CN111468585B - 基于仿真的分离轴向电磁力的管件胀形分析及控制方法 - Google Patents

基于仿真的分离轴向电磁力的管件胀形分析及控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111468585B
CN111468585B CN202010286344.9A CN202010286344A CN111468585B CN 111468585 B CN111468585 B CN 111468585B CN 202010286344 A CN202010286344 A CN 202010286344A CN 111468585 B CN111468585 B CN 111468585B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pipe fitting
electromagnetic force
bulging
axial
force distribution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010286344.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111468585A (zh
Inventor
邱立
李智
常鹏
苏攀
江进波
曹成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Three Gorges University CTGU
Original Assignee
China Three Gorges University CTGU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Three Gorges University CTGU filed Critical China Three Gorges University CTGU
Priority to CN202010286344.9A priority Critical patent/CN111468585B/zh
Publication of CN111468585A publication Critical patent/CN111468585A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111468585B publication Critical patent/CN111468585B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/14—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces applying magnetic forces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D41/00—Application of procedures in order to alter the diameter of tube ends
    • B21D41/02—Enlarging

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)

Abstract

本发明属于金属工件成形控制领域，公开了基于仿真的分离轴向电磁力的管件胀形分析及控制方法，建立包含待胀形管件和胀形线圈、轴向压缩线圈、空气域的电磁翻边模型，模型包括电磁模块和结构模块，电磁模块用于仿真计算径向电磁力分布Fr和轴向电磁力分布Fz，结构模块用于仿真计算管件的胀形效果。本发明采用虚拟加载轴向电磁力的方式，利用有限元软件仿真计算，在在保持径向电磁力分布完全一致的情况下，比例增大或减小轴向电磁力，进而分析轴向电磁力对管件电磁胀形壁厚减薄的影响程度；在不增加成本的情况下，优化压缩式管件电磁胀形的设计，进而控制管件胀形，提高管件胀形质量。

