探究电磁制造技术在航空航天领域的应用
周超文 于绍权 樊佳宾
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周超文 于绍权 樊佳宾,. 探究电磁制造技术在航空航天领域的应用[J]. 航空航天学报,2025.1. DOI:10.12721/ccn.2025.157007.
摘要: 电磁制造是指利用电磁场的作用力和效应,对材料进行加工、成形、校正等制造过程的技术。电磁制造技术具有高效、精度高、无污染等优点,在航空航天领域得到广泛应用。本文阐述了航空航天电磁制造技术的原理以及航空航天制造技术的应用。
关键词: 电磁制造;航空航天
DOI:10.12721/ccn.2025.157007
基金资助:

引言:随着制造业的不断发展,电磁制造技术在航空航天、汽车制造、机械制造等领域得到了广泛应用。未来,随着技术的不断进步,电磁制造技术将继续得到提升和完善,成为制造业的重要手段之一。特别是随着人工智能、大数据、云计算等技术的应用,电磁制造技术将进一步实现智能化和自动化,提高生产效率和质量。

一、航空航天电磁制造技术的原理

航空航天电磁制造技术是指利用电磁原理对材料进行制造和加工的技术,它主要应用于航空航天领域中的材料制造和加工过程中,以提高材料的质量和性能,增加制造效率,降低成本和节约能源。航空航天电磁制造技术主要包括电磁挤压成形、电磁焊接、电磁淬火、电磁弯曲和电磁搅拌等多种技术。

电磁挤压成形技术是指利用电磁场作用下的挤压力,对金属材料进行挤压成形。它的原理是通过外加电磁场在导体材料内部产生感应电流,感应电流会在磁场中受到一定的挤压力,从而使导体材料发生变形。这种技术主要应用于制造高强度、高硬度、高密度和高精度的零部件和构件,如飞机发动机叶片、航天器零件等。电磁焊接技术是指利用电磁场的能量和作用力,将两个或多个金属材料加热到熔点,使其熔合在一起的技术。电磁焊接的原理是通过电磁感应产生感应电流,利用感应电流在材料中产生热量,使其达到熔点并熔合在一起。这种技术主要应用于制造高强度、高密度、高耐腐蚀性和高耐高温性的航空航天零部件和构件。电磁淬火技术是指利用电磁场的作用,使金属材料在加热和冷却的过程中得到快速淬火的技术。电磁淬火的原理是利用感应电流在材料中产生热量,使其快速达到熔点并加速冷却,从而实现快速淬火的效果。这种技术主要应用于制造高强度、高硬度、高韧性和高耐磨性的零部件和构件[1]。电磁弯曲技术是指利用电磁场的作用力,使金属材料在加工过程中得到弯曲的技术。电磁弯曲的原理是利用感应电流在材料中产生磁场,磁场会在材料中产生一定的磁力线,从而产生一个磁场力,使金属材料发生弯曲。这种技术可以实现对金属材料的高精度、高效率和高质量的加工,尤其适用于复杂曲面和异形件的加工制造。图1为航空TEM电磁瞬变系统示意图。

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图1航空TEM电磁瞬变系统

二、航空航天电磁制造技术的应用

2.1电磁加工技术

电磁加工技术是指利用电磁场的作用力和效应对材料进行切割、钻孔、铣削等加工工艺的技术。电磁加工技术主要包括电磁切割、电磁钻孔和电磁铣削等。电磁切割技术是利用高频电场的电离作用,使材料表面的金属氧化物形成等离子体,然后利用等离子体的能量将材料切割。电磁钻孔技术是利用电磁感应原理,使导体内部产生涡流磨损热,使材料熔化和排出,从而实现钻孔的过程。电磁铣削技术是利用电磁感应原理和磁流体原理,将铣刀头部位包裹在磁流体中,利用磁力和磁粉的流动控制[2]

2.2电磁校形技术

电磁校形技术可以应用于航空航天制造领域的多个方面,包括加工、焊接、组装和校正等。电磁校形技术可以用于校正金属板材的弯曲和翘曲等问题。通常,将金属板材放置在电磁感应线圈之间,通过调整电流和线圈的位置和形状,产生的电磁力可以使板材发生位移和形变,从而实现校正。在航空航天制造中,焊接是常见的连接方法,但焊接过程中容易发生变形。电磁校形技术可以通过施加适当的电磁场来消除焊接变形,保证连接部位的准确度和可靠性。在飞机制造中,需要将各种零部件进行精确地装配。但由于制造和加工过程中难免存在一些误差,需要进行校正。电磁校形技术可以通过控制电磁场的大小和方向,调整零部件的形状和位置,实现精确的装配。在飞机制造中,需要将各种零部件进行精确地装配。但由于制造和加工过程中难免存在一些误差,需要进行校正。电磁校形技术可以通过控制电磁场的大小和方向,调整零部件的形状和位置,实现精确的装配。

2.3电磁缩径技术

电磁缩径技术是一种利用电磁场对金属管道进行径向压缩的技术,常用于航空航天、石油、化工等领域中的管道制造和维修。该技术可以在不损伤管道材料的情况下,使管道直径发生变化,提高管道的强度和耐腐蚀性,增强管道的密封性和安全性能。电磁缩径技术的原理是利用电磁感应原理和磁流体原理。通过将金属管道放置在电磁感应线圈中,并施加高频电流,产生的电磁场会产生一个与电流方向垂直的磁场,使管道内部的涡流产生旋转磁场,从而产生轴向力和径向力,使管道发生缩径。电磁缩径技术的优点在于它可以快速、精确地缩径,同时不会损伤管道材料,避免了传统的机械缩径方法中存在的划伤、变形等问题。此外,电磁缩径技术可以缩小管道壁厚,提高管道的强度和耐腐蚀性,减轻管道重量,降低生产成本,提高管道的经济性。电磁缩径技术的应用范围广泛,适用于各种类型的金属管道,如不锈钢、铜、铝、钛等。它可以用于制造管道、修复管道、改变管道尺寸、消除管道应力等方面。在航空航天领域中,电磁缩径技术被广泛应用于制造各种管道、连接件和传感器等航空零部件。在石油和化工领域中,电磁缩径技术可以用于制造和修复各种油管、气管、化工管道和设备等[3]

结论:综上所述,航空航天电磁制造技术是指利用电磁场的作用力和效应,对航空航天材料和零部件进行加工、成型、改性和表面处理等制造工艺的技术。它具有高效、高精度、高质量、高可靠性和环保等特点,对于提高航空航天材料的质量和性能,降低制造成本和节约能源等方面具有重要的应用价值和发展前景。

参考文献:

[1] 涂明武, 祖先锋, 杨钰,等. 一种航空航天测试信号抗电磁干扰系统:, CN215525908U[P]. 2022.

[2] 李明丽. 探索电磁之美 坚守赤子情怀--记南京航空航天大学电子信息工程学院副教授王毅[J]. 科学中国人, 2022(7):2.

[3] 杨发展, 王征炬. 一种用于航空航天雷达的调节固定装置:, CN213957603U[P]. 2021.

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