关键词： 铜铝焊接   电磁脉冲焊接   焊接参数   电磁场分析  

摘要： 基于ANSYS/Multiphysics和ABAQUS/Explicit有限元软件对铜铝平板件电磁脉冲焊接电磁场变化与变形过程及工艺参数仿真模拟。发现,要确保放电电压足够大并做好绝缘措施才能保证焊接实现;相同焊接参数下,提高放电电压会使工件撞击时的速度增加有利于焊接的实现;在其他焊接参数不变时选择适当板间间隙,可以提高碰撞速度,得到较理想焊接效果;靶片的厚度对焊接效果没有显著的影响。

关键词： 电磁成形   驱动导体环   感应涡流   电磁力   均匀度  

摘要： 为实现电磁成形中电磁力的可控加载,提升板件成形效果,该文提出一种基于驱动导体环的板件电磁成形技术。该技术在板件与驱动线圈之间引入一驱动环,通过改变驱动环的材料参数与几何参数实现电磁力的调控。基于特定的AA1060铝板(铝板半径70 mm,铝板成形区域半径50 mm)进行了仿真研究。仿真数据表明,驱动导体环的材质和几何结构的变化可以改变感应涡流从而实现电磁力的调控。与传统板件电磁成形相比,基于驱动导体环的板件电磁成形均匀成形范围Dr提高了1.61倍。在仿真基础上,通过驱动导体环板件电磁成形实验验证了仿真模型的可靠性。综上所述,基于驱动导体环的电磁成形技术能有效提高板件成形的均匀度。

关键词： 电磁脉冲焊接   双线圈   铝-铜焊接   中间层   剪切不稳定性  

摘要： 电磁脉冲焊接作为一种先进的异种金属固相焊接技术，以其独特的优势在电力传输、汽车制造及制冷设备等领域获得了广泛应用。然而，该技术焊接的Al-Cu接头面临焊缝处存在金属间化合物、裂缝等中间层生成的问题，造成焊缝力学性能降低。该文根据电磁脉冲焊接接头中间层的形成机理，提出基于双线圈结构的电磁脉冲焊接方法，通过降低焊接界面板件运动速度水平分量降低界面剪切效应，从而抑制焊缝金属间化合物中间层生成。为验证该方法的有效性，基于电磁-力耦合有限元仿真模型，对比了基于单、双线圈结构的电磁脉冲焊接过程中的电磁参数分布特性，并将仿真的板件运动过程和实验对比，最后观测接头界面的形貌。结果表明，基于单线圈结构的电磁脉冲焊接接头界面出现了明显的中间层；基于双线圈结构的电磁脉冲焊接接头界面无中间层产生，界面形貌剪切效应较低，且接头拥有良好的力学性能。

关键词： 电磁胀形   双向电磁力   均匀性  

摘要： 为解决传统板件在电磁胀形中变形不均匀的问题,提出一种基于双向电磁力加载的板件电磁胀形方法。通过COMSOL模拟软件建立了板件电磁胀形的二维轴对称仿真模型,在阐明板件电磁胀形基本原理的基础上,研究了系统结构参数对板件成形均匀性的影响,并与传统电磁力加载方式进行了对比分析。结果表明,双向电磁力加载可有效抑制板件中间区域的凸起,使得板件成形均匀性大幅度提高。在胀形高度保持一致的情况下,板件最大均匀变形区域由22.5 mm增加到61.2 mm,增加为原来的2.7倍。因此,通过设计合理的系统参数,双向电磁力加载方法可改善板件电磁胀形均匀性不足的问题。

关键词： 电磁成形   动态特性   管件   吸引力   AZ31镁合金  

摘要： 镁合金作为目前工程应用中最轻质的金属结构材料之一,因其多种优良特性而广泛应用于轻量化设备制造中。然而,镁合金在室温下的塑性形变能力较差,传统加工工艺难以满足镁合金工件成形制造的需求。利用电磁力驱动金属材料发生高速变形的电磁成形技术可有效解决上述问题,其极高的应变速率能显著改善镁合金材料的成形性能,提升室温下的成形极限。然而,目前关于镁合金电磁成形的研究,大多使用驱动片与加热装置辅助,其工装较为复杂,且工件变形质量难以保证;辅助装置的添加也难以用于微小管件的成形。因此该文提出室温下的镁合金管件电磁吸引式成形方法,通过建立有限元仿真模型,在理论上验证了其成形方案的可行性;进一步分析了放电参数、电磁参数对管件运动状态的调控规律,阐明管件变形过程中工件的动态特性。上述结论可为线圈结构设计和放电参数设计提供指导。

关键词： 微小铝合金管件   电磁翻边   吸引式电磁力   集磁器  

摘要： 针对微小铝合金管件电磁翻边工艺,现有方法将驱动线圈置于管件端部外侧,利用双频电流法产生吸引式电磁力实现翻边。然而其翻边能力不强,基于此提出一种带集磁器的吸引式电磁力翻边方法。在现有方法基础上引入集磁器,利用其能够改变磁场位形的特点,优化电磁力分布并增大轴向电磁力,达到增强翻边效果的目的。为验证该方法的可行性,通过搭建管件翻边过程的电磁-结构全耦合有限元仿真模型,对比引入不同集磁器后的翻边效果,同时分析了不同工况对电磁力分布、电磁力密度以及磁场和涡流的影响。得出阶梯型集磁器效果最佳,结果表明,该方法下管件翻边角度从38°增大到90°。进一步分析表明,其磁通密度径向分量和涡流密度环向分量分别增大到164%和135%,作用在管件上的电磁力分布改变,峰值时刻轴向电磁力体密度明显加强,增大到211%。该方法进一步完善了对微小铝合金管件的电磁翻边成形,对拓展电磁成形技术在铝合金管件翻边上的应用具有一定意义。