Description

基于仿真的分离轴向电磁力的管件胀形分析及控制方法
技术领域
本发明属于金属工件成形控制领域，具体涉及一种基于仿真的分离轴向电磁力的管件胀形分析及控制方法。
背景技术
电磁成形是一种高速率脉冲成形技术，能大幅改善金属材料成形性能，是解决轻质合金成形困难的有效手段之一。根据加工对象不同，电磁成形分为管件电磁成形和板件电磁成形。管件电磁成形又分为管件电磁胀形和管件电磁压缩。
传统管件电磁胀形中，电磁力通常仅为径向电磁力方向，加载方式单一；此时，当管件发生胀形时，管件因为变形，半径增大，管壁减薄，成形后的管件机械性能降低，达不到工业加工要求。为了解决管件电磁胀形存在的壁厚减薄问题，公开号为CN103406418B的中国专利“径向与轴向双向加载式金属管件电磁成形方法及装置”提供了径向与轴向双向加载式金属管件电磁成形方法及装置，可调整电磁力的加载方式，满足不同的工件加工要求；该发明中的轴向压缩式管件电磁胀形，可有效减少管壁在胀形过程中的减薄量，提高成形工件的成形极限和成形性能。期刊《IEEE access》刊登的论文“Study on ElectromagneticForce Distribution and Wall Thickness Reduction of Three-coil ElectromagneticTube Bulging with Axial Compression”公开的研究结果表明，基于轴向电磁力与径向电磁力比值Fz/Fr相同的两组结构，对比分析了管件成形轮廓和壁厚减薄量；在Fz/Fr一定时，管件壁厚减薄量差异不大。然而，这一分析中，通过改变线圈结构实现轴向电磁力分布和径向电磁力分布的改变，两者会同时发生改变，结果对比性不强。
因此，研究一种轴向压缩式管件电磁胀形中分离轴向电磁力的虚拟加载方法与模型，能够在保持径向电磁力分布完全一致的情况下，比例增大或减小轴向电磁力，进而分析轴向电磁力对轴向压缩式管件电磁胀形壁厚减薄量的影响程度。
发明内容
本发明的技术问题是现有的径向电磁力与轴向电磁力同时加载的管件电磁胀形技术的设计过程中，无法分离径向电磁力、轴向电磁力，不能确定不同轴向电磁力对对轴向压缩式管件电磁胀形壁厚减薄量的影响程度。
本发明的目的是解决上述问题，提供一种基于仿真的分离轴向电磁力的管件胀形分析及控制方法，采用有限元软件仿真计算，在保持径向电磁力分布完全一致的情况下，比例增大或减小轴向电磁力，分析轴向电磁力对轴向压缩式管件电磁胀形壁厚减薄量的影响程度，进而确定达到管件胀形规格的胀形线圈匝数、轴向压缩线圈匝数以及线圈的电流大小，控制管件胀形。
本发明的技术方案是基于仿真的分离轴向电磁力的管件胀形分析方法，建立包含待胀形管件和胀形线圈、轴向压缩线圈、空气域的电磁翻边模型，模型包括电磁模块和结构模块，电磁模块用于仿真计算径向电磁力分布Fr和轴向电磁力分布Fz，结构模块用于仿真计算管件的胀形效果，管件胀形分析方法包括以下步骤，
步骤1：采用有限元软件建立轴向压缩式管件电磁胀形模型；
步骤2：对管件电磁胀形模型建立电磁模块，利用电磁模块得到管件的电磁力分布；
步骤2.1：建立电磁模块，在驱动线圈中施加脉冲电流，在模型对称轴上施加轴对称边界，在磁绝缘边界设置磁场为0；
步骤2.2：利用电磁模块仿真计算，获得管件上受到的电磁力分布，包括径向电磁力分布Fr和轴向电磁力分布Fz；
步骤3：对管件电磁胀形模型建立结构模块，对管件施加径向电磁力分布Fr、轴向电磁力分布Fz，仿真计算管件壁厚减薄量；
步骤3.1：建立结构模块，将胀形线圈、轴向压缩线圈、空气域禁用；
步骤3.2：对待胀形管件施加径向电磁力分布Fr和轴向电磁力分布Fz，仿真计算管件壁厚减薄量；
步骤3.3：对待胀形管件仅施加径向电磁力分布Fr，仿真计算管件壁厚减薄量；
步骤3.4：对待胀形管件施加径向电磁力分布Fr，和虚拟的轴向电磁力Fzx=k*Fz，k为比例系数，对k取不同值，仿真计算不同轴向电磁力分布情况下的管件壁厚减薄量；
步骤4：比较不同轴向电磁力分布情况下的管件壁厚减薄量，分析轴向电磁力对轴向压缩式管件电磁胀形壁厚减薄量的影响。
