● 摘要
电磁成形是一种高能率成形技术，它是利用金属坯料在磁场中受脉冲磁场力作用而发生塑性变形的一种工艺，目前已广泛应用于汽车、航空、航天等工业领域。为了实现在飞机蒙皮壁板类零件成形中的应用，在国家“973计划”课题（编号：2011CB012804）资助下，针对电磁脉冲作用下铝合金板材塑性成形性能的基础研究，对于揭示脉冲强磁场作用诱导材料塑性流动精确调形与调性具有重要的理论与实际意义。本文采用理论分析、耦合场有限元数值模拟、工艺试验以及微观分析相结合的方法对2024-T3态铝合金板材的电磁V型弯曲过程进行了研究，并将其试验结果与机械V型弯曲试验结果进行了对比分析。基于多物理场有限元软件ANSYS，对电磁V型弯曲的放电过程及电磁场进行了有限元模拟。首先，利用RLC双回路电路对其放电过程进行了有限元模拟，得到了在不同放电电压和放电电容条件下，放电电流随时间的变化规律。然后，在ANSYS/EMAG模块中将RLC双回路模拟得到的放电电流作为激励条件，对电磁V型弯曲电磁场进行了有限元模拟，得到了在不同放电电压和放电电容条件下，板料上电流密度和磁场力的大小及分布情况。利用有限元软件ABAQUS，对电磁V型弯曲的结构场进行了有限元分析，在模拟中，将ANSYS模拟得到的电磁力作为ABAQUS结构场中的载荷，经计算得到了不同放电电压和放电电容对板料成形深度的影响，模拟结果与实测结果基本吻合。根据电磁V型弯曲实验方案，设计加工了实验所需的模具以及平板螺旋线圈和匀压力线圈。针对不同厚度的2024-T3态铝合金板材，分别进行了电磁V型弯曲试验和机械V型弯曲试验，研究了不同电磁参数（放电电压U和放电电容C）对成形后板料的最小弯曲半径、回弹角度和成形深度的影响。在宏观上，从回弹翘曲和表面质量两个方面，将电磁V型弯曲和机械V型弯曲进行了对比，电磁V型弯曲试件比机械V型弯曲试件表面质量更好，无划痕和橘皮现象，且端面没有产生回弹翘曲。在微观上，从金相组织和显微硬度对电磁V型弯曲和机械V型弯曲进行了对比，两者金相组织并无明显区别。