شکل‌دهی الکترومغناطیسی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
یک قوطی آلمینیومی باریک‌شده، تولیدشده بر اثر یک میدان مغناطیسی ضربه‌ای حاصل از تخلیهٔ مداوم یک ۲ کیلوژول انرژی از راه یک بانک خازنی ولتاژبالا در یک سیم‌پیچ سه‌دورهٔ بسیار ضخیم.

شکل‌دهی الکترومغناطیسی (به انگلیسی: Electromagnetic forming)نوعی از فرایند فرم‌دهی انفجاری است که در واقع روشی از شکل‌دهی فلزها با انرژی زیاد می‌باشد که از تکنیک پالس قدرت برای تولید میدان‌های مغناطیسی بسیار قوی و به تبع آن نیروی بسیار زیاد برای تغییر شکل سریع قطعه‌های فلز، استفاده می‌کند. این تکنیک گاهی شکل‌دهی با سرعت بالا نیز نامیده می‌شود. به زبان ساده می‌توان گفت که یک میدان مغناطیسی متغیر بسیار سریع یک جریان چرخشی یا جریان گردابی را در هادی مجاور از طریق القای الکترومغناطیسی، القا می‌کند. جریان القا شده یک میدان مغناطیسی متناظر اطراف هادی القا می‌کند. تقابل میدان‌های مغناطیسی تولید شده توسط هادی و سیم پیچ منجر به تولید نیروی دافعه بین آن دو می‌شود. از این نیرو برای تغییر شکل هادی فلزی استفاده می‌شود.

با بسته‌شده کلید، انرژی الکتریکی ذخیره‌شده در بانک خازنی (چپ) از راه سیم‌پیچ شکل‌دهنده تخلیه می‌شود (نارنجی) که منجر به تولید یک میدان مغناطیسی با تغییرات سریع می‌شود که جریانی را در قطعه‌کار (صورتی)فلزی القا می‌کند. جریان در قطعه‌کار یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند که به سرعت قطعه‌کار را از سیم‌پیچ شکل‌دهنده می‌راند و در نتیجه قطعه‌کار تغییرشکل می‌یابد - در این مورد، منجر به کم شدن قطر استوانه می‌شود. در برابر نیروهای متقابلی که بر ضد سیم‌پیچ شکل‌دهنده عمل می‌کنند با 'پوشش سیم‌پیچ پشتیبان (سبز) مقاومت می‌شود.

در عمل قطعه فلزی که قرار است ساخته شود در مجاورت کویل سیم‌پیچی شده فشرده و یا کویل کاری که خود می‌تواند شکل‌های مختلفی داشته باشد، قرار می‌گیرد. یک پالس بزرگ جریان با تخلیه سریع بانک خازنی فشار قوی با استفاده از کلیدهای مخصوص توان پالسی نظیر ایگنیترون یا شکاف تخلیه، به کویل اعمال می‌شود. این امر میدان مغناطیسی بسیار قوی متغیر با زمان اطراف کویل ایجاد می‌کند. تقابل جریان بالای کویل (عموماً دهها یا صدها هزار آمپر) و جریان‌های القایی نیروی مغناطیسی بسیار قوی ایجاد می‌کند که می‌تواند با سرعت دادن به هادی و برخورد به قالب و یا اعمال نیرو در حالت متقارن، به راحتی بر تاب ارتجاعی قطعه فلز غلبه کرده، که منجر به تغییر شکل دائمی می‌شود. فرایند شکل‌دهی فلزها بسیار سریع رخ می‌دهد (عموماً دهها میکروثانیه تا یک میلی ثانیه) و به علت نیروی‌های زیاد حاصله، شکل نهایی حاصله نسبت به دیگر روش‌ها مزایایی دارد.

فرایند شکل‌دهی بیشتر برای انقباظ یا انبساط لوله‌های سیلندری استفاده می‌شود، که این امر به نوع قرار گرفتن قطعه و سیم پیچ و شکل جریان بستگی دارد. اما همچنین می‌توان صفحه فلزی را با دفع قطعه به سمت یک قالب شکل‌دهی شده با سرعت زیاد، فرم داد. از آنجا که عملکرد شکل‌دهی شامل سرعت‌گیری و کاهش سرعت شدید می‌باشد، جرم و جنس قطعه کاری و یا هادی فلزی مورد نظر برای تغییر شکل نقش مهمی در فرایند شکل‌دهی فلزها بازی می‌کند. انتخاب قطعه فلزی برای تغییر شکل هم از لحاظ مکانیکی و هم الکتریکی بسیار دارای اهمیت است.

طبقه بندی انواع کاربرد فرم‌دهی الکترومغناطیسی[ویرایش]

امروزه بیشترین کاربرد این فناوری در صنایع خودروسازی و هواپیماسازی می‌باشد. چرا که مسئله کاهش مصرف سوخت یکی از اهداف تولیدکنندگان است. یکی از راه‌های رسیدن به این هدف، کاهش وزن خودرو می‌باشد. در همین راستا استفاده از آلومینیوم در صنایع خودروسازی کاربرد گسترده‌ای پیدا کرده‌است، اما مشکلی که در استفاده از این فلز و آلیاژهای آن وجود دارد، قابلیت شکل‌پذیری و شکل‌دهی پایین آن و همچنین ایجاد ترک و چین در آن بعد از فرم‌دهی می‌باشد. اما استفاده از روش‌های فرم‌دهی سرعت بالا نظیر فرم‌دهی الکترومغناطیسی در فرم دادن به آلومینیوم بسیار موفق عمل کرده‌است. در واقع آزمایش‌های عملی نشان می‌دهد اگر با سرعت بسیار زیاد تحت فشار قرار گیرد، احتمال ایجاد ترک در آن کمتر است.

اگرچه مبنای به کار گرفته شده در تمامی روش‌ها یکسان است اما بسته به شکل‌های متفاوت سیم‌پیچ و هادی فلزی و نحوه قراگرفتن آن کاربردهای مختلفی از آن را می‌توان متصور بود. تمامی کاربردهای فرم‌دهی الکترومغناطیسی را در حالت کلی می‌توان به سه دسته کلی تقسیم کرد:

فرم‌دهی حالت استوانه‌ای: سولنوئد حلزونی با قطعه استوانه‌ای که در داخل و یا خارج آن قرار گرفته‌است. این نوع از کاربرد به ترتیب عموماً بنام نوع تراکمی و نوع محدب شناخته می‌شود. در این حالت هادی جابجا نمی‌شود.

فرم‌دهی صفحه‌های فلزی: سیم پیچ مسطح حلزونی که در بالا یا پایین ورقه مسطح فلزی قرار گرفته‌است. با اعمال پالس جریان، به جسم نیرو وارد شده و بعد از سرعت گرفتن و برخورد به قالب شکل نهایی هادی بدست می‌آید.

فرم‌دهی تحت فشار: این روش همانند فرم‌دهی حالت استوانه‌ای بدون حرکت است و با اعمال نیرو به جسم تغییر شکل آنی صورت می‌گیرد. اما شکل هادی و سیم‌پیچ بیشتر شبیه فرم‌دهی صفحه‌های فلزی است. در واقع لبه یک صفحه هادی را توسط بست‌های مخصوصی محکم کرده که جسم امکان حرکت نداشته باشد. سپس با اعمال نیرو در جسم فلزی برآمدگی یا شکم ایجاد می‌شود.

منابع[ویرایش]

<G. S. Daehn, High Velocity Metal Forming ASM Handbook, Volume 14B, Metalworking: Sheet Forming, Published 2006, pp. 405-418.>