进一步地，比例系数k的取值范围为0<k<10。
优选地，所述对k取不同值，仿真计算不同轴向电磁力分布情况下的管件壁厚减薄量，k的取值集合为{0.2，0.4，0.6，0.8，1.5，2}。
优选地，所述轴向压缩线圈包括位于待胀形管件两端的2个线圈。
采用上述管件胀形分析方法的管件胀形控制方法，包括以下步骤，
步骤1：根据管件胀形的规格要求，采用管件胀形分析方法确定管件胀形需要的径向电磁力分布和轴向电磁力分布；
步骤2：根据待胀形管件所需的电磁力分布确定胀形线圈的匝数和轴向压缩线圈的匝数以及线圈的电流大小；
步骤3：根据步骤2的结果，对待翻边管件设置胀形线圈和轴向压缩线圈，并对线圈施加相应的电流，使得待胀形管件进行胀形。
相比现有的压缩式管件电磁胀形技术，本发明的有益效果是采用虚拟加载轴向电磁力的方式，利用有限元软件仿真计算，在在保持径向电磁力分布完全一致的情况下，比例增大或减小轴向电磁力，进而分析轴向电磁力对管件电磁胀形壁厚减薄的影响程度。在不增加成本的情况下，优化压缩式管件电磁胀形的设计，进而控制管件胀形，提高管件胀形质量。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为基于仿真的分离轴向电磁力的管件胀形分析方法的流程图。
图2为实施例的轴向压缩式管件电磁胀形模型的示意图。
附图标记说明：胀形线圈1、轴向压缩线圈2、空气域3、模型对称轴4、磁绝缘边界5、待胀形管件6。
具体实施方式
如图1-2所示，基于仿真的分离轴向电磁力的管件胀形分析方法，建立包含待胀形管件和胀形线圈、轴向压缩线圈、空气域的电磁翻边模型，模型包括电磁模块和结构模块，电磁模块用于仿真计算径向电磁力分布Fr和轴向电磁力分布Fz，结构模块用于仿真计算管件的胀形效果，轴向压缩线圈包括位于待胀形管件两端的2个线圈，胀形线圈设置于待胀形管件内部，管件胀形分析方法包括以下步骤，
步骤1：采用有限元软件建立轴向压缩式管件电磁胀形模型，如图2所示；
步骤2：对管件电磁胀形模型建立电磁模块，利用电磁模块得到管件的电磁力分布；
步骤2.1：建立电磁模块，在驱动线圈中施加脉冲电流，在模型对称轴上施加轴对称边界，在磁绝缘边界设置磁场为0；
步骤2.2：利用电磁模块仿真计算，获得管件上受到的电磁力分布，包括径向电磁力分布Fr和轴向电磁力分布Fz；
步骤3：对管件电磁胀形模型建立结构模块，对管件施加径向电磁力分布Fr、轴向电磁力分布Fz，仿真计算管件壁厚减薄量；
步骤3.1：建立结构模块，将胀形线圈、轴向压缩线圈、空气域禁用；
步骤3.2：对待胀形管件施加径向电磁力分布Fr和轴向电磁力分布Fz，仿真计算管件壁厚减薄量r0；
步骤3.3：对待胀形管件仅施加径向电磁力分布Fr，仿真计算管件壁厚减薄量rn；
步骤3.4：对待胀形管件施加径向电磁力分布Fr，和虚拟的轴向电磁力Fzx=k*Fz，k为比例系数，k依次取0.2，0.4，0.6，0.8，1.5，2；仿真计算不同轴向电磁力分布情况下的管件壁厚减薄量rk1、rk2、rk3、rk4、rk5、rk6；
步骤4：比较不同轴向电磁力分布情况下的管件壁厚减薄量r0、rn、rk1、rk2、rk3、rk4、rk5、rk6，分析轴向电磁力对轴向压缩式管件电磁胀形壁厚减薄量的影响。
采用上述管件胀形分析方法的管件胀形控制方法，包括以下步骤，
步骤1：根据管件胀形的规格要求，采用管件胀形分析方法确定管件胀形需要的径向电磁力分布和轴向电磁力分布；
步骤2：根据待胀形管件所需的电磁力分布确定胀形线圈的匝数和轴向压缩线圈的匝数以及线圈的电流大小；
步骤3：根据步骤2的结果，对待翻边管件设置胀形线圈和轴向压缩线圈，并对线圈施加相应的电流，使得待胀形管件进行胀形。
实施结果表明，本发明的基于仿真的分离轴向电磁力的管件胀形分析方法，能分析轴向电磁力对轴向压缩式管件电磁胀形壁厚减薄量的影响程度，有利于优化胀形线圈和轴向压缩线圈的设计。在优化胀形线圈和轴向压缩线圈的设计的基础上，采用本发明的管件胀形控制方法，提高了管件胀形的质量。