关键词： 电磁成形   能量利用率   塑性能   双板-管模型  

摘要： 为了提高电磁成形能量利用率,提出了一种使用单驱动线圈实现板件和管件同时加工的电磁成形方法。根据电磁成形的原理和能量转换规律,提出了一种新的双板-管电磁胀形模型,与传统单板件电磁胀形模型和传统单管件电磁胀形模型进行对比。分析了工件的磁通密度分布、电磁力分布和能量利用率,研究了驱动线圈电流的等效脉冲宽度对电磁成形能量利用率的影响。结果表明,在相同的系统放电参数下,传统单板件电磁胀形最佳能量利用率为5.05%,传统单管件电磁胀形的最佳能量利用率为9.80%,而同时实现板件与管件加工的双板-管电磁胀形的最佳能量利用率为11.85%。显然,双板-管电磁胀形技术能够在一定程度上改善电磁成形能量利用率低下的问题,且可以同时成形板件与管件。

关键词： 电磁翻边成形   圆孔翻边   双板件   成形效率   塑性应变能  

摘要： 针对电磁翻边成形技术成形效率低的问题,提出了双板件电磁翻边成形技术。在阐明双板件电磁翻边成形原理的基础上,构建了传统单板和双板件两组仿真模型,并从驱动线圈电流波形、磁通密度、电磁力、塑性应变能、成形效率5个方面进行对比分析。结果表明:在相同的放电能量下,双板件仿真模型的塑性应变能比传统单板提高了52.28%;在相同的翻边角度下,双板件仿真模型所需的放电能量仅为传统单板仿真模型两次放电能量的60.60%,能量利用率提高了39.40%。双板件电磁翻边成形技术可使用单个驱动线圈同时实现两个板件的翻边,能够有效地解决电磁翻边成形效率低的问题,促进了电磁翻边成形技术在工业领域的广泛运用。

关键词： 电磁成形   匀压力线圈   数值模拟   洛伦兹力  

摘要： 阐述高效率匀压力板件电磁成形电磁力分布规律,改变原有结构,使原有的一体一面成形转化为一体多面,从而提高了能量转换效率,改善电磁成形效果。

关键词： 电磁成形   板件成形   匀压力成形   脉冲升流器   洛伦兹力  

摘要： 电磁成形是通过洛伦兹力实现工件塑性变形的一种特种能场成形制造技术,可显著提高材料的成形极限、降低残余应力和回弹等,在铝合金等轻质合金成形制造领域具有重要的应用前景。在已有的研究中,线圈是电磁成形系统的核心部件,其产生的脉冲磁场在金属工件中以电磁感应的方式形成涡流和洛伦兹力。然而,成形过程中的强磁场、高电压、大电流等运行工况导致线圈中承受高冲击机械载荷和热载荷,进而使得电磁成形能力因线圈寿命问题而受限。此外,现有电磁成形技术在绝大多数场合都属于非匀压力成形,在一定程度上限定了其应用范围。针对上述问题,本文以1060-H24铝合金板件为研究对象,结合数值分析和实验研究,开展了无线圈通流式电磁成形技术研究,系统探究了不同电磁和结构参数下工件的变形行为,并发展了基于脉冲升流器的全新通流成形技术,相关研究对于拓展电磁成形技术及应用具有重要的现实意义。主要研究内容和成果如下:首先,在数值模型研究方面,基于LS-DYNA建立了1060-H24铝合金板件通流成形系统的电路-电磁-结构场三维耦合数值模型,充分考虑了板件间电磁耦合作用及变形过程对放电电流和电磁力的影响,并分析了电磁求解步长和矩阵更新频率等设置对求解精度的影响。同时,搭建了通流成形实验系统并对比了仿真和实验中的电流曲线和成形高度,结果表明吻合度较好,验证了仿真模型的正确性。其次,在通流成形行为研究方面,开展了单拱和多拱模具下板件的动态成形过程及变形均匀性调控研究。单拱和多拱成形的数值和实验结果表明,通流成形可以在金属板件上产生均匀的洛伦兹力分布,实现匀压力成形;由于线路阻抗的存在,板件长度或拱形数量的增加对放电电流和成形量影响较小,从而可通过降低线路阻抗或者增加板件数量来提高成形效率。同时,通过仿真进一步探究了板件电流频率和电导率对成形均匀性的影响,结果表明在相同放电能量条件下,随着电流频率的降低,板件成形高度的横向不均匀度逐渐降低并最终趋于不变,同时板件成形高度先升高后降低,存在最优电流频率使得成形效率最大;板件横向不均匀度随着板件电导率的升高逐渐变大,而板件成形高度变化较小。最后,提出并研发了基于脉冲升流器的板件通流成形系统,以降低对开关、电源等核心部件通流能力的需求。通过Comsol Multiphysics有限元仿真软件建立了脉冲升流器的二维轴对称多物理场全耦合模型,详细分析了绕组匝数、升流器结构尺寸等对输出电流幅值和升流系数的影响,在此基础上,提出通过提高升流器半径来降低负载阻抗对带载能力的影响。副边短接测试实验结果表明,所研发的脉冲升流器副边电流幅值达96.5 k A,升流系数为29.6。此外,将该升流器应用于通流成形实验,发现升流器可以提高通流成形的能量利用率,且成形效率受线路电阻影响小。