三峡大学李梦瑶、邱立 等：基于驱动导体环的板件电磁成形电磁力分布与成形效果研究

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针对传统板件电磁胀形存在径向变形不均匀的问题，三峡大学邱立课题组提出一种基于驱动导体环的板件电磁成形方法。通过引入驱动导体环，调控板件电磁成形区域电磁力分布，进而提升板件径向变形均匀性，为改善板件成形性能提供新思路。

研究背景

轻量化制造是航空航天，交通运输等领域实现节能减排的重要途径，采用镁铝为代表的轻质合金材料是实现轻量化的重要手段。然而，传统机械加工工艺处理镁铝等轻质合金材料时存在成形极限低，易起皱，易回弹等缺陷。

电磁成形工艺是一种利用洛伦兹力驱动金属工件发生高速变形的先进制造技术。与传统加工工艺相比，电磁成形因其极高的应变速率能够显著提升成形极限，且能抑制起皱及回弹现象。目前，传统板件电磁成形工艺应用于金属板件材料时存在径向变形不均匀等问题。

论文所解决的问题及意义

针对传统板件电磁成形存在的径向变形不均匀的问题，在传统板件电磁成形的基础上引入驱动导体环，提出基于驱动导体环的板件电磁成形方法。通过调控板件成形区域电磁力分布，改善板件成形轮廓，提升板件径向变形均匀性。

论文方法及创新点

板件所受电磁力呈现空间轴对称分布，板件两端由压边装置约束板件，对板件起到支撑和固定的作用，而板件中心成形区域约束极小，在板件电磁成形时板件中心首先发生形变，且板件最大变形部位位于板件中心，整体呈现锥形轮廓，成形效果不佳，成形效果如图1所示。

图1 板件电磁成形结构图

图2 传统板件电磁成形

为提供更灵活可控的电磁力加载方式，改善板件成形效果，可以通过引入电磁辅助装置对电磁力进行调控。本文在传统板件电磁成形的基础上引入驱动导体环，将金属驱动导体环放置于驱动线圈和工件之间，构建基于驱动导体环的板件电磁成形方式。

结构如图3所示，基本原理是：当驱动线圈流过脉冲电流时，在线圈和驱动导体环附近产生变化的磁场，变化的磁场在驱动环上产生感应涡流，在感应涡流和外部磁场的共同作用下，驱动环内产生脉冲电磁力。随后，驱动导体环在电磁力的驱动下克服惯性并加速处于运动状态。最后，驱动环与金属板件发生弹性碰撞，在驱动环的碰撞作用下将驱动环动能转换为板件变形所需的塑性应变能，完成板件成形。

图3 基于驱动导体环的板件电磁成形结构图

图3为两种成形模式下管件胀形过程对比。由图中可以看出，传统板件电磁成形过程中管件始终是凸型不均匀形貌，而引入驱动导体环之后，板件成形过程中成形轮廓始终是均匀的。

图4 板件动态变形图

为了进一步验证驱动导体环板件电磁成形方法的有效性，采用驱动导体环对板件进行放电成形实验，如图5所示，成形的工件采用半径70mm、厚度2mm的AA1060的铝合金板材，系统放电电压为4kV，最大放电能量为2.56kJ。

图5 基于驱动导体环的板件电磁成形实验

结论

通过板件的变形过程可以得出，引入驱动环的板件电磁成形与传统板件电磁成形相比，驱动环通过其自身结构可以优化力的分布，将力首先集中在板件与导体环碰撞的位置，再由碰撞的位置带动板件中部变形。

在最大胀形量都为16mm时，传统板件电磁成形的均匀成形范围Dr为20mm，基于驱动环的板件电磁成形均匀成形范围Dr为52.2mm，成形均匀度提高了1.61，qr从23.17°增大到29.43°。如图6所示，通过引入驱动环可有效的提高了板件的成形均匀度。

图6 两种电磁成形方式的成形效果对比

团队介绍

本文由三峡大学电气与新能源学院邱立课题组完成。课题组主要开展高电压技术、电磁成形、电磁场分析及应用等研究，主持参与了多项国家自然科学基金。近年来，以第一作者或通讯作者在国内外SCI/EI期刊发表学术论文30余篇，申请国家发明专利80余项，已获授权发明专利40项。

李梦瑶

硕士研究生，研究方向为电磁成形。

邱立

副教授，博士生导师，研究方向为高电压技术、脉冲功率技术、输电线路设备电磁场分析及应用。

本工作成果发表在2025年第1期《电工技术学报》，论文标题为“基于驱动导体环的板件电磁成形电磁力分布与成形效果研究“。本课题为国家自然科学基金资助项目。

引用本文

李梦瑶, 邱立, 易宁轩, 何晨骏, 李高宁. 基于驱动导体环的板件电磁成形电磁力分布与成形效果研究[J]. 电工技术学报, 2025, 40(1): 13-24. Li Mengyao, Qiu Li, Ying Ningxuan, He Chenjun, Li Gaoning. Study on Electromagnetic Force Distribution and Forming Effect of Plate Electromagnetic Forming Based on Driving Conductor Ring. Transactions of China Electrotechnical Society, 2025, 40(1): 13-24.

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