电磁超声辅助纤维金属层板冲压变形方法技术

本发明专利技术涉及一种电磁超声辅助纤维金属层板冲压变形方法，包括以下步骤：S1、制备纤维金属层板预制料；S2、将纤维金属层板预制料两端与脉冲电流发生器相连；S3、冲压，同时，通过脉冲电流发生器和励磁线圈，对纤维金属层板预制进行电磁耦合辅助处理；S4、冲压至目标成形位置时，停止凸模进给和电磁耦合处理，通过超声振动探头，对变形后的纤维金属层板预制料施加超声振动；S5、停止超声、对纤维金属层板预制料进行加热固化处理；S6、固化后、退凸模、取件完成成形。本发明专利技术综合利用力场、电场、磁场、热场多能场协同作用，大幅降低了金属层板开裂率及界面脱层率，较好地控制了回弹，成形质量高，显著提升了生产效率。著提升了生产效率。著提升了生产效率。

【技术实现步骤摘要】
电磁超声辅助纤维金属层板冲压变形方法


[0001]本专利技术涉及纤维金属层板的成形加工领域，更具体地说，涉及一种电磁超声辅助纤维金属层板冲压变形方法。

技术介绍

[0002]纤维金属层板是一种由高强度金属薄板与纤维预浸料相互交替铺层，经一定固化工艺成型后得到的超混杂结构材料，与单一金属板材相比，具有轻质、高强、良好的导电性、优良的抗冲击和损伤容限性能、良好的阻燃性能及耐腐蚀性能等优点，因而在航空航天、军工武器、高速运载工具等领域具有广阔的应用前景。在上述领域中，纤维金属层板弯曲件常常作为桁架材料，因为其应用的工况往往极端苛刻，且需求量大，不仅对其可靠性有极高要求，同时也需要高效率的生产工艺方法。
[0003]纤维金属层板弯曲件作为在航空航天、军工武器、高速运载等领域的重要构件，其成形质量直接决定了构件的服役寿命，甚至进一步关乎上述领域的运载安全。现有的复杂异形纤维金属复合层板件往往是通过选用很薄的金属层板分步冲压后，在金属板间分步铺设纤维材料，最后进行固化的工艺来制造的。这种铺层方法易因树脂流动性强，而导致纤维树脂层厚度不均，界面结合效果差，且固化过程时间长，制造工序复杂，生产效率低下。
[0004]现有的冲压工艺成形纤维金属层板构件，主要是围绕特定的纤维金属层板圆桶件结构的成形，一般成形的层数较少，成形极限低，且易出现破裂、褶皱、树脂基体断裂、金属与纤维树脂分层等缺陷，成形质量差、精度差，无法可靠的应用在高精尖领域。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种电磁超声辅助纤维金属层板冲压变形方法，该方法纤维间树脂分布均匀、厚度一致性好，层间界面结合效果优良，显著提升了生产效率，提高了可成形层数及成形极限，破裂、褶皱及树脂基体断裂等成形缺陷明显减少，大幅降低了金属层板开裂率及界面脱层率，并较好地控制了回弹，极大提升了成形质量和精度。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电磁超声辅助纤维金属层板冲压变形方法，包括以下步骤：
[0007]S1、将金属薄板与纤维预浸料相互交替铺层，作为纤维金属层板预制料；
[0008]S2、将纤维金属层板预制料放置在软模容框上，上压边下压固定预制料；
[0009]S3、将纤维金属层板预制料两端通过夹具与脉冲电流发生器的正负两电极分别相连；
[0010]S4、凸模下行，同时，通过脉冲电流发生器给纤维金属层板预制料施加脉冲电流作用，并通过在励磁线圈中通入交变电流，形成脉冲磁场，作用于纤维金属层板预制料，进行电磁耦合辅助处理；
[0011]辅助电脉冲处理过程包括：常温下，对纤维金属层板预制料金属层施加电脉冲作
用，电脉冲有效电流密度为2
×
107A/m2～8
×
107A/m2，单个电脉冲作用时间为10～100ms，每施加完一次电脉冲作用后间歇30～200ms；
[0012]辅助磁脉冲处理过程包括：在励磁线圈内通入电压为2～3kv的电流，单次通电时长为1～2ms，每次通电后间隔0.4～1s，通电次数为2～5次，从而实现磁脉冲处理；
[0013]S5、待凸模下行至目标成形位置时，停止凸模进给和电磁耦合处理，凸模保持停留在目标位置；
[0014]S6、通过超声振动探头，对变形后的纤维金属层板预制料施加超声振动，保障金属层与纤维层间的结合效果；
[0015]S7、所述步骤S6中的超声振动施加完毕，对纤维金属层板预制料进行加热固化处理；
[0016]S8、固化完成后，停止加热，退回凸模，取出成形纤维金属层板。
[0017]按上述方案，所述凸模、软模容框及压边与纤维金属层板预制料的接触面采用活性金属钎焊法设置氮化硅陶瓷绝缘层，金属模及钎料采用Ag
‑
Cu
‑
Ti+Mo。
[0018]按上述方案，所述步骤S7中采用在压边与凸模中设置加热电阻的方式对其进行加热。
