玻璃瓶的电磁成形封接工艺研究

玻璃瓶的电磁成形封接工艺研究 上海交通大学 邱春城 哈尔滨工业大学 李洪涛 摘 要 对玻璃瓶的电磁成形封接工艺进行了研究，翻边过程的数值模拟和实验研究 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明封接效果 对线圈的位置敏感，数值模拟还表明：材料的翻边高速成形类似波的传输过程。对缩管的放电电压、电容等 参数进行调节，得出了优化的封接工艺。 Abstract The electromagnetic f or mi ng seali ng process was carried out f or t he glass bottle，t he numerical si mulation and t he eXperi ment result f or t he flangi ng process show that t he seali ng result was sensiti vely to t he coil ’s position，and t he si mulation result also show the high speed flangi ng process resemble t hat of t he wave propagation .The necki ng parameters such as t he dischargi ng voltage，electric capacity etc was adj usted，and t he opti mal technical was f ound . 关键词 电磁成形 数值模拟 翻边 缩管 1 引言 电磁成形是一种高速成形工艺，具有模具简单、 成形精度高、精确可控的特点，广泛应用于航空、航 天、电子和化工等领域，同时被公认为是一种适用于 异种材料联结的装配方法，但是国内还尚未见金属 和非金属之间的电磁成形装配工艺的报道。本文探 讨了玻璃瓶和铝片之间的电磁成形封装工艺，对封 装中的电磁翻边过程和缩管过程进行了较为系统的 研究，得出了优化的成形工艺参数。 2 翻边过程的研究 电磁成形的封接过程如图1 所示。线圈径向向 内的电磁力使上部缩管、底部的铝盖材料翻边后紧 贴在玻璃瓶上，同时保证冲击力适当，使药剂玻璃瓶 不破碎。以翻边起始处所在水平方向作为坐标轴的 图1 封接示意图 收稿日期：2UUU -U3 -U6 X 轴，垂直向下为Y 轴，以点O 为坐标原点。 2.1 翻边过程和数值模拟 电磁成形在几十微秒到几百微秒之间完成，一 般难以观察该过程，给工艺的优化和理论分析带来 困难。为此对翻边过程进行了数值模拟，并作以下 简化： （1）瓶盖材料为理想圆度、共向同性的薄壁件； （2）材料在高速变形时，无加工硬化、变形储能 现象。 由于本放电回路满足R 2 4L 2! 1 LC ，故放电电流I 1 为： I 1 = ! U "LeXp - R 2（ ）L ·si n（"t ） （1） 其中角频率"= = 1LC - R 2 4L" 2 ，L 是回路的等 效电感，R 是回路的等效电阻，C 是回路的等效电 容，这是一个随着时间周期性衰减的振荡电流。用 毕奥- 萨伐尔定律计算N 处长度为dL 的电流元I 在P 处（距离为r NP ）产生的磁感应强度： dB =!U . I 4! ·dL. r NP r NP （2） 其中!U =4!> 1U -7~／m，空间上任意一点的磁 感应强度是线圈上各微电流元产生的磁感应强度的 叠加。感生电流I 2 为： I 2 = - d（B·S） d（ ）t ／R （3） 其中R 为工件的电阻。由于成形的盖呈轴对 称，只须分析轴向的某一窄条的变形，即可代表整个 —92— 设计·研究 《电加工与模具》2UUU 年第4 期 工件的翻边过程，并将其离散为一系列纵向的微元。 磁感应强度B作用于电流为I、长度为dL的导体 的电磁力为： F=!IdL·B （4） 各微元的位移采用牛顿公式求解，考虑到材料 连续性，对每一时间步长的微元坐标加以修正。图 2 为工件上感生电流随着时间变化的曲线，可见线 圈正对处材料的感生电流最大，且呈震荡衰减波形， 离该处愈远，感生电流衰减愈快。 图2 线圈在（-1，1.5）时感生电流随时间的变化 翻边材料变形情况的模拟结果如图3 所示，成 形线圈水平正对处的材料受力最大，首先运动，随微 元的移动向上移，能量集中于波前位置，由于周围材 料的牵制，随时间推移波前位置向翻边金属的末端 移动。可见整个高速翻边过程是一个类似能量传递 的过程，其运动过程具有波的传输特性。 图3 U=5600V，C=32!F，线圈在（-1，1 .5）， 变形时间为64!S 的变形过程 !"! 翻边过程的实验研究 实验在俄罗斯制56kJ 电磁成形机上进行，内配 六台32!F、耐压30kV 的脉冲储能容器，改变充电 电压可得不同的放电能量，改变电容的个数或者连 接方式（并联或者串联）可选择不同的放电频率和放 电能量，通过手动控制充电仪表盘冲放电。 电磁成形的瞬时冲击力十分巨大，受力的玻璃 极易破碎，为此设计出专用工装模具和成形线圈，线 圈采用矩形截面的纯铜导线绕制而成，在导线上缠 绕三层环氧树脂玻璃丝带以绝缘，为使线圈多次重 用，还进行特殊的加固 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 ，其参数如表1 所示。 