電磁成形，指利用磁力使金屬成型的工藝。電容和控制開關形成放電迴路，瞬時電流通過工作線圈產生強大的磁場，同時在金屬工件中產生感應電流和磁場，在磁場力的作用下使工件成形。
基本介紹
- 中文名：電磁成形
- 外文名：electro-magnetic forming
- 定義：利用磁力使金屬成型的工藝
- 始創時間：50年代末
- 特點：在磁場力的作用下使工件成形
簡介,原理,歷史,成形方法,工藝特點,
簡介
電磁成形工藝是一種新興的高能率成形技術，是利用瞬間的高壓脈衝磁場迫使坯料在衝擊電磁力作用下，高速成形的一種成形方法。電磁成形屬於高能（高速率）成形技術，高能（高速率）成形技術種類很多，但是電磁成形排除了爆炸成形的危險性，較之電液成形更方便。從20世紀50年代末，電磁成形在國內外迅速發展起來，成為金屬塑性加工的一種新的工藝方法，深受各工業國的高度重視。現已廣泛套用於機械、電子、汽車工業、輕化工及儀器儀表、航空航天、兵器工業等諸多領域，套用前景十分廣闊。
原理
電容和控制開關形成放電迴路，瞬時電流通過工作線圈產生強大的磁場，同時在金屬工件中產生感應電流和磁場，在磁場力的作用下使工件成形。
歷史
電磁成形技術的研究始於20世紀60年代的美國。20世紀20年代，物理學家Kaptilap在脈衝磁場中做實驗時發現，形成脈衝磁場的金屬線圈易脹大、脹破，這一現象啟發了人們對電磁成形原理的思考。1958年，美國通用電力公司在日內瓦舉行的第二次國際和平原子能會議上，展出了世界上第一台電磁成形機。1962年，美國的Brower和Harrey發明了用於工業生產的電磁成形機。從此電磁成形引起各工業國的廣泛關注和高度重視，電磁成形技術的研究取得了不少的套用成果，其中美國和前蘇聯在此領域處於領先地位。70年代初，前蘇聯專家研究了放電過程中毛坯變形對加工線圈和毛坯系統放電迴路參數的影響，指出RLC迴路只有在小變形時才能近似套用；對電磁成形和靜力成形兩種條件下壓筋和成形半球時毛坯的極限變形程度進行了比較，指出鋁合金、黃銅等電磁成形時的極限變形程度均高於靜力成形時的極限變形程度，認為材料塑性提高是由於脈衝變形時變形分布更加均勻、材料強化降低等原因造成的；並於1979年研究了平板線圈的磁場分布，指出其分布的不均勻性(中心較弱，線圈1/2半徑處最強)是導致毛坯中心出現衝壓不足現象的主要原因。20世紀60年代中期，出現了儲能為50kJ、200kJ和400kJ的電磁成形機。20世紀70年代中期已有400多台電磁成形機運行於各種生產線上。到了20世紀80年代中期電磁成形已在美國和前蘇聯、日本等國家得到廣泛套用。
1994年MakotoMarata又研究了採用電極直接接觸進行管料電磁脹形的方法，通過實驗分析，研究了工作條件對電流和管料變形的影響，套用有限元法對其脹形過程進行了彈塑性分析。
我國電磁成形技術的研究始於20世紀60年代，文革時期中斷。20世紀70年代末期，哈爾濱工業大學開始研究電磁成形的基本理論和工藝，並在實驗裝置的基礎上，於1986年成功研製出我國首台生產用電磁成形機。目前國內有多所高等院校和研究所開展了電磁成形技術的研究，並使之套用於實際生產。
成形方法
電磁成形加工在工業製造中的套用方法很多，可廣泛用於管材的脹形、縮徑、沖孔翻邊和連線，板材沖裁、壓印和成形，組裝件的裝配，粉末壓實，電磁鉚接及放射性物質的封存等。
對管材的電磁成形加工
管材成形是電磁成形技術中套用較多的方面。主要有管坯自由脹形、有模成形、管的校形、管段翻邊、擴口及管坯的局部縮徑、管段的縮口、異形管成形等。由於電磁成形時，管坯變形分布均勻，變形硬化不顯著，因此材料的成形性得以提高，與靜態的衝壓相比，電磁成形方法可以提高脹形係數30%-70%。壁厚變薄甚至破裂是管坯脹形的主要問題。現在該工藝已套用於某些重要部件的收口成形及其校形。
對於管材的加工還可以細分為內向壓縮成形加工和外向脹形成形加工。當工件處於線圈的內部、模具的外部時，工件將在電磁力的作用下向內壓縮，此方法可用於管材的縮頸等的加工。與此相反，當工件處於線圈的外部、模具的內部時，工件則發生外向的脹形該方法常用於管材的脹形、翻邊等的加工。
