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板材电磁成形的试验研究

作　者: 张敏
导　师: 陆辛
学　校: 机械科学研究院
专　业: 材料加工
关键词: 电磁成形趋肤深度平板线圈脉冲电流集磁器加热模拟材料的高速性能应变速率敏感性指数m 应变硬化指数n
分类号: TG391
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

汽车的轻量化是当今汽车制造业的一个发展趋势,特别是“绿色制造”概念的提出,加速了汽车轻量化的进程。汽车的减重最有效的措施之一就是改变汽车的材质,用轻合金来代替钢材,常用的轻质合金主要是铝合金。由其代替钢材用于汽车车体结构和其它零件的成形,可使汽车减重30%,进而减少燃油消耗和温室气体CO₂及其它有害气体的排放。铝合金采用传统的加工工艺进行加工效果并不理想。采用电磁成形工艺进行铝合金件的成形是其中的一个方向。电磁成形是利用金属在强脉冲磁场中受力作用而使工件发生塑性变形的一种金属成形方法,它属于高能率高速度成形方法,也称为高能率成形。电磁成形具有模具简单、成形精度高、精确可控的特点,并且可提高某些材料的塑性。对环境的污染小,可以直接或间接实现零件的成形、装配、冲裁、精压、焊接等工序。本文的主要研究工作有以下内容: 通过平板线圈自由胀形试验,研究了趋肤深度对电磁成形的影响,从而得到了电磁成形工艺中的一个重要的参数—趋肤深度与料厚的比值δ/t的最优取值。板件的电磁成形中,趋肤深度对自由拉伸的影响是很大的,在δ/t趋近于2.0时,自由拉伸的深度最大,能量的利用率最高。拉伸深度的最大值和材料的导电率、导磁率、屈服强度、工作线圈的电感、能量的大小等因素有关系,随导电率和能量的增加而增加,随屈服强度的增加而降低。而随着工作线圈电感的增大,拉伸深度的最大值也随着增加。同时,得到了平板线圈电磁成形的一个基本规律,可用于指导生产。通过对LY12铝材在不同温度下进行电磁成形的试验结果的分析,得到在电路参数不变的条件下,加热对工件变形的影响规律。通过理论推导以及和试验相比较,对在加热条件下工件的变形规律、材料在不同温度下的力学性能及电阻率

全文目录

第一章绪论  20-35
  1.1 课题背景  20-23
    1.1.1 汽车的轻量化  20
    1.1.2 材料技术在汽车轻量化中的应用  20-21
    1.1.3 铝合金在汽车上的用量将明显增加  21
    1.1.4 我国使用轻合金材料的现状和前景  21-22
    1.1.5 铝板的高速电磁成形  22-23
  1.2 电磁成形概述  23-25
  1.3 电磁成形技术发展概况  25-33
    1.3.1 国外发展概况  25-28
    1.3.2 国内发展概况  28-31
    1.3.3 电磁成形方面的专利  31-33
  1.4 本文的主要研究内容  33-35
第二章电磁成形的工艺特点  35-43
  2.1 工艺特点和应用范围  35-38
    2.1.1 工艺特点  35-36
    2.1.2 电磁成形的应用范围  36-38
  2.2 电磁成形工艺设计要点  38-41
  2.3 电磁成形设备  41-43
第三章电磁成形的基础试验研究  43-66
  3.1 电磁成形的基础理论  43-47
    3.1.1 原理  43
    3.1.2 关于拉伸过程中动量获得的一些定性分析  43-46
    3.1.3 趋肤深度的定义  46-47
  3.2 电磁成形中电流的测试  47-55
    3.2.1 概论  47-48
    3.2.2 试验目的  48
    3.2.3 测试方案  48-51
    3.2.4 测试结果  51-53
    3.2.5 测试精度和误差  53-54
    3.2.6 测试结果和理论推导的比较以及注意事项  54
    3.2.7 结论  54-55
  3.3 引进一种先进的板材成形应变测量网格印制技术  55-60
    3.3.1 概述  55-57
    3.3.2 化学网格划线法的引入  57-58
    3.3.3 试验过程  58-60
    3.3.4 结果  60
    3.3.5 结论  60
  3.4 成形线圈的绕制以及安全防护  60-64
    3.4.1 线圈的绕制  60-62
    3.4.2 线圈的安全防护  62-63
    3.4.3 试验过程  63-64
    3.4.4 分析和结论  64
  3.5 本章小结  64-66
第四章电磁成形的工艺试验研究  66-98
  4.1 趋肤深度对电磁成形的影响  66-75
    4.1.1 概论  66-67
    4.1.2 试验过程  67-70
    4.1.3 试验分析与验证  70-75
    4.1.4 结论  75
  4.2 加热条件下电磁成形的研究  75-81
    4.2.1 概论  75-76
    4.2.2 试验目的  76-77
    4.2.3 试验结果  77-78
    4.2.4 理论推导和解释  78-80
    4.2.5 结论  80-81
  4.3 电磁成形中衰减系数的试验研究  81-86
    4.3.1 概论  81
    4.3.2 做功对衰减系数的影响  81-82
    4.3.3 理论分析和推导  82-85
    4.3.4 输电线路等效电阻对衰减稀疏的影响  85-86
  4.4 集磁器的概念  86-88
  4.5 平板线圈集磁器的实验研究  88-96
    4.5.1 概论  89
    4.5.2 试验内容  89-94
    4.5.3 推理和论证  94-96
    4.5.4 结论  96
  4.6 本章小结  96-98
第五章四种铝合金板在电磁成形条件下的成形性能的研究  98-121
  5.1 试验工艺的确定  98-100
    5.1.1 线圈离工件距离的确定  98-99
    5.1.2 回路电参数的确定  99-100
  5.2 四种铝材的基础性能  100-101
  5.3 四种铝材在平板线圈电磁成形条件下的应变分布  101-112
    5.3.3 理论分析与结论  110-112
  5.4 三种材料的高速性能  112-120
    5.4.1 三种材料的高速性能试验  112-118
    5.4.2 分析和结果  118-120
  5.5 本章小结  120-121
第六章电磁成形的有限元模拟  121-139
  6.1 电磁场有限元分析简介  121-124
    6.1.1 电磁场基本理论  121-122
    6.1.2 一般形式的电磁场微分方程  122-124
    6.1.3 ANSYS怎样进行电磁场分析  124
  6.2 平板线圈的建模  124-126
    6.2.1 常用工作线圈的结构  125-126
  6.3 平板形圈的模拟  126-130
    6.3.1 二维谐性电磁场分析简介  126-127
    6.3.2 模拟过程  127-129
    6.3.3 模拟结果和实际现象比较与理论分析  129-130
  6.4 放置工件后的平板线圈的模拟  130-136
    6.4.1 简介  130
    6.4.2 建模  130-131
    6.4.3 模拟过程  131-133
    6.4.4 结论  133
    6.4.5 磁力线穿过工件，在空气中浪费掉的那部分电磁场  133-135
    6.4.6 结论  135-136
  6.5 线圈周围有导体时的电磁场分布  136-139
    6.5.1 简介  136
    6.5.2 建模  136
    6.5.3 模拟过程  136-139
结论  139-141
参考文献  141-149

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