一种板材高应变速率-可控软模耦合精密成形装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于板材成形技术领域，涉及一种板材高应变速率

【技术实现步骤摘要】
一种板材高应变速率
‑
可控软模耦合精密成形装置及方法


[0001]本专利技术属于板材成形
，具体涉及一种板材高应变速率
‑
可控软模耦合精密成形装置及方法。

技术介绍

[0002]近年来，航空航天及汽车等领域中轻质合金复杂薄壁构件的应用日益广泛，在提升装备轻量化、高可靠性方面起到了重要作用。然而，轻质合金自身的低塑性和复杂构件的变形程度大，局部特征多等特点，变形过程局部应力差异明显，变形程度大，导致常规工艺在成形中非常容易出现破裂、起皱等问题。
[0003]研究表明，高速率成形可有效提高板材的成形性。板材冲击液压成形技术即是一种高应变速率成形技术，在加工过程中同时具有动态冲击加载和液体柔性作用两大特性，具有冲击能量大、成形极限高、成形零件质量高等优点。然而，冲击液压成形设备结构复杂，冲击液压成形技术中采用水或液压油等作为传力介质，液体容易泄露；同时根据帕斯卡原理，型腔内液体压力处处相等。而复杂薄壁件成形时不同区域的压力需求是不同，二者之间是矛盾的，因此难以为板材成形过程中不同区域提供合适的应力状态。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种板材高应变速率
‑
可控软模耦合精密成形装置及方法，解决了现有成形方法难以为板材成形过程中不同区域提供合适的应力状态的问题。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0006]一种板材高应变速率
‑
可控软模耦合精密成形装置，包括电磁脉冲发生单元、驱动板、柱塞、压边圈、介质仓、磁场辅助装置、线圈和凹模；
[0007]压边圈设在介质仓上端，凹模设置于介质仓的下端，板材放置在介质仓与凹模之间；
[0008]介质仓与板材之间的空腔内填充有磁流变液，线圈套设在介质仓外部；
[0009]柱塞放置于介质仓空腔上端，驱动板放置于柱塞上端面，电磁脉冲发生单元位于驱动板上端；
[0010]成形初期，磁场辅助装置设置在柱塞底部外围；成形后期，磁场辅助装置设置在柱塞的底部中心处。
[0011]进一步，柱塞包括一体连接的下段、中间段和上段，下段的直径与介质仓的内径相同，中间段的直径小于下段和上段；
[0012]中间段的长度范围在200mm～300mm。
[0013]进一步，凹模上设置有排气孔。
[0014]进一步，介质仓与凹模以及柱塞之间设有密封圈。
[0015]进一步，柱塞、压边圈、介质仓、凹模的材质为无磁钢，磁场辅助装置为电工纯铁，
驱动板的材质为紫铜。
[0016]进一步，磁流变液包括甲基硅油、羟基铁粉和稳定剂；其中，羟基铁粉的体积分数为30％～50％。
[0017]本专利技术还公开了一种板材高应变速率
‑
可控软模耦合精密成形方法，包括以下步骤：
[0018]S1：根据待成形零件形状，加工相应匹配的凹模；
[0019]在柱塞下侧沿环形边缘安装多个磁场辅助装置，将柱塞安装于介质仓内；
[0020]S2：对压边圈施加压边力夹紧板材，线圈内通入电流，在磁场辅助装置作用下，在型腔内产生非均匀的磁场分布，使得磁流变液在型腔中具有中心和边缘具有不同的本构关系参数；
[0021]S3：电磁脉冲发生单元充电后放电，强脉冲电流通过工作线圈产生强大的瞬时磁场，驱动板产生向下的冲击力并冲击柱塞，柱塞向下运动并挤压磁流变液，促使板材在磁流变液压力下变形进入凹模中，使得板材与凹模部分贴合，完成预成形；
[0022]S4：拆卸S1安装的磁场辅助装置，在柱塞的底部中心重新安装磁场辅助装置，调整线圈内通入的电流，在磁场辅助装置作用下，在型腔内产生非均匀的磁场分布，使得磁流变液在型腔中具有中心和边缘具有不同的本构关系参数；
[0023]S5：调整电磁脉冲发生单元放电，使得驱动板再次冲击柱塞，柱塞高速下行挤压磁流变液，形成软模，挤压板材，使得板材与凹模完全贴合，达到成形要求。
[0024]进一步，S2中，本构关系参数包括强度系数k和应变速率敏感指数m，磁流变液在型腔中具有中心和边缘具有不同的本构关系参数，具体为：
[0025]中心区域强度系数k1的范围为0.02～0.15，中心区域应变速率敏感指数m1的范围为0.55～0.65；
[0026]边缘区域强度系数k2的范围为0.20～0.30，边缘区域应变速率敏感指数m2的范围为0.45～0.55；
[0027]其中，强度系数k与磁场强度B的关系为K＝0.033+1.569
·
B
‑
2.101
·
B2；
[0028]应变速率敏感指数m与磁场强度B的关系为m＝0.644
‑
1.362
·
B+3.423
·
B2。
[0029]进一步，S4中，本构关系参数包括强度系数k和应变速率敏感指数m，磁流变液在型腔中心和边缘具有不同的本构关系参数，具体为：
[0030]中心区域强度系数k1的范围为0.20～0.30，中心区域应变速率敏感指数m1的范围为0.45～0.55；
[0031]边缘区域强度系数k2的范围为0.02～0.15，边缘区域应变速率敏感指数m2的范围为0.55～0.65；
[0032]其中，强度系数k与磁场强度B的关系为K＝0.033+1.569
·
B
‑
2.101
·
B2；
[0033]应变速率敏感指数m与磁场强度B的关系为m＝0.644
‑
