电磁成形技术在钛合金板材成形中的应用
浏览数量： 31 作者： 本站编辑 发布时间： 2021-06-09 来源： 本站
电磁成形属于高速率成形，在 0.1 ms 内金属工件的局部变形速度可以达到 200m/s 以上；局部所获得的动能相当大，材料的变形机理与低速加工时材料变形机理有很大的差别。与传统塑性成形方法相比，高速率成形主要有以下一些优点：1) 增加材料的成形极限， 2) 减小回弹， 3) 抑制起皱。除此之外，电磁成形还有以下特点：a)非接触，成形件表面质量好；b)易控制，重复性误差较小；c)单边模具（只有凸模或凹模），节约了加工成本；d)不需加润滑油，可以改善工作环境等优点。
上个世纪 80 年代，科研人员发现在无驱动片作用下纯钛板的变形量仅为 2.3mm。采用铝合金驱动片成形钛板，分析了不同铝驱动片厚度产生的载荷大小以及不同驱动片半径对磁场强度分布的影响。结果表明，载荷随着驱动片的厚度逐渐增加，直到厚度等于趋肤深度，载荷趋于稳定，但是驱动片太厚的话，变形阻力增大。研究表明，电磁成形工艺下材料的变形不均匀，但是能够明显提高材料的成形性能。 采用热涂层技术在导电性差的金属板材上添加一层导电性好的涂层作为驱动层，可以拓展电磁成形工艺的应用范围，充分发挥其潜力。科研人员等对 AZ310-O 镁合金及 CP grade 1 钛板的电磁成形行了对比分析。结果表明采用铝合金板做驱动片可以成形钛板，电磁成形工艺可以提高材料的成形性能。Srinivasan S采用铜驱动钛合金板与不锈钢板进行电磁压印成形，研究其成形性能。研究结果表明，采用驱动片可以有效提高成形效率。 在国内， Li 等采用数值模拟与实验相结合的方法系统地研究了紫铜板驱动 TC4 钛合金电磁胀形的过程，详细分析了驱动板与钛板之间的相互作用过程，预测了 TC4 钛合金板的变形速度、应变率以及能量利用率。周海洋等采用数值模拟与实验相结合的方法对 0.8mm 厚的 T3 紫铜板驱动 TC4 钛合金的电磁胀形工艺进行分析，发现驱动片与工件之间的冲击力大于直接作用的电磁力，同时工件的变形滞后于铜驱动片与工件碰撞产生的冲击波传递。 聂鹏等采用电磁校形原理，针对直径为 300 mm、高为 600 mm、壁厚为 2 mm 的大型航空钛合金筒形件进行校圆实验研究，设计了一种电磁冲模校圆方法。研究表明，相同放电电压条件下，采用电磁冲模校圆方法较采用常规电磁校圆方法所得的工件圆度平均值降幅增加 20%以上，保证工件成形均匀性的同时提高了设备能量利用率。采用管件端口电磁校形对内径 23mm，壁厚 1mm 的 TC4 管件进行电磁校形实验，并将管件端口的圆度作为评价指标，研究了放电电压、线圈层数、放电次数及驱动片厚度对钛管电磁校形的影响。 研究表明：提高放电电压可有效提高校形效果，当放电电压一定时，可通过增加线圈层数来提高校形精度；放电次数可以解决放电电压低钛管变形小的问题，两次放电后校形效果提升不明显，增加放电次数无法从根本上提高管件电磁校形的精度；驱动片厚度的合理选择对 TC4等低导电率材料的电磁校形具有重大意义，厚度过小与过大都会影响电磁校形的效果，其最优为趋肤深度厚度。室温下采用带驱动片的电磁辅助冲压成形工艺对 TC4 板材进行圆孔翻边，能够完全避免翻边圆孔椭圆化、突缘平面翘曲等缺陷， 并且设备及模具简单、安全可控、成形效率高。 最近， 林遵东等采用匀压式电磁辅助弯曲成形的方法对 TA32 钛合金板开展实验研究，发现电磁辅助弯曲成形方法能够有效地提高弯曲件的成形精度，并且在一定条件下，放电能量越高，贴模效果越好、成形精度越高。带压紧翼的弯曲件的变形区外层过度伸长而产生减薄并开裂，不带压紧翼的弯曲件通过合理地控制放电电压能够获得较好的成形效果。
为了更进一步促进电磁成形技术的应用范围，特别是在高强度难成形材料的成形加工上，可以从以下 3 个方面开展研究工作。 （1）线圈技术是阻碍电磁成形技术主要瓶颈之一，发展柔性高效高强度的线圈磁体是未来的主要趋势。随着材料技术的发展，高强度低电阻率材料将成为线圈磁体的主要材料；利用3D 打印技术的灵活性，采用多种材料的金属 3D 打印技术打印出带有陶瓷绝缘的异形线圈，实现对磁场力时空分布的调控。 （2）高效驱动方式，可采用铜箔、铝箔以及不均厚的驱动片，进一步提高工艺适应性。发展可以重复使用的高效驱动器，进一步提高能量利用率。 （3）随着线圈技术的不断提高，开发出钛合金电磁成形新工艺，如钛合金的电磁拉深、电磁压印成形，电磁翻边、电磁辅助弯曲等。引入其他能场（热、振动、超声）开发出新的钛合金电磁复合成形工艺也将是一个重要的研究方向。
