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圖1：金屬管材插入電磁線圈中。圖示電磁線圈中電流,、渦電流,、洛倫茲力，顯示為交流電的半正波如果將管材插入一個電磁線圈中,，管材和電磁線圈均可被看成是導(dǎo)體,。當給電磁線圈通上交流電時，管材表面會產(chǎn)生渦電流,，并根據(jù)楞次定律向著電磁線圈方向移動（圖1）,。因此，管材受到一個向內(nèi)的徑向力作用,。如果電磁圈電流改變方向,，管材表面的渦電流同樣改變,。因此，電磁線圈電流和管材所帶電流保持與磁力相反的方向,。磁力在微秒內(nèi)呈放射狀壓縮管材,。然而，由于管材的慣性,，成型過程滯后于壓力上升過程,。圖2顯示了5個時間點的成型過程。[attach]231495[/attach]
圖2. 管材插入后,，管邊緣的有限元分析磁壓力上升時,，幾微秒之后管材材料才開始發(fā)生變形。當管內(nèi)壓力超過材料的屈服強度,，管材直徑開始變小,。隨著此過程繼續(xù)，管材直徑變小的速度顯著加快,，最終形成需要的幾何形狀,。

2. EMPT機器EMPT系統(tǒng)主要由三個部分組成：脈沖發(fā)生器、線圈,、成型腔,。2.1 脈沖發(fā)生器金屬變形的磁性壓力范圍為100N/m㎡。產(chǎn)生這個壓力,，需要100KA~1000KA范圍內(nèi)的脈沖電流,。所需的能量被儲存在一個由電容器組、充電單元和大電流開關(guān)組成的脈沖發(fā)生器中,。此脈沖發(fā)生器和EMPT線圈組成了一個共振回路,，即，電容器組中儲存的能量E=1/2 CU2被轉(zhuǎn)化成線圈所帶的磁力E=1/2LI2,。2.2 線圈和成型腔線圈和成型腔是用來將磁力集中到導(dǎo)體工件上,。線圈是由一道或幾道傳導(dǎo)性很高的材料繞組組成，通常是特殊的銅或者鋁合金（圖3）,。根據(jù)所需要傳導(dǎo)的電流大小不同,，線圈的橫截面積通常為10~100 m㎡。成型腔的橫截面至少有一個放射狀槽口,，而且與工件和線圈絕緣,。線圈長度和成型腔外徑上的長度保持一致，且線圈與成型腔之間的間隙越小越好,。在電脈沖進行傳導(dǎo)時,，帶電線圈會使成型腔表面帶上渦電流，渦電流通過成型腔表面的放射狀槽口流入內(nèi)壁,。成型腔的內(nèi)徑即為工件的外徑,，而內(nèi)孔的長度通常比線圈短,，因此電流更集中。由此產(chǎn)生兩個結(jié)果：磁力線集中在成型腔縮口的背面上,；多層線圈產(chǎn)生的不均勻磁場會聚于縮口端部,。成型腔使線圈產(chǎn)生的磁力可比作用到工件上的壓力小。與線圈直接作用相比,，可以顯著延長線圈的使用壽命,，因此，大大提高了效率,，減少了成本損耗,。PST公司利用數(shù)字技術(shù)改進了所生產(chǎn)的線圈，其平均使用壽命可達2,000,000次脈沖,。 [attach]231496[/attach]圖3. 多圈纏繞的線圈的截面圖僅需一個標準線圈和合適的成型腔,，就可以在極短的時間內(nèi)毫不費力的加工各種直徑和形狀的工件。二分鐘之內(nèi)就可以非常方便的更換成型腔,。在一些特定的系統(tǒng)中使用單一用途的線圈即可,，無需再使用成型腔。3. 工作步驟操作步驟如下：1. 將工件安放在線圈內(nèi),。2. 將大電流開關(guān)保持斷開,，充電單元給電容組充電（圖4）。[attach]231497[/attach]圖4. 脈沖發(fā)生器和線圈作用原理3. 通常在8秒鐘內(nèi)到達充電電壓,，充電開關(guān)斷開,，而線圈回路的強電流開關(guān)閉合，釋放電容組儲存的能量,，為線圈回路和電容回路提供正弦式交流電,。4. 幾個回合之后，交流電流值減弱為零,，在交流電第一個半波內(nèi),，管件壓縮形成其最終的形狀（圖5）。