材料科学与工艺：电磁胀形管坯所受磁压力的瞬态分布
2023-03-16【作 者】李忠;李春峰;赵志衡
汽车结构轻量化的要求使铝合金的应用逐年增多，在常规工艺下，铝合金的成形范围窄，而在电磁成形条件下具有更好的成形性能，较高的成形精度，电磁成形扩大了铝合金的应用范围，且其能量可控，因此，具有广阔的应用前景[1~3]。电磁成形涉及电磁场、结构场、温度场间复杂的实时藕合[4-9]，这使电磁成形的理论研究困难重重。管坯所受磁压力的准确求解是电磁成形变形分析、优化成形系统工艺参数的基础但目前尚未见有关可捕捉到相关物理机制和提供准确求解的数学模型的研究报道[4]。
Bains等人[10]采用等效电路的方法把线圈和工件考虑成一次绕组，二次绕组来求解磁压力，这种方法忽略了工件变形对线圈和工件间互感的影响，求解过程非常复杂。A 1-Hassani等人[11]采用等效磁路的方法把线圈和工件等效成一个单一电路，电感和电阻被看成是线圈和工件参数的函数，这种方法是在假定线圈和工件无限长，忽略漏磁的前提下求解磁压力，计算结果误差较大Lee Sung-ho等人[12]采用有限元法求解管坯电磁胀形时的磁压力，认为磁场集中在5倍线圈半长以内的空间，远场区间没有考虑，这在磁场发生大量渗透的情况下，计算结果的误差较大。
本文采用有限元软件ANSYS /EMAG对管坯电磁胀形时的磁压力进行数值计算，使用远场单元来说明磁场在远场区间的耗散问题通过计算给出管坯不同尺寸时磁压力瞬态分布规律，并根据端部磁压力和中部磁压力的比值，对管坯的变形轮廓进行预测，给出管坯电磁胀形时均匀成形的条件。
【结 论】
（1）当管坯长度大于线圈长度时，管坯上与线圈等高处承受轴向拉应力;当管坯长度小于等于线圈长度时，其值为负，管坯端部承受轴向压应力。
（2）当管坯长度大于等于线圈长度时，放电电流达到峰值前，没有明显的磁场扩散现象，放电电流到达峰值后，才有明显的磁场扩散现象;当管坯长度小于线圈长度时，整个瞬态过程都有磁场的渗透，管坯越短，扩散现象越严重。
（3）相对长度位于R1区间，管坯变形不均匀，变形后的管坯呈“喇叭口”状;相对长度位于R2区间，管坯变形同样不均匀，端部变形比中部小，变形后的管坯成“纺锤”状;在相对长度趋近0.92和0时，管坯变形均匀，母线基本为直线。
以下是正文：
