Elektromagnetisk forming - Electromagnetic forming

En klemt aluminiumskanne, produsert fra et pulserende magnetfelt opprettet ved hurtig utlading av 2 kilojouler fra en høyspennings kondensatorbank i en 3-svings spole med tung gauge-ledning.

Elektromagnetisk forming ( EM forming eller magneforming ) er en type med høy hastighet, kaldformingsprosess for elektrisk ledende metall, oftest av kobber og aluminium . Arbeidsstykket er omformet av pulserende magnetfelt med høy intensitet som induserer en strøm i arbeidsstykket og et tilsvarende frastøtende magnetfelt, som raskt frastøter deler av arbeidsstykket. Arbeidsstykket kan omformes uten kontakt fra et verktøy, selv om stykket i noen tilfeller kan presses mot en dyse eller form. Teknikken kalles noen ganger høyhastighetsdannende eller elektromagnetisk pulsteknologi .

Forklaring

En spesiell spole er plassert nær det metalliske arbeidsstykket, og erstatter skyveren i tradisjonell forming. Når systemet frigjør sin intense magnetiske puls, genererer spolen et magnetfelt som igjen akselererer arbeidsstykket til hyperhastighet og på matrisen. Den magnetiske pulsen og den ekstreme deformasjonshastigheten forvandler metallet til en viskoplastisk tilstand - noe som øker formbarheten uten å påvirke materialets opprinnelige styrke. Se den magnetiske pulsdannende illustrasjonen for en visualisering.

Et raskt skiftende magnetfelt induserer en sirkulerende elektrisk strøm i en nærliggende leder gjennom elektromagnetisk induksjon . Den induserte strømmen skaper et tilsvarende magnetfelt rundt lederen (se Pinch (plasmafysikk) ). På grunn av Lenzs lov frastøter magnetfeltene som er opprettet i lederen og arbeidsspolen hverandre.

Når bryteren er lukket, blir elektrisk energi som er lagret i kondensatorbanken (til venstre), utladet gjennom formingsspolen (oransje) og produserer et raskt skiftende magnetfelt som får en strøm til å strømme i det metalliske arbeidsstykket (rosa). Strømmen som strømmer arbeidsstykket produserer et tilsvarende motsatt magnetfelt som raskt frastøter arbeidsstykket fra formingsspolen, og omformer arbeidsstykket - i dette tilfellet komprimerer diameteren på det sylindriske røret. De gjensidige kreftene som virker mot formingsspolen motstås av det ' støttende spiralhuset (grønt).

I praksis plasseres metallarbeidsstykket som skal fremstilles i nærheten av en tungt konstruert trådspole (kalt arbeidsspolen ). En enorm strømpuls blir tvunget gjennom arbeidsspolen ved raskt å tømme en høyspent kondensatorbank ved hjelp av en tenning eller et gnistgap som en bryter . Dette skaper et raskt oscillerende, ultrasterkt elektromagnetisk felt rundt arbeidsspolen.

Den høye arbeidsstrømmen (vanligvis titusener eller hundretusener av ampere ) skaper ultrasterke magnetiske krefter som lett overvinner flytefastheten til metallstykket og forårsaker permanent deformasjon. Metallformingsprosessen skjer ekstremt raskt (typisk titalls mikrosekunder ), og på grunn av de store kreftene gjennomgår deler av arbeidsstykket høy akselerasjon og når hastigheter på opptil 300 m / s.

applikasjoner

Formingsprosessen brukes oftest til å krympe eller utvide sylindrisk rør, men det kan også danne metallplater ved å frastøte arbeidsstykket på en formet dyse med høy hastighet . Skjøter av høy kvalitet kan dannes, enten ved elektromagnetisk pulspressing med en mekanisk sperre eller ved elektromagnetisk pulsveising med en ekte metallurgisk sveising. Siden formingsoperasjonen innebærer høy akselerasjon og retardasjon, spiller arbeidsstykkets masse en kritisk rolle under formingsprosessen. Prosessen fungerer best med gode elektriske ledere som kobber eller aluminium , men den kan tilpasses til å fungere med dårligere ledere som stål .

Sammenligning med mekanisk forming

Elektromagnetisk forming har en rekke fordeler og ulemper sammenlignet med konvensjonelle mekaniske formingsteknikker.

Noen av fordelene er;

  • Forbedret formbarhet (mengden strekk tilgjengelig uten å rive)
  • Rynker kan undertrykkes sterkt
  • Forming kan kombineres med sammenføyning og montering med forskjellige komponenter, inkludert glass, plast, kompositter og andre metaller.
  • Nære toleranser er mulige ettersom springback kan reduseres betydelig.
  • Ensidig matriser er tilstrekkelig, noe som kan redusere verktøykostnadene
  • Smøremidler reduseres eller er unødvendige, slik at forming kan brukes i rene romforhold
  • Mekanisk kontakt med arbeidsstykket er ikke nødvendig; Dette unngår overflateforurensning og verktøymerker. Som et resultat kan en overflatebehandling påføres arbeidsstykket før forming.

De viktigste ulempene er;

  • Ikke-ledende materialer kan ikke formes direkte, men kan formes ved hjelp av en ledende drivplate
  • De involverte høye spenningene og strømmen krever nøye sikkerhetshensyn

Referanser

  • "Materials and Manufacturing: Electromagnetic Forming of Aluminium Sheet" (PDF) . Pacific Northwest National Laboratory . Arkivert fra originalen (PDF) 2005-12-18 . Hentet 2006-06-09 .
  • "Elektromagnetisk hemmingmaskin og metode for sammenføyning av metallplater" . US Patent and Trademark Office . Arkivert fra originalen 2018-05-18 . Hentet 2005-09-02 .
  • "Ressurser om elektromagnetisk dannelse av høy hastighet" . Institutt for materialvitenskap, Ohio State University . Arkivert fra originalen 2005-12-19 . Hentet 2006-04-06 .
  • "Elektromagnetisk metalldannende håndbok" . En engelsk oversettelse av den russiske boka av Belyy, Fertik og Khimenko . Arkivert fra originalen 2006-09-05 . Hentet 2006-08-06 .
  • "FEA for elektromagnetisk dannelse ved hjelp av en ny koblingsalgoritme" . Ali M. Abdelhafeez, MM Nemat-Alla og MG El-Sebaie . Hentet 2013-01-15 .

Eksterne linker