[attach]231498[/attach]圖5. 一個典型放電電流的波形工業(yè)上使用的EMPT系統(tǒng)通常的放電頻率為6～30KHz,。PST公司所生產(chǎn)的EMPT系統(tǒng)具有如下特點：放電電流高,，放電頻率高，周期短,，工藝程序監(jiān)控和數(shù)字化控制。定期在約每五十萬次時維護強電流開關(guān),，可使電容組的使用壽命超過兩百萬次脈沖,。根據(jù)不同型號，在10～16千伏電壓下,，可產(chǎn)生100～2000千伏放電電流（圖6）,。[attach]231499[/attach]圖6. PST生產(chǎn)的PS45 EMPT脈沖發(fā)生器使用在一個德國一流的汽車生產(chǎn)工廠PST產(chǎn)品一個顯著的特點是其100%的程序控制系統(tǒng),，這是通過測量、儲存,、分析每個脈沖的時間曲線得出的,。這種遵循規(guī)則的方法確保在各種環(huán)境中，在指定過程窗口下,，放電電流都能保持恒定,。經(jīng)證實，PST產(chǎn)品的閉合線圈控制系統(tǒng),，對于在完全自動化的生產(chǎn)線上融合使用EMPT系統(tǒng)是非常有用的,。

4. 工業(yè)運用EMPT技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域，尤其是汽車制造領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景,，尤其適合于汽車鋁制配件的批量生產(chǎn)及框架結(jié)構(gòu)的生產(chǎn),。如下是EMPT系統(tǒng)應(yīng)用于卷邊、焊接,、成形和切割：a). EMPT 卷邊EMPT卷邊技術(shù)是可以代替機械卷邊工藝的新型的經(jīng)濟的技術(shù),。EMPT技術(shù)的非接觸式工序產(chǎn)生的壓力更均勻地按圓周分布，而不需要像在機械卷邊工藝中那樣使用各種工具和標記,。因此,，EMPT技術(shù)更均勻，不發(fā)熱,，不易產(chǎn)生變形,，例如：在生產(chǎn)與橡膠管相配套的連接件（圖7）[attach]231500[/attach]EMPT技術(shù)的應(yīng)用不僅僅局限于柔軟的合金，同樣適用于加工高強度零件,�,？梢杂弥睆綖�50mm，壁厚3mm的低碳鋼St 52-3N ( = S355J2+N)生產(chǎn)卡車擋泥板支撐架（圖8）,。[attach]231501[/attach]圖8. EMPT卷邊機生產(chǎn)低碳鋼卡車擋泥板支撐架EMPT為電纜和電器插頭卷邊可以使壓縮力強大而均勻,。EMPT的褶皺線纜連接器的電抗比機械卷邊產(chǎn)生的卷邊低50% [3]。使用EMPT卷邊機,，更換不同形狀的工件,，安裝時間短，重復(fù)性強,。世界各地約有400~500臺EMPT卷邊機被安裝使用,。EMPT技術(shù)通常被用來連接不同材質(zhì)的工件，如將鋁或錳工件插入到鋼或塑料插口,。EMPT技術(shù)還可以用于交通行業(yè),，生產(chǎn)輕質(zhì)的構(gòu)件，如汽車座椅（圖9），飛行器等,。[attach]231502[/attach]圖9. EMPT卷邊機加工質(zhì)量輕的汽車座椅的不同材質(zhì)部件使用密封件,，如橡膠O型圈，就可用EMPT系統(tǒng)生產(chǎn)氣壓,、液壓密閉容器,。由于不需要耗材，而且是非接觸式的工藝,，EMPT系統(tǒng)可以使用于無菌場合,，如將鋁卷邊加工成藥用玻璃瓶蓋（圖10）。PST產(chǎn)品新近開發(fā)出特殊的多用途連接線圈,，可以同時進行多達50個點的連接,，此技術(shù)已獲得專利。