双向加载式管件电磁翻边中的屈曲问题研究体会

文献概况与问题背景

本文发表于《锻压技术》2022年第47卷第8期，由张无名等三峡大学及国网安徽省电力有限公司的研究人员完成，依托国家自然科学基金资助项目（51877122, 51507092）等基金支持。研究聚焦于双向加载式电磁翻边成形过程中出现的屈曲问题，揭示了轴向线圈磁通分布差异过大是形成屈曲的主要原因。

电磁翻边成形作为一种先进的管件成形技术，具有成形速度快、无需模具、适合复杂形状等优点，在管件制造领域具有广阔的应用前景。双向加载式电磁翻边通过轴向线圈与径向线圈的协同作用，实现翻边区域的双向加载，理论上可以获得更好的成形效果。然而，电磁耦合的复杂性显著增加了工艺控制的难度。

屈曲问题的成因分析

电磁耦合复杂性

与单线圈电磁翻边相比，双向加载式电磁翻边成形的电磁耦合更加复杂。轴向线圈与径向线圈之间、以及各线圈自身内部都存在复杂的电磁相互作用。这种复杂性导致系统的鲁棒性降低，在放电参数波动时更容易出现成形缺陷。

屈曲形成的物理机制

研究团队通过深入分析发现，轴向线圈在翻边区域产生的磁通分布差异过大是形成屈曲的主要原因。具体来说：

1. 轴向线圈产生的磁场在翻边区域沿周向分布不均匀；
2. 磁通密度差异导致电磁力在翻边区域分布不均；
3. 不均匀的电磁力使翻边区域局部区域受力过大，产生局部屈曲；
4. 屈曲一旦发生，将进一步恶化磁通分布，形成恶性循环。

鲁棒性降低的本质

系统鲁棒性降低的本质在于：双向加载模式下，轴向线圈与径向线圈的磁场叠加后，翻边区域的总磁场分布对线圈参数变化更为敏感。当放电参数（如电压、电容、线圈间距等）在正常波动范围内变化时，系统可能从稳定状态进入不稳定状态，导致屈曲缺陷。

优化方案与技术路线

轴向线圈结构参数优化

研究采用优化轴向线圈结构参数的方法，建立仿真模型，设计探究方案，揭示轴向线圈结构参数对双向加载式电磁翻边成形的影响规律。主要优化的参数包括：

仿真验证与方案对比

根据仿真分析结果选择表现较佳的参数组合形成新方案，将原方案与新方案的双向加载式电磁翻边成形结果进行对比。结果表明：轴向线圈参数优化后的方案在更宽的放电范围内保持成形效果良好，成形性能得到了改善，拥有更强的鲁棒性。

关键技术参数与工艺窗口

放电参数对成形质量的影响

电磁翻边成形的关键工艺参数包括放电电压、电容值、线圈间距、工件材料参数等。双向加载模式下，这些参数的影响更为复杂：

• 放电电压过高：电磁力过大，可能导致翻边区域过度变形甚至破裂；
• 放电电压过低：电磁力不足，翻边成形不充分；
• 电容值不匹配：能量释放速率与成形需求不匹配，导致成形不均匀；
• 线圈间距不当：轴向与径向线圈的磁场耦合效果差，双向加载效果不明显。

鲁棒性评价方法

鲁棒性评价是本文研究的重要贡献之一。鲁棒性可以从以下几个维度进行评价：

1. 成形质量的稳定性：在放电参数波动范围内，成形质量的波动幅度；
2. 缺陷率的稳定性：在工艺参数波动范围内，缺陷出现的概率；
3. 工艺窗口的宽度：能够保证良好成形效果的参数范围大小。

与工程实践的结合

在实际的管件电磁翻边生产中，屈曲缺陷是影响产品合格率的主要因素之一。本文揭示的屈曲成因及优化方法，为实际生产中的工艺优化提供了明确的指导方向。

从PDCA（计划-执行-检查-处理）循环的角度看：

• 计划阶段：基于本文的仿真分析结果，确定轴向线圈的优化参数；
• 执行阶段：按照优化参数制造线圈，进行电磁翻边试验；
• 检查阶段：检测翻边质量，评估屈曲缺陷率；
• 处理阶段：根据检查结果调整参数，持续改进。

从质量控制角度看，电磁翻边成形的关键质量控制点包括：

• 翻边高度的一致性
• 翻边壁厚减薄量的控制
• 翻边区域的应力分布均匀性
• 翻边后管件的尺寸精度

学习心得与展望

本文的研究体现了"问题诊断-机理分析-参数优化-效果验证"的系统性研究思路。其最大贡献在于揭示了双向加载式电磁翻边屈曲问题的物理机制，并通过轴向线圈参数优化有效解决了该问题。

在实际工程中，电磁翻边成形的工艺窗口通常较窄，对参数控制要求严格。本文提出的鲁棒性优化方法，通过拓宽工艺窗口来提高生产稳定性，具有重要的工程实用价值。

电磁翻边成形技术作为先进的管件成形方法，在航空航天、石油化工、核电等领域有重要应用前景。随着电磁成形理论的深入研究和工艺技术的不断成熟，电磁翻边有望在更多管件制造场景中替代传统成形方法，实现高效、高质量、低成本的管件制造。