电磁成形技术综述.doc

电磁成形技术摘 要: 电磁成形技术是一种高速率成形技术，虽然尚未发展到大规模工业化应用的程度，但具有广阔的前景。本文介绍了电磁成形技术的原理及特点，并介绍在电磁粉末压制、电磁冲裁、板件成形的应用。关键词: 电磁成形；粉末压制；电磁冲裁；板件成形1 电磁成形技术的发展电磁成形工艺是一种新兴的高能率成形技术,是利用瞬间的高压脉冲磁场迫使坯料在冲击电磁力作用下,高速成形的一种成形方法。20世纪20年代，研究人员在脉冲磁场实验中发现在磁场中用来成形的线圈会发生膨胀甚至破裂，这激发了研究人员对于电磁成形技术的研究。从20世纪50年代末出现第一台电磁成形机后陆续出现各种能量的电磁成形机，电磁成形技术开始在航空航天，汽车等行业得到应用。80年代后，电磁成型技术已经发展较为成熟并在欧美等发达国家开始广泛的应用，并且已经系列化、标准化。在国内,70年代末期,哈尔滨工业大学开始研究电磁成形的基本理论及工艺,并于1986年成功研制了我国首台生产用电磁成形机。目前,电磁成形技术已可应用于板料的冲压成形，管件的连接扩孔等领域。2 电磁成形原理及设备电磁成形的基本原理就是电磁感应定律，由电磁感应定律可知变化的电场周围会产生变化的磁场，变化的磁场又会在其周围空间激发涡旋电场，处于此电场中的导体中就会产生感应电流，带电导体在变化的磁场中就会受到电磁力，电磁成形技术就是以此为动力作用在工件上，使工件发生变形。电磁成形设备是实施电磁成形的工具,其结构、参数和性能对电磁成形具有决定性的作用。设备原理如图1所示,高压变压器经整流后恒压充电,在贮能电容器储存能量,放电开关采用火花间隙开关,当电压达到间隙开关的击穿电压时,间隙开关被击穿,成为高压通路,贮能电容器通过间隙放电开关将所储存的全部能量释放到工作线圈中,这.过程发生在几十到几百微秒的瞬间,瞬时放电功率可达125个百万千瓦电站发出的功率。线圈产生的高强度磁场使坯料受力从而产生变形,坯料变形时的运动速度可达每秒数百米。图1 电磁成形设备原理为满足电磁成形工艺要求，工作线圈应具备以下特点:可高效率地把电能转变成毛坯塑性变形功；具有足够的强度及可考的绝缘性；适宜的放电频率；必要的冷却。成型设备能量的估算一般采用下式：W=A/式中: W必要的电磁成形机能量（J）；A变形功（J）；效率，其值可查有关手册。3电磁成形特点(1) 瞬间作用在毛坯上无机械接触,并且是高速度、高质量的加工方法,容易实现生产过程的机械化和自动化；(2) 高速成形,每分钟工作数百次,成形效率高；(3) 生产条件好、无污染及维护简单；(4) 工装设备及模具简单,费用低；(5) 能精确的控制所施的力,因此可实现金属与非金属的联接与装配，并对装配前的零件精度无特要求；(6) 成形零件精度高、残余应力低； (7) 无排屑,生产条件好,无污染；(8)单.的电磁成形难以获得深拉深工件；(9)并不是所有金属都使用,低电导率的材料需要高电导率的材料做驱动体；(10)毛坯几何尺寸有严格要求；(11)成本高,适用性窄。4 电磁成形工艺应用电磁成形可广泛用于管材的胀形、缩径、冲孔翻边和连接、板材冲裁、压印和成形组装件的装配、粉末压实、电磁铆接及放射性物质的封存。4.1 电磁粉末压制图2 粉末的电磁压制示意图1.座套，2.线圈，3.驱动片，4.放大器，5.冲头，6.凹模分体式嵌套，7.凹模，8.粉末，9.下模板，1O.螺栓，11-导柱，12.上模板，13.螺母如图2所示，储能电容器向线圈放电后，线圈中就产生一强脉冲电流，并在线圈的周围空间感应出一个变化的磁场，并在驱动片上激发感应涡流，同时这个感应涡流也在其周围空间感应出一个变化的磁场，感应涡流在两个磁场的综合作用下产生一个强大的电磁力，经过放大器放大后推动冲头实现粉末的压制。在电磁压制过程中，脉冲电磁力在上层粉末尚未完全被压实时就以应力波的形式像下传递，制备的压坯密度分布更加均匀。此外，由于电磁压制的压制速度要远高于传统的静压制，可明显提高压坯的密度和强度。4.2 电磁冲裁电磁冲裁装置线圈放电时,磁场力使驱动片向下运动，进而驱动滑块组合件。冲头在滑块的驱动下对工件进行冲裁加工。电磁冲裁与普通冲裁相比，成形设备和模具简单，使用方便，成形率高，属于高速成形。由于成形速度快，其工件的断面质量好，端面平整光滑，无圆角带，几乎没有断裂带和毛刺。因此，电磁冲裁要优于普通冲裁，如果能将其应用于实际工业生产中，必将带来巨大的经济效益。实验用电磁冲裁工装如图3所示。图3 电磁冲裁工装1. 线圈 2.隔离板 3.滑块组合件 4.缓冲垫5.冲头4.3 电磁成形在板材成形中的应用对板材的电磁成形加工，其示基本原理如图4所示。当储能电容器向成形线圈中放电时，线圈中就产生变化的电流，由电磁感应定律可知，变化的电流会在其周围空间产生变化的磁场，随着电容器的不断充放电，就在线圈周围空间将产脉冲磁场，脉冲磁场中的工件中就会感应出电流(涡流)，工件就成为带电体，而处于急剧变化的磁场中的带电体会受到磁场力的作用，当该磁场力超过材料的屈服极限时，工件就会发生塑性变形，从而达到加工零件的目的。图1板材的电磁成形示意图1. 模具 2.工件 3.线圈 4.磁力线5 电磁成形工艺前景目前电磁成形工艺在航空航天工业的应用情况好于一般工业。这主要是航空航天工业大量使用铝合金，而电磁成形适合应用于铝合金等高导电性的材料。在其他行业(如汽车行业、仪表行业、玩具行业)