CN102615164A - 一种板材磁流变液软模成形装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种板材磁流变液软模成形装置及方法，它涉及一种板材成形装置及方法，具体涉及一种板材磁流变液软模成形装置及方法。本发明为了解决现有液压成形、半固态粘性介质压力成形和聚氨酯橡胶成形分别适合于一定的板材成形范围，不能集中三者的优点于板材成形过程的问题。本发明的成形装置包括第一磁流变液注入缸、第二磁流变液注入缸、磁流变液容框、磁流变液、螺线管、凹模、压边缸、第三磁流变液注入缸和第四磁流变液注入缸，通过在第一内腔中填充磁流变液，成形过程中，第一磁流变液注入缸和第二磁流变液注入缸向第一内腔中注入磁流变液，通过调节电流使磁流变液所在区域的磁场强度发生变化，并使待成形板材成形出所需形状。本发明用于板材成形领域。

Description

一种板材磁流变液软模成形装置及方法
技术领域
本发明涉及一种板材成形装置及方法，具体涉及一种板材磁流变液软模成形装置及方法。
背景技术
板材成形在制造技术中占有重要地位，尤其对于汽车结构轻量化及航天、航空等运载器性能的提升起到重要作用，其中软模成形是板材零部件制造技术中发展较快的工艺方法之一。已有的板材液压成形、半固态粘性介质压力成形和聚氨酯橡胶成形各具优势，分别适合于一定的板材成形范围，如液压成形适合沿构件轴线变化的圆形、矩形或异型截面空心结构件等的成形；半固态粘性介质压力成形适用于难变形材料、复杂形状薄壁零件及超薄壁零件等的成形；聚氨酯橡胶成形适合拉深及多通管、波纹管等管材成形。这些软模成形方法的研究表明：成形软模的物态对板材成形性有很大的影响，如半固态粘性介质压力成形中粘性介质的粘度影响着板材成形过程中发生颈缩的位置。但是三种成形方法中软模的物态是保持不变的，这在一定程度上限制了板材成形性的发挥。
磁流变液作为一种智能材料因其独特的磁流变效应，良好的流变性能，被认为是材料科学领域最具有发展潜力的新型智能材料。目前，磁流变液在阻尼器、减震器、磁流变抛光和磁流变密封等方面得到了初步应用。磁流变效应指流体中加入一种导磁的、非溶性介质，在外部磁场的作用下，流体的流变性质发生突变，迅速固化而失去流动性，固化过程瞬变可逆。这种转换使得材料的流变性、磁化性、导电性、传热性以及其它的机械性质和物理性质皆发生显著改变。在外部磁场作用下，磁流变液的物态可以连续变化，当磁场强度达到某一临界值时甚至实现固化。本专利提出的板材磁流变液软模成形方法即是利用磁流变液在外加磁场作用下物态可调的特性，针对零件的材料、形状及结构的不同，使板材在合适的软模物态下成形出所需要的形状。
发明内容
本发明为解决现有液压成形、半固态粘性介质压力成形和聚氨酯橡胶成形分别适合于一定的板材成形范围，不能集中三者的优点于板材成形过程的问题，进而提出一种板材磁流变液软模成形装置及方法。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括第一磁流变液注入缸、第二磁流变液注入缸、磁流变液容框、磁流变液、螺线管、凹模、压边缸、第三磁流变液注入缸和第四磁流变液注入缸，磁流变液容框、凹模由上至下设置，板材位于磁流变液容框的下表面与凹模的上表面之间，板材的上表面、磁流变液容框的下表面、磁流变液容框两个边框的内侧壁形成密闭的第一内腔，板材的下表面与凹模的内腔形成密闭的第二内腔，第一磁流变液注入缸、第二磁流变注入缸并排平行设置在磁流变液容框的上表面上，且第一磁流变液注入缸注入口和第二磁流变液注入缸的注入口均与第一内腔连通，压边缸的输出端与磁流变液容框边框上的空腔连通，磁流变液填充在第一内腔和第二内腔中，螺线管套装在磁流变液容框与凹模的外侧壁上，第三磁流变液注入缸和第四磁流变液注入缸并排平行设置在凹模的下表面上，且第三磁流变液注入缸的注入口和第四磁流变液注入缸的注入口与第二内腔连通。
本发明所述单侧加载磁流变液的板材磁流变液软模成形方法的具体步骤如下：
步骤一、将待成形板材夹持在凹模的上表面与磁流变液容框的下表面之间；
