关键词： 电磁成形   小管件   放电参数   集磁器  

摘要： 电磁成形技术能够有效地提高铝合金材料成形性能、抑制管件成形回弹,且具有成形速率高、成形过程易精确控制、表面质量高等许多优点,这些均显示电磁成形技术良好的应用前景。虽然现有的电磁成形技术针对小管件吸引式成形有一定的研究进展,但更多集中于电磁力的加载方式却忽略了对电磁力的有效增强方式。并且成形线圈结构与管件结构相匹配,吸引式成形为越靠近线圈则作用效果更为明显,因此制造一套吸引式成形线圈装置仅仅适用于一种尺寸管件的吸引式成形,工艺制造成本极高。基于此,本文通过加装集磁器改善线圈受力以及规避线圈绕制的复杂工艺,实现对小管件的吸引式成形效果的优化。目前的研究更多的是关注工件的成形效果,鲜有带集磁器的吸引式成形研究。更未对集磁器吸引式成形在电磁成形的电-磁动态过程和机理层面展开研究。究其原因:电磁成形的过程极短（μs-ms级）,导致其动态过程难以实现实时的观察和检测,故通过仿真手段对其进行分析更为可行以及高效。因此,本文针对其动态过程进行研究,详细分析了带集磁器的小管件吸引式电磁成形过程。首先,本文详细论述了带集磁器的管件吸引式电磁成形方法的基本原理,并根据其原理阐明了该方法的特点与实现条件,搭建了带集磁器的管件电磁成形多物理场全耦合仿真模型。其次,本文探究了成形过程中集磁器上的感应电流密度在时空分布上的变化规律,并对管件电-磁动态以及受力运动进行了分析,阐明了集磁器的引入对管件的吸引式成形优化作用。最后,基于管件成形过程中的影响因素,分别从电源的放电参数以及集磁器的结构参数上对管件的吸引式成形进行系统性优化。结果表明:（1）集磁器的引入能够有效提高成形电磁力,增大管件变形。（2）线圈的轴径向匝数影响集磁器表面感应电流的大小以及分布,对线圈结构在设计时进行大量的计算分析,以得到一个合理的结构参数。（3）长脉宽放电参数的选择直接影响到管件吸引式成形前的缩颈状态,适当调大长脉宽的放电电流波形脉宽,抑制管件缩颈程度,有助于管件最终成形。（4）短脉宽放电参数的选择直接影响到管件吸引式阶段的有效成形,适当减小短脉宽的放电电流波形脉宽,增强管件吸引阶段胀形程度,有助于管件最终成形。（5）随着集磁器高度的增加,管件最终成形区域靠近两端胀形量有一定程度的增大。在对集磁器进行设计时,可考虑适当增加集磁器高度。（6）随着集磁器厚度的增加,管件的最大胀形量得到增大,但对管件两端成形区有一定程度的削弱。若需增大管件胀形量的同时增大管件胀形区域,在对集磁器进行设计时,可综合考虑对集磁器的厚度参数以及高度参数的选择。相关研究结果能够对带集磁器的小管件吸引式成形系统的设计起指导作用,并加深对小管件吸引式电磁成形过程的理解,对于拓展电磁成形技术在管件加工上的应用具有重要意义。

