Защемленная алюминиевая банка, созданная импульсным магнитным полем, создаваемым быстрым разрядом 2 килоджоулей из высоковольтной конденсаторной батареи в трехвитковую катушку из толстого провода.
Электромагнитная формовка ( ЭМ-формовка или магнеформовка ) — это тип высокоскоростного процесса холодной штамповки электропроводящих металлов, чаще всего меди и алюминия . Форма заготовки изменяется с помощью импульсных магнитных полей высокой интенсивности , которые индуцируют ток в заготовке и соответствующее отталкивающее магнитное поле, быстро отталкивающее части заготовки. Заготовке можно придать форму без какого-либо контакта с инструментом, хотя в некоторых случаях деталь можно прижать к штампу или штампу. Эту технику иногда называют высокоскоростной формовкой или технологией электромагнитного импульса .
Объяснение
Рядом с металлической заготовкой размещается специальная катушка, заменяющая толкатель при традиционной формовке. Когда система выпускает интенсивный магнитный импульс, катушка генерирует магнитное поле, которое, в свою очередь, ускоряет заготовку до сверхскорости [ количественное определение ] и на матрице. Магнитный импульс и чрезвычайная скорость деформации переводят металл в вязкопластическое состояние, повышая формуемость без ущерба для собственной прочности материала. Для наглядности см. иллюстрацию формирования магнитного импульса.
Быстро меняющееся магнитное поле индуцирует циркулирующий электрический ток внутри близлежащего проводника посредством электромагнитной индукции . Наведенный ток создает вокруг проводника соответствующее магнитное поле (см. Пинч (физика плазмы) ). Согласно закону Ленца , магнитные поля, создаваемые внутри проводника и рабочей катушки, сильно отталкивают друг друга.
Когда переключатель замкнут, электрическая энергия, запасенная в батарее конденсаторов (слева), разряжается через формирующую катушку (оранжевый), создавая быстро меняющееся магнитное поле, которое индуцирует ток в металлической заготовке (розовый). Ток, протекающий по заготовке, создает соответствующее противоположное магнитное поле, которое быстро отталкивает заготовку от формирующей катушки, изменяя ее форму — в данном случае, сжимая диаметр цилиндрической трубки. Взаимным силам, действующим против формирующей катушки, противостоит опорный корпус катушки (зеленый).
На практике изготавливаемую металлическую заготовку помещают рядом с катушкой тяжелой конструкции (называемой рабочей катушкой ). Огромный импульс тока пропускается через рабочую катушку путем быстрого разряда высоковольтной конденсаторной батареи с использованием зажигателя или искрового разрядника в качестве переключателя . Это создает быстро колеблющееся сверхсильное электромагнитное поле вокруг рабочей катушки.
Высокий ток рабочей катушки (обычно десятки или сотни тысяч ампер ) создает сверхсильные магнитные силы, которые легко преодолевают предел текучести металлической заготовки, вызывая необратимую деформацию. Процесс формовки металла происходит чрезвычайно быстро (обычно десятки микросекунд ), и из-за больших сил части заготовки подвергаются сильному ускорению , достигающему скорости до 300 м/с.
Приложения
Процесс формования чаще всего используется для сжатия или расширения цилиндрических труб, но он также может формовать листовой металл путем отталкивания заготовки на формованную матрицу с высокой скоростью . Высококачественные соединения можно получить либо с помощью электромагнитной импульсной опрессовки с механическим замком, либо с помощью электромагнитной импульсной сварки с настоящим металлургическим швом. Поскольку операция формовки включает в себя высокие ускорения и замедления, масса заготовки играет решающую роль в процессе формовки. Этот процесс лучше всего работает с хорошими электрическими проводниками , такими как медь или алюминий , но его можно адаптировать для работы с более плохими проводниками, такими как сталь .
Сравнение с механической формовкой
Электромагнитная формовка имеет ряд преимуществ и недостатков по сравнению с традиционными методами механической формовки.
Некоторые из преимуществ:
Улучшенная формуемость (возможное растяжение без разрывов)
Морщины можно значительно подавить
Формование можно сочетать с соединением и сборкой разнородных компонентов, включая стекло, пластик, композиты и другие металлы.
Возможны жесткие допуски, поскольку упругая отдача может быть значительно уменьшена.
Достаточно односторонних матриц, что позволяет снизить затраты на оснастку.
Количество смазочных материалов сокращено или они не нужны, поэтому формование можно использовать в условиях чистых помещений.
Механический контакт с заготовкой не требуется; это позволяет избежать загрязнения поверхности и появления следов от инструментов. В результате перед формованием на заготовку можно нанести поверхностную обработку.
Основные недостатки:
Непроводящие материалы не могут быть сформированы напрямую, но могут быть сформированы с использованием проводящей приводной пластины.
Высокие напряжения и токи требуют тщательного соблюдения мер безопасности.
Рекомендации
«Материалы и производство: электромагнитная формовка алюминиевого листа» (PDF) . Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория . Архивировано из оригинала (PDF) 18 декабря 2005 г. Проверено 9 июня 2006 г.
«Электромагнитная кромкогибочная машина и способ соединения слоев листового металла». Ведомство США по патентам и товарным знакам . Архивировано из оригинала 18 мая 2018 г. Проверено 2 сентября 2005 г.
«Ресурсы по электромагнитной и высокоскоростной формовке». Департамент материаловедения и инженерии Университета штата Огайо . Архивировано из оригинала 19 декабря 2005 г. Проверено 6 апреля 2006 г.
«Справочник по электромагнитной обработке металлов давлением». Английский перевод русской книги Белого, Фертика и Хименко . Архивировано из оригинала 5 сентября 2006 г. Проверено 6 августа 2006 г.
«МКЭ электромагнитной формовки с использованием нового алгоритма связи». Али М. Абдельхафиз, ММ Немат-Алла и МГ Эль-Себайе . Проверено 15 января 2013 г.[1]
Внешние ссылки
«Промышленное применение технологии электромагнитных импульсов» (PDF) . PSTproducts GmbH . Архивировано из оригинала (PDF) 15 июля 2011 г. Проверено 1 августа 2010 г.
«Электромагнитная формовка цилиндрических деталей». Магнит-Физик . Архивировано из оригинала 14 декабря 2005 г. Проверено 6 июня 2006 г.
^ Абдельхафиз, Али М.; Немат-Алла, ММ; Эль-Себайе, МГ (5 марта 2013 г.). «МКЭ электромагнитной формовки с использованием нового алгоритма связи». Международный журнал прикладной электромагнетики и механики . 42 (2): 157–169. дои : 10.3233/JAE-131653.
