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镁合金作为目前工程应用中最轻质的金属结构材料之一，因其多种优良特性而广泛应用于轻量化设备制造中。然而，镁合金在室温下的塑性形变能力较差，传统加工工艺难以满足镁合金工件成形制造的需求。采用高应变率、体积力等特点的电磁成形技术，可显著提升镁合金的成形极限，然而现有的镁合金电磁成形技术大多使用驱动片与加热装置辅助，其工装较为复杂，且工件变形质量难以保证；辅助装置的添加也难以用于微小管件的成形。 为解决这一问题，三峡大学电气与新能源学院的研究人员熊奇、朱鑫辉、赵翔等人，在2023年第10期《电工技术学报》上撰文，提出了室温下的镁合金管件电磁吸引式成形方法，通过建立有限元仿真模型，在理论上验证了其成形方案的可行性；进一步分析了放电参数、电磁参数对管件运动状态的调控规律，阐明管件变形过程中工件的动态特性，相关结论为可线圈结构及放电参数设计提供指导。
电磁成形（Electromagnetic forming, EMF）是一种实现轻质合金高速塑性成形的高能率加工技术。相比于传统准静态成形工艺，EMF可显著提高金属的成形极限、改善轻质合金加工中的回弹和起皱问题；EMF因其独特的技术特性被广泛地运用于金属材料加工、焊接等领域内。与铝合金材料相比，镁合金导电率更低，导致同等参数下镁合金工件上所受电磁力更小，再加上镁合金的屈服强度更高，导致常规EMF技术也难以实现镁合金工件在室温下的塑性加工。现有研究中，为提升镁合金工件的成形极限，往往采用导电性更好的金属材料作为驱动片或者加热装置来辅助成形。但上述方案具有一定的局限性并且实验平台搭建较为复杂，例如加热条件下，线圈温度更高使用寿命难以保证；采用驱动片难以满足微小管件的成形需求。因此目前亟需镁合金管件室温下，无需加热驱动片等辅助成形装置，特别适用于微小镁合金管件的成形技术。针对微小镁合金管件的电磁成形技术，传统的方式是将线圈置于管件内部，采用排斥力驱动其变形。然而，由于操作空间的限制，在实操过程中很难将线圈置于管件内部，线圈内径过小将降低其结构强度进而使线圈绝缘性能难以保证。因此，研究人员将线圈置于管件外侧，并采用双频电流法产生吸引力驱动管件成形。 
研究人员发现，通过所建立的镁合金管件多时序调控电磁成形的仿真模型，可以使磁场与感应涡流解耦，进而使管件所受排斥力变为吸引力驱动其发生高速形变。在此基础上，研究人员还发现放电参数的改变将使管件上产生的电磁参数发生改变，导致其动态特性发生变化。因此，将镁合金管件吸引式电磁成形的过程细分为三个阶段：短脉宽导通前阶段、形变阶段、振动阶段。通过对放电参数的调节，发现在形变阶段将存在排斥力与吸引力共存的情况，进而出现两种电磁力发生竞争的现象，因此应当减小短脉宽的放电电压保证吸引力主导管件的变形过程，使最终变形效果变好。
本文建立了室温下AZ31镁合金管件吸引式成形的仿真模型，分析了吸引式成形过程中放电参数、电磁参数对管件运动状态的影响；并对吸引力、排斥力共存下的镁合金管件变形特征进行了分析。研究结果表明，长脉宽电压过大时将使管件受排斥力驱动径向收缩，故导致最终变形效果变差，在实际的工程设计中，应考虑该阶段是否会发生颈缩现象，或者在管件内部放置内模具放置该现象。在形变阶段与振动阶段，应当避免电磁力竞争的现象，因此调整短脉宽电压较调整长脉宽电压更能提升管件的变形效果。上述结果可为成形系统设计、放电参数选择提供一定的指导，对拓宽电磁成形在微小管件加工方面具有重要意义。
本文由三峡大学电气与新能源学院“智能微电网与配电网”科研团队熊奇课题组完成。三峡大学电气与新能源学院创建于1978年，是湖北省首批高校改革试点学院，是一所具有鲜明电力特色，行业优势明显的学院，近五年承担并完成国家级、省部级纵向课题和各类重大产学研合作项目、科技攻关项目50多项，年平均科研经费达3000多万元，发表高水平论文 350余篇，获得授权发明专利200余项，获得省部级科技奖励15项。课题组在电磁成形领域已发表SCI/EI论文50余篇，申请及授权发明专利30余项，单项发明专利转化100万元。主持及参与“973”计划、国家自然科学基金重点研发计划等4项、国网及南网科技项目等项目十余项，是湖北省创新群体骨干成员。关于电磁成形技术的研究成果曾获2022年中国电机工程学会优秀论文奖。1996年生，硕士毕业于三峡大学电气与新能源学院，现博士就读于华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心；研究方向为强磁场技术应用（电磁成形技术和磁操控技术）。 1990年生，无党派人士，博士，副教授，博士生导师，IEEE Senior Member，中国电工技术学会高级会员，现为三峡大学电气与新能源学院院长助理。 本工作成果发表在2023年第10期《电工技术学报》，论文标题为“AZ31镁合金管件电磁吸引式成形动态特性研究”。本课题得到国家自然科学基金和武汉强磁场学科交叉基金的支持。熊奇, 朱鑫辉, 赵翔, 范李平. AZ31镁合金管件电磁吸引式成形动态特性研究[J]. 电工技术学报, 2023, 38(10): 2577-2588. Xiong Qi, Zhu Xinhui, Zhao Xiang, Fan Liping. Research of Dynamic Characteristics in Electromagnetic Attraction Forming of AZ31 Magnesium Alloy Tube. Transactions of China Electrotechnical Society, 2023, 38(10): 2577-2588.
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