电磁成形技术及应用

电磁成形技术及应用

规模工业化应用的程度，但具有广阔的应用前景。文章介绍了电磁成形技术的原理及发展状况，并介绍了在平板件成形以及粉末压制领域的应用。

关键词：电磁成形；平板件成形；粉末压制

电磁成形的基本原理就是电磁感应定律，由电磁感应定律可知变化的电场周围会产生变化的磁场，变化的磁场又会在其周围空间激发涡旋电场，处于此电场中的导体中就会产生感应电流，带电导体在变化的磁场中就会受到电磁力，电磁成形技术就是以此为动力作用在工件上，使工件发生变形。由于工件发生变形的速度非常快，时间短，所以能够显著改善材料的塑性行为，并能减小回弹量及残余应力。

1 电磁成形技术的发展概况

20世纪20年代，研究人员在脉冲磁场实验中发现在磁场中用来成形的线圈会发生膨胀甚至破裂，这激发了研究人员对于电磁成形技术的研究。从20世纪50年代末出现第一台电磁成形机后陆续出现各种能量的电磁成形机，电磁成形技术开始在航空航天，汽车等行业得到应用。80年代后，电磁成型技术已经发展较为成熟并在欧美等发达国家开始广泛的应用，并且已经系列化、标准化。

目前，电磁成形技术已可应用于板料的冲压成形，管件的连接扩孔以及粉末压制等众多领域。

2 电磁成形在板材成形中的应用

对板材的电磁成形加工，其示基本原理如图1所示。

当储能电容器向成形线圈中放电时，线圈中就产生变化的电流，由电磁感应定律可知，变化的电流会在其周围空间产生变化的磁场，随着电容器的不断充放电，就在线圈周围空间将产脉冲磁场，脉冲磁场中的工件中就会感应出电流（涡流），工件就成为带电体，而处于急剧变化的磁场中的带电体会受到磁场力的作用，当该磁场力超过材料的屈服极限时，工件就会发生塑性变形，从而达到加工零件的目的。

2.1 电磁成形加工高强钢

随着全球汽车数量的不断增加，能源短缺、环境污染等一系列问题随之而来，采用高强度钢来使汽车轻量化已经成为目前汽车行业的发展趋势。但高强度钢的屈服强度和抗拉强度都很高，在压力加工过程中容易出现破裂和回弹等现象，零件的形状尺寸也难以得到精确的控制。因此，高强钢的加工成形技术已成为当前汽车行业急需解决的难点问题。

以目前汽车行业应用较多的烘烤硬化钢（BH钢）为例，从图2可以看出在高强度钢板在均匀变形阶段，通过电磁成形加工的零件应变值要大于准静态成形加工方式，这说明电磁成形技术能够提高这两种高强度钢的成形性能。

2.2 电磁成形加工镁合金

镁合金是一种密度低，强度高，电磁屏蔽性能好，减震抗震性能优良且无污染的金属材料，在航空航天、军事以及汽车等领域具有非常广阔的应用。但镁合金的在常温下的塑性较差，难以加工成形，这大大限制了其在工程中的应用和发展。

通过图3可以看出镁合金板材通过电磁成形加工的成形极限要高于杯突实验条件下的，说明通过电磁成形加工也能提高镁合金板材的塑性变形能力。

3 电磁成形在粉末压制领域中的应用

如图4所示，储能电容器向线圈放电后，线圈中就产生一强脉冲电流，并在线圈的周围空间感应出一个变化的磁场，并在驱动片上激发感应涡流，同时这个感应涡流也在其周围空间感应出一个变化的磁场，感应涡流在两个磁场的综合作用下产生一个强大的电磁力，经过放大器放大后推动冲头实现粉末的压制。

在电磁压制过程中，脉冲电磁力在上层粉末尚未完全被压实时就以应力波的形式像下传递，制备的压坯密度分布更加均匀。此外，由于电磁压制的压制速度要远高于传统的静压制，可明显提高压坯的密度和强度。

无镉中温银基钎料在焊接时的润湿性和填缝性能优异，且焊接接头的强度、塑性、导电性以及耐腐蚀性能优良，在微电子封装、航天、军工等行业中具有十分重要的应用价值。

将某无镉中温银基钎料的基础粉末在一定的放电电压及电容下，采用不同的平面螺旋线圈进行电磁压制和在压力机上进行压制（150 MPa）得到的压坯相对密度如图5所示。从图中可以看到，通过选择合适的放电参数，可获得相对密度远高于在150 MPa静压力下所获得的压坯致密度。

4 展望

电磁成形技术具有单位能量小、效率高、材料微观变形均匀、成本低、加工质量好且无污染等优点。电磁成形技术应用在高强度钢、镁合金的加工过程中，改善成形性能，提高成形极限；也可以在粉末压制过程中提高压坯的密度及分布的均匀性。这些都顺应了当前工业领域的发展要求，随着电磁成形技术的越加成熟和完善，将在众多工业领域中得到越来越广泛的应用。

参考文献：

[1] 李春峰.高能率成形技术[M].北京：国防工业出版社，2001.

[2] 夏晓锋.高强钢板电磁成形实验研究[D].武汉：武汉理工大学，2011.

[3] 刘鹏.镁合金板材电磁成形实验研究[D].武汉：武汉理工大学，2008.

[4] 黄尚宇，常志华，田贞武，等.粉末低电压电磁压制的实验研究[J].塑性工程学报，2001，8（3）.