Claims (5)

1.基于仿真的分离轴向电磁力的管件胀形分析方法，其特征在于，建立包含待胀形管件和胀形线圈、轴向压缩线圈、空气域的轴向压缩式管件电磁胀形模型，模型包括电磁模块和结构模块，电磁模块用于仿真计算径向电磁力分布Fr和轴向电磁力分布Fz，结构模块用于仿真计算管件的胀形效果，管件胀形分析方法包括以下步骤，
步骤1：采用有限元软件建立轴向压缩式管件电磁胀形模型；
步骤2：对管件电磁胀形模型建立电磁模块，利用电磁模块得到管件的电磁力分布；
步骤2.1：建立电磁模块，在驱动线圈中施加脉冲电流，在模型对称轴上施加轴对称边界；
步骤2.2：利用电磁模块仿真计算，获得管件上受到的电磁力分布，包括径向电磁力分布Fr和轴向电磁力分布Fz；
步骤3：对管件电磁胀形模型建立结构模块，对管件施加径向电磁力分布Fr、轴向电磁力分布Fz，仿真计算管件壁厚减薄量；
步骤3.1：建立结构模块，将胀形线圈、轴向压缩线圈、空气域禁用；
步骤3.2：对待胀形管件施加径向电磁力分布Fr和轴向电磁力分布Fz，仿真计算管件壁厚减薄量；
步骤3.3：对待胀形管件仅施加径向电磁力分布Fr，仿真计算管件壁厚减薄量；
步骤3.4：对待胀形管件施加径向电磁力分布Fr，和虚拟的轴向电磁力Fzx=k*Fz，k为比例系数，对k取不同值，仿真计算不同轴向电磁力分布情况下的管件壁厚减薄量；
步骤4：比较不同轴向电磁力分布情况下的管件壁厚减薄量，分析轴向电磁力对轴向压缩式管件电磁胀形壁厚减薄量的影响。
2.根据权利要求1所述的基于仿真的分离轴向电磁力的管件胀形分析方法，其特征在于，比例系数k的取值范围为0<k<10。
3.根据权利要求2所述的基于仿真的分离轴向电磁力的管件胀形分析方法，其特征在于，所述对k取不同值，仿真计算不同轴向电磁力分布情况下的管件壁厚减薄量，k的取值集合为{0.2，0.4，0.6，0.8，1.5，2}。
4.根据权利要求1所述的基于仿真的分离轴向电磁力的管件胀形分析方法，其特征在于，所述轴向压缩线圈包括位于待胀形管件两端的2个线圈。
5.采用权利要求1-4任意一项所述的管件胀形分析方法的管件胀形控制方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤1：根据管件胀形的规格要求，采用管件胀形分析方法确定管件胀形需要的径向电磁力分布和轴向电磁力分布；
步骤2：根据待胀形管件所需的电磁力分布确定胀形线圈的匝数和轴向压缩线圈的匝数以及线圈的电流大小；
步骤3：根据步骤2的结果，对待胀形管件设置胀形线圈和轴向压缩线圈，并对线圈施加相应的电流，使得待胀形管件进行胀形。
CN202010286344.9A 2020-04-13 2020-04-13 基于仿真的分离轴向电磁力的管件胀形分析及控制方法 Active CN111468585B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010286344.9A CN111468585B (zh) 2020-04-13 2020-04-13 基于仿真的分离轴向电磁力的管件胀形分析及控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010286344.9A CN111468585B (zh) 2020-04-13 2020-04-13 基于仿真的分离轴向电磁力的管件胀形分析及控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111468585A CN111468585A (zh) 2020-07-31
CN111468585B true CN111468585B (zh) 2021-08-24

