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原文传递不同加载条件下的盒形件电控永磁压边拉深工艺研究

论文题名：	不同加载条件下的盒形件电控永磁压边拉深工艺研究
关键词：	板料成形;金属流动性;电控永磁技术;方盒形件;复杂盒形件;有限元模拟
摘要：	板料成形广泛应用于军工和民用制品的生产过程中，在成形过程中可能出现破裂、起皱、局部变形不足等缺陷。成形过程中的不均匀流动是产生这些缺陷的内在原因，在传统成形工艺中，控制金属流动的主要工艺措施就是调整压边力大小和在法兰区设置拉延筋，其中设置拉延筋的方法使得模具结构非常复杂，一般还需增加后续切除工序。电控永磁技术具有传动链短、节能环保、易于控制等优点，将其应用于板料成形工艺中，不仅可用于抑制起皱失稳缺陷，还可以用于控制板坯上各处的金属流动。合理设计和施加磁力载荷，可以提高板料流动的均匀性及成形性能。　　对于成形过程中法兰区流动不均匀的复杂形件如方盒形件及口部为“凸”字形的盒形件提出了一种基于电控永磁技术的不均匀压边力加载方法，即在拉深成形中通过对磁垫各通道的组合来控制加载在板坯上各区域的压边力的大小。主要研究内容为：对可分区磁垫各通道组合加载后的磁场分布进行模拟分析；分析磁垫不同通道加载后对压边力加载方式的影响；分析两种制件的板坯在不同压边力加载方式下的接触应力分布和拉深成形过程；最后进行不同压边力加载下的拉深实验。　　首先，采用理论推导，有限元分析的方法对双磁极单元以及三磁极单元的磁垫的充退磁的磁路进行了分析，验证了电控永磁技术充退磁技术的合理性。通过理论分析和数值模拟的方式给出影响磁吸力的两个因素，分别为空气间隙和电流强度。　　其次，通过MAXWELL有限元软件对可分区磁垫的各个通道组合进行模拟分析，由于双磁极单元以及三磁极单元的相互作用，导致了即使磁极单元的数量相同，但产生的磁吸力大小却不相同。在磁垫整体通入最大电流40A时，充磁时可得到最大的磁吸力为141270N。在磁垫各通道磁极单元在单独工作时，不会影响到相邻的不工作的磁极单元的状态。　　然后，利用ANSYS有限元软件将电磁场与结构场进行耦合，根据两种成形件的成形特点对磁垫的通道组合进行调节，分析分通道后磁垫在成形区内的板坯上的接触应力分布，将此应力分布导入到DYNAFORM软件中进行拉深成形模拟分析，在分通道加载压边力的作用下，坯料的流动性发生改变，具体表现为法兰区的起皱范围以及直边区圆角区的起皱幅度不同，在成形效果良好的条件下，分通道加载至少可以节省17.27%的能源。　　最后，设计了不同压边力加载条件下的拉深模具，选择直径为180mm、厚度为0.98mm的08AL冷轧钢板进行不同压边力加载条件下的拉深实验，实验表明，可以通过改变各通道的组合来控制成形件上板坯各处的接触应力大小，进而控制板坯各处的金属流动状态。在改变直边区与圆角区通道通入电流的比例后，成形制件的法兰区的起皱区域以及起皱幅度都会有相应的改变，实现了对坯料流动性的控制。
作者：	刘珂男
专业：	材料加工工程
导师：	秦泗吉
授予学位：	硕士
授予学位单位：	燕山大学
学位年度：	2022