CN104874662A - 异形板件磁性介质阻尼成形装置及方法 - Google Patents
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Abstract
异形板件磁性介质阻尼成形装置及方法，它涉及一种板材介质成形装置及方法，以解决现有技术无法实现对异形板件的凹凸部位进行定量调节的问题。装置：第一线圈设置在环形槽中，数个离散磁控单元紧密排列并充满凹模内孔的下端，凹模内孔的上端腔体内装有磁性介质，溢流阀安装在通液孔的输入端。方法：一、将磁性介质充满腔体中；二、将板坯放置于凹模的上端面上；三、将压边圈置于板坯之上；四、确定每个离散磁控单元的磁场强度；五，凸模下行对板坯进行施载；六、板坯成形后移除凸模，并卸去离散磁控单元的磁场，取出成形的异形板件。本发明用于异形板件介质成形。
Description
技术领域
本发明涉及一种板材介质成形装置及方法，具体涉及一种异形板件磁性介质阻尼成形装置及方法。
背景技术
液体作为传力介质，可有效提高板材成形极限，减少工序及成本，对于改善零件表面质量也有良好的效果且更具柔性化的特点，因此，板材介质成形为实现轻量化提供了有效的技术途径。
磁流变液是传力介质的一种，被用于磁场作用下的板材成形。中国专利号为ZL201210486544.4、公开日为2014年10月22日的发明专利公开了一种磁致介质加压的板材充液拉深成形装置及方法，该专利是利用磁场作用进行板材成形的方法，该专利的介质下面设置有一个整体的线圈，整体线圈是等强度控制，虽能提高板材的拉深极限，但是，由于线圈是整体的，不能分段或局部控制成形部位，因此，该专利只能成形深筒零件，不能加工异形板件。
由于异形板件的形状为连续变化的曲率特征，上述专利不能实现对变曲率处的凹凸部位变形量进行相应定量调节。
发明内容
本发明的目的是为解决现有技术无法实现对异形板件的凹凸部位进行定量调节的问题，而提供一种异形板件磁性介质阻尼成形装置及方法。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
装置：所述装置包括凸模、压边圈、第一控制器、第一线圈、磁性介质、凹模、第二控制器、溢流阀和数个磁控单元，压边圈与凹模上下正对设置，凸模设置在压边圈的内孔中，凹模的上端面设有环形槽，第一线圈设置在环形槽中，第一控制器与第一线圈电性连接，数个磁控单元紧密排列并充满凹模内孔的下端，每个磁控单元与第二控制器电性连接，凹模内孔的上端腔体内装有磁性介质，凹模的侧壁上设有与腔体相通的通液孔，溢流阀安装在通液孔的输入端。
方法：所述方法是通过以下步骤实现的：
步骤一、将磁性介质充满腔体中；
步骤二、将初始板坯放置于凹模的上端面上；
步骤三、将压边圈置于板坯之上，调整好压边间隙；
步骤四、确定每个磁控单元的磁场强度：根据异形板件的凹形部位、凸形部位和过渡部位分别调整该部位对应下方的单个磁控单元的电流大小，电流范围为0～20A；
步骤五，凸模下行对板坯进行施载，在磁控单元调控作用下的磁性介质为受压变形的板坯提供阻尼；
步骤六、板坯成形后移除凸模，并卸去磁控单元的磁场，取出成形的异形板件。
本发明方法与现有技术相比具体以下有益效果：
一、本发明的创新之处在于采用多个可独立调节的磁控单元代替了整体线圈，根据异形板件的凹凸部位调节单个磁控单元磁场的大小，进而实现了凹凸部位对应的磁性介质分布状态的精确定量调节。
二、采用多个磁控单元的独立调控，以形成定量可控且各部位非均匀的阻尼力作用效果，并根据复杂板件的结构特征及成形要求对相应部位的进行实时调节。与背压后退和双向加压等加载方式相比，装置结构的复杂程度和控制难度显著降低。
三、多个磁控单元可实时独立的调节，真正达到对板件相应部位传力要求的“按需分配”，这种智能化的调节方式更利于复杂板件各部位变形协调性及壁厚均匀性的提高，成形能力的增幅可达20％～50％。
