本发明专利技术提供一种板材磁流变软模差压成形装置及方法，属于板材成形领域。该装置包括容框(4)、线圈(5)和介质仓(9)，容框(4)和介质仓(9)上、下对应设置，容框(4)和介质仓(9)外侧布置有线圈(5)，介质仓(9)底部设置有溢流口，溢流口连接有容积可变的溢流腔；介质仓(9)的内腔填充有Ⅰ型磁流变粘塑性材料，容框(4)的内腔填充有磁流变弹性材料或Ⅱ型磁流变粘塑性材料，Ⅰ型磁流变粘塑性材料在外加磁场下的流动应力提升幅度大于Ⅱ型磁流变粘塑性材料。该装置能在成形薄壁、局部小曲率半径零件时，有效避免局部壁厚过度减薄或破裂。避免局部壁厚过度减薄或破裂。避免局部壁厚过度减薄或破裂。
【技术实现步骤摘要】
一种板材磁流变软模差压成形装置及方法
[0001]本专利技术涉及一种板材磁流变软模差压成形装置及方法，属于板材成形
技术介绍
[0002]复杂形状薄壁壳体零件具有薄壁、局部小曲率半径等结构特征，该类零件可以实现特殊的零件功能、提高装备轻量化水平、提升装备性能，在航空、航天、汽车制造领域有着广泛应用。但是，在成形局部小曲率半径型面时，板材局部变形抗力大幅度增加，产生应力集中，容易造成局部过度减薄或破裂，严重影响此类零件的使用性能。
[0003]软模成形方法可以成形复杂形状，并能够在板材表面形成均匀分布的压力，有利于提高薄壁壳体零件的成形能力。同时，在板材成形过程中施加反向压力，即“背压”，可以改变板材的应力状态，抑制壁厚局部减薄的发展和扩大，从而提升薄壁壳体零件的成形能力和壁厚均匀性，背压越大，则板材受到的内部拉应力越小，越有利于缓解局部壁厚减薄。
[0004]然而，普通的软模成形方法，如橡胶成形、液压成形、液力拉深、热态气压成形等，通常只在单侧布置软模材料，且软模材料力学性能不可调节，无法针对板材变形不同阶段的应力状态，施加不同的成形压力和背压，难以适应此类薄壁、局部小曲率半径零件的成形。
[0005]磁流变材料的力学性能在外加磁场下实时可控，且响应迅速，使用磁流变材料作为传力介质和背压介质，则板材受到的成形压力和背压可以自由调控，例如授权公告号为CN102615164B的专利技术专利中公开的一种双侧加载磁流变液的板材软模成形方法，通过调节电流使磁流变液所在区域的磁场强度发生变化，使磁流变液的物态随板材成形过程而变化，进而使板材成形出所需形状，但是该方法在成形薄壁、局部小曲率半径零件时，会出现局部壁厚过度减薄或破裂的问题。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的是提供一种板材磁流变软模差压成形装置及方法，用以解决现有软模成形方法在成形薄壁、局部小曲率半径零件时，易出现局部壁厚过度减薄或破裂的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种板材磁流变软模差压成形装置，包括容框(4)、线圈(5)和介质仓(9)，容框(4)和介质仓(9)上、下对应设置，容框(4)和介质仓(9)外侧布置有线圈(5)，介质仓(9)底部设置有溢流口，溢流口连接有容积可变的溢流腔；介质仓(9)的内腔填充有Ⅰ型磁流变粘塑性材料，容框(4)的内腔填充有磁流变弹性材料或Ⅱ型磁流变粘塑性材料，所述Ⅰ型磁流变粘塑性材料在外加磁场下的流动应力提升幅度大于Ⅱ型磁流变粘塑性材料。
[0008]板材磁流变软模差压成形装置的有益效果是：现有技术中的软模成形方法采用同一种磁流变粘塑性材料作为成形介质和背压介质进行板材成形，由于在外加磁场下，板坯受到的成形压力和背压相同，无法产生可调控的压力差，导致该方法在成形薄壁、局部小曲率半径零件时，局部壁厚过度减薄或破裂的问题无法有效避免，而本专利技术装置使用磁流变
弹性材料或Ⅱ型磁流变粘塑性材料作为成形介质，使用Ⅰ型磁流变粘塑性材料作为背压介质，且满足在外加磁场下成形介质的流动应力提升幅度小于背压介质的流动应力提升幅度，那么在外加磁场下，本专利技术装置中板坯受到的成形压力和背压不同，能够形成可调控的压力差，则与成形介质和背压介质均是同一种磁流变粘塑性材料的情况相比，当外加磁场的磁感应强度相同时，本专利技术装置中背压的提升幅度更大，板坯贴模阶段受到的内部拉应力更小，从而能在成形薄壁、局部小曲率半径零件时，有效避免局部壁厚过度减薄或破裂；并且，随着外加磁场磁感应强度的增大，本专利技术装置中板坯受到的成形压力增加幅度有限、背压压力会大幅度增加，则板坯上下两侧的压力差会越来越小，因此通过施加不同磁感应强度的外加磁场，对成形压力和背压进行调控，能满足板坯成形不同阶段对板坯两侧不同压力差的需求，使得在成形薄壁、局部小曲率半径零件时，不易出现局部壁厚过度减薄或破裂。