Family

ID=71751662

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010286344.9A Active CN111468585B (zh) 2020-04-13 2020-04-13 基于仿真的分离轴向电磁力的管件胀形分析及控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111468585B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2066835C1 (ru) * 1994-01-12 1996-09-20 Научно-исследовательский институт специального машиностроения Московского государственного технического университета им.Н.Э.Баумана Способ магнитно-импульсной раздачи проводящих оболочек и устройство для его реализации
CN106944528A (zh) * 2017-04-13 2017-07-14 三峡大学 一种柔性电磁力加载式金属管件电磁成形装置及方法
CN107116128A (zh) * 2017-06-05 2017-09-01 三峡大学 一种轴向‑径向电磁力分时加载的板件电磁翻边装置及方法
CN108188246A (zh) * 2018-02-09 2018-06-22 华中科技大学 一种基于通流模式的金属管件成形装置及方法
CN208195344U (zh) * 2018-04-02 2018-12-07 三峡大学 一种轴向斥力-径向吸力分时加载的板件电磁翻边装置
CN109848279A (zh) * 2019-03-13 2019-06-07 中南大学 一种大型零件的电磁分级成形方法及成形装置
CN109967593A (zh) * 2019-03-18 2019-07-05 三峡大学 一种采用径向恒定磁场与感应涡流实现管件电磁胀形轴向压缩的装置及方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2066835C1 (ru) * 1994-01-12 1996-09-20 Научно-исследовательский институт специального машиностроения Московского государственного технического университета им.Н.Э.Баумана Способ магнитно-импульсной раздачи проводящих оболочек и устройство для его реализации
CN106944528A (zh) * 2017-04-13 2017-07-14 三峡大学 一种柔性电磁力加载式金属管件电磁成形装置及方法
CN107116128A (zh) * 2017-06-05 2017-09-01 三峡大学 一种轴向‑径向电磁力分时加载的板件电磁翻边装置及方法
CN108188246A (zh) * 2018-02-09 2018-06-22 华中科技大学 一种基于通流模式的金属管件成形装置及方法
CN208195344U (zh) * 2018-04-02 2018-12-07 三峡大学 一种轴向斥力-径向吸力分时加载的板件电磁翻边装置
CN109848279A (zh) * 2019-03-13 2019-06-07 中南大学 一种大型零件的电磁分级成形方法及成形装置
CN109967593A (zh) * 2019-03-18 2019-07-05 三峡大学 一种采用径向恒定磁场与感应涡流实现管件电磁胀形轴向压缩的装置及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
管件电磁胀形过程中的材料变形性能问题与电磁力加载方案;邱立等;《电工技术学报》;20190131;第34卷(第2期);第212-218页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111468585A (zh) 2020-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cui et al. Large-scale sheet deformation process by electromagnetic incremental forming combined with stretch forming
Zhang et al. Analysis of local loading forming for titanium-alloy T-shaped components using slab method
Yu et al. The deformation mechanism of circular hole flanging by magnetic pulse forming
Yu et al. Electromagnetic forming of aluminum circular tubes into square tubes: experiment and numerical simulation
Liu et al. Plastic wrinkling prediction in thin-walled part forming process: A review
Cui et al. Incremental electromagnetic-assisted stamping (IEMAS) with radial magnetic pressure: a novel deep drawing method for forming aluminum alloy sheets
CN111468585B (zh) 基于仿真的分离轴向电磁力的管件胀形分析及控制方法
Chen et al. Improvement on formability and forming accuracy in electromagnetic forming of deep-cavity sheet metal part using a dual-coil system
CN111468589B (zh) 分离径向、轴向电磁力的工件翻边分析及控制方法
Cheng et al. Investigation of the effect of relative thickness (t0/d0) on the formability of the AA6061 tubes during free bending process
Cui et al. Electromagnetic impulse calibration in V-shaped parts
YU et al. Theoretical analysis on springback of L-section extrusion in rotary stretch bending process
CN114676639A (zh) 基于神经网络的飞行器气动外形优化方法、装置及介质
Ramesh et al. Analysis of optimization of blank holding force in deep drawing by using LS DYNA
Li et al. Typical stress states of tube hydroforming and their distribution on the yield ellipse
Abdullah et al. A comprehensive review of experimental approaches used in the measurement of springback
Lang et al. Investigation into the pre-forming's effect during multi-stages of tube hydroforming of aluminum alloy tube by using useful wrinkles
Chen et al. Investigation on deformation control of sheet metal in radial Lorentz force augmented deep drawing
Kong et al. Hydroforming process of manufacturing for reverse spiral origami structure
Zhang et al. Research on the controlling of the thickness distribution in superplastic forming
Alzahrani et al. Part 1: analytical modeling of symmetric multi-nose tube hydroforming
Ou et al. A dynamic small-sized hole flanging process driven by Lorentz-force for aluminum alloys
CN102632173B (zh) 确定二维局部加载成形用不等厚坯料的方法
Du et al. Research on the establishment and influence mechanism of critical wrinkling limit diagram (WLD) of plate and shell forming under mold constraints
Zhao et al. Springback theory of plane bending and the progress of study on its engineering application

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20200731

Assignee: Hubei Feiou Commercial Management Co.,Ltd.

Assignor: CHINA THREE GORGES University

Contract record no.: X2023980045280

Denomination of invention: Analysis and Control Method of Tube Bulging Based on Simulation for Separating Axial Electromagnetic Force

Granted publication date: 20210824

License type: Common License

Record date: 20231102