采用轻质合金材料是材料轻量化的重要途径,在交通运输和航空航天等领域能够达到节约能源的目的。然而,使用传统加工工艺无法实现轻质合金材料的成形加工,表现为室温下成形性能低,拉延性差,易撕裂和回弹等现象。为此,电磁成形技术以成形高应变率、无接触和单磨具等优势得到重视,成为轻质合金材料加工的重要手段。目前,电磁成形技术普遍用于板件材料和管件材料的成形加工,分为电磁板件成形技术和电磁管件成形技术;其中,电磁管件成形技术通常使用一组螺旋管线圈来实现管件胀形或管件缩颈,该传统线圈产生的径向电磁力分布为中间大两边小,使得电磁管件成形存在端部效应,管件轴向中心处成形量大于端部而导致成形不均匀,进而易引起管件成形破裂、失稳等现象。为了完善电磁管件成形的不均匀性问题,本课题提出基于凹型线圈的电磁管件胀形技术,即通过设计新型线圈,削弱中心点的径向电磁力,使径向电磁力分布变为“凹型”分布。在这个新型“凹型”分布的径向电磁力作用下,管件胀形过程先是端部开始胀形,使得管件轴向轮廓为“凹型”,继而管件端部带动电磁力被削弱的管件中心部分,当中心处胀形量等于端部时,管件胀形达到平整均匀状态。针对本课题基于凹型线圈的电磁管件胀形的创新技术,首先综述了目前国内外学者对电磁成形技术中均匀性的研究现状,主要是通过设计线圈系统改变电磁力分布情况来达到均匀成形的目的。其次,建立有效的有限元模型进行仿真,提出衡量管件胀形均匀性的R-L新判据,研究了不同参数下凹型线圈所产生的电磁力分布和管件胀形均匀性的关系;仿真结果表明,电参数主要影响电磁力的峰值大小,线圈结构参数还能够影响电磁力的峰值位置,在该“凹型”分布径向电磁力的作用下,调整部分系统参数中的一个参数,管件径向胀形轴向上成形轮廓会在“凹型”分布和“凸型”分布之间转变,而其变化的临界处就是管件均匀胀形结果;进一步地,通过仿真对比分析传统线圈成形和凹型线圈成形,发现凹型线圈能够使得管件均匀胀形范围L值增大2倍左右;而使用多层凹型线圈能够进一步增大管件均匀胀形范围,本课题算例中使用三层凹型线圈成形相比单一凹型线圈成形能够增大L值1倍以上,即L值为传统线圈的6倍左右。最后,依托华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心(筹),设计基于凹型线圈的电磁管件胀形实验,调整放电电压,使得管件胀形轴向轮廓从“凹型”分布向“凸型”分布变化,该变化临界处的管件轴向均匀胀形范围为27.22 mm,而相近径向胀形量的传统线圈成形管件轴向均匀胀形范围为8.87mm,相比之下阐明了凹型线圈的有效性。