1
实验研究 实验中所用的成形电磁线圈是由高强度聚脂漆包线绕制后镶嵌在其上刻有螺旋槽的圆盘板(厚lmm),其上刻有网格以便结果分析 实验分为无模和有模成形两种情况。1.1 无模成形 亦称自由成形,其原理如图2所示。L一 一-w-e-.___d————图l 平面线圈骨架 尼龙骨架中制成的。如图1所示。由于工作过程 中瞬时电压极高(几万伏),因而对各部分间的绝缘程度要求很高。实验中采用了绝缘性能优 良的漆包线,其外面还包了两层质地柔软,绝缘性能很好的黄蜡绸。而尼龙骨架选用的材料为聚肤胺 类尼龙1010,其绝缘性亦很强,同时工作时又在线圈与板材间垫上两层0.05mm厚的聚脂 薄膜。这样就为本装置的绝缘性能提供了切实保证,使其能安全可靠地工作;由于工作过程中冲击力很大,故又在线圈外侧套上了辅强护环来加强其整体强度。提供冲击大电流的动力装置为高压变压器和大容量电容器。 实验所用板材选用塑性和导电性能好的铝??——％——@@ 图2 电磁自由成形原理示意图 1.平面线圈2.工件3.自由模 4.护环5.P-磁场力Q-
压边力 实验所用电磁线圈性能参数为。D一100。。,s—3mm泌二Zm。,h—3mm,匝数N一 10,电感 L—7.6卜H,电阻 R—9.76mfl,其中电感采用高频Q表测得。 本实验中主要研究了放电能量,放电次数和压边力对板材成形效果的影响。11.1 放电能量的影响 在电容C—2.7PF,放电次数,t—1的情况下,改变电压U即放电能量进行了三种实验,其成形效果如图3所示。HM深度(mm一 一50 50 r径向(t’l’’l 图3 放电能量与成形效果的关系 1——U—45kV 2——U—30kV 3——U—24kV 由图可见,板材变形量随放电能量增大而增大,最大变形量出现在板材中央部位,该部位表面较其他部位光亮,且其厚度较其他部位要薄,整个工件变形呈对称状态。l·1.2 放电次数的影响 在电压U—30kV,电容C—2.7of条件下 OH变形深度(mm) 50 r径向(。m‘朴<队数勺)。\/pl的人手1、n=5 2、n=1一一进行了不同放电次数的实验,结果示于图4中。可见,增加放电次数对板成形效果几 乎无影响,仅使得成形后工件的陡度趋向平缓,工件变形趋向均匀。这是因为经过第一次放电成形 后工件与线圈间距离已增大,因而以后的放电对工件成形效果就大为减弱,因为成形所需的磁场力与该距离成反比。1.1.3压边力的影响 在U—36kV、C—2.7卜F、。一1条件下进行了不同压边力下的板成形实验,结果如图5所 示。可见,当压边力过大时,工件变形小,且其厚度变化较大,这是由于成形时胀形比增大的缘故 ,这是应力求避免的;当压边力过小时,板变形程度明显增大,即拉深比增大,但同时在工件板缘 上出现了边皱现象,这使得工件质量下降,这也是不希望的。因此在工作时一定要把握住合适的压边力。图中2号工件因其压边力合适而变形均匀。尸8形深度‘”m’径向(mm一 图5 庄边力与成形效果的关系 1.压边力大2.压边力台适3.压边力小1.2 有模成形 在图6中自由成形模处以凹模替代后即可 图6 凹模外观照片进行有模成形加工。凹模见图6中照片所示。为了使板材与凹模空腔中空气在板成形过 程中能顺利排出,不致于因瞬间高压产生高温而烧损工件与模具,必须要将腔中空气顺利排出。为此,本实验采用在模具上均市排气孔的自然排气法来解决这一问题。见图中照片所示。本实验主要研究了放电能量、放电次数和排气孔对工件成形效果的影响。12·二 放电能量的影响 有模成形下工件质量标准是看其是否贴模良好,即与凹模型腔形状尺寸是否吻合良好。图7中是在 C—2.7卜F,,。一 10条件下改变电压 U而i’5别的三种成形效果图,可见,随放电能量增大,上件贴模效果趋好。但如果放电能量过大 工件易产生冷作硬化;如果放电能量不足时,在工件中心处易形成中凹,这是因为此处压力较小<1膜腔体内空气在此处排出又进一步降低压力所致。故在实际工作中一定要选用最佳能量。一厄图7 放电能量对成形效果的影响 l——LJ一15kV 2——<7一30kV 3——L！一45kV1.2.2 放电次数的影响 在 U—36kV,C—2.7VF条件下进行了不同放电次数下的成形实验,其效果对比见图8中照片 所示。