步骤二、在第一内腔中填充磁流变液，成形过程中，第一磁流变液注入缸和第二磁流变液注入缸向第一内腔中注入磁流变液；
步骤三、根据待成形板材的形状和软模作用形式，确定工作区域磁场强度B，
B≈μ0nI
式中μo——真空磁导率；
n——单位长度线圈匝数；
I——电流；
步骤四、将螺线管与直流电源连接，通过调节电流使磁流变液所在区域的磁场强度发生变化，并使待成形板材在磁流变液的变物态下成形出所需形状；
步骤五、将磁流变液容框打开，将成形后的板材取出。
本发明所述双侧加载磁流变液的板材磁流变液软模成形方法的具体步骤如下：
步骤一、将待成形板材夹持在凹模的上表面与磁流变液容框的下表面之间；
步骤二、在第一内腔和第二内腔中填充磁流变液，成形过程中，第一磁流变液注入缸和第二磁流变液注入缸向第一内腔中注入磁流变液，并与工作区域磁场强度匹配，成形初期，第四磁流变液注入缸减小压力排出第二内腔中的磁流变液，第三磁流变液注入缸保持压力不动作，使凹模一侧部位先贴模，成形后期，第三磁流变液注入缸减小压力排出第二内腔中的磁流变液，使凹模另一侧部位贴模；
步骤三、根据待成形板材的形状和软模作用形式，确定工作区域磁场强度B，
B≈μ0nI
式中μo——真空磁导率；
n——单位长度线圈匝数；
I——电流；
步骤四、将螺线管与直流电源连接，通过调节电流使磁流变液所在区域的磁场强度发生变化，并使待成形板材在磁流变液的变物态下成形出所需形状；
步骤五、将磁流变液容框打开，将成形后的板材取出。
本发明的有益效果是：本发明在不同的外磁场强度下，磁流变液物态发生改变，针对板材成形性及成形零件形状及结构的不同，改变通过线圈的电流值，使工作区域的磁场保持一定范围，使成形过程中磁流变液保持合适的物态，实现针对不同板材的成形；针对板材零件形状及结构的不同，以一定规律改变工作区域磁场强度大小，使磁流变液物态适应成形过程而变化，较大限度的发挥材料本身的塑性变形能力，有效提高板材的成形极限。此外，采用磁流变液可实现一个成形过程中软模物态的可调，从而充分发挥不同软模成形方法的优势，如在成形初期使软模接近于固态，对压边位置的密封有益；成形中期将软模调为粘度可调的半固态，有利于优化板材变形流动的控制；成形末期使软模接近于液态，容易使板材贴模，提高成形精度，这样可以充分发挥不同软模成形方法的优势，并集中于同一成形过程中，提高零件的成形质量。采用磁流变液作为板材成形的软模，进一步拓宽板材成形的应用领域，为难变形板材和复杂形状薄壁与超薄壁板材零件成形等提供新的途径。
附图说明
图1是对板材单侧加载磁流变液初始状态时本发明整体结构示意图，图2是对板材单侧加载磁流变液第二状态时本发明的整体结构示意图，图3是对板材单侧加载磁流变液第三状态时本发明的整体结构示意图，图4是单侧加载磁流变液完成时本发明的整体结构示意图，图5是对板材双侧加载磁流变液初始状态时本发明的整体结构示意图，图6是对板材双侧加载磁流变液第二状态时本发明的整体结构示意图，图7是对板材双侧加载磁流变液第三状态时本发明的整体结构示意图，图8是对板材双侧加载磁流变液完成时本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图8说明本实施方式，本实施方式所述一种板材变物态软模成形装置包括第一磁流变液注入缸1、第二磁流变液注入缸2、磁流变液容框3、磁流变液4、螺线管5、凹模6、压边缸7、第三磁流变液注入缸8和第四磁流变液注入缸9，磁流变液容框3、凹模6由上至下设置，板材位于磁流变液容框3的下表面与凹模6的上表面之间，板材的上表面、磁流变液容框3的下表面、磁流变液容框3两个边框的内侧壁形成密闭的第一内腔3-2，板材的下表面与凹模6的内腔形成密闭的第二内腔6-1，第一磁流变液注入缸1、第二磁流变注入缸2并排平行设置在磁流变液容框3的上表面上，且第一磁流变液注入缸1注入口和第二磁流变液注入缸2的注入口均与第一内腔3-2连通，压边缸7的输出端与磁流变液容框3边框上的空腔3-1连通，磁流变液4填充在第一内腔3-2和第二内腔6-1中，螺线管5套装在磁流变液容框3与凹模6的外侧壁上，第三磁流变液注入缸8和第四磁流变液注入缸9并排平行设置在凹模6的下表面上，且第三磁流变液注入缸8的注入口和第四磁流变液注入缸9的注入口与第二内腔6-1连通。