1.362
·
B+3.423
·
B2。
[0034]进一步，S5中，当成形零件存在一个或多个局部特征区域时，根据成形零件的几何特征增加冲击次数，电磁脉冲发生单元的放电能量范围为2～15kJ。
[0035]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0036]本专利技术公开了一种板材高应变速率
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可控软模耦合精密成形装置，包括电磁脉冲发生单元、柱塞、介质仓、磁场辅助装置、线圈和凹模；介质仓与板材之间的空腔内填充有磁
流变液，线圈套设在介质仓外部。在线圈和磁场辅助装置的作用下，可以在成形区域获得非均匀的阶梯型变化磁场，进而实现软模性能的可控调节，使得磁流变液在型腔中具有中心和边缘具有不同的本构关系参数；磁场辅助装置位于软模内部，磁场调控作用更强，非均匀磁场调控范围更广。该装置能实现磁场、力场、脉冲电流的耦合加载，并避免相互装置之间的干涉。本装置采用电磁脉冲力作为能量来源，能源利用率高，电磁脉冲发生单元用于产生强脉冲电流，促使柱塞挤压磁流变液，完成预变形；磁场辅助装置位置可调，根据需要移动磁场辅助装置，二次成形。
[0037]进一步地，磁流变液包括甲基硅油、羟基铁粉和稳定剂；其中，羟基铁粉的体积分数为30％～50％，该体积分数的磁流变液具有良本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种板材高应变速率
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可控软模耦合精密成形装置，其特征在于，包括电磁脉冲发生单元(1)、驱动板(2)、柱塞(3)、压边圈(4)、介质仓(6)、磁场辅助装置(7)、线圈(9)和凹模(11)；压边圈(4)设在介质仓(6)上端，凹模(11)设置于介质仓(6)的下端，板材(10)放置在介质仓(6)与凹模(11)之间；介质仓(6)与板材(10)之间的空腔内填充有磁流变液(8)，线圈(9)套设在介质仓(6)外部；柱塞(3)放置于介质仓(6)空腔上端，驱动板(2)放置于柱塞(3)上端面，电磁脉冲发生单元(1)位于驱动板(2)上端；成形初期，磁场辅助装置(7)设置在柱塞(3)底部外围；成形后期，磁场辅助装置(7)设置在柱塞(3)的底部中心处。2.根据权利要求1所述的一种板材高应变速率
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可控软模耦合精密成形装置，其特征在于，柱塞(3)包括一体连接的下段、中间段和上段，下段的直径与介质仓(6)的内径相同，中间段的直径小于下段和上段；中间段的长度范围在200mm～300mm。3.根据权利要求1所述的一种板材高应变速率
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可控软模耦合精密成形装置，其特征在于，凹模(11)上设置有排气孔。4.根据权利要求1所述的一种板材高应变速率
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可控软模耦合精密成形装置，其特征在于，介质仓(6)与凹模(11)以及柱塞(3)之间设有密封圈(5)。5.根据权利要求1所述的一种板材高应变速率
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可控软模耦合精密成形装置，其特征在于，柱塞(3)、压边圈(4)、介质仓(6)、凹模(11)的材质为无磁钢，磁场辅助装置(7)为电工纯铁，驱动板(2)的材质为紫铜。6.根据权利要求1所述的一种板材高应变速率
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可控软模耦合精密成形装置，其特征在于，磁流变液(8)包括甲基硅油、羟基铁粉和稳定剂；其中，羟基铁粉的体积分数为30％～50％。7.基于权利要求1
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6任意一项所述成形装置的一种板材高应变速率
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可控软模耦合精密成形方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据待成形零件形状，加工相应匹配的凹模(11)；在柱塞(3)下侧沿环形边缘安装多个磁场辅助装置(7)，将柱塞(3)安装于介质仓(6)内；S2：对压边圈(4)施加压边力夹紧板材(10)，线圈(9)内通入电流，在磁场辅助装置(7)作用下，在型腔内产生非均匀的磁场分布，使得磁流变液(8)在型腔中具有中心和边缘具有不同的本构关系参数；S3：电磁脉冲发生单元(1)充电后放电，强脉冲电流通过工作线圈产生强大的瞬时磁场，驱动板(2)产生向下的冲击力并冲击柱塞(3)，柱塞(3)向下运动并挤压磁流变液(8)，促使板材(10)在磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：王朋义，王育聪，左鹏，金加庚，万戈辉，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：