磁脈沖沖壓焊接技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

　　　　　　　　　　　　　　　　　　無錫冶金機械廠 牽良福 

  　[摘要]介紹了國外在磁脈沖沖壓方面的應(yīng)用情況，列出了沖壓薄板零件、切除管坯余量和成形-焊接薄殼件的實例。提出了磁脈沖沖壓的參數(shù)數(shù)據(jù)。 

　　關(guān)鍵詞 碰脈沖沖壓 薄板零件 切除管坯余量 成形-焊接 

　　1 前言 

金屬壓力加工的缺點之一是通用性差、模具復(fù)雜和成本高；近年來，采用通用變形工具--彈性介質(zhì).液體或氣體介質(zhì)和脈沖磁場的金屬壓力加工獲得廣泛應(yīng)用。這些工藝中作為剛性變形工具僅采用凹�；蛲鼓＃�但是，分析和預(yù)測板料沖壓工藝的發(fā)展途徑指出，根據(jù)金屬壓力加工工藝，可完全不采用剛性工具。按專家評估，最有發(fā)展前景的是用脈沖磁場壓力的無模成形薄板零件工藝。 

　　2 磁脈沖沖壓薄板零件 

　　縮口、擴口或成形的磁脈沖加工板坯的原理是：外磁場在板坯金屬內(nèi)感應(yīng)成渦流，當(dāng)它與初級磁場相互作用時導(dǎo)致出現(xiàn)強大的輻射壓力，從而在板坯上建立磁壓力效應(yīng)，較大壓力產(chǎn)生在板坯厚度比磁場擴散深度大得多的情況，即這時磁場的穿入產(chǎn)生在板壞金屬的微表層內(nèi)(“表面趨膚效應(yīng)”)。 

　　在磁脈沖沖壓薄板坯時，傳統(tǒng)方式不適合，因不能發(fā)展所需大小的作用力幅值；在該情況下，金屬的厚度顯著小于穿透的有效深度，從而導(dǎo)致磁壓力的減小。磁壓力的幅值與被加工金屬表面上的磁場強度的平方差成正比。此外，在薄壁金屬內(nèi)流過渦流時會發(fā)熱，盡管磁場強度的幅值顯著小于分離于序所需的幅值，也會導(dǎo)致金屬的熔化。 

　　為消除板坯金屬內(nèi)顯著的磁場擴散深度所引起的負(fù)面影響，為了增大薄壁金屬上的磁壓力，可通過感應(yīng)器系統(tǒng)的一定結(jié)構(gòu)來解決，這種結(jié)構(gòu)包括感應(yīng)器(平面平行磁場源)和電介質(zhì)凹模。在這情況，對磁場強度矢量產(chǎn)生下列邊界條件；在被變形導(dǎo)體的一個表面上為零，而在另一表面上(從感應(yīng)器一側(cè))磁場強度達(dá)到其最大可能值，這時發(fā)展的力與傳統(tǒng)磁脈沖沖壓方式相同，取決于感應(yīng)器的場幅值。 

　　直接采用玻璃膠布板制造的電介質(zhì)凹模，未能成功地保證沖裁時所需水平的磁特性和強度特性，因在板坯金屬內(nèi)顯著的發(fā)熱，從而導(dǎo)致金屬的熔化。減小放熱效應(yīng)的方法之一是采用雙層凹模。它由大體積的電介質(zhì)凹模和對磁場透明的含屬(如鋼)薄層所組成。這鋼層除了能減小板坯命屬內(nèi)的放熱外，作為沖裁時的切削工具時還能保證對沖壓過程較平衡的優(yōu)點。第二種方法是通過減小感應(yīng)器線圈內(nèi)的電流脈沖寬度，縮短熱過程的發(fā)展時間，除此之外，可將這兩種方法相結(jié)合，減小放熱強度可使磁場強度的幅們提高到一定閾值，這時可避免板坯金屬的熔化。

　　用磁脈沖沖壓法可制造下列各種設(shè)備的簡單印刷板線路圖：日用器具、整流--充電設(shè)備。電子鐘、電熨斗、電熱壺、洗衣機和其它許多電氣設(shè)備。 

　　用脈沖磁場能量來制造印刷板的優(yōu)點足：無機械和化學(xué)作用，故生產(chǎn)時環(huán)保；被去除的銅段未熔化，故可節(jié)約材料消耗；在1道工序內(nèi)可同時沖壓6-15塊以上的印刷板，故生產(chǎn)率高；單位產(chǎn)品的能耗��；靠沖壓過程中的脈卟什用可以節(jié)能。除此之外，用磁脈沖沖床法制造1個印刷板的成本比采用化學(xué)工藝幾乎低50倍。工作參數(shù)；工作電壓為14.5-17.6kV，能量為4.6-7.43kJ，工作頻率為50~52kHz。 

