铝板电磁辅助弯曲实验分析

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1、武汉理工大学硕士学位论文1．1引言第1章绪论板料冲压成形是一种重要的塑性加工工艺，广泛应用于航空航天、汽车、仪表等工业领域，在汽车制造业中尤为重要，据统计，汽车上有60％～70％左右的零件是采用冲压工艺生产出来的。而回弹是材料在冲压成形后所固有的现象，也是最难控制的。回弹不仅对零件的尺寸精度产生极大影响，更影响到汽车的制造成本以及新车型开发的周期。。当前，节能：环保、安全、舒适、智能和网络是汽车技术发展的总趋势，尤其是节能和环保更是关系人类可持续发展的重大问题。因此，降低燃油消耗、减少向大气排出C02和有害气体及颗粒已成为汽车工程界主

2、攻的方向。减小汽车自身质量，实现结构的轻量化是汽车降低燃油消耗及减少排放的最有效的措施之一，因此车身冲压件轻量化逐渐成为汽车工业发展的趋势，铝合金以其密度低、强度高、耐腐蚀等优点而成为汽车轻量化技术中替代汽车钢板的主要原料【l弓J。回弹是材料在冲压成形后所固有的现象，也是最难控制的。回弹不仅对零件的尺寸精度产生极大影响，更影响到汽车的制造成本以及新车型开发的周期。由于弯曲回弹与材料的力学性能密切相关，铝合金与传统车用普通低碳钢在力学性能上存在很大的差异，主要表现为铝合金板材的断裂延伸率小，弹性模量只有钢板的30％，因此在弯曲成形后，回

3、弹角和成形精度就难以控制。实际生产中主要是通过反复试模、修模，优化模具尺寸，或在成形结束后对弯曲工件进行校形来获得预期精度的弯曲件，但这样会导致生产周期的延长，生产成本的提高。研究更好的加工方法来生产铝合金弯曲件成为国内外众多学者研究的目标。近年来，电磁成形在铝合金成形中运用越来越多。电磁成型(ElectromagneticForming)属于高速成形范畴，它能使工件在几毫米的距离内获得200m·s。1的速度，这种高速率成形能够提高金属成形性能。在成形过程中，零件高速贴模，在零件与模具之间发生很大冲击力，这不但有利于提高零件的贴模性，

4、而且可以改善应力分布状态，减少起皱，有效控制回弹提高局部变形能力【4j。因此电磁成形在轻量化材料的成形中有着广阔的应用前景。此外电磁成型无须传压介质，能在高温下、惰性气体或真空中加工，可方便准确的控制能量，具有操作简单，生产率高，环境污染少等优点。武汉理T大学硕七学位论文1．2电磁成型研究及应用概述电磁成形是利用磁场力使金属坯料变形的高速率成形方法。因为在成形过程中载荷是以脉冲的形式作用于毛坯的，因此又称为磁脉冲成形【引。图1所示为典型电磁成形原理图。当开关K闭合，工作线圈2流过高频脉冲电流，由电磁感应现象，可导圆环工件1中产生与工作

5、线圈2相反的感应电流，于是工件1在洛仑滋力的作用下背离线圈2而成形。电磁成形装置主要由工作线圈、集磁器、模具、电容等元件组成。与传统压力加工相比，电磁成形以加工成本低、无污染、成形精度高、重复性好、不影响材料性能等优点广泛应用于航空、航天、兵器、汽车制造及电子等领域【舶J。1．2．1电磁成型研究概况12图1-1电磁成形原理1．毛坯2．线圈早在20世纪20年代，物理学家Kaptilap在脉冲磁场中做实验时发现，形成脉冲磁场的金属线圈易胀大、胀破，这一现象启发了人们对电磁成型原理的思考。50年代末，美国通用电力公司在日内瓦举行的第二次国际

6、和平原子能会议上，展出了世界上第一台电磁成型机。60年代初，美国、前苏联、英国、日本等国家相继开展了电磁成型技术的研究和推广应用，电磁成型设备第一次用于工业生产：60年代中期，出现了储能为50、200、400KJ的电磁成型机。此后，电磁成型技术逐步在航天、航空、汽车、电器、化工、医药等工业部门得到应用。例如反射灯罩成型、弹壳成型、打火机壳体成型、发动机整流罩成型等，都采用了电磁成型加工方法，不仅大大降低了成本，而且提高了加工件的可靠性和使用寿命。70年代中期，全世界已有400多台电磁成型机运行在生产线上，150个以上2武汉理T大学硕士

7、学位论文的工厂使用这种工艺，多数机器用于大批量生产，有的机器已经运行了500万次，这些设备的脉冲电流峰值一般为100"---400KA，放电周期在100／ts左右。80年代初期，电磁成型技术己在美国、前苏联、日本等国的工业生产中得到了广泛的应用，电磁成型机的制造已经系列化、标准化。能够加工零件的最大尺寸已达1200mm(直径)x1000mm(-长度)x6mm(厚度)。如美国Maxwell公司生产的各种Magneform设备已遍布美国、日本的十几家大公司的150多个生产厂家。90年代至今，电磁成型技术得到了进一步的发展。在美国俄亥俄州立

8、大学，电磁成型在线圈的设计、成型机械设计、成型压力分布研究等众多方面得到了飞速发展。．在我国，关于电磁成型技术的研究工作起步较早。早在60年代初期，中科院电工研究所就曾组织力量系统地研究过电磁成型工艺及设备，并取得了一些