摘要
随着中国经济快速发展，能源的需求量逐年提升，而节约能源是可持续性发展的必经之路，因此采用轻质合金材料是未来各领域发展的有效途径。然而轻质合金材料在常温下成形性能较差，容易出现起皱、破裂，并且采用传统工艺加工时，其加工工序复杂，生产周期较漫长。电磁成形是一种用脉冲电磁力实现金属工件加工的制造技术，因其独特而又明显的加工优势被广泛应用于轻质合金材料加工。目前，管件电磁成形技术通常采用单个螺旋管线圈加载方式，其产生的感应涡流与电磁力极难调控，同时力场分布单一且不均匀，进而导致管件成形能力差。为此，本文以AA1060-O金属管件为对象，针对管件电磁胀形动态变形能力差，成形均匀度低下的问题，提出了一种基于集磁器的管件电磁胀形方法。 首先，本文详细介绍了电磁成形技术发展现状，着重于电磁成形均匀性以及集磁器相关的研究状况，在此基础上，进一步阐述了集磁器的工作原理以及工作特性，进而从磁场、力学的角度表明单线圈管件电磁胀形存在的缺陷，并相应提出本文的解决方案。 其次，为了简化仿真计算，利用合理的等效方法，采用二维轴对称模型代替三维模型，并且对比分析验证了该等效方法的可行性。在阐明电磁成形技术的基础上，本文采用COMSOL Multiphysics软件建立二维轴对称电磁-结构全耦合模型。由于线圈的绕制困难且成本高，为了有效调控感应涡流与电磁力分布规律，本文采用单一变量法研究了集磁器的几何参数、脉宽、放电电压对管件电磁胀形时电磁力和均匀度的影响。 最后，本文分别建立有-无集磁器两种模型，详细探讨了引入集磁器后的磁场、感应电流、电磁力以及管件动态变形行为的变化。仿真结果表明，利用集磁器汇聚磁场的功能，将径向电磁力集中在管件端部，克服了单线圈管件电磁胀形的端部效应，能够有效解决管件变形不均匀性。在本文算例中，管件电磁胀形的均匀度明显得到改善，均匀胀形区域Dr从10mm提升至38mm。在上述研究基础下，展望部分里进一步提出基于磁场变换器的管件电磁胀形，该方法有效解决了实验工装困难的问题，同时也达到管件胀形效果，这有助于进一步推动电磁成形技术工业化应用。
NETL