基于多级管状线圈冲击加载装置的分析与研究

发布时间：2020-11-08 12:36

　　 由于粉末冶金制品在机械零部件中占有很大比例,许多粉末冶金技术不断的涌现出来,如爆炸烧结技术高速压制技术和电磁成形技术等,但是这些现代高能率粉末压制技术的冲击加载机理与传统的粉末压制技术有很大不同,因而引起了许多人的关注。在粉末压制的过程中,金属粉末冲击压制的加载装置虽然能够压实粉末,但冲头质量大能量利用率不高的问题导致产生加载速度不够大,无法获得更高致密度粉末制品,因此需要设计一种更高效的加载装置变得尤为重要。而且目前在设计粉末压制装置中,有限元仿真技术因其快捷高效的优点而成为优化机械装置重要手段。本文结合高能率粉末压制技术和电磁推进技术,设计出一种基于多级管状线圈的冲击加载装置,以提高轴向冲击力和压制速度为目的,利用有限元仿真软件,建立加载装置的仿真模型,对通电管状线圈产生的磁场进行理论分析,研究各项参数对加载装置的电磁力的影响,优化设计管状线圈轴向冲击加载装置的结构。为金属粉末冲击压制装置设计提供了一种新的思路。首先,本文提出一种基于管状线圈的电磁冲击压制成形装置,建立了管状线圈轴向加载装置的数值模型,采用ANSYS有限元软件开展了结构参数对电磁冲击力的影响规律研究,获得了相关的位移—电磁力特性曲线,运用MATLAB进行加载速度的分析。断磁环的相对位置、长度和厚度与轴向电磁力的大小有直接关系;线圈最佳高径比为2.12时,加载装置的冲芯加载速度最大;铁芯线圈差值比为-0.27时,产生的轴向电磁冲击力最大,且铁芯质量相对较小。其次,将管状线圈轴向冲击加载装置的结构参数进行优化设计,建立有限元仿真模型,探讨尺寸和加载电流对加载装置的电磁力和速度的影响。管状线圈轴向冲击加载装置产生电磁力大小随着尺寸增大而增长,由于电流加载电流不变而最终达到最大值;管状线圈轴向冲击加载装置产生电磁力随着通入电流密度增大而增大,由于磁饱和的影响而达到最大值;将管状线圈轴向冲击加载装置设计成单级形式,通入直流电源的500A的直流电流,能够产生23m/s加载速度。接着,由于粉末冲击压制过程需要获得高的初速度,采用单级管状线圈轴向冲击加载装置获得高速比较困难,且加载距离比较短,因而设计了一种多级管状线圈冲击加载装置,利用Ansoft Maxwell电磁仿真软件建立线圈驱动的有限元模型,先进行对比分析了单级线圈和多级线圈对电磁力影响,接着探讨了线圈截面形状对不同位置铁芯电磁力的影响,最后研究了线圈级数对电磁力影响的规律。管状线圈轴向冲击加载装置应采用多级管状线圈驱动的形式加速,且在驱动线圈同侧设置断磁环,不仅延长加速行程,提高加载效率,也能改变磁力线的流转回路,增大了铁芯的电磁力和加载速度;管状线圈轴向冲击加载装置的驱动线圈采用正方形截面形状的管状线圈,能够对运动铁芯产生较大的电磁力,使其加速到更大的加载速度。然后,探讨了级间距、壳的厚度、级间距中断磁环、线圈同侧断磁环角度和长度等结构参数对装置电磁力的影响,并应用正交试验与仿真相互结合的方法对结构参数进行优化。两级线圈之间的耦合作用影响电磁感应效率,当级间距为铁芯长度的1.22倍时,耦合作用趋于零,而继续增大间距会导致装置尺寸的增加;获得级间距与壳的厚度最佳比值,当壳的厚度为级间距的0.3倍时,铁芯的电磁力最大,这为具体的结构设计提供了指导;断磁环是有用的,明确了断磁环的位置,两级线圈间距中加入断磁环,对铁芯产生的轴向电磁力大小影响不大,故不需要加入,而管状线圈内侧加入断磁环明显改善磁路,当断磁环长度与线圈高度一致时,产生的电磁力最大。为多级管状线圈冲击加载装置的结构设计提供了依据。最后,设计出六级管状线圈轴向冲击加载装置结构,构建装置系统,研究电流、电压和线圈阻值等电参数对其电磁力的影响,计算加载装置产生的电磁力和加载速度。增大电压或电流和减小线圈的阻值,可以获得更大的电磁力和加载速度,当产生电磁饱和时,进一步增大电压或电流和减小线圈的阻值是无意义的;多级管状线圈加载装置设计成六级,加速距离为1.1m,通入500A的电流可以获得48m/s高的加载速度。
【学位单位】：宁波大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TF351
【部分图文】：

环境污染这个问题逐渐摆在人们面前，身心健康，已成为许多国家和地方重点关注的对象，实施了环境保护税法，将取代之前实施的排污管染的惩处力度，保护和改善环境。由此可见，对于术尤为重要。而粉末冶金技术正是这种技术，它将，拥有节能、高效和无污染等优点，在机械、电子有重要地位[1]。，随着我国工业的快速发展，粉末冶金产业和技术人们关注。据相关数据统计得出，中国的粉末冶金年来呈现出不断上升的趋势，而且粉末冶金制品也机械通用零部件工业协会冶金分会的统计，我国件产量情况如图 1.1 所示[2-6]。

单活塞装置

图1.2 单活塞装置 图 1.3 柱状冲击烧结装置Fig.1.2 Single plunger Fig.1.3Cylindricalimpactsintering device与常规烧结方法相比，爆炸烧结有着其独特的优点：首先，能够产生的环境，烧结出高致密度的粉末制品；其次，能够快速熔化并且快速冷却持粉末的优良特性；最后，爆炸粉末烧结技术具有瞬态高温高压及快冷点。除上述特点外，爆炸烧结与普通爆炸加工技术一样还具备经济、设备的特点。然而，该技术也存在着很多缺陷。无法控制压制过程中能量，安全性差，低生产率，无法实现大批量的自动化生产，而且与传统压制相比，很证粉末制品的密度分布均匀。这些不足限制了爆炸压制的应用，只在军事研发以及新兴的高新技术产业中有所应用。1.2.2 高速压制技术高速压制技术[9]（HVC）是由瑞典 H gan s AB 公司于 2001 年召开的金属粉末联合大会上提出的一种新的粉末冶金技术，能够对式样进行高
【参考文献】

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本文编号：2874793