發(fā)布時(shí)間：2020-11-08 12:36

　　 由于粉末冶金制品在機(jī)械零部件中占有很大比例,許多粉末冶金技術(shù)不斷的涌現(xiàn)出來(lái),如爆炸燒結(jié)技術(shù)高速壓制技術(shù)和電磁成形技術(shù)等,但是這些現(xiàn)代高能率粉末壓制技術(shù)的沖擊加載機(jī)理與傳統(tǒng)的粉末壓制技術(shù)有很大不同,因而引起了許多人的關(guān)注。在粉末壓制的過(guò)程中,金屬粉末沖擊壓制的加載裝置雖然能夠壓實(shí)粉末,但沖頭質(zhì)量大能量利用率不高的問(wèn)題導(dǎo)致產(chǎn)生加載速度不夠大,無(wú)法獲得更高致密度粉末制品,因此需要設(shè)計(jì)一種更高效的加載裝置變得尤為重要。而且目前在設(shè)計(jì)粉末壓制裝置中,有限元仿真技術(shù)因其快捷高效的優(yōu)點(diǎn)而成為優(yōu)化機(jī)械裝置重要手段。本文結(jié)合高能率粉末壓制技術(shù)和電磁推進(jìn)技術(shù),設(shè)計(jì)出一種基于多級(jí)管狀線圈的沖擊加載裝置,以提高軸向沖擊力和壓制速度為目的,利用有限元仿真軟件,建立加載裝置的仿真模型,對(duì)通電管狀線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行理論分析,研究各項(xiàng)參數(shù)對(duì)加載裝置的電磁力的影響,優(yōu)化設(shè)計(jì)管狀線圈軸向沖擊加載裝置的結(jié)構(gòu)。為金屬粉末沖擊壓制裝置設(shè)計(jì)提供了一種新的思路。首先,本文提出一種基于管狀線圈的電磁沖擊壓制成形裝置,建立了管狀線圈軸向加載裝置的數(shù)值模型,采用ANSYS有限元軟件開(kāi)展了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)電磁沖擊力的影響規(guī)律研究,獲得了相關(guān)的位移—電磁力特性曲線,運(yùn)用MATLAB進(jìn)行加載速度的分析。斷磁環(huán)的相對(duì)位置、長(zhǎng)度和厚度與軸向電磁力的大小有直接關(guān)系;線圈最佳高徑比為2.12時(shí),加載裝置的沖芯加載速度最大;鐵芯線圈差值比為-0.27時(shí),產(chǎn)生的軸向電磁沖擊力最大,且鐵芯質(zhì)量相對(duì)較小。其次,將管狀線圈軸向沖擊加載裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),建立有限元仿真模型,探討尺寸和加載電流對(duì)加載裝置的電磁力和速度的影響。管狀線圈軸向沖擊加載裝置產(chǎn)生電磁力大小隨著尺寸增大而增長(zhǎng),由于電流加載電流不變而最終達(dá)到最大值;管狀線圈軸向沖擊加載裝置產(chǎn)生電磁力隨著通入電流密度增大而增大,由于磁飽和的影響而達(dá)到最大值;將管狀線圈軸向沖擊加載裝置設(shè)計(jì)成單級(jí)形式,通入直流電源的500A的直流電流,能夠產(chǎn)生23m/s加載速度。