金属钣金件电磁脉冲渐进成形有限元模拟与实验研究

摘要

电磁成形工艺主要用于小尺寸,简单形状零件的成形,在大尺寸、复杂形状和深拉深零件成形方面应用较少。这主要是由于传统的电磁成形工艺在成形大型零件时具有设备能量不足,线圈成本较高的缺陷。本文在前人研究的基础之上,创新性的将渐进成形的思想融入到传统的电磁成形工艺中,提出了电磁渐进成形新工艺,即采用较小的线圈,通过移动多次成形的方式,实现较大的变形。采用这种方式,可以大大降低对成形设备能量的要求,减小线圈的制作成本和维护成本,延长线圈的使用寿命。
　　本文研究了金属钣金件电磁脉冲渐进成形原理,采用有限元分析软件ANSYS建立了电磁渐进成形全耦合分析模型,采用类似“生死单元法”的技术来实现线圈的移动。本文的模拟方法考虑了工件变形对磁场分布的影响,同时采用了考虑应变率效应的材料模型,使模拟结果与实际更加接近。从模拟结果中可以看出,“生死单元法”能够有效地模拟线圈的移动。
　　搭建了管件电磁渐进成形实验平台,对管件电磁渐进成形的模拟方法进行了实验验证,并采用数值模拟的分析方法,探究了放电电压、线圈位置重叠率和成形顺序对管件电磁渐进成形的影响规律,研究了管件均匀成形的条件。通过分析比较,得到了管件电磁渐进成形的最优工艺参数组合。
　　搭建了平板电磁渐进成形实验平台,采用实验和数值模拟相结合的研究方法,探究了模具排气孔、放电电压和成形次数对平板电磁渐进成形的影响规律,通过分析比较,得到了平板电磁渐进成形的最优工艺参数组合。设计了适用于平板电磁渐进成形的专用设备,可实现多种电磁渐进成形工艺的柔性加工。

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1 绪 论

1.1 课题背景

1.2 电磁成形

1.3 渐进成形

1.4 本文的主要研究内容

2 电磁渐进成形模拟方法

2.1 电磁渐进成形原理

2.2 电磁成形模拟方法概述

2.3 电磁场模型

2.4 结构场模型

2.5 仿真结果分析

2.6 本章小结

3 管件电磁渐进成形工艺研究

3.1 引言

3.2 模拟方法的实验验证

3.3 工艺参数对管件电磁渐进成形的影响

3.4 本章总结

4 平板电磁渐进成形工艺研究

4.1 引言

4.2 实验模型

4.3 实验计划及结果分析

4.4 平板电磁渐进成形过程数值模拟

4.5 平板电磁渐进成形设备的设计

4.6 本章总结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的学术论文