铝合金曲面零件电磁校形有限元分析

摘要

着眼于可持续发展，节约资源、减小环境污染成为世界汽车工业界亟待解决的两大问题。汽车每减重10％，油耗可降低6％～8％。因此减轻汽车重量是节约能源和提高燃料经济性的最基本途径之一。汽车轻量化正成为21世纪汽车技术的前沿和热点。车身轻量化的主要途径之一是选用强度更高、重量更轻的新材料，例如铝合金、高强度钢材等。铝合金具有资源丰富、密度小、比强度高、压力加工性和铸造加工性好、回收利用率高等优点，被认为是21世纪最富于开发和应用潜力的“绿色材料”，许多汽车厂家都将其作为研究的重点和减轻质量的理想材料。但是，铝合金在室温下成形性能差、刚度低，采用普通冲压成形工艺容易产生撕裂，卸载后回弹严重并容易发生扭曲，难以得到符合精度要求的零件。
　　 电磁成形属于高能率成形技术，它是通过高压储能电容对线圈瞬时放电产生强脉冲磁场，使坯料在冲击电磁力作用下高速成形的一种成形方法。相比其它高能率成形，它具有生产效率高、工艺重复性好、工装简单等一系列优点，可用于航空、航天、汽车制造等领域，倍受塑性加工界的重视。将电磁成形技术应用于铝合金的成形，一方面能提高铝合金的成形极限，改善回弹，实现汽车的轻量化、节能化；另一方面又能极大的提高生产效率。所以研究铝合金的电磁成形在实际生产中具有重要的意义。
　　 本文以1060铝合金为研究对象，采用有限元方法研究了匀压力线圈上磁场力的分布，并将此磁场力作用于板料，对铝合金曲面零件进行电磁校形。研究结果表明：匀压力线圈能在板料上产生均匀的磁压力；电磁辅助冲压后的回弹量小于普通冲压后的回弹量：在达到最佳校形效果前，随着放电能量的增加，回弹量越来越小：凸凹模间隙越大，达到最佳校形效果需要的能量越大；过大的放电能量会使板料贴模后被弹回，增大回弹。本文模拟结果与实验结果相符，对工业生产中模具的设计及参数优化具有指导意义。