接著,由于粉末沖擊壓制過(guò)程需要獲得高的初速度,采用單級(jí)管狀線圈軸向沖擊加載裝置獲得高速比較困難,且加載距離比較短,因而設(shè)計(jì)了一種多級(jí)管狀線圈沖擊加載裝置,利用Ansoft Maxwell電磁仿真軟件建立線圈驅(qū)動(dòng)的有限元模型,先進(jìn)行對(duì)比分析了單級(jí)線圈和多級(jí)線圈對(duì)電磁力影響,接著探討了線圈截面形狀對(duì)不同位置鐵芯電磁力的影響,最后研究了線圈級(jí)數(shù)對(duì)電磁力影響的規(guī)律。管狀線圈軸向沖擊加載裝置應(yīng)采用多級(jí)管狀線圈驅(qū)動(dòng)的形式加速,且在驅(qū)動(dòng)線圈同側(cè)設(shè)置斷磁環(huán),不僅延長(zhǎng)加速行程,提高加載效率,也能改變磁力線的流轉(zhuǎn)回路,增大了鐵芯的電磁力和加載速度;管狀線圈軸向沖擊加載裝置的驅(qū)動(dòng)線圈采用正方形截面形狀的管狀線圈,能夠?qū)�運(yùn)動(dòng)鐵芯產(chǎn)生較大的電磁力,使其加速到更大的加載速度。然后,探討了級(jí)間距、殼的厚度、級(jí)間距中斷磁環(huán)、線圈同側(cè)斷磁環(huán)角度和長(zhǎng)度等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)裝置電磁力的影響,并應(yīng)用正交試驗(yàn)與仿真相互結(jié)合的方法對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。兩級(jí)線圈之間的耦合作用影響電磁感應(yīng)效率,當(dāng)級(jí)間距為鐵芯長(zhǎng)度的1.22倍時(shí),耦合作用趨于零,而繼續(xù)增大間距會(huì)導(dǎo)致裝置尺寸的增加;獲得級(jí)間距與殼的厚度最佳比值,當(dāng)殼的厚度為級(jí)間距的0.3倍時(shí),鐵芯的電磁力最大,這為具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo);斷磁環(huán)是有用的,明確了斷磁環(huán)的位置,兩級(jí)線圈間距中加入斷磁環(huán),對(duì)鐵芯產(chǎn)生的軸向電磁力大小影響不大,故不需要加入,而管狀線圈內(nèi)側(cè)加入斷磁環(huán)明顯改善磁路,當(dāng)斷磁環(huán)長(zhǎng)度與線圈高度一致時(shí),產(chǎn)生的電磁力最大。為多級(jí)管狀線圈沖擊加載裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。最后,設(shè)計(jì)出六級(jí)管狀線圈軸向沖擊加載裝置結(jié)構(gòu),構(gòu)建裝置系統(tǒng),研究電流、電壓和線圈阻值等電參數(shù)對(duì)其電磁力的影響,計(jì)算加載裝置產(chǎn)生的電磁力和加載速度。增大電壓或電流和減小線圈的阻值,可以獲得更大的電磁力和加載速度,當(dāng)產(chǎn)生電磁飽和時(shí),進(jìn)一步增大電壓或電流和減小線圈的阻值是無(wú)意義的;多級(jí)管狀線圈加載裝置設(shè)計(jì)成六級(jí),加速距離為1.1m,通入500A的電流可以獲得48m/s高的加載速度。
【學(xué)位單位】：寧波大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TF351
【部分圖文】：