四、为了进一步提高法兰部位对溢流介质的调控作用效果，采用在凹模法兰端部内嵌线圈的方式。与现有外置线圈方式相比，更易于通过磁场调控该部位溢流磁性介质的分布状态，起到密封作用；明显提高了成形时法兰区的溢流压力，避免了法兰部位因局部增厚而引起变形不均匀性和产生起皱缺陷的可能性。
五、本发明定形性好，成形质量高，成形后板件回弹量较小，贴模性更好，形状尺寸精度随之提高，真正实现对板件成形质量的理想设计和精确调控；
六、与现有的磁性液体作为传力介质相比，除了装置结构的差异外，本发明的工艺柔性及灵活度更高，装置结构简便易行，可靠性强，显著地降低了成本和缩短加工工序，易于在生产中实施、推广和应用。
附图说明
图1是本发明装置的主视剖图(板坯10成形前)；
图2是本发明装置的主视剖图(板坯10成形中)；
图3是本发明装置的主视剖图(板坯10成形为异形板件11)；
图4是数个磁控单元(7)的排列布置图(凹模6型腔为圆柱形)；
图5是数个磁控单元(7)的排列布置图(凹模6型腔为L形)；
图6是磁场强度B的曲线图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式包括凸模1、压边圈2、第一控制器3、第一线圈4、磁性介质5、凹模6、第二控制器8、溢流阀9和数个磁控单元7，压边圈2与凹模6上下正对设置，凸模1设置在压边圈2的内孔中，凹模6的上端面设有环形槽6-1，第一线圈4设置在环形槽6-1中，第一控制器3与第一线圈4电性连接，数个磁控单元7紧密排列并充满凹模6内孔的下端，每个磁控单元7与第二控制器8电性连接，凹模6内孔的上端腔体6-3内装有磁性介质5，凹模6的侧壁上设有与腔体6-3相通的通液孔6-2，溢流阀9安装在通液孔6-2的输入端。
具体实施方式二：结合图1、图5和图6说明本实施方式，本实施方式的每个磁控单元7包括芯棒7-1和第二线圈7-2，第二线圈7-1套装在芯棒7-1上。其它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～图4说明本实施方式，本实施方式是通过以下步骤实现的：
步骤一、将磁性介质5充满腔体6-3中；
步骤二、将初始板坯10放置于凹模6的上端面上；
步骤三、将压边圈2置于板坯10之上，调整好压边间隙；
步骤四、确定每个磁控单元7的磁场强度：根据异形板件11的凹形部位11-1、凸形部位11-2和过渡部位11-3分别调整该部位对应下方的单个磁控单元7的电流大小，电流范围为0～20A，见图4；每个磁控单元7的磁场强度B由芯棒7-1外侧的第二线圈7-2与第二控制器8电性连接并独立控制；
从图6可看出异形板件11的凹形部位11-1对应的磁场强度B小，异形板件11的凸形部位11-2对应的磁场强度B大，过渡部位11-3对应的磁场强度B介于凹形部位11-1与凸形部位11-2的磁场强度之间；
步骤五，凸模1下行对板坯10进行施载，在磁控单元7调控作用下的磁性介质5为受压变形的板坯10提供阻尼；在磁控单元7的磁场作用下，使磁性介质5的流变、粘度及压力值均随之发生改变；磁控单元7的电流大、磁场强度大、磁性介质5所提供的阻尼强度强，磁控单元7的电流小、磁场强度小、磁性介质5所提供的阻尼强度弱；多个磁控单元7对磁场强度的独立调节，可根据成形件相应部位结构特征进行局部加载。同时可根据成形要求，更换磁控单元的铁芯直径、线圈粗细、通电电流的大小以及作用位置达到不同的传力作用。
步骤六、板坯10成形后移除凸模1，并卸去磁控单元7的磁场，取出成形的异形板件11。
