电工技术学报：管件电磁胀形过程中的材料变形性能问题与电磁力加载方案
2022-03-26【作 者】 邱立;余一杰;聂小鹏;杨雨琪;苏攀
【引 言】
轻量化是航空航天、汽车工业等领域实现节能减排的重要技术手段。比如:飞机机体减重 5kg ，有效商载可增加 50kg; 汽车减重 10% ，油耗降低 6%~8% 。而实现轻量化的主要途径之一是采用轻质合金材料，高性能铝合金、铁合金、镁合金已成为现代航空航天、汽车工业等实现轻量化的首选材料。美国第四代战斗机 F22 研制中，采用铝、铁等轻质合金使其减重 600kg ，综合效果明显；汽车车身约占汽车总重的 30% ，若采用铝合金可使整车重量减轻10%~15% 。因此采用轻质合金材料是航空航天、汽车工业等领域未来重要的发展趋势。然而，轻质合金材料室温成形塑性较低，局部拉延性差，容易产生裂纹，回弹较大，采用传统加工工艺加工效果并不理想。电磁成形技术是一种利用脉冲电磁力驱动金属工件加速并变形的高速率加工技术。整个成形过程为 ms 级，成形速度一般超过 300m/s;应变率使电磁成形可有效提高材料成形极限[43] ，使其成为解决轻质合金加工困难问题的有效途径之一。
创新的电磁力施加方式能够解决现有电磁成形技术中的某些不足，推动了其发展。然而，对于管件电磁胀形而言，目前存在的一些管件变形性能问题并未得到较好的解决:一是因管件胀形半径增大导致的壁厚减薄、强度降低问题:二是因线圈端部效应导致的管件轴向变形非均匀问题。为此，本文从电磁成形基本原理出发，分析了电磁力分布主要取决于线圈结构:针对管件壁厚减薄问题，提出采用径向电磁力与轴向电磁力双向加载的施力方式，增加材料轴向流动性:针对管件轴向变形非均匀问题，提出凹型径向电磁力加载方法，削弱因端部效应导致的轴向变形非均匀性。
【结 论】
针对现有管件电磁胀形存在的问题，本文提出来用径向电磁力与轴向电磁力双向加载的施力方式以减小工件壁厚的减薄量:同时提出采用凹型线圈削弱管件中部变形量达到改善轴向变形均匀性的目的。轴向电磁力能增加工件材料的流动性，使材料能及时补充到胀形减薄区，可有效减小工件壁厚的减薄量”凹型”分布的径向电磁力会明显减小管件中部的变形量，使管件在轴向上变形更加均匀。显然，通过合理设计线圈结构能够解决管件电磁胀形存在的问题，后续相关的 验研究将进 步推动电磁成形技术的发展。
以下是正文：