[0009]为了实现Ⅰ型磁流变粘塑性材料在外加磁场下的流动应力提升幅度大于Ⅱ型磁流变粘塑性材料，进一步地，所述Ⅰ型磁流变粘塑性材料和Ⅱ型磁流变粘塑性材料的非磁性基液、非磁性基液的粘度、非磁性基液中铁磁性颗粒的体积分数、大小和种类至少有一个不同，使Ⅰ型磁流变粘塑性材料在外加磁场下的流动应力提升幅度大于Ⅱ型磁流变粘塑性材料。
[0010]为了防止Ⅰ型磁流变粘塑性材料从介质仓的上端溢出，进一步地，所述介质仓(9)与板坯(7)的接触部分设有密封圈。
[0011]为了形成容积可变的溢流腔，进一步地，所述溢流腔包括外壳和弹性隔板，弹性隔板与外壳内壁密封配合，所述弹性隔板包括隔板(11)和弹性体(12)。
[0012]为了实现弹性隔板与外壳内壁的密封配合，进一步地，所述隔板(11)与外壳内壁通过密封圈密封配合。
[0013]进一步地，所述弹性体(12)为弹簧。
[0014]本专利技术还提供了一种板材磁流变软模差压成形方法，该方法包括以下步骤：
[0015]步骤1、先将Ⅰ型磁流变粘塑性材料填充到介质仓(9)的内腔中，再将板坯(7)置于介质仓(9)的上表面，在板坯(7)上安装容框(4)，然后将磁流变弹性材料或Ⅱ型磁流变粘塑性材料填充到容框(4)的内腔中；所述Ⅰ型磁流变粘塑性材料在外加磁场下的流动应力提升幅度大于Ⅱ型磁流变粘塑性材料；
[0016]步骤2、在成形区域施加外加磁场，压缩容框(4)内腔中的磁流变弹性材料或Ⅱ型磁流变粘塑性材料产生压力并传力于板坯(7)，促使板坯(7)成形。
[0017]板材磁流变软模差压成形方法的有益效果是：现有技术中的软模成形方法采用同一种磁流变粘塑性材料作为成形介质和背压介质进行板材成形，由于在外加磁场下，板坯受到的成形压力和背压相同，无法产生可调控的压力差，导致该方法在成形薄壁、局部小曲率半径零件时，局部壁厚过度减薄或破裂的问题无法有效避免，而本专利技术方法使用磁流变弹性材料或Ⅱ型磁流变粘塑性材料作为成形介质，使用Ⅰ型磁流变粘塑性材料作为背压介质，且满足在外加磁场下成形介质的流动应力提升幅度小于背压介质的流动应力提升幅度，那么在外加磁场下，本专利技术方法中板坯受到的成形压力和背压不同，能够形成可调控的压力差，则与成形介质和背压介质均是同一种磁流变粘塑性材料的情况相比，当外加磁场的磁感应强度相同时，本专利技术方法中背压的提升幅度更大，板坯贴模阶段受到的内部拉应
力更小，从而能在成形薄壁、局部小曲率半径零件时，有效避免局部壁厚过度减薄或破裂。
[0018]进一步地，所述步骤2包括：
[0019]首先在成形区域施加磁感应强度为B1的外加磁场，提升容框(4)内腔中的磁流变弹性材料或Ⅱ型磁流变粘塑性材料的流动应力，以保持较大的成形压力；
[0020]然后调节磁场的磁感应强度为B2，B1<B2，使介质仓(9)内腔中的Ⅰ型磁流变粘塑性材料的流动应力增加，以提升成形背压。
[0021]由于随着外加磁场磁感应强度的增大，本专利技术方法中板坯受到的成形压力增加幅度有限、背压压力会大幅度增加。因此，在板坯成形初期，给予较小的磁感应强度，保持较大的成形压力以及较小的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种板材磁流变软模差压成形装置，包括容框(4)、线圈(5)和介质仓(9)，容框(4)和介质仓(9)上、下对应设置，容框(4)和介质仓(9)外侧布置有线圈(5)，介质仓(9)底部设置有溢流口，溢流口连接有容积可变的溢流腔；其特征在于，介质仓(9)的内腔填充有Ⅰ型磁流变粘塑性材料，容框(4)的内腔填充有磁流变弹性材料或Ⅱ型磁流变粘塑性材料，所述Ⅰ型磁流变粘塑性材料在外加磁场下的流动应力提升幅度大于Ⅱ型磁流变粘塑性材料。2.根据权利要求1所述的板材磁流变软模差压成形装置，其特征在于，所述Ⅰ型磁流变粘塑性材料和Ⅱ型磁流变粘塑性材料的非磁性基液、非磁性基液的粘度、非磁性基液中铁磁性颗粒的体积分数、大小和种类至少有一个不同，使Ⅰ型磁流变粘塑性材料在外加磁场下的流动应力提升幅度大于Ⅱ型磁流变粘塑性材料。3.根据权利要求1所述的板材磁流变软模差压成形装置，其特征在于，所述介质仓(9)与板坯(7)的接触部分设有密封圈。4.根据权利要求1所述的板材磁流变软模差压成形装置，其特征在于，所述溢流腔包括外壳和弹性隔板，弹性隔板与外壳内壁密封配合，所述弹性隔板包括隔板(11)和弹性体(12)。5.根据权利要求4所述的板材磁流变软模差压成形装置，其特征在于，所述隔板(11)与外壳内壁通过密封圈密封配合。6.根据权利要求4或5所述的板材磁流变软模差压成形装置，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：相楠，皇涛，郭俊卿，赵一博，王朋义，宋亚虎，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：
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