【摘 要】
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电磁成形作为一种高速率成形工艺,因其能够提升材料成形性能等优势,在航空航天结构件制造方面展现出巨大的潜力。然而在大尺寸铝合金板件成形制造上,传统单线圈电磁成形方法始终受到了大尺寸线圈制作成本高昂、工艺复杂的限制。针对上述问题,提出了一种分布式电磁成形方法,通过多个模块化线圈在空间上阵列分布来代替传统的单线圈电磁成形系统,突破了线圈设计的几何尺寸限制。本文基于分布式电磁成形系统,在仿真模拟、装置研制
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电磁成形作为一种高速率成形工艺,因其能够提升材料成形性能等优势,在航空航天结构件制造方面展现出巨大的潜力。然而在大尺寸铝合金板件成形制造上,传统单线圈电磁成形方法始终受到了大尺寸线圈制作成本高昂、工艺复杂的限制。针对上述问题,提出了一种分布式电磁成形方法,通过多个模块化线圈在空间上阵列分布来代替传统的单线圈电磁成形系统,突破了线圈设计的几何尺寸限制。本文基于分布式电磁成形系统,在仿真模拟、装置研制及实验等方面开展了系统性研究,对分布式电磁成形方法在大尺寸铝合金板件加工上的可行性进行了探索。首先,阐述了分布式电磁成形的基本原理,讨论了模块化线圈空间分布、电源配置以及电流极性配合的设计要点;通过理论分析证明,环状阵列的分布式电磁成形系统中,相邻线圈环之间通以极性相反的电流有利于获取更大更均匀的成形力场分布;在此基础上,依托LS-DYNA软件构建了高精度的数值仿真模型,为板件变形行为的精准预测提供了有效分析手段。其次,基于相对小的平台对分布式电磁成形方案进行了探索,确立了包括空间分布、电源配置及模块化线圈设计在内的分布式电磁成形系统设计流程。通过数值仿真,分析了不同放电电压与放电时序影响下工件成形形貌的调控机理与变形行为的基本规律,并通过实验对规律进行了验证,为分布式电磁成形方法向更大尺寸板件整体成形方向进行推广奠定了基础。最后,针对直径1378 mm的AA5083-O铝合金板件搭建了1000 mm级分布式电磁成形实验平台,基于该平台进行了单次放电成形实验研究,得到了成形高度为195.4 mm的成形工件。为改善分布式电磁成形中板件起皱的现象,提出了一种将成形板件旋转角度之后再进行二次放电校形的方法,并验证了该方法对板件起皱的抑制效果。最终结果充分证明了分布式电磁成形方法在大尺寸板件加工上的可行性,对大尺寸铝合金板件整体成形技术的发展起到了积极的推动意义。
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