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，可應用于航空、航天、汽車制造等領域。電磁成形時磁壓力時空分布不均勻，單純的解析法難以完整準確的表達磁壓力時空分布的全景，因此無法準確求解電磁成形過程，這是阻礙電磁成形理論發(fā)展的一個重要瓶頸。本文采用松散耦合的方法，通過ANSYS/EMAG、ANSYS/LSDYNA模塊分別求解電磁成形中的時變電磁場和結構場，這樣可充分發(fā)揮兩種模塊在不同領域的優(yōu)勢，利用ANSYS/

2、EMAG求解電磁場的準確性和ANSYS/LSDYNA計算高速變形的快速有效性，計算的結果優(yōu)于解析求解與試驗數(shù)據(jù)吻合的較好，說明松散耦合方法是目前計算電磁成形多場耦合問題的有效方法。通過電磁場求解給出了不同條件下管坯自由電磁脹形時磁壓力的時空分布，這對于理解管坯自由電磁脹形時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，來表征磁壓力不均勻分布的程度。結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100mm時，根據(jù)S值的大小，將不同尺寸管坯的變形行為進行歸類，給出了管坯均勻成形的條件和臨界相對長度，并研究了線圈長度對臨界相對長度的影響。
　　通過有用磁沖量的引入，分析了放電頻率對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位置的影響，指出管坯電磁翻邊的最佳位置。
　　討論了結構參數(shù)對階梯線圈電磁成形的影響，結果表明隨著相對直徑的增大，大徑區(qū)的應變梯

4、度減小，管坯中部的應變分布趨于均勻；過渡區(qū)應變增大且變形梯度略有增大；近單拉應變點由過渡區(qū)向小徑區(qū)轉移，當相對直徑趨近1時，變?yōu)橹甭菥€管線圈，近單拉應變點在小徑區(qū)的端部。隨著相對長度的增加，管坯中部相對均勻變形區(qū)間增大，工件中部主應變的絕對值增大，過渡區(qū)的應變梯度增大。試驗結果和數(shù)值模擬的結果吻合較好，進一步驗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，得到兩個串聯(lián)螺線管線圈電磁成形時磁壓力的分布規(guī)

5、律和變形規(guī)律，討論了線圈間距和線圈匝數(shù)對組合線圈電磁脹形的影響，對改變線圈結構控制磁壓力分布從而控制管坯的變形行為作了進一步研究，這為實現(xiàn)電磁無模脹形作了進一步的研究工作。
　　采用ANSYS/STRUCTURE模塊，通過自定義的斷裂準則對高速成形下材料的極限成形性能進行嘗試性研究。分析表明材料的斷裂應變隨成形速度的增大而增大，這表明對于率不敏感材料，慣性是其塑性增強的首要因素，試驗結果表明圓環(huán)的尺寸對電磁成形條件下的極限成形性能