[attach]231503[/attach]圖10. EMPT將鋁卷邊加工成藥用玻璃瓶蓋b). EMPT焊接很多情況下需要使用固相焊接,，也被稱為原子結(jié)合,，因為它是在原子能級上進行的連接。其方法和爆炸焊接很相似,，都是在高壓作用下兩個純金屬工件的原子相互擠壓,，直到發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，形成一個新的金屬混合物（圖11）,。然而EMPT操作時溫度不會升高,，即沒有受到高溫影響的區(qū)域，因而微觀結(jié)構(gòu)也就不會發(fā)生改變,。EMPT焊接是靠工件之間的V型接口,，即兩工件連接端事先做成圓錐形，工件相互之間進行“滾動式”擠壓接觸,。如果產(chǎn)品對于密封性或傳導(dǎo)性有特殊要求,，EMPT焊接的優(yōu)勢則更加突出。在V型端部產(chǎn)生的接觸擠壓力范圍約為1000N/m㎡,，并伴有巨大的張力,。這基本上發(fā)生在兩個工件的接觸區(qū)域前面的十幾微米的接觸點之間。表層下的塑料變形,，導(dǎo)致兩個接觸體的氧化層都發(fā)生破裂,，因而產(chǎn)生與爆炸焊接相類似的波浪狀微觀結(jié)構(gòu)。有限元分析表明,，塑料變形速度超過聲音在空氣中傳播速度,，而遠遠低于聲音在金屬中傳播速度。工件之間的空氣層被壓縮,，加速向頂端角部擠壓,，由此產(chǎn)生的噴射氣體將連接區(qū)域的碎屑及氧化粒子等吹走。[attach]231504[/attach]圖11. EMPT焊接步驟圖示EMPT焊接的優(yōu)點在于，一方面結(jié)合強度大,，因為結(jié)合力相當于要將工件熔化的力。另外,，EMPT焊接可以用在不同金屬材料上類似“氦密封”連接,，而不產(chǎn)生高熱量。通常難焊的不銹鋼材料也可以使用EMPT焊接,，甚至可以大批量地焊接不同的金屬,，如鋼和鋁、鋼和銅,、以及銅和鋁等（圖12）,。[attach]231505[/attach]
圖12. EMPT將一段是鋼的工件焊接到質(zhì)量很輕的鋁制傳動軸上因為需要磁性力使工件變形，所以需要材料表面處理好,，材料質(zhì)量較好,。很多情況下，在進行EMPT焊接之前,，需要對工件進行精密加工,、打磨拋光除油。c). EMPT成形使用電磁脈沖可以對管狀工件進行壓縮或者延展,。大多數(shù)情況下,，在壓縮和延展過程中都需要使用心軸或者模具來確保形狀公差，但是不使用模具也是可以的,。有時成形之后需要使用獨立的心軸或者模具來分離工件,。[attach]231506[/attach]圖13. 用于EMPT壓縮和延展的工具相對于傳統(tǒng)的管件成型工藝，EMPT技術(shù)對管狀工件成形具有更大的優(yōu)勢： EMPT可以不廻轉(zhuǎn)而壓縮對稱的管件截面,，以避免高速反彈力沖擊,。另外研究分析：在特定條件下，材料變形到一定程度,，強度值會提高[1],。為了分析強度值提高的優(yōu)點，做了鋁合金環(huán)形工件膨脹實驗,。在類似條件下,，塑料可能沿圓周變形26%而材料不會損壞。在用EMPT以高達170m/s的徑向延展速度高強度延展時,，塑料可以沿圓周變形60%材料依然不會有損壞[1],。EMPT的加工極限是由工件的導(dǎo)電性決定的。下表1列舉了一些技術(shù)相關(guān)的材料的導(dǎo)電特性：

材料	導(dǎo)電性
銅Cu 99.9	﹥ 58.0 [2]
鋁Al 99.9	36.89 [2]
鋁6082	24 ~ 28
鎂Mg 99.9	22.7
鎂 AZ91	6.6 ~ 7.1
結(jié)構(gòu)鋼	9.3
鈦 Ti99.9	2.56 [2]
不銹鋼 1.4301	1.6 [2]

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