具体实施方式四：结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式为步骤四中的凹形部位11-1下方对应的磁控单元7磁场电流为0～5A，凸形部位11-2下方对应的磁控单元7磁场电流为5A～20A，凹形部位11-1和凸形部位11-2的磁场电流确定后，过渡部位11-3下方对应的磁控单元7磁场电流为凹形部位11-1的磁场电流与凸形部位11-2的磁场电流之间。例如：凹形部位11-1下方对应的磁控单元7磁场电流为5A，凸形部位11-2下方对应的磁控单元7磁场电流为20A，过渡部位11-3下方对应的磁控单元7磁场电流为6A～19A。其他步骤与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式为步骤四中的凹形部位11-1下方对应的磁控单元7磁场电流为0A，凸形部位11-2下方对应的磁控单元7磁场电流为10A，过渡部位11-3下方对应的磁控单元7磁场电流为凹形部位11-1的磁场电流与凸形部位11-2的磁场电流之间。其他步骤与具体实施方式三相同。
具体实施方式六：结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式为步骤四中的凹形部位11-1下方对应的磁控单元7磁场电流为1A，凸形部位11-2下方对应的磁控单元7磁场电流为15A，过渡部位11-3下方对应的磁控单元7磁场电流为凹形部位11-1的磁场电流与凸形部位11-2的磁场电流之间。其他步骤与具体实施方式三相同。
具体实施方式七：结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式为步骤四中的凹形部位11-1下方对应的磁控单元7磁场电流为2A，凸形部位11-2下方对应的磁控单元7磁场电流为18A，过渡部位11-3下方对应的磁控单元7磁场电流为凹形部位11-1的磁场电流与凸形部位11-2的磁场电流之间。其他步骤与具体实施方式三相同。
具体实施方式八：结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式为步骤四中的凹形部位11-1下方对应的磁控单元7磁场电流为3A，凸形部位11-2下方对应的磁控单元7磁场电流为16A，过渡部位11-3下方对应的磁控单元7磁场电流为凹形部位11-1的磁场电流与凸形部位11-2的磁场电流之间。其他步骤与具体实施方式三相同。
具体实施方式九：结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式为步骤四中的凹形部位11-1下方对应的磁控单元7磁场电流为4A，凸形部位11-2下方对应的磁控单元7磁场电流为19A，过渡部位11-3下方对应的磁控单元7磁场电流为凹形部位11-1的磁场电流与凸形部位11-2的磁场电流之间。其他步骤与具体实施方式三相同。
具体实施方式十：结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式为步骤四中的凹形部位11-1下方对应的磁控单元7磁场电流为5A，凸形部位11-2下方对应的磁控单元7磁场电流为15A，过渡部位11-3下方对应的磁控单元7磁场电流为凹形部位11-1的磁场电流与凸形部位11-2的磁场电流之间。其他步骤与具体实施方式三相同。
Claims (10)
1.一种异形板件磁性介质阻尼成形装置，所述装置包括凸模(1)、压边圈(2)和凹模(6)，压边圈(2)与凹模(6)上下正对设置，凸模(1)设置在压边圈(2)的内孔中，其特征在于：所述装置还包括第一控制器(3)、第一线圈(4)、磁性介质(5)、第二控制器(8)、溢流阀(9)和数个磁控单元(7)，凹模(6)的上端面设有环形槽(6-1)，第一线圈(4)设置在环形槽(6-1)中，第一控制器(3)与第一线圈(4)电性连接，数个磁控单元(7)紧密排列并充满凹模(6)内孔的下端，每个磁控单元(7)与第二控制器(8)电性连接，凹模(6)内孔的上端腔体(6-3)内装有磁性介质(5)，凹模(6)的侧壁上设有与腔体(6-3)相通的通液孔(6-2)，溢流阀(9)安装在通液孔(6-2)的输入端。
