Elektromagnetické formování - Electromagnetic forming

Sevřená hliníková plechovka vyrobená z pulzního magnetického pole vytvořeného rychlým vybitím 2 kilojoulů z vysokonapěťové kondenzátorové banky do 3-závitové cívky z těžkého měřicího drátu.

Elektromagnetické formování (EM tváření nebo magneformování) je druh vysokorychlostního, studeného tváření proces pro elektricky vodivé kovy, nejčastěji měď a hliník. Obrobek je tvarován vysokou intenzitou pulzní magnetické pole které indukují proud v obrobku a odpovídající odpudivé magnetické pole a rychle odpuzují části obrobku. Obrobek může být přetvářen bez jakéhokoli kontaktu s nástrojem, i když v některých případech může být díl přitlačen na matrici nebo formovači. Tato technika se někdy nazývá vysokorychlostní tváření nebo elektromagnetická pulzní technologie.

Vysvětlení

V blízkosti kovového obrobku je umístěna speciální cívka, která nahrazuje posunovač v tradičním tváření. Když systém uvolní svůj intenzivní magnetický puls, cívka generuje magnetické pole, které zase zrychluje obrobek na vysokou rychlost[vyčíslit ] a na matrici. Magnetický puls a extrémní rychlost deformace transformují kov do visko-plastického stavu - zvyšují tvárnost bez ovlivnění nativní pevnosti materiálu. Viz magnetický puls tvořící ilustrace pro vizualizaci.

Rychle se měnící magnetické pole indukuje cirkulaci elektrický proud v blízkém okolí dirigent přes elektromagnetická indukce. Indukovaný proud vytváří kolem vodiče odpovídající magnetické pole (viz Pinch (fyzika plazmatu) ). Kvůli Lenzův zákon, magnetická pole vytvořená uvnitř vodiče a pracovní cívky se navzájem silně odpuzují.

Když je spínač sepnutý, elektrická energie uložená v kondenzátorová banka (vlevo) je vypouštěn přes formovací cívka (oranžová) vytvářející rychle se měnící magnetické pole, které indukuje tok proudu v kovu obrobek (růžový). Proud tekoucí obrobkem vytváří odpovídající opačné magnetické pole, které rychle odpuzuje obrobek z formovací cívky a přetváří obrobek - v tomto případě stlačuje průměr válcové trubky. Vzájemným silám působícím proti formující se cívce se brání 'podpůrné pouzdro cívky (zelená).

V praxi je kovový obrobek, který má být vyroben, umístěn v blízkosti silně konstruované cívky drátu (tzv pracovní cívka). Pracovní cívkou je vynucován obrovský puls proudu rychlým vybitím vysokého napětí kondenzátor banka pomocí ignitron nebo a jiskřiště jako přepínač. To vytváří rychle oscilační, ultra silné elektromagnetické pole kolem pracovní cívky.

Vysoký proud pracovní cívky (obvykle desítky nebo stovky tisíc) ampéry ) vytváří ultra silné magnetické síly, které snadno překonají mez kluzu kovového obrobku, což způsobuje trvalé deformace. Proces tváření kovů probíhá extrémně rychle (obvykle desítky mikrosekundy ) a kvůli velkým silám podléhají části obrobku vysoké akcelerace dosahující rychlosti až 300 m / s.

Aplikace

Proces tváření se nejčastěji používá ke smrštění nebo roztažení válcových trubek, ale může také tvořit plech odpuzováním obrobku na tvarovaný zemřít na vysoké rychlost. Vysoce kvalitní spoje mohou být vytvořeny buď elektromagnetickým pulzním lisováním s mechanickým blokováním, nebo elektromagnetické pulzní svařování se skutečným metalurgickým svarem. Protože operace tváření zahrnuje vysokou akcelerace a zpomalení, hmotnost obrobku hraje během procesu tváření zásadní roli. Tento proces funguje nejlépe s dobrým elektrické vodiče jako je měď nebo hliník, ale lze jej přizpůsobit pro práci s horšími vodiči, jako jsou ocel.

Srovnání s mechanickým tvářením

Elektromagnetické tváření má ve srovnání s běžnými technikami mechanického tváření řadu výhod a nevýhod.

Některé z výhod jsou;

  • Vylepšená tvarovatelnost (množství protažení dostupné bez roztržení)
  • Vrásky lze velmi potlačit
  • Tvarování lze kombinovat se spojováním a spojováním s různými součástmi včetně skla, plastu, kompozitů a dalších kovů.
  • Úzké tolerance jsou možné jako pružina lze výrazně snížit.
  • Postačují jednostranné matrice, které mohou snížit náklady na nástroje
  • Maziva jsou omezená nebo jsou zbytečná, takže lze použít tváření čistý pokoj podmínky
  • Mechanický kontakt s obrobkem není nutný; zabráníte tak znečištění povrchu a stopám po nástroji. Díky tomu lze na obrobek před tvarováním nanést povrchovou úpravu.

Hlavní nevýhody jsou;

  • Nevodivé materiály nelze formovat přímo, ale lze je vytvořit pomocí vodivé hnací desky
  • Vysoké napětí a proudy vyžadují pečlivé bezpečnostní úvahy

Reference

  • „Materiály a výroba: Elektromagnetické tváření hliníkových plechů“ (PDF). Pacific Northwest National Laboratory. Archivovány od originál (PDF) dne 18. 12. 2005. Citováno 2006-06-09.
  • „Elektromagnetický lemovací stroj a způsob spojování plechových vrstev“. Americký úřad pro patenty a ochranné známky. Archivovány od originál dne 2018-05-18. Citováno 2005-09-02.
  • „Zdroje pro elektromagnetické a vysokorychlostní tváření“. Katedra materiálových věd a inženýrství, Ohio State University. Archivovány od originál dne 19. 12. 2005. Citováno 2006-04-06.
  • „Příručka pro tvarování elektromagnetických kovů“. Anglický překlad ruské knihy Belyy, Fertik a Khimenko. Archivovány od originál dne 2006-09-05. Citováno 2006-08-06.
  • „FEA elektromagnetického formování pomocí nového spojovacího algoritmu“. Ali M. Abdelhafeez, M.M. Nemat-Alla a M.G. El-Sebaie. Citováno 2013-01-15.

externí odkazy