具体实施方式二：结合图1至图8说明本实施方式，本实施方式所述一种板材磁流变液软模成形装置的磁流变液容框3和凹模6均是由无磁钢或奥氏体不锈钢制作的。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种利用具体实施方式一所述装置进行单侧加载磁流变液的板材磁流变液软模成形方法的具体步骤为：
步骤一、将待成形板材夹持在凹模6的上表面与磁流变液容框3的下表面之间；
步骤二、在第一内腔3-2中填充磁流变液4，成形过程中，第一磁流变液注入缸1和第二磁流变液注入缸2向第一内腔3-2中注入磁流变液4；
步骤三、根据待成形板材的形状和软模作用形式，确定工作区域磁场强度B，
B≈μ0nI
式中μo——真空磁导率；
n——单位长度线圈匝数；
I——电流；
步骤四、将螺线管5与直流电源连接，通过调节电流使磁流变液4所在区域的磁场强度发生变化，并使待成形板材在磁流变液的变物态下成形出所需形状；
步骤五、将磁流变液容框3打开，将成形后的板材取出。
具体实施方式四：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种板材磁流变液软模成形方法的步骤一中的磁流变液4是矿物油基磁流变液或硅油基磁流变液。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1至图8说明本实施方式，本实施方式所述一种板材磁流变液软模成形方法的步骤四中电流的调节范围为0～20A，磁流变液的物态随磁场强度的变化而变化，磁场强度的变化范围为0～0.5T。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式六：结合图5至图8说明本实施方式，本实施方式所述一种利用具体实施方式一所述装置进行双侧加载磁流变液的板材磁流变液软模成形方法的具体步骤为：
步骤一、将待成形板材夹持在凹模(6)的上表面与磁流变液容框(3)的下表面之间；
步骤二、在第一内腔3-2和第二内腔6-1中填充磁流变液4，成形过程中，第一磁流变液注入缸1和第二磁流变液注入缸2向第一内腔3-2中注入磁流变液4，并与工作区域磁场强度匹配，成形初期，第四磁流变液注入缸9减小压力排出第二内腔6-1中的磁流变液4，第三磁流变液注入缸8保持压力不动作，使凹模6一侧部位先贴模，成形后期，第三磁流变液注入缸8减小压力排出第二内腔6-1中的磁流变液，使凹模6另一侧部位贴模；
步骤三、根据待成形板材的形状和软模作用形式，确定工作区域磁场强度B，
B≈μ0nI
式中μo——真空磁导率；
n——单位长度线圈匝数；
I——电流；
步骤四、将螺线管5与直流电源连接，通过调节电流使磁流变液4所在区域的磁场强度发生变化，并使待成形板材在磁流变液的变物态下成形出所需形状；
步骤五、将磁流变液容框3打开，将成形后的板材取出。
具体实施方式七：结合图5至图8说明本实施方式，本实施方式所述一种板材磁流变液软模成形方法的步骤一中的磁流变液4是矿物油基磁流变液或硅油基磁流变液。其它组成及连接关系与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：结合图5至图8说明本实施方式，本实施方式所述一种板材磁流变液软模成形方法的步骤四中电流的调节范围为0～20A，磁流变液的物态随磁场强度的变化而变化，磁场强度的变化范围为0～0.5T。其它组成及连接关系与具体实施方式六相同。

Claims (8)