关键词： 板件成形   电磁成形   大尺寸板件   分布式结构   脉冲强磁场  

摘要： 电磁成形作为一种高速率成形工艺,因其能够提升材料成形性能等优势,在航空航天结构件制造方面展现出巨大的潜力。然而在大尺寸铝合金板件成形制造上,传统单线圈电磁成形方法始终受到了大尺寸线圈制作成本高昂、工艺复杂的限制。针对上述问题,提出了一种分布式电磁成形方法,通过多个模块化线圈在空间上阵列分布来代替传统的单线圈电磁成形系统,突破了线圈设计的几何尺寸限制。本文基于分布式电磁成形系统,在仿真模拟、装置研制及实验等方面开展了系统性研究,对分布式电磁成形方法在大尺寸铝合金板件加工上的可行性进行了探索。首先,阐述了分布式电磁成形的基本原理,讨论了模块化线圈空间分布、电源配置以及电流极性配合的设计要点;通过理论分析证明,环状阵列的分布式电磁成形系统中,相邻线圈环之间通以极性相反的电流有利于获取更大更均匀的成形力场分布;在此基础上,依托LS-DYNA软件构建了高精度的数值仿真模型,为板件变形行为的精准预测提供了有效分析手段。其次,基于相对小的平台对分布式电磁成形方案进行了探索,确立了包括空间分布、电源配置及模块化线圈设计在内的分布式电磁成形系统设计流程。通过数值仿真,分析了不同放电电压与放电时序影响下工件成形形貌的调控机理与变形行为的基本规律,并通过实验对规律进行了验证,为分布式电磁成形方法向更大尺寸板件整体成形方向进行推广奠定了基础。最后,针对直径1378 mm的AA5083-O铝合金板件搭建了1000 mm级分布式电磁成形实验平台,基于该平台进行了单次放电成形实验研究,得到了成形高度为195.4 mm的成形工件。为改善分布式电磁成形中板件起皱的现象,提出了一种将成形板件旋转角度之后再进行二次放电校形的方法,并验证了该方法对板件起皱的抑制效果。最终结果充分证明了分布式电磁成形方法在大尺寸板件加工上的可行性,对大尺寸铝合金板件整体成形技术的发展起到了积极的推动意义。

关键词： 电磁脉冲焊接   镁合金   铝合金   各向异性   接头强度  

摘要： 镁合金、铝合金作为轻质材料,因具有优异性能可替代传统钢材而广泛应用于轻量化设备制造中。然而,由于镁合金与铝合金物理、化学性能存在差异,使得传统工艺难以实现两者之间的良好焊接。电磁脉冲焊接(EMPW)借助电磁力实现金属材料的冶金结合,有望解决镁合金、铝合金的焊接难题。为探究电磁脉冲焊接镁合金-铝合金的可行性及影响因素,该文从电磁脉冲焊接原理着手,研制出一套28kJ的电磁脉冲焊接设备原型机,并在此基础上研究镁合金板(基板)、铝合金板(飞板)电磁脉冲焊接所需外部条件(放电电压和焊接间隙)以及镁合金自身力学特征对焊接条件的影响。结果显示:电磁脉冲焊接技术能够实现镁合金、铝合金板件的可靠焊接;在一定范围内,放电电压的升高能够提高接头的机械性能;焊接间隙的增加使接头的机械性能先提高后降低。此外,镁合金板件自身特殊结构导致的力学各向异性也将影响接头的机械性能,相同条件下,与轧制方向成0°时,焊接所得接头拉伸强度最佳;与轧制方向成90°时,接头拉伸强度最低。该文可为电磁脉冲焊接镁合金-铝合金板件提供技术支撑和理论参考。

关键词： 电磁成形   双线圈   板件   吸引力   涡流竞争  

摘要： 电磁成形是利用脉冲电磁力实现轻质合金快速塑性成形的一种高能率加工技术,可显著提高材料的成形极限并改善成形性能。吸引式电磁成形则是其中的一种独特应用,利用两种不同脉宽的电流驱动同一线圈来产生吸引式电磁力,适用于板件凹痕修复、微小管件成形等领域。单线圈结构对两种电流的参数匹配要求非常严格,且能量利用效率极低。为解决这一问题,该文提出两种电流各自驱动一个线圈的双线圈结构吸引式电磁成形方案,并进行仿真验证。然而研究过程中发现,双线圈结构带来新的涡流密度竞争现象,将会引起成形缺陷。为了消除这一缺陷,该文进一步研究涡流竞争产生的原因和机制,最终通过调整线圈的结构参数,在直径200mm的AA1060-H28铝合金板件双线圈吸引式电磁成形方案中,消除成形缺陷。相关研究结果能够加深对吸引式板件电磁成形过程的理解,对于拓展电磁成形技术在板件加工上的应用具有重要意义。

