采用輕質(zhì)合金代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼材能夠有效減輕發(fā)射、飛行質(zhì)量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率，降低運(yùn)行成本，是航空航天、汽車工業(yè)等領(lǐng)域發(fā)展趨勢(shì)之一。然而，輕質(zhì)合金材料室溫成形塑性較低，局部拉延性差，容易產(chǎn)生裂紋，回彈較大，采用傳統(tǒng)加工工藝加工效果并不理想。

電磁成形是一種利用脈沖電磁力驅(qū)動(dòng)金屬工件加速并變形的高速率加工技術(shù)。與傳統(tǒng)機(jī)械加工工藝相比，電磁成形具有高應(yīng)變率、非接觸、單模具等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。其中，因高應(yīng)變率能有效提高材料的成形極限，電磁成形已逐漸成為解決輕質(zhì)合金加工困難的有效方法之一。

因電磁成形在輕質(zhì)合金加工領(lǐng)域具有巨大潛力，美國(guó)能源部、歐盟框架計(jì)劃、中國(guó)國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃等相繼資助電磁成形技術(shù)。美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)、德國(guó)多特蒙德工業(yè)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華中科技大學(xué)等單位對(duì)電磁成形技術(shù)進(jìn)行深入研究，持續(xù)推動(dòng)電磁成形工業(yè)應(yīng)用進(jìn)程。

根據(jù)工件類型不同，電磁成形可分為板件電磁成形和管件電磁成形。根據(jù)電磁力加載方向不同，管件電磁成形可分為管件電磁脹形和管件電磁壓縮。通常，管件電磁脹形時(shí)，采用單個(gè)螺線管線圈為管件提供電磁力，因螺線管驅(qū)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu)的限制，此時(shí)電磁力以徑向分量為主，導(dǎo)致管件壁厚會(huì)隨著脹形量的增大而減薄，無(wú)法同時(shí)滿足脹形量和管件強(qiáng)度的要求。

三峽大學(xué)邱立課題組首次提出軸向壓縮式管件電磁脹形，該方法采用徑向電磁力與軸向電磁力雙向加載，在管件發(fā)生徑向脹形的同時(shí)亦發(fā)生軸向流動(dòng)，從而減小管件成形過程中的壁厚減薄量，提高成形管件的機(jī)械強(qiáng)度。

然而，這一方法采用三線圈系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，工裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特別是當(dāng)成形管件軸向尺寸較小時(shí)，中間脹形線圈繞制過程中不可避免存在導(dǎo)線多次換層結(jié)構(gòu)，由其產(chǎn)生的電磁力不均勻，導(dǎo)致管件脹形質(zhì)量并不理想。

為了解決三線圈軸向壓縮式管件電磁脹形存在的因工裝復(fù)雜導(dǎo)致的脹形質(zhì)量欠佳問題，本文通過簡(jiǎn)化線圈結(jié)構(gòu)，提出了雙線圈軸向壓縮式管件電磁脹形方法。從雙線圈軸向壓縮式管件電磁脹形基本原理出發(fā)，對(duì)比分析傳統(tǒng)單線圈、三線圈軸向壓縮式及雙線圈軸向壓縮式管件電磁脹形電磁力分布規(guī)律與管件成形性能，進(jìn)一步分析驅(qū)動(dòng)線圈幾何尺寸對(duì)壁厚減薄量的影響規(guī)律，最終針對(duì)特定的管件設(shè)計(jì)了較為合理的驅(qū)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu)。

圖1 管件電磁脹形示意圖

總結(jié)

針對(duì)三線圈軸向壓縮式管件電磁脹形存在的工裝復(fù)雜、配合困難等問題，本文提出雙線圈軸向壓縮式管件電磁脹形方法。研究表明，雙線圈軸向壓縮式管件電磁脹形能夠?yàn)楣ぜ瑫r(shí)提供徑向電磁力與軸向電磁力；因?yàn)槿鄙僦虚g脹形線圈，徑向電磁力明顯減小，導(dǎo)致軸向電磁力與徑向電磁力的比值增大；管件內(nèi)壁脹形量相同時(shí)，因雙線圈加載能夠產(chǎn)生更大的軸向電磁力，壁厚減薄量較單線圈明顯減小，可使成形工件的脹形量和壁厚減薄量同時(shí)滿足加工要求。后續(xù)將根據(jù)相關(guān)仿真研究構(gòu)建實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證雙線圈軸向壓縮式管件電磁脹形的實(shí)際效果。