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                電磁成形技術在鈦合金板材成形中的應用

                瀏覽數量: 29     作者: 本站編輯     發布時間: 2021-06-09      來源: 本站

                電磁成形屬于高速率成形,在 0.1 ms 內金屬工件的局部變形速度可以達到 200m/s 以上;局部所獲得的動能相當大,材料的變形機理與低速加工時材料變形機理有很大的差別。與傳統塑性成形方法相比,高速率成形主要有以下一些優點:1) 增加材料的成形極限, 2) 減小回彈, 3) 抑制起皺。除此之外,電磁成形還有以下特點:a)非接觸,成形件表面質量好;b)易控制,重復性誤差較??;c)單邊模具(只有凸?;虬寄#?,節約了加工成本;d)不需加潤滑油,可以改善工作環境等優點。

                     上個世紀 80 年代,科研人員發現在無驅動片作用下純鈦板的變形量僅為 2.3mm。采用鋁合金驅動片成形鈦板,分析了不同鋁驅動片厚度產生的載荷大小以及不同驅動片半徑對磁場強度分布的影響。結果表明,載荷隨著驅動片的厚度逐漸增加,直到厚度等于趨膚深度,載荷趨于穩定,但是驅動片太厚的話,變形阻力增大。研究表明,電磁成形工藝下材料的變形不均勻,但是能夠明顯提高材料的成形性能。
                     采用熱涂層技術在導電性差的金屬板材上添加一層導電性好的涂層作為驅動層,可以拓展電磁成形工藝的應用范圍,充分發揮其潛力??蒲腥藛T等對 AZ310-O 鎂合金及 CP grade 1 鈦板的電磁成形行了對比分析。結果表明采用鋁合金板做驅動片可以成形鈦板,電磁成形工藝可以提高材料的成形性能。Srinivasan S采用銅驅動鈦合金板與不銹鋼板進行電磁壓印成形,研究其成形性能。研究結果表明,采用驅動片可以有效提高成形效率。
                     在國內, Li 等采用數值模擬與實驗相結合的方法系統地研究了紫銅板驅動 TC4 鈦合金電磁脹形的過程,詳細分析了驅動板與鈦板之間的相互作用過程,預測了 TC4 鈦合金板的變形速度、應變率以及能量利用率。周海洋等采用數值模擬與實驗相結合的方法對 0.8mm 厚的 T3 紫銅板驅動 TC4 鈦合金的電磁脹形工藝進行分析,發現驅動片與工件之間的沖擊力大于直接作用的電磁力,同時工件的變形滯后于銅驅動片與工件碰撞產生的沖擊波傳遞。
                    聶鵬等采用電磁校形原理,針對直徑為 300 mm、高為 600 mm、壁厚為 2 mm 的大型航空鈦合金筒形件進行校圓實驗研究,設計了一種電磁沖模校圓方法。研究表明,相同放電電壓條件下,采用電磁沖模校圓方法較采用常規電磁校圓方法所得的工件圓度平均值降幅增加 20%以上,保證工件成形均勻性的同時提高了設備能量利用率。采用管件端口電磁校形對內徑 23mm,壁厚 1mm 的 TC4 管件進行電磁校形實驗,并將管件端口的圓度作為評價指標,研究了放電電壓、線圈層數、放電次數及驅動片厚度對鈦管電磁校形的影響。
                     研究表明:提高放電電壓可有效提高校形效果,當放電電壓一定時,可通過增加線圈層數來提高校形精度;放電次數可以解決放電電壓低鈦管變形小的問題,兩次放電后校形效果提升不明顯,增加放電次數無法從根本上提高管件電磁校形的精度;驅動片厚度的合理選擇對 TC4等低導電率材料的電磁校形具有重大意義,厚度過小與過大都會影響電磁校形的效果,其最優為趨膚深度厚度。室溫下采用帶驅動片的電磁輔助沖壓成形工藝對 TC4 板材進行圓孔翻邊,能夠完全避免翻邊圓孔橢圓化、突緣平面翹曲等缺陷, 并且設備及模具簡單、安全可控、成形效率高。
                      最近, 林遵東等采用勻壓式電磁輔助彎曲成形的方法對 TA32 鈦合金板開展實驗研究,發現電磁輔助彎曲成形方法能夠有效地提高彎曲件的成形精度,并且在一定條件下,放電能量越高,貼模效果越好、成形精度越高。帶壓緊翼的彎曲件的變形區外層過度伸長而產生減薄并開裂,不帶壓緊翼的彎曲件通過合理地控制放電電壓能夠獲得較好的成形效果。
                     為了更進一步促進電磁成形技術的應用范圍,特別是在高強度難成形材料的成形加工上,可以從以下 3 個方面開展研究工作。
                   (1)線圈技術是阻礙電磁成形技術主要瓶頸之一,發展柔性高效高強度的線圈磁體是未來的主要趨勢。隨著材料技術的發展,高強度低電阻率材料將成為線圈磁體的主要材料;利用3D 打印技術的靈活性,采用多種材料的金屬 3D 打印技術打印出帶有陶瓷絕緣的異形線圈,實現對磁場力時空分布的調控。
                  (2)高效驅動方式,可采用銅箔、鋁箔以及不均厚的驅動片,進一步提高工藝適應性。發展可以重復使用的高效驅動器,進一步提高能量利用率。
                  (3)隨著線圈技術的不斷提高,開發出鈦合金電磁成形新工藝,如鈦合金的電磁拉深、電磁壓印成形,電磁翻邊、電磁輔助彎曲等。引入其他能場(熱、振動、超聲)開發出新的鈦合金電磁復合成形工藝也將是一個重要的研究方向。


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