加热条件下电磁成形试验研究

1、引言

电磁成形是一种高能率成形方法，电磁成形具有生产效率高、工装简单、可提高某些材料的塑性、对环境的污染小等优点。可以直接或借助于弹性介质实现零件的成形、装配、冲裁、焊接等工艺。电磁成形不仅涉及到电学、电磁学、电动力学、以及塑性力学的内容，而且也涉及到热力学等方面的内容。由于涉及多门学科，使电磁成形的理论和实验研究变得复杂而困难。因此电磁成形领域仍有很多问题有待进一步研究解决。关于加热条件下电磁成形的实验研究的报道很少，本试验将就此问题进行探讨。

在加热条件下，材料的性能和常温下是有区别的，加热时，材料的力学性能、电学性能、以及其它的物理性能都会发生不同程度的改变。一般情况下，加热会使金属材料的塑性增强。图1是LY12在高温下的塑性曲线。塑性的指标有很多，我们用延伸率来表征它。

图1 LY12延伸率随温度的关系曲线

从图1可以明显看出，随着温度的升高，材料的延伸率升高，受到相同的力后，变形量应该随温度的升高而升高。也就是说，在高温下电磁成形时，成形效果要比常温电磁成形效果好，结果是否如此，我们将做试验进行验证。在不同的温度下，材料的成形性能是不一样的。而在高速下，温度对材料的成形性能有没有影响，如果有影响，影响有多大，都是本文所要研究的问题。下面通过在相同能量下，其它参数不变的情况下，仅仅改变温度，材料成形性能的变化。加热的结构如图 2所示，实物图如图3所示。

图 2 加热试验示意图

1、 线圈 2、工件 3、模具 4、加热套
1、coil 2、workpiece 3、mould 4、heating jacket
图3 加热设备

2、试验目的

通过该系列试验，了解在加热条件下，应用电磁成形对工件进行自由胀形，温度对成形效果的影响，为以后的生产应用作试验准备。

试验过程如下：

1. 按照图3所示，准备好工装，以及测试设备。选用热电耦直接测试试样温度。给工件画网格。
2. 测出工件分别加热到200℃、300℃、400℃、500℃时所需的时间，为下一步作准备。
3. 加热模具，到一定温度后停止加热，放置工件，上面放置隔热石棉层，用热电偶测试工件温度。
4. 给电容充电，等工件温度达到后，放置线圈，压紧线圈、工件、模具后对模腔抽真空。抽真空完毕触发放电。
5. 测试变形后的工件。主要测试最大变形高度和变形率。

3、试验结果

分别对常温20℃、200℃、300℃、400℃、500℃时工件变形后的高度进行了测试，得到以下的结果。回路的电参数为：电压为2500伏特，电容为2400微法、电感线圈为0.024毫亨。料厚为1毫米，材料牌号微LY12。模具内径为100毫米。通过实验数据，可以画出在加热条件下温度和成形高度的关系曲线图。如图3所示。

图 4 加热条件下温度和成形高度的关系曲线

从图4可以明显看出，该牌号铝板在加热条件下，应用电磁成形并没有使工件的成形高度加大，反而有一定的减小，也就是说，在加热的条件下，温度升高并无宜于工件的成形，这和通常情况下加热有利于成形的概念有矛盾。但是这不能说明该铝板在加热条件下的塑性变差，仅仅说明在电磁成形过程中，通过加热来改变工件的成形性能意义不大。