1.一种板材磁流变液软模成形装置，其特征在于：所述一种板材磁流变液软模成形装置包括第一磁流变液注入缸(1)、第二磁流变液注入缸(2)、磁流变液容框(3)、磁流变液(4)、螺线管(5)、凹模(6)、压边缸(7)、第三磁流变液注入缸(8)和第四磁流变液注入缸(9)，磁流变液容框(3)、凹模(6)由上至下设置，板材位于磁流变液容框(3)的下表面与凹模(6)的上表面之间，板材的上表面、磁流变液容框(3)的下表面、磁流变液容框(3)两个边框的内侧壁形成密闭的第一内腔(3-2)，板材的下表面与凹模(6)的内腔形成密闭的第二内腔(6-1)，第一磁流变液注入缸(1)、第二磁流变注入缸(2)并排平行设置在磁流变液容框(3)的上表面上，且第一磁流变液注入缸(1)注入口和第二磁流变液注入缸(2)的注入口均与第一内腔(3-2)连通，压边缸(7)的输出端与磁流变液容框(3)边框上的空腔(3-1)连通，磁流变液(4)填充在第一内腔(3-2)和第二内腔(6-1)中，螺线管(5)套装在磁流变液容框(3)与凹模(6)的外侧壁上，第三磁流变液注入缸(8)和第四磁流变液注入缸(9)并排平行设置在凹模(6)的下表面上，且第三磁流变液注入缸(8)的注入口和第四磁流变液注入缸(9)的注入口与第二内腔(6-1)连通。
2.根据权利要求1所述一种板材磁流变液软模成形装置，其特征在于：所述磁流变液容框(3)和凹模(6)均是由无磁钢或奥氏体不锈钢制作的。
3.一种利用权利要求1所述装置进行单侧加载磁流变液的板材磁流变液软模成形方法，其特征在于：所述一种单侧加载磁流变液板材磁流变液软模成形方法的具体步骤如下：
步骤一、将待成形板材夹持在凹模(6)的上表面与磁流变液容框(3)的下表面之间；
步骤二、在第一内腔(3-2)中填充磁流变液(4)，成形过程中，第一磁流变液注入缸(1)和第二磁流变液注入缸(2)向第一内腔(3-2)中注入磁流变液(4)；
步骤三、根据待成形板材的形状和软模作用形式，确定工作区域磁场强度B，
B≈μ0nI
式中μo——真空磁导率；
n——单位长度线圈匝数；
I——电流；
步骤四、将螺线管(5)与直流电源连接，通过调节电流使磁流变液(4)所在区域的磁场强度发生变化，并使待成形板材在磁流变液的变物态下成形出所需形状；
步骤五、将磁流变液容框(3)打开，将成形后的板材取出。
4.根据权利要求3所述一种板材磁流变液软模成形方法，其特征在于：步骤一中的磁流变液(4)是矿物油基磁流变液或硅油基磁流变液。
5.根据权利要求3所述一种板材磁流变液软模成形方法，其特征在于：步骤四中电流的调节范围为0～20A，磁流变液的物态随磁场强度的变化而变化，磁场强度的变化范围为0～0.5T。
6.一种利用权利要求1所述装置进行双侧加载磁流变液的板材磁流变液软模成形方法，其特征在于：所述一种双侧加载磁流变液的板材磁流变液软模成形方法的具体步骤如下：
步骤一、将待成形板材夹持在凹模(6)的上表面与磁流变液容框(3)的下表面之间；
步骤二、在第一内腔(3-2)和第二内腔(6-1)中填充磁流变液(4)，成形过程中，第一磁流变液注入缸(1)和第二磁流变液注入缸(2)向第一内腔(3-2)中注入磁流变液(4)，并与工作区域磁场强度匹配，成形初期，第四磁流变液注入缸(9)减小压力排出第二内腔(6-1)中的磁流变液(4)，第三磁流变液注入缸(8)保持压力不动作，使凹模(6)一侧部位先贴模，成形后期，第三磁流变液注入缸(8)减小压力排出第二内腔(6-1)中的磁流变液，使凹模(6)另一侧部位贴模；
步骤三、根据待成形板材的形状和软模作用形式，确定工作区域磁场强度B，
B≈μ0nI
式中μo——真空磁导率；
n——单位长度线圈匝数；
I——电流；
步骤四、将螺线管(5)与直流电源连接，通过调节电流使磁流变液(4)所在区域的磁场强度发生变化，并使待成形板材在磁流变液的变物态下成形出所需形状；
步骤五、将磁流变液容框(3)打开，将成形后的板材取出。
7.根据权利要求6所述一种板材磁流变液软模成形方法，其特征在于：步骤一中的磁流变液(4)是矿物油基磁流变液或硅油基磁流变液。
8.根据权利要求6所述一种板材磁流变液软模成形方法，其特征在于：步骤四中电流的调节范围为0～20A，磁流变液的物态随磁场强度的变化而变化，磁场强度的变化范围为0～0.5T。
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