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1、四川工业学院学报JournalofSichuanInstituteofTechnology1997;vol16No.1B32~35利用电磁脉冲进行冲压加工*刘明光电气技术教研室摘要对传统的某些机械式冲压加工,改用电磁脉冲来实现,能做到设备轻小,控制方便。本文讨论了能量的积累和释放,冲击力量的产生,冲压加工的实现。关键词:电磁;脉冲;冲击;加工中图分类号:TM153130引言对金属板料进行冲压加工所必需的主要条件是具有强大的瞬时冲击力。传统的机械式冲压加工,设备庞大,能量转换相对损耗大,自动控制程度差。根据电磁场理论
2、可知,在高电压、强冲112击电流下可以获得瞬时功率极大的电磁冲击力。由于电能的积累、转换、控制方便,损耗122小,因而,可在冲压加工中获得广泛的应用前景。1电能的积累与释放最简单的电能储存与释放元件是电容器。电能的积累与释放原理如图1所示,其中E)))电压源,r)))电源内阻,C)))电容器,L)))放电回路电感,R)))负载电阻,K1)))充电控制开关,K2放电控制开关。充电过程中电容器C所能积累的最大能量为:12W0=CE(1)2可见,只要改变电容C,或充电电源E,就可方便地获取所需的能量。放电过程中,电路的状
3、态方程为:1di(t)i(t)dt+L+R#i(t)=U0(2)图1电能积累与释放原理图CQdt式中:U0)))电容C的放电初始电压,i(t))))放电电流,显然,放电初台电流为0。收到日期;1996年1月3日在本文工作中,莫斯科动力学院库日金博士给予了热情帮助,在此致谢。*刘明光,四川工业学院电气工程系,成都,邮编:611744第16卷第1期刘明光:利用电磁脉冲进行冲压加工33方程(2)的时域解取决于其特征根的状态,也即为放电回路负载电阻R与其固有特征阻抗LZ0=的比值:CRA=(3)2Z0利用电磁脉冲进行冲压加
4、工时,被加工的金属板就是负载,其电阻很小。因而,放电回路一般是非阻尼状态,即A<1。由此,解方程(2),放电电流为:U01-A2Ai(t)=#sint#EXP(-t)(4)2LCLCZ01-A最大放电电流为:U0A#arcsin1-A2Imax=EXP(-)(5)Z01-A2到达最大放电电流的时间为:LC2Tmax=arcsin1-A(6)21-A在负载R上获得的最大功率Pmax与最大能量Wmax为:U2202A#arcsin1-APmax=2A#EXP(-)(7)Z01-A22122A#arcsin1-AWmax
5、=CU0EXP(-)(8)21-A22冲击力的产生及冲压加工根据电磁场理论,通电导体在磁场作用下受力F为:yyycaF=L0Li@H(9)-7式中:i)))导体中的电流矢量,H)))作用于通电导体上的磁场强度矢量,L0=4P@10H/m)))真空导磁率,L)))介质导磁率,F的方向遵循左手定则。对两块相同的金属薄板(厚度忽略不计),其宽度a,长度l(lma)可视为无穷长。当相互距离d很小(dna),若其中一块金属薄板通以电流i,不计边缘效应,在另一块金属薄板上产生的磁场强度H,由安培环路定理得:iH=(10)2a若
6、上述两块金属薄板中都通以相同电流i时,则它们之间产生的相互作用力F为:2iF=L0Ll(11)2a式中的作用力F方向取决于两金属薄板中的电流i的方向:当两金属薄板中的电流同向时,F为相互吸引力,当两金属薄板中的电流反向时,F为相互排斥力。由式(10)、(11)可见,只要金属薄板中通的电流为冲击形式,则产生的磁场强度和相互作用力都具有冲击形式。为了对金属薄板进行冲压加工,希望瞬时获得极大的冲击力,除了增大电流幅值,要求电流到达最大值的时间尽可能小。由式(6)可见,这要求放电回路的电感尽可能减少。34四川工业学院学报1
7、997年为了对金属薄板进行冲压加工,可将被加工的金属薄板B1平行且相距d于另一金属工作台面B2之上,并在被加工的金属薄板受力方向上设置一个冲压型模M,如图2所示。只要被加工金属薄板的运动惯性量小于型模的运动惯性量,冲击电流产生的电磁冲击力大于被加工金属薄板的变形应力,则在冲击电流作用下,被加工的金属薄板将按照型模变形,完成冲压图2电磁冲压加工示意图加工。3电磁脉冲设备及试验根据上述原理,要对金属薄板进行冲压加工,必须具备放电回路电感十分小的强冲击电流发生器。为了尽量减小电磁边缘效应,增大电磁利用率,被加工的金属薄板
8、应尽可能地靠近产生磁场作用的金属工作台面。这样的电磁脉冲设备原理如图3所示。图中:TY)))充电调压器,D)))高压硅堆,R1,R2)))保护电阻,R3,R4、V)))充电测量器,C)))脉冲电容器,P)))放电隔离器,B1)))被加工的金属薄板,B2)))金属工作台面,M)))型模,LK)))罗哥夫测量线圈,CL)))测量电缆,MS)))脉冲示波器,K))
