管坯電磁脹形及其成形極限研究.pdf

1、電磁成形是利用放電過(guò)程中，坯料上產(chǎn)生的洛侖茲力成形工件的一種高能率成形技術(shù)，可應(yīng)用于航空、航天、汽車制造等領(lǐng)域。電磁成形時(shí)磁壓力時(shí)空分布不均勻，單純的解析法難以完整準(zhǔn)確的表達(dá)磁壓力時(shí)空分布的全景，因此無(wú)法準(zhǔn)確求解電磁成形過(guò)程，這是阻礙電磁成形理論發(fā)展的一個(gè)重要瓶頸。本文采用松散耦合的方法，通過(guò)ANSYS/EMAG、ANSYS/LSDYNA模塊分別求解電磁成形中的時(shí)變電磁場(chǎng)和結(jié)構(gòu)場(chǎng)，這樣可充分發(fā)揮兩種模塊在不同領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，利用ANSYS/

2、EMAG求解電磁場(chǎng)的準(zhǔn)確性和ANSYS/LSDYNA計(jì)算高速變形的快速有效性，計(jì)算的結(jié)果優(yōu)于解析求解與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合的較好，說(shuō)明松散耦合方法是目前計(jì)算電磁成形多場(chǎng)耦合問(wèn)題的有效方法。通過(guò)電磁場(chǎng)求解給出了不同條件下管坯自由電磁脹形時(shí)磁壓力的時(shí)空分布，這對(duì)于理解管坯自由電磁脹形時(shí)的變形行為給出直觀的依據(jù)。
　　定義磁壓力分布不均勻系數(shù)S為管坯端部和中部徑向磁壓力的比值，來(lái)表征磁壓力不均勻分布的程度。結(jié)果表明隨著管坯厚度和放電頻率的增加，

3、磁壓力分布不均勻性降低。線圈長(zhǎng)100mm時(shí)，根據(jù)S值的大小，將不同尺寸管坯的變形行為進(jìn)行歸類，給出了管坯均勻成形的條件和臨界相對(duì)長(zhǎng)度，并研究了線圈長(zhǎng)度對(duì)臨界相對(duì)長(zhǎng)度的影響。
　　通過(guò)有用磁沖量的引入，分析了放電頻率對(duì)管坯電磁成形的影響，給出了確定最佳頻率的的方法，討論了線圈與管坯間隙和線圈與管坯相對(duì)位置的影響，指出管坯電磁翻邊的最佳位置。
　　討論了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)階梯線圈電磁成形的影響，結(jié)果表明隨著相對(duì)直徑的增大，大徑區(qū)的應(yīng)變梯

4、度減小，管坯中部的應(yīng)變分布趨于均勻；過(guò)渡區(qū)應(yīng)變?cè)龃笄易冃翁荻嚷杂性龃?；近單拉?yīng)變點(diǎn)由過(guò)渡區(qū)向小徑區(qū)轉(zhuǎn)移，當(dāng)相對(duì)直徑趨近1時(shí)，變?yōu)橹甭菥€管線圈，近單拉應(yīng)變點(diǎn)在小徑區(qū)的端部。隨著相對(duì)長(zhǎng)度的增加，管坯中部相對(duì)均勻變形區(qū)間增大，工件中部主應(yīng)變的絕對(duì)值增大，過(guò)渡區(qū)的應(yīng)變梯度增大。試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值模擬的結(jié)果吻合較好，進(jìn)一步驗(yàn)證了松散耦合法在求解電磁成形方面的有效性。
　　分析了組合線圈電磁成形規(guī)律，得到兩個(gè)串聯(lián)螺線管線圈電磁成形時(shí)磁壓力的分布規(guī)

5、律和變形規(guī)律，討論了線圈間距和線圈匝數(shù)對(duì)組合線圈電磁脹形的影響，對(duì)改變線圈結(jié)構(gòu)控制磁壓力分布從而控制管坯的變形行為作了進(jìn)一步研究，這為實(shí)現(xiàn)電磁無(wú)模脹形作了進(jìn)一步的研究工作。
　　采用ANSYS/STRUCTURE模塊，通過(guò)自定義的斷裂準(zhǔn)則對(duì)高速成形下材料的極限成形性能進(jìn)行嘗試性研究。分析表明材料的斷裂應(yīng)變隨成形速度的增大而增大，這表明對(duì)于率不敏感材料，慣性是其塑性增強(qiáng)的首要因素，試驗(yàn)結(jié)果表明圓環(huán)的尺寸對(duì)電磁成形條件下的極限成形性能