关键词： 电磁翻边   板件   双向加载   电磁力特性  

摘要： 翻边工艺是航空航天、汽车工业等领域制造加工过程非常重要的一项工序,其直接影响着材料的成形精度与工件的装配质量。铝合金作为轻量化材料的重要代表,在制造加工业扮演着重要角色。传统翻边加工工艺难以解决其室温下塑性低、回弹高、易撕裂等问题,严重阻碍了制造加工业的发展。电磁翻边技术是一项利用脉冲电磁力驱动金属工件高速率成形的新型加工工艺,因此得到了广大学者的广泛研究。目前,板件电磁翻边技术通常采用单线圈加载方式,翻边过程主要靠轴向电磁力驱动板件发生形变。然而,板件翻边过程由轴向胀形和径向扩径两个部分组成,单线圈加载的电磁力特性显然无法满足板件翻边过程的力场需求。为此,本文在单线圈加载的基础上提出采用轴向-径向电磁力双向加载式板件电磁翻边方法,通过引入另一线圈来增大板件翻边过程所需的径向电磁力。为了实现上述目标,本文分别从双线圈-双电源加载和双线圈串联加载两个线圈组合角度,对本文提出的方法开展研究。拟从系统放电电压和线圈结构参数两个方面着手,力图优化电磁力特性,降低翻边能耗,提升成形质量。本文的主要研究过程如下:首先,分析了单线圈加载式板件电磁翻边过程,分别从系统电压和线圈匝数两个角度揭示了单线圈加载的局限性。一、增大电压的同时线圈中的放电电流也随之增大,板件整体电磁力分布并没有得到根本的改变。二、调节线圈匝数只能很小程度的优化板件的翻边效果,板件整体的电磁力大小并没有得到较大提升。然后,基于单线圈加载时系统电压变化对板件翻边的影响规律,对双线圈-双电源加载方式进行系统电压研究。仿真结果表明,双线圈-双电源加载方式中轴向线圈的放电电压对板件翻边过程有决定性影响。轴向和径向线圈的放电电压分为3.1kV和2.9kV时板件的翻边效果最好,板件翻边高度达19.2mm。双线圈-双电源系统和单线圈系统对比发现,双线圈-双线圈加载时的线圈电流更小,板件径向位移更大贴膜性更好。最后,基于单线圈加载时线圈匝数变化对板件翻边的影响规律,对双线圈串联加载方式进行线圈结构研究。仿真结果表明,双线圈串联加载方式下径向线圈的匝数对板件翻边过程有更大的影响。放电电压3kV时,轴向和径向线圈匝数分为2×4匝和4×4匝时的板件翻边效果最好,高度可达17.1mm。相同放电电压下双线圈串联系统和单线圈系统对比发现,双线圈串联系统可有效提升径向电磁力,板件的轴向和径向位移均得到了较大提升,且能降低板件翻边贴膜所需的能耗。

