结合电磁成形和单点渐进成形的电磁渐进成形同时具备两者的工艺优势,通过脉冲电磁场驱动下的动态变形逐渐累... 详细信息

铝合金大型薄壁曲面件是掣肘航空航天等尖端制造业发展的关键结构件,传统的生产工艺已无法满足现代化制造多方面高指标要求,而结合电磁成形和单点渐进成形的电磁渐进成形同时具备两者的工艺优势,通过脉冲电磁场驱动下的动态变形逐渐累积不均匀形变,进一步提升板坯的成形极限,减少传统工艺中的回弹、起皱等缺陷,为解决铝合金大型薄壁曲面件的制造问题提供了一个有广阔前景的解决思路。本课题了通过对铝合金大型薄壁曲面件成形制造全过程进行数值仿真,研究了线圈结构、放电路径、各类工艺参数对成形性的影响,对成形过程中的应力波传播规律及成形后的位移、回弹量、贴模度、减薄率等结果指标进行了表征分析。通过成形特点将全过程分为四个成形阶段,研究表明自由变形阶段顺序放电前四个道次存在明显的应力波传播特征,保持线圈Z向位移不变,随着放电道次的增加,应力波径向幅值逐渐增大,变形以拉应力为主,而周向应力表现为拉应力向压应力转变,但多为负值,变形以压应力为主。径向应力波传播规律是越靠近复杂变形区,传播周期越大,与自由变形路径相比,存在障碍的路径上应力波传播保持S-S-S-S-S-S形式;而周向应力波是越靠近强结构约束区周期越大,应力波传播保持N-N-N-N-N-N形式,整个阶段除无结构约束前提的一道次变形程度较大,其余位置成形均匀性良好。板坯拉胀成形阶段在满足成形要求的基础上通过调整工位及放电参数简化了放电路径。中心贴模阶段在保证贴模面积最大化的基础上,设计了新的线圈结构,调整工位参数后优化了贴模轮廓形貌,并通过测定区域贴模度进行了验证。侧壁贴模阶段根据贴模形貌设计了双肾形线圈,调整各方向位移及偏转角度后,以作用区贴模度为标准,完善了本阶段贴模次数及放电路径优化,最后测定板坯半径320mm区域内整体成形达到贴模,成形效果良好,最大减薄率10.6%,而均值减薄率为7.35%,符合工艺精度要求,对指导铝合金大型薄壁曲面件全过程生产制造具有重要参考意义。

关键词：电磁渐进成形数值模拟应力波线圈结构贴模度

金属钣金件电磁脉冲渐进成形有限元模拟与实验研究

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金属钣金件电磁脉冲渐进成形有限元模拟与实验研究

作者：赵健华中科技大学

学位级别：硕士

电磁成形工艺主要用于小尺寸，简单形状零件的成形，在大尺寸、复杂形状和深拉深零件成形方面应用较少。这主要是由于传统的电磁成形工艺在成形大型零件时具有设备能量不足，线圈成本较高的缺陷。本文在前人研究的基础之上，创新性的将... 详细信息

电磁成形工艺主要用于小尺寸，简单形状零件的成形，在大尺寸、复杂形状和深拉深零件成形方面应用较少。这主要是由于传统的电磁成形工艺在成形大型零件时具有设备能量不足，线圈成本较高的缺陷。本文在前人研究的基础之上，创新性的将渐进成形的思想融入到传统的电磁成形工艺中，提出了电磁渐进成形新工艺，即采用较小的线圈，通过移动多次成形的方式，实现较大的变形。采用这种方式，可以大大降低对成形设备能量的要求，减小线圈的制作成本和维护成本，延长线圈的使用寿命。本文研究了金属钣金件电磁脉冲渐进成形原理，采用有限元分析软件ANSYS建立了电磁渐进成形全耦合分析模型，采用类似“生死单元法”的技术来实现线圈的移动。本文的模拟方法考虑了工件变形对磁场分布的影响，同时采用了考虑应变率效应的材料模型，使模拟结果与实际更加接近。从模拟结果中可以看出，“生死单元法”能够有效地模拟线圈的移动。搭建了管件电磁渐进成形实验平台，对管件电磁渐进成形的模拟方法进行了实验验证，并采用数值模拟的分析方法，探究了放电电压、线圈位置重叠率和成形顺序对管件电磁渐进成形的影响规律，研究了管件均匀成形的条件。通过分析比较，得到了管件电磁渐进成形的最优工艺参数组合。搭建了平板电磁渐进成形实验平台，采用实验和数值模拟相结合的研究方法，探究了模具排气孔、放电电压和成形次数对平板电磁渐进成形的影响规律，通过分析比较，得到了平板电磁渐进成形的最优工艺参数组合。设计了适用于平板电磁渐进成形的专用设备，可实现多种电磁渐进成形工艺的柔性加工。

关键词：电磁渐进成形数值模拟生死单元法工艺参数

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管件电磁渐进胀形的数值模拟及成形均匀性

塑性工程学报 2012年第5期19卷 92-99页

作者：赵健莫健华崔晓辉邱立华中科技大学材料科学与工程学院武汉430074

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... 详细信息

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。

关键词：管件胀形电磁渐进成形重叠率成形顺序成形均匀性

大型薄壁曲面铝合金零件的电磁渐进-拉形(EMIF-SF)成形技术

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锻压技术 2019年第3期44卷 41-49页

作者：张志武崔晓辉黄长清肖小亭李建军莫健华中南大学轻合金研究院湖南长沙410083 中南大学机电工程学院湖南长沙410083 广东工业大学材料与能源学院广东广州510006 华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074

将电磁脉冲渐进成形(EMIF)和传统拉形(SF)技术结合在一起,形成一种新颖的板材复合成形方法,实现了大型薄壁曲面铝合金零件的精确制造。建立了适合该成形方法的3D有限元模型,分析了线圈结构、线圈个数、线圈移动轨迹和压板尺寸以及不同... 详细信息

将电磁脉冲渐进成形(EMIF)和传统拉形(SF)技术结合在一起,形成一种新颖的板材复合成形方法,实现了大型薄壁曲面铝合金零件的精确制造。建立了适合该成形方法的3D有限元模型,分析了线圈结构、线圈个数、线圈移动轨迹和压板尺寸以及不同尺寸压板组合对零件最终成形质量的影响。根据模拟结果,采用双腰形线圈对称放电解决材料变形不均匀的问题,采用小放电能量(成形相比,此方法能够明显抑制壁厚减薄;和传统冲压相比,此方法能够明显抑制起皱。

关键词：电磁渐进成形复合成形大尺寸薄壁零件双腰形线圈多次放电