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ARCHIMEDES EMF-60

电磁成形机

——自带数据自动分析软件,提供来样加工服务

一、电磁辅助成形系统总体介绍

  电磁成形属于高能(高速率)成形技术,首先需要把电能储存在高压电容器中,当高压开关闭合时,能电容对线圈快速放电( us级)并在其周围产生变化的脉冲磁场,该脉冲磁场穿过工件时就会在金属工件中产生感应电流(涡流),带电的金属工件处于急剧变化的磁场中就会受到磁场力的作用,当这股磁压力达到材料的屈服强度时,金属工件将发生塑性变形,达到成形金属零件的目的。
  电磁成形技术具有加工能量易于精确控制、成形速度快、成形工件精度高、成形后零件弹复小、可提高材料塑性变形能力、模具简单及设备通用性强、利于采用复合工艺及实现自动化生产、整个成形过程绿色、环保等特点,现已广泛应用于航空、航天、兵器工业、汽车制造、轻化工及仪器仪表及电子等诸多领域。

  电磁成形可广泛应用于平板成形、板材冲裁、冲孔、管材电磁胀形和缩径、翻边和连接、压印和成形、多工序复合成形、组装件的装配、粉末压实、电磁铆接、电磁焊接及放射性物质的封存等,对一些特殊零件是优先选用的成形方法。如大型构件的精密校形、膜片无毛刺冲裁、复杂外形管件加工、导弹卡箍成形、仪器舱校形、飞机透平发动机舱成形、扭矩轴及连杆装配;汽车空气调节储存器、热交换器、万向接头架、凸轮、齿轮等与驱动轴或万向轴管的连接;熔断器、绝缘器等电子元件的装配;核工业中燃料棒的成形、核废料容器的密封;电磁铆接已被泛用于波音737、747、767;而电磁粉末压制为电磁成形技术在功能陶瓷行业、敏感元件和感器行业又开辟了广阔的应用前景。

1.1电磁成形原理

  电磁成形的重要特征就是能量释放时间短,仅为微秒级,而变形为毫秒级电磁脉冲载荷作用时间极短,而板料在该段时间内的变形不大,但在磁场力作用下,金属获得很大的加速度,并获得很大的动能,在载荷消失后,又将吸收的动能转化为塑性变形能,惯性力在成形过程中起主要作用工件变形时的运动速度可达每秒数百米,从变形时高的锥形件成形;有模成形常用于压印、局部压肋、压凹及曲面零件成形等,应用平板线圈,采用间接加工可实现平板冲裁,在工艺参数合理时,可实现无毛刺冲裁。

1.2电磁成形技术的特点

(1)电磁成形加工无机械接触,是以磁场作为介质,无需工件与工具的表面接触,因此工件表面无机械擦痕,工件表面质量好。

(2)工件变形受力均匀,残余应力小,疲劳强度高,使用寿命长,加工后不影响零件的机械、物理、化学性能,也不需要热处理。

(3)成形精度高。电磁成形时的电能可以精确控制,工作线圈产生的能量和对工件施加的力的变化可控制在总量的0.5%以内,且加工重复性也高。

(4)可以很方便的实现高速成形,每分钟可工作数百次,具有与普通冲压相近的生产效率。

(5)电磁成形方法是一种绿色的加工方法,在电磁成形过程中不会产生废渣废液等污染物,有利于环境的保护。

(6)导电性能差的材料难于加工。导电性好是电磁成型材料的必要条件,这也是限制电磁成型应用的主要因素之一。

 

1.3具体应用领域

1)管材成型

  管材成形是电磁成形技术中应用较多的方面。主要有管坯自由胀形、有模成形、管的校形、管段翻边扩口及管坯的局部缩径、管段的缩口、异形管成形等。由于电磁成形时,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,电磁成形方法可以提高胀形系数.壁厚变薄甚至破裂是管坯胀形的主要问题。现在该工艺己应用于某些重要部件的收口成型及校形。