关键词： 电磁成形   双线圈   板件   吸引力   涡流竞争  

摘要： 电磁成形(Electromagnetic forming,EMF)技术是利用脉冲电流在线圈中产生脉冲强磁场,金属材料上的涡流与磁场共同作用产生洛伦兹力,进而驱动金属材料发生塑性变形的一种高速率、非接触式、高能率成形方法。且该技术具备能显著提高室温下的铝镁等轻质合金的成形极限,抑制起皱,减小回弹等优势。因此,其技术特点完美契合电动汽车车身轻量化的加工需求以及节能减排的政策需求。吸引式电磁成形则是其中的一种独特应用,利用两种不同脉宽的电流驱动同一线圈来产生吸引式电磁力,适用于板件凹痕修复、微小管件成形等领域。然而,单线圈结构对两种电流的参数匹配要求非常严格,且能量利用效率极低。为解决这一问题,本文提出了两种电流各自驱动一个线圈的双线圈结构吸引式板件电磁成形方法,并对双线圈结构下的涡流竞争调控机制、吸引力的产生方式以及吸引式板件成形的可行性展开了相关研究。首先,从排斥式电磁力板件电磁成形等效电路模型入手,详细分析了单脉冲电流下,线圈中电流,板件上电磁力分布;且仿真结果表明:当电流处于下降沿阶段时,板件上会产生较小的吸引力,进而明晰了电磁吸引力的实现方式。故基于此,提出两种双脉冲电流下的板件吸引力产生方式,实现涡流和磁场的解耦调控,进而实现双线圈—板件上涡流的有效竞争,从而实现双线圈—板件的吸引力成形。然后,基于上述分析分别建立了水平同轴分布、垂直同轴分布双线圈—板件全耦合仿真模型。分别针对“方案1”中的长脉宽电流放电参数以及线圈L、S的内径尺寸展开了分析,实现了板件吸引力成形(板件上有凹痕)。此外,通过增加线圈L、S的内径,可以有效地将板件上凹痕区域的最大轴向位移减小至0.01 mm,仅为板件厚度的1%。其次,在“方案1”的基础上,对“方案2”中通过调整线圈L、S的结构参数展开分析(在不改变外电路放电参数的情况下),且仿真结果表明:增大线圈L的匝数,可有效增大板件上的磁通密度,进而增大板件的轴向位移,有效避免板件上凹痕区域的出现;且线圈L的轴向层数要大于线圈S的轴向层数,或者增大线圈L的电流,才能使板件上的磁通密度满足吸引力成形的要求;线圈L的径向层数要稍大于线圈S的径向层数,能较好优化板件吸引力成形的均匀度。更多的是在该方案中,在满足成形质量的前提下,线圈的放电能量得到了显著降低。最后,通过设计相应的线圈,对其展开了放电实验,且放电电流波形结果表明:所设计的成形装置可以满足吸引式板件的成形要求。相关研究结果能够加深对吸引式板件电磁成形过程的理解,对于拓展电磁成形技术在板件加工上的应用具有重要意义。

