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。