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)動機效率，降低運行成本，是航空航天、汽車工業(yè)等領域發(fā)展趨勢之一。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)動金屬工件加速并變形的高速率加工技術(shù)。與傳統(tǒng)機械加工工藝相比，電磁成形具有高應變率、非接觸、單模具等技術(shù)優(yōu)勢。其中，因高應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)合金加工領域具有巨大潛力，美國能源部、歐盟框架計劃、中國國家重點基礎研究發(fā)展計劃等相繼資助電磁成形技術(shù)。美國俄亥俄州立大學、德國多特蒙德工業(yè)大學、哈爾濱工業(yè)大學、華中科技大學等單位對電磁成形技術(shù)進行深入研究，持續(xù)推動電磁成形工業(yè)應用進程。

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，采用單個螺線管線圈為管件提供電磁力，因螺線管驅(qū)動線圈結(jié)構(gòu)的限制，此時電磁力以徑向分量為主，導致管件壁厚會隨著脹形量的增大而減薄，無法同時滿足脹形量和管件強度的要求。

三峽大學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)生徑向脹形的同時亦發(fā)生軸向流動，從而減小管件成形過程中的壁厚減薄量，提高成形管件的機械強度。

然而，這一方法采用三線圈系統(tǒng)實現(xiàn)，工裝結(jié)構(gòu)復雜，特別是當成形管件軸向尺寸較小時，中間脹形線圈繞制過程中不可避免存在導線多次換層結(jié)構(gòu)，由其產(chǎn)生的電磁力不均勻，導致管件脹形質(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雜導致的脹形質(zhì)量欠佳問題，本文通過簡化線圈結(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，進一步分析驅(qū)動線圈幾何尺寸對壁厚減薄量的影響規(guī)律，最終針對特定的管件設計了較為合理的驅(qū)動線圈結(jié)構(gòu)。

圖1 管件電磁脹形示意圖

總結(jié)

針對三線圈軸向壓縮式管件電磁脹形存在的工裝復雜、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為工件同時提供徑向電磁力與軸向電磁力；因為缺少中間脹形線圈，徑向電磁力明顯減小，導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，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滿足加工要求。后續(xù)將根據(jù)相關(guān)仿真研究構(gòu)建實驗，驗證雙線圈軸向壓縮式管件電磁脹形的實際效果。