環(huán)境污染這個(gè)問(wèn)題逐漸擺在人們面前，身心健康，已成為許多國(guó)家和地方重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象，實(shí)施了環(huán)境保護(hù)稅法，將取代之前實(shí)施的排污管染的懲處力度，保護(hù)和改善環(huán)境。由此可見(jiàn)，對(duì)于術(shù)尤為重要。而粉末冶金技術(shù)正是這種技術(shù)，它將，擁有節(jié)能、高效和無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械、電子有重要地位[1]。，隨著我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展，粉末冶金產(chǎn)業(yè)和技術(shù)人們關(guān)注。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得出，中國(guó)的粉末冶金年來(lái)呈現(xiàn)出不斷上升的趨勢(shì)，而且粉末冶金制品也機(jī)械通用零部件工業(yè)協(xié)會(huì)冶金分會(huì)的統(tǒng)計(jì)，我國(guó)件產(chǎn)量情況如圖 1.1 所示[2-6]。

單活塞裝置

圖1.2 單活塞裝置 圖 1.3 柱狀沖擊燒結(jié)裝置Fig.1.2 Single plunger Fig.1.3Cylindricalimpactsintering device與常規(guī)燒結(jié)方法相比，爆炸燒結(jié)有著其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：首先，能夠產(chǎn)生的環(huán)境，燒結(jié)出高致密度的粉末制品；其次，能夠快速熔化并且快速冷卻持粉末的優(yōu)良特性；最后，爆炸粉末燒結(jié)技術(shù)具有瞬態(tài)高溫高壓及快冷點(diǎn)。除上述特點(diǎn)外，爆炸燒結(jié)與普通爆炸加工技術(shù)一樣還具備經(jīng)濟(jì)、設(shè)備的特點(diǎn)。然而，該技術(shù)也存在著很多缺陷。無(wú)法控制壓制過(guò)程中能量，安全性差，低生產(chǎn)率，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)，而且與傳統(tǒng)壓制相比，很證粉末制品的密度分布均勻。這些不足限制了爆炸壓制的應(yīng)用，只在軍事研發(fā)以及新興的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)中有所應(yīng)用。1.2.2 高速壓制技術(shù)高速壓制技術(shù)[9]（HVC）是由瑞典 H gan s AB 公司于 2001 年召開(kāi)的金屬粉末聯(lián)合大會(huì)上提出的一種新的粉末冶金技術(shù)，能夠?qū)κ綐舆M(jìn)行高
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李偉波;曹延杰;朱良明;;艦載導(dǎo)彈電磁垂直發(fā)射系統(tǒng)仿真研究[J];兵工自動(dòng)化;2015年09期

2 田鈺清;張敏;魏巍;陳文敬;陸辛;;矩形線圈電磁成形磁場(chǎng)力數(shù)值模擬分析[J];鍛壓技術(shù);2015年06期

3 ;中國(guó)機(jī)械通用零部件工業(yè)協(xié)會(huì)粉末冶金分會(huì)發(fā)布2014年度創(chuàng)新優(yōu)秀新產(chǎn)品獎(jiǎng)和粉末冶金機(jī)械零件產(chǎn)量及應(yīng)用領(lǐng)域統(tǒng)計(jì)[J];粉末冶金工業(yè);2015年03期

4 ;中國(guó)機(jī)械通用零部件工業(yè)協(xié)會(huì)粉末冶金分會(huì)發(fā)布2013年度創(chuàng)新優(yōu)秀新產(chǎn)品獎(jiǎng)和粉末冶金機(jī)械零件產(chǎn)量及應(yīng)用領(lǐng)域統(tǒng)計(jì)[J];粉末冶金工業(yè);2014年03期

5 ;中國(guó)機(jī)械通用零部件協(xié)會(huì)粉末冶金分會(huì)發(fā)布2012年度創(chuàng)新優(yōu)秀新產(chǎn)品獎(jiǎng)和粉末冶金機(jī)械零件產(chǎn)量及應(yīng)用領(lǐng)域統(tǒng)計(jì)[J];粉末冶金工業(yè);2013年04期

6 周曉;劉軍;;電磁沖擊加載平板線圈的有限元分析[J];機(jī)械科學(xué)與技術(shù);2013年02期

7 安進(jìn);張勝利;吳長(zhǎng)春;;導(dǎo)彈電磁發(fā)射技術(shù)綜述[J];飛航導(dǎo)彈;2012年05期

8 周曉;劉軍;;電磁沖擊加載放電回路的影響因素[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與研究;2012年02期

9 張龍霞;李碧清;霍敏;;國(guó)外電磁炮發(fā)展概述[J];飛航導(dǎo)彈;2011年10期

10 王群;耿云玲;;電磁炮及其特點(diǎn)和軍事應(yīng)用前景[J];國(guó)防科技;2011年02期

本文編號(hào)：2874793