关键词： 电磁成形   匀压力驱动器   线圈强度   解析解   电磁力   金属双极板  

摘要： 薄壁化和中空化的轻质合金板件可极大提高装备的运载能力和性能,在新能源汽车、氢能源燃料电池等领域具有广泛的应用前景。但传统准静态成形工艺在加工该类构件时易出现起皱、破裂等缺陷,导致成形质量差和制造成本高等问题。电磁成形技术作为一种非接触式高速成形工艺,在提高材料成形极限、减少工件起皱与回弹等方面具有独特的优势,为解决现有薄壁轻质合金板件成形工艺的不足提供了重要技术途径。然而,作为电磁成形领域的一种典型驱动器,传统匀压力驱动器存在线圈强度不足和接触电弧问题,同时其作用下的匀压力电磁成形过程缺乏系统分析,制约了其广泛应用。针对上述问题,本文系统开展了基于新型结构匀压力驱动器的电磁成形技术及其在薄壁板件成形中的应用等研究工作,相关工作对深入理解匀压力电磁成形过程、推动电磁成形技术发展具有重要的理论指导意义和实际应用价值。在匀压力驱动器结构设计方面,发明了一种新型结构的内场匀压力驱动器,解决了传统外场匀压力驱动器的接触电弧和线圈强度低问题。该新型结构将成形线圈外置,导电通道和工件内置,可在工件与导电通道之间产生相互挤压的电磁力,有效解决传统匀压力驱动器的接触电弧问题。同时,该结构为内场匀压力驱动器提供了开放的加固空间,确保其具有更高的线圈强度和使用寿命。仿真和实验表明,在相同的放电能量和线圈尺寸下,内场匀压力驱动器的工件磁场、工件感应电流和工件最大成形深度比传统外场匀压力驱动器分别提高约25%、22%和60%。在成形过程理论分析方面,实现了基于匀压力驱动器的电磁过程全解析建模和分析。其中,基于等效电路原理建立了电路参数与线圈电流、工件电流、工件电磁力以及对应峰值之间的函数关系,为成形系统的电路参数调控提供理论依据;基于镜像法获得了以几何尺寸和线圈电流为变量的工件表面磁压和线圈导线电磁力的解析式,阐明了内场匀压力驱动器成形效率高的原因,以及线圈匝间距对工件表面磁压分布的影响;基于分离变量法给出了以几何尺寸、线圈电流和材料电气参数为变量的工件内部任意位置处感应电流、磁场强度和电磁力解析式,揭示了工件电导率及厚度等参数对工件电磁力时空特性影响规律。在成形工艺和应用研究方面,提出了适用薄壁板件的均匀速度成形方法和工艺,研制了相应的薄板电磁成形实验装置,并开展了100μm厚TA1-O钛双极板成形和冲裁研究。首先,建立了匀压力驱动器电路-磁场-结构动态耦合的三维有限元模型,通过实验和仿真表明工件在成形过程中存在均匀速度区间,可实现薄壁板件的匀压力成形,且该区间占工件长度的比例与工件位移呈负相关。在此基础上,对比开展了传统和新型匀压力驱动器的结构力学性能及影响分析。研究表明存在最优的线圈高度使工件电磁力最大,传统匀压力驱动器失效机制在于工件端部断裂或者接触区域打开,而Zylon复合纤维可以有效分担内场匀压力驱动器线圈导线的应力。最后,基于该装置,在放电能量7.5 k J下实现了最大流道深度0.34 mm和最小流道波动率为3.75%钛双极板加工,和半径为3 mm的钛板小孔冲裁,证明了内场匀压力驱动器装置及均匀速度成形方法的可行性。最后,总结了全文工作和对未来的工作进行了展望。

关键词： 电液成形   径向电磁力   材料流动控制   数值仿真   筒形件成形  

摘要： 电液成形是一种基于水下电爆炸的高速率成形方法,在航空航天、汽车等领域具有广阔应用前景。但在当前板件电液成形应用中,变形模式单一,材料流动少,存在成形高度有限、成形均匀性差以及变形调控不灵活等问题,因而无法实现金属材料流动较为剧烈的复杂零件成形,很容易出现严重减薄甚至破裂。针对上述问题,本文提出径向电磁力辅助的电液成形方法。通过径向电磁力促进板件的材料流动,在材料胀形的基础上引入拉深变形模式,从而提高了成形的极限高度与调控灵活性。基于提出的径向电磁力辅助电液成形方法,系统地开展了板件自由成形与筒形件成形数值模拟与实验研究,相关研究成果对理解电液成形动态过程、拓展电液成形应用场景具有一定的理论价值和实践意义。首先,阐述了径向电磁力辅助的板件电液成形方法原理,在此基础上依托国家脉冲强磁场科学中心的实验平台,完成了电源系统的参数选择、电液成形装置与电磁成形装置的设计与搭建,并基于实验平台开展了放电时序配合与装置重复性的测试。其次,实现了径向电磁力辅助电液成形的数值建模。分别建立了液电效应数值模型、电磁力计算模型与板件材料模型,并通过商用软件LS-DYNA完成了数值模型之间的耦合。在电磁力计算模型中,将径向电磁力简化成加载在板件侧壁的磁压强,并根据板件侧壁到线圈中心的距离对磁压强的值进行更新,实现了对板件变形行为的精确模拟并显著提升了模型计算效率。然后,基于径向电磁力辅助电液成形方法,开展了板件自由成形的数值分析与实验研究。实验结果表明:在合适的放电时序与线圈电压下,相比常规电液成形方法,径向电磁力辅助电液成形方法可以提升板件自由成形的极限高度至少20%。仿真得到的板件成形高度、材料流动、成形轮廓以及破裂情况与实验结果有较高的吻合度,验证了仿真模型的可靠性。借助数值仿真模型,展现了板件成形的动力学行为,依据板件中心成形速度的变化,将成形过程划分为四个阶段,在此基础上分析了放电时序、线圈电压对各成形阶段的影响机理,加深了对电液成形动态过程和径向电磁力作用机制的理解。最后,开展了筒形件电液成形的数值分析与实验研究。仿真和实验结果表明:常规电液成形方法因其材料流动少,难以成形筒形件,而基于径向电磁力辅助的电液成形方法,促进了材料流动,可以实现“高度高、拉深比大、倒角半径小”的筒形件成形。通过仿真分析,明确了基于径向电磁力辅助电液成形方法的筒形件成形策略与实验参数。最终,实验成功实现了拉深比为2.6的30 mm至45 mm高度的筒形件成形,其中30 mm高的筒形件倒角半径仅为3 mm,展现了新方法在筒形件成形应用方面的优势。