2)电磁焊接

  电磁焊接助一般认为同爆炸焊接机理相同,每当储能电容器放电时,线圈产生一瞬时、高压、高速的冲压波作用在一金属附件上,使其以高速向另一金属基件猛烈撞击,在两金属接触界面的一些先撞击点将产生“射流”以及高应变速率的金属塑性流动。“射流”作用的结果是冲刷或清除了两金属待复合面的氧化层及吸附层,使两洁净的金属表面在高压下紧密结合而形成金属键连接,随着变形,即复合过程的进行,金属键逐步扩大到整个连接面,达到复合或焊接的目的。电磁焊接所需的变形力由螺线管线圈提供。

3)电磁复合冲压成形

  电磁复合冲压成形是把传统的冲压成形和局部电磁成形结合在一起进行的复合加工,它可以有效的控制应变的分介。先通过模具将板料冲压成大致所需要的形状,然后利用安装在模具上不同位置的线圈所提供的电磁力控制应变的分布。通过这种方法可以提高板料变形的均匀性,避免大应变所导致的材料失效。电磁复合冲压技术的关键是要把线圈安装在模具适当的位置上,提供小的电磁力使工件在小区域内变形。

  其中一种是将线圈安装在拉深凸模上,当拉深到预定深度后,与线圈相连的电容器放电,利用电磁力使拉深件底部产生“鼓包”然后继续拉深,再放电,如此循坏,增加底部的变形

  另一种是将线圈安装在拉深凹模上,与之配套的压边圈在线圈上方有一环形凹槽,当拉深到预定深度时,利用电磁力使法兰区的材料流入凹槽,产生“鼓包”,增加法兰区的变形,然后继续拉深,再放电,如此循环,以提高法兰区的变形程度。这两种方法都是利用线圈产生的电磁力提高板料在拉深时变形的均匀性,从而提高拉深极限。

4)平板毛坯的成形

  平板毛坯成形可分为自由成形和有模成形两种。前者主要用于精度要求不高的锥形件成形,后者常用于压印、压凹、曲面零件成形和冲裁等。由于平板毛坯磁脉冲力分布不均匀,从而影响成形质量。自由成形零件的外形难控制,而有模成形存在零件的贴膜性差的问题。椭圆线圈成形是平板毛坯加工的一种形式。根据椭圆形线圈磁场分布规律,对于长形工件成形,选用椭圆形线圈优于圆形线圈而对于中心部位变形要求较高的零件,要选用圆形线圈,这是因为椭圆线圈形状使工件心部变形不足的程度比圆形线圈的严重。匀压力线圈成形是平板毛坯加工的一种形式。最近美国州立大学研制出了一种能提供均匀磁场力的匀压力线圈。与之配 套的凹模是活动式的,可以根据需要更换凹模,实现多种冲压工艺。匀压力线圈可应用于成形、压花、冲裁等工艺,成型件光洁度高,成形效果极佳压花案清晰、线条明显,效果良好冲裁件的刃口平整,没有毛刺,冲裁质量高。

5)电磁铆接

  电磁铆接是基于电磁成形技术基础上发展起来的一种铆接方法。放电开关闭合的瞬间,初级线圈中流经一快速变化的冲击电流,在线圈周围产生强磁场,该磁场使与初级线圈祸合的磁极线圈产生感应电流,进而产生涡流磁场,两磁场相互作用产生强的涡流斥力,即放大器的输入力,此力在放大器中传播时经不断的反射和透射,输出一个波形和峰值,改变了的应力再传至铆钉,使铆钉在很短的时内完成塑性变形。电磁铆接属冲击加载,加载速率高,应变力大,材料的变形方式不同于压铆等准静态加载,因而电磁铆接具有其他铆接方法无法替代的技术优势。

6)电磁粉末压制

  粉末冶金是制取各种高性能结构材料、功能材料的有效途径,研究开发高密度、高性能、近终成形粉末制品的集成化技术,是推动粉末材料应用与发展的关键。用强冲击压制粉末材料是获取高密度粉末冶金制品的有效方法, 世纪年代,各国研究人员竞相研究爆炸成形,对于提高超硬粉末压制密度起了很大作用,但由于爆炸成形工艺重复性差,自动化程度低,限制了其应用。电磁压制成形也是高能率成形方法',且在成形能量与速度控制方面优于爆炸成形。先将电磁成形的思想引入粉末材料压制,用放电压制法压制出棒料、条料及形状更为复杂的制件,通过筛选粉末粒度,还能成功地制造出具有尖角的棒料和条料。此后'还尝试过将难熔材料与低熔点金属混合压制以获得高密度的制品,随后各国学者也做过一些跟踪研究。