　　3 磁脈沖切割導(dǎo)管的工藝余量 

　　在宇航技術(shù)中，各種導(dǎo)管零件一般需采用分離工序，即切成定長元件或切割工藝余量。根據(jù)零件的用途，切口線可能有不同外形。在絕大多數(shù)情況，切口線必須垂直于圓截面管坯的軸線，例如，導(dǎo)管元件在準(zhǔn)備對焊時和支承零件時的裝配。解決該問題的方法之一是采用磁脈沖工藝，它可保證高的生產(chǎn)率和高質(zhì)量的零件。

　　磁脈沖裝置的最大儲備能量為20KJ，電容器的電容為100uf，短路電流頻率為48kHz。切割凹模3的材質(zhì)為工具鋼(52~56HRC)，其切削刃斜面做成10度，感應(yīng)器5做成螺旋狀，其工作區(qū)長度l=27mm(圈數(shù)n=6)。該工藝裝置的結(jié)構(gòu)可保證凹模與感應(yīng)器同軸安裝，且可使切削刃位于感應(yīng)器工作區(qū)的中間。管坯與感應(yīng)器的同軸度是同凹模內(nèi)預(yù)校管坯保證的。為保證被切割余量所需長度A，工藝裝置配有一組定距村套2。 

　　4 磁脈沖成形-焊接薄板件 

　　為了成形-焊接薄板件，成功地采用了磁脈沖加工。在加上過程中，實現(xiàn)了當(dāng)電流脈沖通過感應(yīng)器時力和熱作用在板坯上。提出了利用感應(yīng)電流I感和磁場壓力P來獲得搭接。利用勞倫茲力和感應(yīng)電流進行成形和接觸焊的復(fù)合已有應(yīng)用，但是該工藝的研究結(jié)果數(shù)據(jù)，以及選擇和計算這些參數(shù)的科學(xué)依據(jù)方法和它們對成形和焊接影響的評估，具有一定的價值。

　　復(fù)合過程的原理如下：將纏卷的薄板1(如圖3a)安裝在可拆開的電介質(zhì)凹模2內(nèi)，該凹模的形狀與成品制件的形狀相同。在板坯內(nèi)部配置感應(yīng)器3。在電容器放電過程中，沿感應(yīng)器的線圈流過放電電流I放，電流線的方向在示意圖上半周期內(nèi)符號“+”和“O”表示。 

　　該電流的交變磁通量造成板坯上引起渦流I渦，其電力線的方向沿著板坯的外周。因此，當(dāng)電充通過薄板的搭接頭時，將發(fā)出焦耳熱，當(dāng)電流I渦一定值時，被聯(lián)接的搭接表面稍微熔化。 

　　同時，感應(yīng)器的磁場與薄殼件內(nèi)渦流的相互作用，導(dǎo)致沿具整個表面引起磁壓力P(它是成形壓力P成）)，在搭接區(qū)，該壓力達(dá)成為焊接壓力P焊。由于壓力和熱復(fù)合作用在搭接頭上，便形成接觸焊型的焊接。在焊接的同時，制件產(chǎn)生按凹模外形的形狀。根據(jù)被加工材料、具厚度和幾何尺寸，選用了作參數(shù)為：電容為3-600uf，工作頻率為10-15kHx，能量為0.1~10kJ。 

　　目前，國外已建立了磁脈沖沖壓-“縮口”焊接、“擴口”焊接和“平面”焊接用的實驗設(shè)備和試驗性工業(yè)設(shè)備。因?qū)嶒炦^程中已進行了厚度為0.1~0.5mm的鋁、銅、鎳、黃銅零件的成形-焊接。

　　沖壓-焊接復(fù)合工藝與傳統(tǒng)制造薄殼件工藝相比，具有許多優(yōu)點：由于取消了許多工 ，故可顯著簡化工藝路線，可一次安裝制造零件；供給的能量可在寬廣范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，且精度較高，該工藝易于實現(xiàn)自動化，加工時無需傳遞介質(zhì)，所需的裝備簡單。 

　　沖壓、焊接薄殼件的該復(fù)合方法可推薦用于電子技術(shù)、儀表制造等工業(yè)。