关键词： 真空触发开关   电磁脉冲焊接设备   镁合金板件   铝合金板件   焊接工艺  

摘要： 镁合金和铝合金,同样作为轻质材料,因具有出色的性能而被大量应用于汽车轻量化生产中,随着使用量的提升,两者的连接自然不可避免。然而,由于镁合金与铝合金的物理、化学性能存在较大差异,致使两者的可靠连接难以通过传统焊接方式实现,从而制约了镁合金、铝合金材料在汽车生产中的进一步推广应用。借助电磁力实现金属材料冶金结合的新技术——电磁脉冲焊接技术,有望解决镁合金与铝合金的焊接难题。但是,由于镁合金自身结构导致其塑性较差,对焊接设备的参数要求较高,而国内电磁脉冲焊接技术起步又比较晚,尚无较成熟的大功率国产焊接设备,对镁合金与铝合金板件焊接的系统性研究相对较少,一定程度上阻碍了电磁脉冲焊接技术在镁合金、铝合金焊接中的广泛应用。为此,研制出满足镁合金-铝合金焊接需求的电磁脉冲焊接设备,并在此基础上开展镁合金、铝合金电磁脉冲焊接实验研究,对促进镁合金、铝合金在汽车生产中的进一步推广应用具有一定的现实意义。本文根据电磁脉冲焊接设备特性,对设备中的关键器件——放电开关进行对比选型,并采用27kV/200kA多棒极型真空触发开关作为放电开关。基于Marx电路与脉冲变压器结构研制出与之配套的触发源,成功实现放电开关可靠、稳定触发。搭建测试平台,对电磁脉冲焊接回路导通特性开展实验研究和理论分析,得出了真空触发开关的触发特性和主回路放电特性的影响因素及规律。基于电磁脉冲焊接原理,推导计算出镁合金-铝合金板件焊接所需电流范围,进而以双放电开关同步导通的设计方式,研制出一套适用于金属板件焊接的电磁脉冲焊接设备。该设备最大充电电压20k V,最大通流能力400k A,可成功实现镁合金与铝合金板件的焊接。利用高速摄像机对铝合金板件电磁脉冲成形过程进行观测,分析焊接电压、回路电容、垫片间距以及垫片厚度对铝合金板件成形过程的影响,间接验证了各因素对电磁脉冲焊接过程中金属板件撞击速度、撞击角度的影响规律。结果表明,在电磁脉冲焊接过程中,提升焊接电压、适当增加垫片厚度以及垫片间距,有利于提升板件撞击速度。同时,合适的垫片厚度能够控制板件形变程度进而保证板件具有适宜的撞击角度。开展镁合金与铝合金板件电磁脉冲焊接实验,分析焊接电压、板件间距对镁合金与铝合金板件焊接接头性能的影响,并首次就镁合金板件力学性能各向异性对两板件电磁脉冲焊接的影响规律开展研究。通过对不同条件下获得的焊接接头进行拉伸测试,确定了镁合金、铝合金板件可焊接工艺区间。研究发现,镁合金板件沿轧制方向的抗拉强度最小,最易实现焊接。同时,对镁合金与铝合金板件电磁脉冲焊接瞬态过程进行观测,验证了金属射流的存在并首次发现焊接过程中的微间隙放电现象。