LD9 的铝盖厚度为0 .32mm，玻璃瓶为药用青霉素 瓶。为保证密封效果，须在成形前向橡皮垫片施加 一定的向下预紧力，通过调节已标定倔强系数的弹 簧来实现预紧力。预紧力的大小选用310N，使翻边 部分的材料长度达到3 .0mm，如图1 所示。系列实 验工艺下线圈位置对成形的影响如表2 所示。 表1 成形线圈参数表 截面尺寸 （mm> mm） 高度 （mm） 匝数 电感（!H） 内径 （mm） 电阻 （!"） 引出极长度 （mm） 1 .46 > 4 .00 4 .00 1 0 .0059 21 .80 2 .5 20 表2 C=32!F 时线圈位置对翻边成形的影响 电压（V） 瓶破碎 线圈坐标 翻边成形的效果 5100 一处 （-1，1） 未贴上瓶壁 5100 否 （-1，1） 紧贴瓶壁，无开裂起皱 5100 否 （-1，3） 紧贴瓶壁，无开裂起皱 7000 否 （-1，3） 紧贴瓶壁，无开裂起皱 7000 否 （-1，5） 未贴上瓶壁 由表2 可知，线圈位于需翻边材料的上部时，达 不到翻边成形的效果，但已使缩管位置的材料破裂； 位于需翻边材料的下部时，即使在大电压下电磁力 也达不到成形效果。线圈只有位于合适的位置，才 能达到所需的翻边效果。 3 电磁缩管的研究 电磁缩管是在y"0 部分的变形。工装时选用 可以达到翻边成形的（-1，2）。用游标卡尺测量y = -3 处的瓶盖成形前后的直径变化，得成形前、后 面积S1、S2 的变化及一系列断面减缩率： !=（S1 -S2）／S1 > 100 % （5） 由图4 可知，在相同的电容下，随电压的增加， 变形程度增加，但达到一定程度后，不再增加，即铝 片已紧贴玻璃壁。对于本实验条件下，只有大于 4800V 的电压才能达到电磁缩管的效果，且不起皱。 图4 线圈在（-1，2）时电压对成形的影响 由图5 可知，在相同的放电能量下，电容对成形效果 的影响不大。 —03— 《电加工与模具》2000 年第4 期 设计·研究 图5 线圈在（-1，2）时电容对成形的影响 4 结论 线圈正对处材料受力最大，工装时线圈应避免 正对无须翻边变形的部位，否则此部分的玻璃瓶将 因受力过大而破碎；当线圈位于需翻边材料的下部 时，因线圈产生的电磁力太小而难以达到成形的目 的。通过调节线圈的位置，可改变受力的位置，从而 控制变形。 变形程度随放电电压的增加而增加，是因为随 放电电压的增加，放电能量也随之增加，但达到一定 的电压后玻璃会破碎。在放电能量固定时，改变电 容对成形的影响很小，这与本电磁成形机的系列放 电频率在高频段有关，从而无须考虑较低的频率而 引起的反冲力。由此可以确定优化工艺参数。 5 结束语 本文基于对电磁成形翻边过程的实验和数值模 拟，确认了线圈位置对成形的影响。材料在翻边过 程中的运动具有波的传输特性。在此基础上得出了 药剂玻璃瓶的优化封接工艺，具有一定的应用前景。 参 考 文 献 1 徐庆仁.电磁成形技术的现状和前景.新技术新工艺，1988（3） 2 刘克璋.脉冲加工技术.锻压技术，1985（6） 3 邱春城.电磁成形管联结及瓶封工艺研究：［学位论文］. 哈尔滨： 哈尔滨工业大学，1997 . 4 贺锡纯，段其平. 脉冲磁场用于金属成形的问题的探讨. 锻压机 械，1990（6） 5 张守彬.电磁成形涨管过程的研究和 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 计算方法：［博士学位论 文］.哈尔滨：哈尔滨工业大学， !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 1990 . （上接第28 页） 图4 线功率与硬度的关系曲线图 图5 线功率为100 W／mm 时的硬度分布图 图6 线功率为94 W／mm 时的硬度分布图 图7 线功率为117 .6 W／mm 时的硬度分布图 5 结论 （1）研究与实验结果表明，激光空间模式a，b 可以任意调控。调控方法是通过预定系统确定变形 反射镜的形面，然后加以压电驱动控制，得到所需形 面，从而获得“刃磨”光束。 （2）在展宽变换情况下得到的试验结果：在一 定速度下，被处理材料的表面硬度随着线功率增加 而增加，处理深度增大。 参 考 文 献 1 周仁忠. 自适应光学.北京：国防工业出版社，1996 . 2 王续跃. 先进激光加工技术.北京：机械工业出版社，1996 . 3 吕百达. 光束变换的进展，强激光与粒子束，1998（1） —13— 设计·研究 《电加工与模具》2000 年第4 期 玻璃瓶的电磁成形封接工艺研究 作者： 邱春城， 李洪涛 作者单位： 邱春城(上海交通大学)， 李洪涛(哈尔滨工业大学) 刊名： 电加工与模具 英文刊名： ELECTROMACHINING & MOULD 年，卷(期)： 2000(4) 被引用次数： 1次 参考文献(5条) 1.张守彬 电磁成形涨管过程的研究和工程计算方法 1990 2.贺锡纯;段其平 脉冲磁场用于金属成形的问题的探讨 1990(06) 3.邱春城 电磁成形管联结及瓶封工艺研究 1997 4.刘克璋 脉冲加工技术 1985(06) 5.徐庆仁 电磁成形技术的现状和前景 1988(03) 引证文献(1条) 1.张敏 板材电磁成形的试验研究[学位论文]硕士 2005 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_djgymj200004009.aspx