三峡大学邱立教授课题组提出一种基于涡流吸引效应的管件电磁胀形新方法

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导语

面向航空航天、汽车轻量化和高端装备制造中的高精度管件需求，三峡大学邱立教授课题组提出一种基于涡流吸引效应的电磁胀形方法：在驱动线圈与管件之间引入无源导体，通过涡流吸引效应来调控传统排斥式电磁力分布，为提升管件轴向成形均匀性提供了新的技术路径。

研究背景

轻质合金管件是航空航天、汽车和能源装备中的重要基础构件。随着装备轻量化和结构一体化需求不断提高，管件不仅要具备较高强度，还要满足复杂轮廓、高尺寸精度和稳定成形质量等要求。然而，铝合金等轻质材料在传统准静态成形中容易出现开裂、回弹大、表面质量不稳定等问题，限制了其在高端制造中的进一步应用。

电磁成形利用脉冲大电流产生的洛伦兹力驱动金属坯料高速塑性变形，具有非接触、高速率、单模具和成形极限高等优势。对于管件电磁胀形而言，传统方法通常采用螺线管线圈向外加载径向电磁力，使管坯快速胀形。但由于端部效应和磁场分布不均，管件中部往往受力过强、两端受力不足，最终容易形成“中部大、两端小”的鼓形轮廓，轴向均匀变形区域较小。

图1 传统管件电磁胀形结构及成形效果

论文所解决的问题及意义

围绕传统管件电磁胀形轴向变形区域小、变形均匀性差这一问题，本文提出一种基于涡流吸引效应加载管件的新型电磁胀形方法。该方法不再单纯依靠线圈与管件之间的径向排斥力，而是在驱动线圈与管件之间同轴放置导体，借助导体与管件中感应涡流之间的相互作用，对管件所受电磁力进行重新分配。

通过一个结构相对简单的无源导体，即可削弱管件中部过强的径向电磁力，同时促进端部材料向中部流动，从而扩大有效成形区域、改善轴向均匀性。相比多线圈协同加载或复杂集磁器方案，该方法结构更简洁，控制难度更低，为管件高精度电磁胀形提供了更易实施的工艺方案。

图2 涡流吸引效应胀形原理与电磁力分布对比

论文方法及创新点

本文在 COMSOL Multiphysics 中建立了电磁-固体力学耦合有限元模型，对传统电磁胀形和导体介入后的电磁胀形过程进行对比分析。模型通过驱动线圈、管件和导体之间的电磁耦合关系，将瞬态电磁力加载到管件结构上，从而分析管件在高速脉冲加载下的动态变形行为。

1、提出导体介入式涡流吸引加载方法

导体与管件中感应涡流方向一致，可在管件中部诱导向内吸引力，抵消部分过强的外向径向胀形力。

2、揭示涡流吸引对电磁力分布的调控机制

导体介入后，管件中部径向电磁力峰值得到削弱，端部指向中部的轴向电磁力增强，材料流动更加充分。

图3 基于导体介入的电磁胀形系统结构

图4 导体介入与传统电磁成形的中部径向电磁力密度对比

仿真结果显示，导体介入后，管件胀形关键阶段主要发生在放电后的前 200 μs 内。初期由于导体吸引效应削弱中部径向电磁力，管件中段不再快速过度外凸；随后端部材料在轴向电磁力作用下向中部流动，最终使管件沿轴向的变形分布更加平缓。

图5 管件动态变形过程及电磁力分布

结论

与传统电磁胀形相比，基于涡流吸引效应加载管件后，轴向均匀变形区域由 19.61 mm 增加至 32.74 mm，提升约 67%。这表明，引入无源导体能够有效缓解传统工艺中局部过度变形的问题，显著提升管件电磁胀形的轴向变形均匀性。

图6 轴向均匀变形区域对比：导体介入32.74mm，传统电磁成形19.61mm

团队介绍

本文由三峡大学电气与新能源学院邱立教授课题组完成。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sci/ei期刊发表学术论文40余篇，申请国家发明专利90余项，已授权发明专利40余项。

梁帅

硕士研究生，研究方向为电磁成形技术的应用。

邱立

教授，博士生导师，研究方向为电磁成形技术和强磁场脉冲技术的应用，为本文通信作者。

本工作成果发表在2026年第9期《电工技术学报》，论文标题为"基于涡流吸引效应加载管件的电磁胀形电磁力特性及变形行为"。本课题得到国家自然科学基金青年项目和国家自然科学基金面上项目资助。

引用本文

梁帅, 邱立, 汪仲弘, 方春华, 江进波. 基于涡流吸引效应加载管件的电磁胀形电磁力特性及变形行为[J]. 电工技术学报, 2026, 41(9): 2902-2913. Liang Shuai, Qiu Li, Wang Zhonghong, Fang Chunhua, Jiang Jinbo. Electromagnetic Force Characteristics and Deformation Behavior of Pipe Fittings in Electromagnetic Bulging Loaded by Eddy Current Attraction Effect. Transactions of China Electrotechnical Society, 2026, 41(9): 2902-2913.