[0019]按上述方案，所述步骤S7中的加热过程分为两段，首先加热到较低温度，使树脂达到凝胶状态，之后进一步加热到预固化温度。
[0020]按上述方案，施加的超声振动由超声波发生装置产生，通过超声振动探头由凸模向纤维金属层板预制料传导，振动频率为15～25kHz，振动压力为0.2～0.8MPa，振动幅值为30～80μm，振动持续时间为4～10s。
[0021]按上述方案，通过向纤维金属层板预制料弯角部位施加磁脉冲，在电磁力驱使下，使得弯角部位圆角半径逐渐减小并贴膜，能有效控制回弹，同时利于材料的均匀流动，使得弯角部位的应变分布更均匀。
[0022]按上述方案，通过向纤维金属层板预制料金属层施加电脉冲，可以利用电致塑性效应，通过热效应和电子风力，使得金属层的抗形变应力的下降和塑性的提高，从而减少甚至避免破裂和褶皱的发生。
[0023]按上述方案，所述超声振动能够促进胶液在纤维与金属层之间的流动，使其分布均匀，从而减少纤维层内部的孔隙等缺陷，同时提升层间的界面结合效果。
[0024]按上述方案，软模可以提供法向压应力，提高构件成形性，在解决纤维金属层板变形时的塑性差、应变梯度大问题时起到明显作用，从而提高成形质量。
[0025]按上述方案，所述步骤S4中，电脉冲的波形为方波
[0026]本专利技术具体原理如下：
[0027]首先，本专利技术采用高强度金属薄板与纤维预浸料相互交替铺层，不需固化，以该预制料作为冲压对象，保障在冲压过程中金属层间相互关系良好，同时使树脂分布及流动更均匀，利于形成厚度均匀良好的纤维金属层板件。
[0028]其次，本专利技术采用合理的电磁耦合脉冲工艺对冲压变形中的预制料进行处理，加入脉冲电流辅助时，金属材料会在内部焦耳热和电子风力的作用下，在材料中引起再结晶、相变现象，从而实现电致塑性，可以有效提高金属层的塑性成型能力；加入脉冲磁场辅助，可以通过降低活化能来增加金属材料内部位错运动的可能性，同时通过磁致伸缩诱发的磁
振动为位错运动提供能量，使得位错分布均匀化，从而降低金属层内部的残余应力，有效控制回弹；从而使得冲压变形中金属层不易发生破坏，避免成形后的弯曲件过度回弹。
[0029]第三，超声振动辅助能够在纤维树脂层内产生冲击波，使树脂高速喷向附着面，从而增强层间的界面结合效果，减少纤维层内孔隙等缺陷，增强层间界面结合效果。
[0030]最后，本专利技术采用根据成形目标设计的实心橡胶软模作为下模，软模可以提供法向压应力，提高构件成形性，在解决层板复杂深腔构件变形时产生的塑性差、应变梯度大问题时起到明显作用。
[0031]实施本专利技术的电磁超声辅助纤维金属层板冲压变形方法，具有以下有益效果：
[0032]本专利技术综合利用力场、电场、磁场、热场多能场协同辅助纤维金属层板冲压变形，相比于传统纤维金属层板弯曲件成形工艺，采用预制料作为冲压对象，使得多层金属层能一次冲压，层间相对关系有保障，树脂分布及流动更均匀；冲压过程中对预本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电磁超声辅助纤维金属层板冲压变形方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将金属薄板与纤维预浸料相互交替铺层，作为纤维金属层板预制料；S2、将纤维金属层板预制料放置在软模容框上，上压边下压固定预制料；S3、将纤维金属层板预制料两端通过夹具与脉冲电流发生器的正负两电极分别相连；S4、凸模下行，同时，通过脉冲电流发生器给纤维金属层板预制料施加脉冲电流作用，并通过在励磁线圈中通入交变电流，形成脉冲磁场，作用于纤维金属层板预制料，进行电磁耦合辅助处理；辅助电脉冲处理过程包括：常温下，对纤维金属层板预制料金属层施加电脉冲作用，电脉冲有效电流密度为2
×
107A/m2～8
×
107A/m2，单个电脉冲作用时间为10～100ms，每施加完一次电脉冲作用后间歇30～200ms；辅助磁脉冲处理过程包括：在励磁线圈内通入电压为2～3kv的电流，单次通电时长为1～2ms，每次通电后间隔0.4～1s，通电次数为2～5次，从而实现磁脉冲处理；S5、待凸模下行至目标成形位置时，停止凸模进给和电磁耦合处理，凸模保持停留在目标位置；S6、通过超声振动探头，对变形后的纤维金属层板预制料施加超声振动，保障...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈一哲，杨郁森，王辉，钱东升，华林，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：