可见,随放电次数增多工件贴模效果趋好,同时发现放电要连续且各次之间间隔要短,这佯效果更好。径向— —一﹃ ’’﹄＊上,卜 一 凶 一0 一 图8 放电次数对成形效果的影响 1。n。12n=51.2.3 排气状况的影响 在 U—30kV,厂一 2.7卜F,。。一 2条件下,改变排气孔数量厂进行了实验,效果见图9所示。可见其对成形效果影响较大,排气孔少 造成型腔内空气排放不良而在工件中部产生回压作用,致使工件贴模效果欠佳而影响成形质量。但 排气孔如过多也易在工件表面出现印痕,破坏成形效果,故此,合理设置排气孔大小和数量及其什布是提高成形效果关键所在。一040 30 20 10 0 10 20 30 4()5()r径 图9 排气状况对成形效果的影响 l——N—52——N一92 板材变形规律分析 板材在电磁成形过程中将产生周向应变。厚向应变。。和径向应变。r。图10是在U一36kV, C—2.7UF条件下进行无模成形所测得的上述各应变沿径向分布情况。由图可见,在电磁成形 过程中,在整个变形压力区内工件厚度减小,而且在中部减薄最多,表明此处易破裂;径向应变在 整个变形区内分布不均,且在中部较大;周向应变在中央大部分区域内呈正向变化,即该处板材沿周向伸长,而在边部区域内呈一图10 板材周向、厚向、径向变形分布规律负向变化,即该处板材沿周向压缩。3 电磁成形效率的讨论 电磁成形过程中,电容器储存的能量经放电回路释放后作用于工件使之成形,其间经过了从储存能量到释放电磁场能量又到塑性变形功两个传递能量阶段。现分析其能量传递效率。 整个回路放电能量来自于电容器上储能WI。W;-告0其中C——电容容量 U——两端电压磁场释放能量WZ 1r. W,一一LI 2-其中L——线圈电感 I——放电电流塑性变形功W。可由下式求得 l-Y..-k、一。。_。,W.=xRi。11+(H)‘·in·(----- )’“·e。””‘·r。—’”“”。v“”R””””n+厂 (l)其中q——平均应变率 6。——.J！一卜1下二二一)“——回 Y——最大变形深度 R。——自由成形模半径 to——板材厚度 k、n——应力与应变关系系数可由实验得到传递效率7 g。VI·72(2) W。。W。^.其中:pl一六//100呢;贝一方/X100％”’“‘W””“一’‘“”‘“W””“一,” V;中损失能量包括回路电阻能量损失E;和电感上能量损失E。,且E。>El;贝中损失能量包 括消耗在板材和模具中的热能及漏磁、机械功等。一般情况下7;
@周锦进$大连理工大学此文对板材电磁成形进行了较全面的实验研究,并对板材在成形过程中变形规律进行了分析,同时对成形效率进行了讨论,为电磁成形技术的推广应用奠定了基础。1 《高能成形》编写组.高能成形.国防工业出版社Ρ湓谡霰湫吻诜植疾痪?且在中部较大;周向应变在中央大部分区域内呈正向变化,即该处板材沿周向伸长,而在边部区域内呈一 图10 板材周向、厚向、径向变形分布规律负向变化,即该处板材沿周向压缩。3 电磁成形效率的讨论 电磁成形过程中,电容器储存的能量经放电回路释放后作用于工件使之成形,其间经过了从储存能量到释放电磁场能量又到塑性变形功两个传递能量阶段。现分析其能量传递效率。 整个回路放电能量来自于电容器上储能WI。W;-告0其中C——电容容量 U——两端电压磁场释放能量WZ 1r. W,一一LI 2-其中L——线圈电感 I——放电电流塑性变形功W。可由下式求得 l-Y..-k、一。。_。,W.=xRi。11+(H)‘·in·(----- )’“·e。””‘·r。—’”“”。v“”R””””n+厂 (l)其中q——平均应变率 6。——.J！一卜1下二二一)“——回 Y——最大变形深度 R。——自由成形模半径 to——板材厚度 k、n——应力与应变关系系数可由实验得到传递效率7 g。VI·72(2) W。。W。^.其中:pl一六//100呢;贝一方/X100％”’“‘W””“一’‘“”‘“W””“一,” V;中损失能量包括回路电阻能量损失E;和电感上能量损失E。,且E。>El;贝中损失能量包 括消耗在板材和模具中的热能及漏磁、机械功等。一般情况下7;