电磁成形机一般由三大部分组成充电回路、放电回路及控制回路。充电回路是电磁成形机的重要环节,它必须可靠、高效地给储能电容充电。充电回路包括第一级直流电源、第二级开关充电电源、升压变压器、整流电路及相应保护电路。储能电容的能量为储能电容储能电容两端的电压从一式可以看出,储能电容量和充电电压是影响能量的两个重要因素。

二、电磁辅助成型EMF-60系统组成

  本套电磁辅助成型系统主要包含三部分:控制柜、储能电容柜和成形部分。

2.1 控制柜

  控制柜包括机柜、操作面板、充放电控制电路等。储能电容柜主要包括个的脉冲电容、变压器以及真空开关。设有电源开关、暂停、充电、放电、复位按钮及工作电压设定旋钮,装有电压表和各种指示灯来显示设备的工作状态信息传达显示方法,包括仪表显示、声响信息传达、触觉信息传达、符号传达等。操纵控制技术,包括机器的操纵装置、仪表控制装置、键盘技术等。安全保障技术,包括机器保险装置、防止人为的失误、事故控制方法、救援方法、安全措施等。

2.2储能电容柜

充电回路是电磁成形机的重要环节,它必须可靠、高效地给储能电容充电。充电回路包括第一级直流电源、第二级开关充电电源、升压变压器、整流电路及相应保护电路。充电回路的作用是把交流电经过升压、整流等变换,转变成储能电容中的能量。这个回路由第一级直流电源、第二级半桥逆变电路、高压升压变压器、高压大电流整流硅堆、限流电阻、储能电容、采样电阻组成。充电回路的工作过程为进线的交流电,经过整流桥和滤波电容,得到左右的直流电压,该电压作为第二级半桥逆变电路的输入第二级逆变电路经由逆变,变压器输入的电压脉冲,高压变压器把电压升高到充电电压,经过整流后,通过限流电阻给电容充电。采样电阻上的采样电压送给比较电路板,与设定基准电压比较,到达预先设定的充电电压就停止充电。

显示及设置: 

  通过多圈精密电位器调节输出电压值,通过数显表显示工作电压、电流值。故障指示通过故障指示灯指示。 

连接器: 

输出高电压通过高压接头连接,安全可靠。

储能电容主要特点:

 ·功耗低,适宜于大功率、大电流、高耐压、高浪涌应用;

 ·具有最好的容量和体积性能比;

 ·随温度变化小,使用寿命长;

 ·反峰电压可达最高;

 ·高储能,耐高脉冲电流能力;

 ·自恢复特性好,性能稳定;

 ·低电感,低ESR;

 ·外壳材料为不锈钢或冷轧板、安装方便 。

 2.3成形部分

成形部分包括成形线圈、模具和工作台,可以根据不同用户需求订制。

三、 技术参数:

项  目

规       格

能量(KJ)

10     25    50    100    200   300   500   1000

电压(KV)

0.45   1   2   3   5   10   20   30   50   100   200

电容量

500~10000μF (可调整)

容量偏差

一般±5%,根据要求可以更小

输入电压

AC380V 50Hz;AC220V 50Hz

输出电压

0.45   1   2   3   5   10   20   30   50   100   200
(各个量程范围内连续可调)

电源输出功率

20000W,40000W,80000W等可选

开关

晶闸管/机械开关(可选)

控制方式

PLC/按钮开关(可选)

电压稳定度

≤1%

 

 

负载稳定度

≤1%

输出纹波

≤1%

显示

具有电压、电流显示

冷却方式

风冷

使用环境温度宽

-40℃~+75℃

使用地点

工厂生产环境

等效串联电阻

ESR≤5mΩ

保护措施

过压保护/过流保护/机械保护

测试系统(可选)

应力应变测试系统及瞬间电流测试系统

线圈

依据用户需求定制

可选附件

真空焊接装置/真空压制/高温真空压制/电磁铆接

 

 

 
 

 

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