关键词： 电磁成形   吸引式电磁力   脉冲磁场   全耦合   管件胀形  

摘要： 电磁成形技术由于其变形速率极高,能有效增加材料的延展性,提升材料的成形极限,是解决铝、镁合金等轻量化材料在室温下难以成形的关键技术。对加快轻量化进程,减少温室气体排放、节约能源、保护环境具有重要的意义。电磁成形技术具有工装简便、加工效率高的优点,但却难以满足复杂零件的成形需求。究其原因,主要是传统的电磁成形技术以排斥式电磁力作用于工件,驱使工件以远离成形线圈的方式实现成形,电磁力的作用方式单一。这不仅严重限制了成形线圈的利用效率,还大大制约了线圈和模具的工装形式。特别是针对微小管件的成形,电磁成形难以满足需求。为此,本文以小尺寸管件为研究对象,提出了基于吸引式电磁力的微小管件电磁胀形方法,对吸引式电磁力的有效调控机制及其成形工件的可行性进行了研究与验证。首先,以传统排斥式的管件电磁胀形过程为基础,运用全耦合的数值模拟模型,详细分析了胀形过程中线圈电流、轴向磁场、工件感应涡流及其所受的电磁力之间的耦合关系。分析发现,即使在传统的排斥式电磁胀形过程中,也存在着极其短暂的吸引过程。只是受限于传统电磁胀形单一的放电电流模式,这一过程极其短暂且所产生的吸引力幅值过小不足以驱动材料发生变形。进一步地分析发现,管件上的电磁力由线圈电流大小及其变化率共同调控。当流经成形线圈的脉冲电流变化率大于零时,线圈与管件间受到相互排斥的电磁力作用;反之,两者间受到相互吸引的电磁力作用。由此,本文提出了对电流波形进行优化来产生足够的吸引式电磁力的思路,并从理论上分析了其实现方式,即:将两套不同脉宽(宽、窄)的脉冲电流反向叠加,在成形线圈中形成缓上升沿、陡下降沿的脉冲电流,使作用于管件的吸引力远大于排斥力。然后,建立了基于全耦合模型的吸引式电磁力管件胀形模型,对宽脉宽、窄脉宽两套电源的参数设计进行了详细分析。研究表明,对于内径28 mm、壁厚1 mm的AA1060-O管件,为产生足够的吸引式电磁力,同时抑制后续的排斥力过程,宽脉宽电源的脉宽时间应大于1.2 ms;同时,在与宽脉宽电源相匹配的前提下,可以适当提高窄脉宽电源的放电电压;此外,还需要避免过大的线路电感参数。基于此,本文制定了基于吸引式电磁力的管件电磁胀形实验方案,设计并绕制了高强度吸引式放电线圈,设计并加工了与之相配套的实验工装,依托华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心,开展了相应的实验研究。实验中,采用了两套最大放电能量分别为1 MJ和50 kJ的电源系统,针对内径28 mm、壁厚1 mm的AA1060-O铝合金管件,当宽、窄脉宽电源的放电电压分别为6 kV、9.5 kV时,管件已出现肉眼可见的吸引式胀形效果,胀形量达0.2 mm;当电压分别提高到10 kV、11 kV时,管件的胀形量达到2.55 mm,管件中心区域的应变已经超过0.15。同时,本文还结合前文所述的全耦合仿真模型,对实验中工件变形的瞬态过程进行了详细分析;结果表明,实验结果符合理论预期。上述工作充分验证了吸引式电磁管件胀形的可行性,展现了电磁成形技术的潜力,为电磁成形技术在微小管件上的进一步应用探索了一条全新的途径。