摘要
采用轻质合金材料是实现交通运输轻量化的重要途径，然而采用传统准静态加工工艺对材料进行加工存在成形极限低、回弹大、表面易起皱等缺点。为此，电磁成形技术凭借无接触、高应变率、回弹小等优点成为解决现有金属材料成形最具潜力的技术之一。目前，现有的管件电磁成形技术多局限于单个线圈的单向电磁力加载，使得工件轴向上电磁力分布不均匀，管件成形轮廓可控性较差。基于此，作者提出一种基于内外侧双向电磁力加载的管件电磁胀形方法，该方法通过调控内外线圈产生的脉冲磁场和涡流分布，实现了管件轴向上的均匀变形。 首先，针对目前传统单线圈管件电磁胀形的缺陷所在，本文结合电磁场理论详细阐述了基于内外侧双向电磁力加载管件电磁胀形方法的基本原理，并根据其成形原理进一步分析了方案的实现条件。在此基础上，结合实验室条件及成形线圈的设计要求，作者搭建了一套基于内外侧双向加载的管件电磁胀形实验系统。 其次，依靠有限元仿真软件COMSOL Multiphysics构建了基于内外侧双向加载管件电磁胀形的多物理场耦合分析模型，其中包括多场耦合分析、电路分析、电磁场分析和结构场分析。基于此，系统地对比分析了传统单向加载模式和内外双向加载模式下线圈电流、磁场、感应涡流和电磁力等电磁参数的时空分布特性，进一步阐明了工件在两种不同成形模式下的塑性变形行为，并且结合仿真模型对成形线圈的应力状态进行了安全性测试，从仿真上论证了该方案的有效性和可行性。 最后，本文以直径79mm，厚度2mm的AA6061-O铝合金管件为成形对象，搭建了基于双线圈的内外双向电磁成形系统，分别在单向加载和内外双向加载模式下开展了管件电磁胀形的对比实验，并重点研究了成形线圈电流极性和放电电压对于管件电磁胀形成形效果的影响。实验结果表明，在最大变形量相同的前提下，与传统单向电磁力加载模式相比较，内外侧双向电磁力成形方法可以给工件提供均匀分布的径向电磁力，使得工件的轴向变形均匀度提高50%左右。同时，在反向极性电流成形模式下，可以通过调节放电电压实现管件在不同成形深度下的轴向均匀变形。进一步的，为了实现对内外侧电磁力的灵活调控，探究了双电源模式下内外线圈电压对工件成形效果的影响，这在一定程度上提高了双向电磁力成形系统的能量利用率。
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