Formowanie elektromagnetyczne - Electromagnetic forming

Ściśnięta aluminiowa puszka, wytwarzana z pulsującego pola magnetycznego wytworzonego przez szybkie rozładowanie 2 kilodżuli z baterii kondensatorów wysokiego napięcia do 3-zwojowej cewki z grubego drutu.

Formowanie elektromagnetyczne ( formowanie EM lub magneforming ) to rodzaj procesu formowania na zimno z dużą prędkością dla metali przewodzących prąd elektryczny, najczęściej miedzi i aluminium . Przedmiot obrabiany jest przekształcany przez pulsacyjne pola magnetyczne o dużym natężeniu, które indukują prąd w elemencie obrabianym i odpowiadające mu odpychające pole magnetyczne, szybko odpychając części przedmiotu obrabianego. Kształt przedmiotu obrabianego można zmienić bez kontaktu z narzędziem, chociaż w niektórych przypadkach przedmiot może być dociskany do matrycy lub wzornika. Technika ta jest czasami nazywana formowaniem z dużą prędkością lub technologią impulsu elektromagnetycznego .

Wyjaśnienie

W pobliżu metalowego elementu obrabianego umieszczana jest specjalna cewka, zastępująca popychacz w tradycyjnym formowaniu. Kiedy system wyzwala swój intensywny impuls magnetyczny, cewka wytwarza pole magnetyczne, które z kolei przyspiesza obrabiany przedmiot do hiper prędkości i dociera do matrycy. Impuls magnetyczny i ekstremalna prędkość odkształcania przekształca metal w stan lepko-plastyczny - zwiększając odkształcalność bez wpływu na naturalną wytrzymałość materiału. Zobacz ilustrację dotyczącą formowania impulsu magnetycznego dla wizualizacji.

Szybko zmieniające się pole magnetyczne indukuje krążący prąd elektryczny w pobliskim przewodniku poprzez indukcję elektromagnetyczną . Indukowany prąd wytwarza odpowiednie pole magnetyczne wokół przewodnika (patrz Pinch (fizyka plazmy) ). Ze względu na prawo Lenza pola magnetyczne wytwarzane w przewodniku i cewce roboczej silnie się odpychają.

Gdy przełącznik jest zamknięty, energia elektryczna zmagazynowana w baterii kondensatorów (po lewej) jest rozładowywana przez cewkę formującą (kolor pomarańczowy), wytwarzając szybko zmieniające się pole magnetyczne, które indukuje przepływ prądu w metalowym elemencie obrabianym (różowy). Prąd płynący przez przedmiot obrabiany wytwarza odpowiednie przeciwne pole magnetyczne, które szybko odpycha przedmiot obrabiany od cewki formującej, zmieniając kształt przedmiotu obrabianego - w tym przypadku ściskając średnicę cylindrycznej rury. Odwrotne siły działające na cewkę formującą są stawiane przez „ podtrzymującą obudowę cewki (kolor zielony).

W praktyce metalowy przedmiot obrabiany, który ma być wykonany, umieszcza się w pobliżu silnie skonstruowanego zwoju drutu (zwanego cewką roboczą ). Ogromny impuls prądu jest wymuszany przez cewkę roboczą poprzez szybkie rozładowanie baterii kondensatorów wysokiego napięcia przy użyciu zapłonnika lub iskiernika jako przełącznika . Powoduje to powstanie szybko oscylującego, ultrasilnego pola elektromagnetycznego wokół cewki roboczej.

Wysoki prąd roboczy cewki (zwykle dziesiątki lub setki tysięcy amperów ) wytwarza bardzo silne siły magnetyczne, które z łatwością pokonują granicę plastyczności obrabianego elementu metalowego, powodując trwałe odkształcenie. Proces formowania metalu przebiega niezwykle szybko (zwykle kilkadziesiąt mikrosekund ) i ze względu na duże siły fragmenty detalu ulegają dużym przyspieszeniom osiągającym prędkości do 300 m / s.

Aplikacje

Proces formowania jest najczęściej używany do obkurczania lub rozszerzania cylindrycznej rury, ale może również formować blachę przez odbijanie obrabianego przedmiotu na kształtową matrycę z dużą prędkością . Połączenia o wysokiej jakości można formować poprzez zaciskanie impulsów elektromagnetycznych z blokadą mechaniczną lub poprzez spawanie impulsowe elektromagnetyczne z prawdziwą spoiną metalurgiczną. Ponieważ operacja formowania wiąże się z dużym przyspieszeniem i opóźnieniem, masa obrabianego przedmiotu odgrywa kluczową rolę podczas procesu formowania. Proces działa najlepiej w przypadku dobrych przewodników elektrycznych, takich jak miedź lub aluminium , ale można go dostosować do pracy z gorszymi przewodnikami, takimi jak stal .

Porównanie z formowaniem mechanicznym

Formowanie elektromagnetyczne ma wiele zalet i wad w porównaniu z konwencjonalnymi technikami formowania mechanicznego.

Niektóre z zalet są;

  • Ulepszona plastyczność (dostępna ilość rozciągnięcia bez rozdarcia)
  • Zmarszczki można znacznie zmniejszyć
  • Formowanie można łączyć z łączeniem i montażem z różnymi elementami, takimi jak szkło, tworzywa sztuczne, kompozyty i inne metale.
  • Możliwe są wąskie tolerancje, ponieważ sprężynowanie można znacznie zmniejszyć.
  • Wystarczą matryce jednostronne, co może obniżyć koszty narzędzi
  • Smary są zmniejszone lub są niepotrzebne, więc formowanie można stosować w warunkach czystych
  • Mechaniczny kontakt z obrabianym przedmiotem nie jest wymagany; pozwala to uniknąć zanieczyszczenia powierzchni i śladów narzędzi. W rezultacie wykończenie powierzchni można nałożyć na obrabiany przedmiot przed formowaniem.

Główne wady to;

  • Materiały nieprzewodzące nie mogą być formowane bezpośrednio, ale można je formować za pomocą przewodzącej płyty napędowej
  • Występujące wysokie napięcia i prądy wymagają starannych względów bezpieczeństwa

Bibliografia

  • „Materiały i produkcja: elektromagnetyczne formowanie blachy aluminiowej” (PDF) . Pacific Northwest National Laboratory . Zarchiwizowane od oryginalnego (PDF) w dniu 2005-12-18 . Źródło 2006-06-09 .
  • „Elektromagnetyczna obwijarka i metoda łączenia warstw blachy” . Amerykańskie Biuro Patentów i Znaków Towarowych . Zarchiwizowane od oryginału w dniu 2018-05-18 . Źródło 2005-09-02 .
  • „Zasoby dotyczące formowania elektromagnetycznego i z dużą prędkością” . Wydział Nauki o Materiałach i Inżynierii, Ohio State University . Zarchiwizowane od oryginału w dniu 2005-12-19 . Źródło 2006-04-06 .
  • „Podręcznik elektromagnetycznego formowania metali” . Angielskie tłumaczenie rosyjskiej książki Belyya, Fertika i Khimenko . Zarchiwizowane od oryginału w dniu 2006-09-05 . Źródło 2006-08-06 .
  • „MES formowania elektromagnetycznego z wykorzystaniem nowego algorytmu sprzęgania” . Ali M. Abdelhafeez, MM Nemat-Alla i MG El-Sebaie . Źródło 2013-01-15 .

Zewnętrzne linki