塑性工程学报：管件电磁渐进胀形的数值模拟及成形均匀性
2022-06-11【作 者】 赵健;莫健华;崔晓辉;邱立
【前 言】
电磁成形是利用脉冲磁场对金属坯料进行压力加工的高能率成形技术，适用于导电率高的金属材料成形，尤其在管件成形中应用广泛，如连接、冲裁、校形及复杂形状零件成形等。由于电磁成形具有加工能量可以精确控制、不损伤工件表面、零件尺寸精度高、残余应力低、回弹小等优点，适用于铝、镁、钛合金等难成形材料的高精度成形［１］。
管件电磁成形时，管坯变形分布均匀，变形硬化不显著，因此材料的成形性得以提高，与静态的冲压 相 比， 电磁成形可以提高 胀形系数 ３０％ ～７０％［２］。目前管件电磁成形的研究和应用已经很多，赵志衡［３］对管件胀形磁场力的研究表明，胀形时磁场力是体积力，在管件厚度上呈不均匀分布，由内表面向外逐渐衰减。这一点对加深电磁成形机理的认识非常有意义。文献［４］用有限元方法分析了在管件内壁施加脉冲压力时管件的胀形，得出了位移、速度和应变随时间变化的曲线。文献［５］分析了管件电磁成形时线圈与工件的轴向相对位置对磁场力分布的影 响，研究表明，管件受到 磁脉冲力变形时，其变形模式与准静态塑性变形不同；磁脉冲力的形式、分布与端部约束条件决定管件变形后的形 状；实验结果表明，调节管件与线圈之间的轴向位置，可以获得多种变形形状。
本文将渐进成形思想融入到传统的管件电磁成形工艺中，利用较小的线圈，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。同时，该研究能够为电磁无模成形提供一定的方法和指导。
【结 论】
１）在已有文献研究的基础上，将渐进成形思想融入到传统管件电磁胀形中，提出管件电磁渐进胀形新工艺。采用顺序耦合法模拟了管件电磁渐进胀形过程，成功的对空气网格进行了网格随移，使空气网格能够随着管件的变形，同步变形而不发生畸变，从而大大提高了磁场－结构场之间迭代耦合分析的计算精度。采用生死单元法间接模拟线圈的移动，并通过模拟结果与实验结果的对比，验证了该模拟方法的正确性，论证了管件电磁渐进胀形工艺的可行性。
２）研究了管件电磁渐进胀形均匀性变形的条件。通过数值模拟的方法，分析了重叠率、成形顺序对管件均匀性成形的影响，研究表明，当重叠率为５０％、成形顺序为ｂ→ｃ→ａ时，可获得最佳的成形均匀性；当重叠率为４０％，成形顺序 为ａ→ｃ→ｂ时，在保证管件成形均匀性的前提下成形效率最高。对实际生产具有一定的指导意义。
以下是正文：
