Elektromagnetické tváření - 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 tváření ( EM tváření nebo tvarování ) je druh vysokorychlostního procesu tváření za studena pro elektricky vodivé kovy, nejčastěji měď a hliník . Obrobek je přetvářen pulzními magnetickými poli o vysoké intenzitě, která indukují proud v obrobku, a odpovídajícím odpudivým magnetickým polem, které rychle odpuzuje 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 formování 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 a na matrici. Magnetický puls a rychlost extrémní deformace transformují kov do viskoplastického stavu - zvyšují tvarovatelnost bez ovlivnění nativní pevnosti materiálu. Vizualizace viz obrázek tvořící magnetický puls .

Rychle se měnící magnetické pole indukuje cirkulující elektrický proud v blízkém vodiči prostřednictvím elektromagnetické indukce . Indukovaný proud vytváří kolem vodiče odpovídající magnetické pole (viz Pinch (fyzika plazmatu) ). Kvůli Lenzovu zákonu se magnetická pole vytvořená uvnitř vodiče a pracovní cívky navzájem silně odpuzují.

Když je spínač sepnutý, elektrická energie uložená v kondenzátorové bance (vlevo) je vybíjena skrz formovací cívku (oranžová) a vytváří rychle se měnící magnetické pole, které indukuje tok proudu v kovovém obrobku (růžová). Proud tekoucí obrobkem vytváří odpovídající opačné magnetické pole, které rychle odpuzuje obrobek od formovací cívky a přetváří obrobek - v tomto případě stlačuje průměr válcové trubky. Vzájemným silám působícím proti tvarující se cívce brání „ podpůrné pouzdro cívky (zelené).

V praxi je kovový obrobek, který má být vyroben, umístěn v blízkosti silně konstruované cívky drátu (nazývané pracovní cívka ). Obrovská puls proudu se protlačuje pracovní cívky rychle vypustit vysokonapěťový kondenzátor bance pomocí ignitron nebo jiskřiště jako spínač . Tím se vytvoří rychle oscilační, ultra silné elektromagnetické pole kolem pracovní cívky.

Vysoký proud pracovní cívky (obvykle desítky nebo stovky tisíc ampér ) vytváří ultra silné magnetické síly, které snadno překonají mez kluzu kovového obrobku a způsobí trvalou deformaci. Proces tváření kovů probíhá extrémně rychle (obvykle desítky mikrosekund ) a kvůli velkým silám podléhají části obrobku vysokému zrychlení dosahujícímu rychlostí až 300 m / s.

Aplikace

Proces tváření se nejčastěji používá ke smrštění nebo roztažení válcových trubek, ale může také tvořit plech odpuzováním obrobku vysokou rychlostí pomocí tvarovaného nástroje . Vysoce kvalitní spoje lze vytvářet buď elektromagnetickým pulzním lisováním s mechanickým blokováním, nebo elektromagnetickým pulzním svařováním skutečným metalurgickým svarem. Protože operace tváření zahrnuje vysoké zrychlení a zpomalení, hraje během tváření zásadní roli hmotnost obrobku. Tento proces funguje nejlépe s dobrými elektrickými vodiči, jako je měď nebo hliník , ale lze jej upravit pro práci s horšími vodiči, jako je ocel .

Srovnání s mechanickým tvářením

Ve srovnání s konvenčními mechanickými formovacími technikami má elektromagnetické 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.
  • Jsou možné úzké tolerance, protože pružina může být výrazně snížena.
  • Postačují jednostranné matrice, které mohou snížit náklady na nástroje
  • Maziva jsou omezená nebo jsou zbytečná, takže tvarování lze použít v podmínkách čistých prostor
  • Mechanický kontakt s obrobkem není nutný; zabráníte tak kontaminaci 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 z původního (PDF) 18. prosince 2005 . Citováno 2006-06-09 .
  • "Elektromagnetický lemovací stroj a metoda pro spojování plechových vrstev" . Americký úřad pro patenty a ochranné známky . Archivovány od originálu na 2018-05-18 . Citováno 2005-09-02 .
  • "Zdroje pro elektromagnetické a vysokorychlostní tváření" . Katedra materiálových věd a inženýrství, Ohio State University . Archivovány od originálu na 2005-12-19 . Citováno 2006-04-06 .
  • „Příručka pro formování elektromagnetických kovů“ . Anglický překlad ruské knihy Belyy, Fertik a Khimenko . Archivovány od originálu dne 2006-09-05 . Citováno 2006-08-06 .
  • "FEA elektromagnetického formování pomocí nového spojovacího algoritmu" . Ali M. Abdelhafeez, MM Nemat-Alla a MG El-Sebaie . Citováno 2013-01-15 .

externí odkazy