2.根据权利要求1所述异形板件磁性介质阻尼成形装置，其特征在于：所述每个磁控单元(7)包括铁芯(7-1)和第二线圈(7-2)，第二线圈(7-1)套装在铁芯(7-1)上。
3.一种利用权利要求1所述装置实现异形板件磁性介质阻尼成形方法，其特征在于：所述方法是通过以下步骤实现的：
步骤一、将磁性介质(5)充满腔体(6-3)中；
步骤二、将初始板坯(10)放置于凹模(6)的上端面上；
步骤三、将压边圈(2)置于板坯(10)之上，调整好压边间隙；
步骤四、确定每个磁控单元(7)的磁场强度：根据异形板件(11)的凹形部位(11-1)、凸形部位(11-2)和过渡部位(11-3)分别调整该部位对应下方的单个磁控单元(7)的电流大小，电流范围为0～20A；
步骤五，凸模(1)下行对板坯(10)进行施载，在磁控单元(7)调控作用下的磁性介质(5)为受压变形的板坯(10)提供阻尼；
步骤六、板坯(10)成形后移除凸模(1)，并卸去磁控单元(7)的磁场，取出成形的异形板件(11)。
4.根据权利要求3所述异形板件磁性介质阻尼成形方法，其特征在于：所述步骤四中的凹形部位(11-1)下方对应的磁控单元(7)磁场电流为0～5A，凸形部位(11-2)下方对应的磁控单元(7)磁场电流为5A～20A，凹形部位(11-1)和凸形部位(11-2)的磁场电流确定后，过渡部位(11-3)下方对应的磁控单元(7)磁场电流为凹形部位(11-1)的磁场电流与凸形部位(11-2)的磁场电流之间。
5.根据权利要求3所述异形板件磁性介质阻尼成形方法，其特征在于：所述步骤四中的凹形部位(11-1)下方对应的磁控单元(7)磁场电流为0A，凸形部位(11-2)下方对应的磁控单元(7)磁场电流为10A，过渡部位(11-3)下方对应的磁控单元(7)磁场电流为凹形部位(11-1)的磁场电流与凸形部位(11-2)的磁场电流之间。
6.根据权利要求3所述异形板件磁性介质阻尼成形方法，其特征在于：所述步骤四中的凹形部位(11-1)下方对应的磁控单元(7)磁场电流为1A，凸形部位(11-2)下方对应的磁控单元(7)磁场电流为15A，过渡部位(11-3)下方对应的磁控单元(7)磁场电流为凹形部位(11-1)的磁场电流与凸形部位(11-2)的磁场电流之间。
7.根据权利要求3所述异形板件磁性介质阻尼成形方法，其特征在于：所述步骤四中的凹形部位(11-1)下方对应的磁控单元(7)磁场电流为2A，凸形部位(11-2)下方对应的磁控单元(7)磁场电流为18A，过渡部位(11-3)下方对应的磁控单元(7)磁场电流为凹形部位(11-1)的磁场电流与凸形部位(11-2)的磁场电流之间。
8.根据权利要求3所述异形板件磁性介质阻尼成形方法，其特征在于：所述步骤四中的凹形部位(11-1)下方对应的磁控单元(7)磁场电流为3A，凸形部位(11-2)下方对应的磁控单元(7)磁场电流为16A，过渡部位(11-3)下方对应的磁控单元(7)磁场电流为凹形部位(11-1)的磁场电流与凸形部位(11-2)的磁场电流之间。
9.根据权利要求3所述异形板件磁性介质阻尼成形方法，其特征在于：所述步骤四中的凹形部位(11-1)下方对应的磁控单元(7)磁场电流为4A，凸形部位(11-2)下方对应的磁控单元(7)磁场电流为19A，过渡部位(11-3)下方对应的磁控单元(7)磁场电流为凹形部位(11-1)的磁场电流与凸形部位(11-2)的磁场电流之间。
10.根据权利要求3所述异形板件磁性介质阻尼成形方法，其特征在于：所述步骤四中的凹形部位(11-1)下方对应的磁控单元(7)磁场电流为5A，凸形部位(11-2)下方对应的磁控单元(7)磁场电流为15A，过渡部位(11-3)下方对应的磁控单元(7)磁场电流为凹形部位(11-1)的磁场电流与凸形部位(11-2)的磁场电流之间。
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