電磁沖裁
電磁沖裁裝置線圈放電時，磁場力使驅動片向下運動，進而驅動滑塊組合件。沖頭在滑塊的驅動下對工件進行沖裁加工。電磁沖裁與普通沖裁相比，成形設備和模具簡單，使用方便，成形率高，屬於高速成形。由於成形速度快，其工件的斷面質量好，端面平整光滑，無圓角帶，幾乎沒有斷裂帶和毛刺。因此，電磁沖裁要優於普通沖裁，如果能將其套用於實際工業生產中，必將帶來巨大的經濟效益。
電磁沖裁與普通沖裁相比，成形設備、模具簡單，使用方便；成形效率高，屬於高速成形；由於成形速度快，其工件的斷面質量好，斷面平整光滑，無圓角帶，幾乎沒有斷裂帶和毛刺。因而可得出結論，電磁沖裁要優於普通沖裁，將其實際套用於工業生產中，可以帶來巨大的經濟效益。
電磁鉚接
電磁鉚接是基於電磁成形技術基礎上發展起來的一種鉚接方法。放電開關閉合的瞬間，初級線圈中流經一快速變化的衝擊電流，線上圈周圍產生強磁場。該磁場使與初級線圈耦合的磁極線圈產生感應電流，進而產生渦流磁場，兩磁場相互作用產生強的渦流斥力，即放大器的輸入力，此力在放大器中傳播時經不斷的反射和透射，輸出一個波形和峰值，改變了的應力再傳至鉚釘，使鉚釘在很短的時間內完成塑性變形。電磁鉚接屬衝擊載入，載入速率高，應變力大，材料的變形方式不同於壓鉚等準靜態載入，因而電磁鉚接具有其他鉚接方法無法替代的技術優勢。80年代初我國開始研究電磁鉚接技術，已研製成功固定式和手提式電磁鉚接設備。但這些鉚接設備採用高電壓(4kV-10kV)，致使設備體積龐大，成本高，安全可靠性差，放電頻率高。高放電頻率導致鉚釘成形時間短，材料的應變率高，鐓頭容易產生微裂紋，加之人們對高電壓的畏懼心理，所以限制了這一先進工藝方法的套用。國外從70年代初開始研究電磁鉚接技術，到80年代末，該技術在航空工業中已成為解決鉚接難題的一項關鍵技術。為消除高電壓鉚接時應變率過大而導致鉚釘鐓頭出現微裂紋和剪下破壞，美國80年代末開始研究低電壓電磁鉚接技術，並申請了低壓鉚接專利，90年代初研製成功低壓電磁鉚接設備，開始在波音747、A320等飛機上套用。低電壓鉚接方法解決了高電壓鉚接不能解決的許多問題，使電磁鉚接技術很快得到廣泛套用。
電磁焊接
雖然很少見到有關電磁成形在焊接方面套用的報導，但當某些條件滿足時，電磁成形確實可以套用於焊接。比如管與板之間的焊接，管與管之間的焊接以及薄板與厚板之間的焊接等。焊接所要求的條件包括清潔的表面，焊接時要有利於間隙中空氣的排出，要有足夠的能量和適當的頻率(使運動件達到一定的速度)，運動件要以某一角度(而不是垂直的)向靜止件的表面撞擊等。焊接的實現在於高速撞擊使材料表面產生瞬時劇烈變形(特別是當以一定角度撞擊時)，從而產生高溫甚至熔化，使兩塊材料焊合起來或通過擴散連線起來，從而實現材料的焊接。
工藝特點
(1)非機械接觸性加工。電磁力是工件變形的動力，它不同於一般的機械力，工件變形時施力設備無需與工件進行直接接觸，因此工件表面無機械擦痕，也無需添加潤滑劑，工件表面質量較好。電磁成形是以磁場為介質向坯料施加壓力，磁場能夠穿透非導體材料，實現非接觸加工，可直接對有非金屬塗層或表面已拋光的工件進行加工，成形後零件表面質量高。
(2)工件變形源於工件內部帶電粒子受磁場力作用。因此，工件變形受力均勻，殘餘應力小，疲勞強度高，使用壽命長，加工後不影響零件的機械、物理、化學性能，也不需要熱處理。電磁成形屬高能率成形方法，與常規衝壓成形相比，可有效提高材料塑性變形能力。因此，對於塑性差的難成形材料，是一種理想的成形方法。
(3)加工精度高。電磁力的控制精確，誤差可在0.5%之內。電磁成形時，零件以很高的速度貼膜，零件與模具之間的衝擊力很大，這不但有利於提高零件的貼膜性，而且可有效地減小零件彈復，顯著地提高零件成形精度。
(4)加工效率高，時間短，成本低，便於實現生產的自動化。採用電磁成形方法可在一道工序中完成用常規成形方法多道工序才能完成的零件，有利於實現複合工藝。因此，可有效地縮短生產周期，降低成本。
