專(zhuān)利名稱(chēng)：一種板材磁流變液軟模成形裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種板材成形裝置及方法，具體涉及一種板材磁流變液軟模成形裝置及方法。
背景技術(shù)：
板材成形在制造技術(shù)中占有重要地位，尤其對(duì)于汽車(chē)結(jié)構(gòu)輕量化及航天、航空等運(yùn)載器性能的提升起到重要作用，其中軟模成形是板材零部件制造技術(shù)中發(fā)展較快的工藝方法之一。已有的板材液壓成形、半固態(tài)粘性介質(zhì)壓力成形和聚氨酯橡膠成形各具優(yōu)勢(shì)，分別適合于一定的板材成形范圍，如液壓成形適合沿構(gòu)件軸線變化的圓形、矩形或異型截面空心結(jié)構(gòu)件等的成形；半固態(tài)粘性介質(zhì)壓力成形適用于難變形材料、復(fù)雜形狀薄壁零件及超薄壁零件等的成形；聚氨酯橡膠成形適合拉深及多通管、波紋管等管材成形。這些軟模成形方法的研究表明成形軟模的物態(tài)對(duì)板材成形性有很大的影響，如半固態(tài)粘性介質(zhì)壓力成形中粘性介質(zhì)的粘度影響著板材成形過(guò)程中發(fā)生頸縮的位置。但是三種成形方法中軟模的物態(tài)是保持不變的，這在一定程度上限制了板材成形性的發(fā)揮。磁流變液作為一種智能材料因其獨(dú)特的磁流變效應(yīng)，良好的流變性能，被認(rèn)為是材料科學(xué)領(lǐng)域最具有發(fā)展?jié)摿Φ男滦椭悄懿牧?。目前，磁流變液在阻尼器、減震器、磁流變拋光和磁流變密封等方面得到了初步應(yīng)用。磁流變效應(yīng)指流體中加入一種導(dǎo)磁的、非溶性介質(zhì)，在外部磁場(chǎng)的作用下，流體的流變性質(zhì)發(fā)生突變，迅速固化而失去流動(dòng)性，固化過(guò)程瞬變可逆。這種轉(zhuǎn)換使得材料的流變性、磁化性、導(dǎo)電性、傳熱性以及其它的機(jī)械性質(zhì)和物理性質(zhì)皆發(fā)生顯著改變。在外部磁場(chǎng)作用下，磁流變液的物態(tài)可以連續(xù)變化，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到某一臨界值時(shí)甚至實(shí)現(xiàn)固化。本專(zhuān)利提出的板材磁流變液軟模成形方法即是利用磁流變液在外加磁場(chǎng)作用下物態(tài)可調(diào)的特性，針對(duì)零件的材料、形狀及結(jié)構(gòu)的不同，使板材在合適的軟模物態(tài)下成形出所需要的形狀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有液壓成形、半固態(tài)粘性介質(zhì)壓力成形和聚氨酯橡膠成形分別適合于一定的板材成形范圍，不能集中三者的優(yōu)點(diǎn)于板材成形過(guò)程的問(wèn)題，進(jìn)而提出一種板材磁流變液軟模成形裝置及方法。本發(fā)明為解決上述問(wèn)題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明包括第一磁流變液注入缸、第二磁流變液注入缸、磁流變液容框、磁流變液、螺線管、凹模、壓邊缸、第三磁流變液注入缸和第四磁流變液注入缸，磁流變液容框、凹模由上至下設(shè)置，板材位于磁流變液容框的下表面與凹模的上表面之間，板材的上表面、磁流變液容框的下表面、磁流變液容框兩個(gè)邊框的內(nèi)側(cè)壁形成密閉的第一內(nèi)腔，板材的下表面與凹模的內(nèi)腔形成密閉的第二內(nèi)腔，第一磁流變液注入缸、第二磁流變注入缸并排平行設(shè)置在磁流變液容框的上表面上，且第一磁流變液注入缸注入口和第二磁流變液注入缸的注入口均與第一內(nèi)腔連通，壓邊缸的輸出端與磁流變液容框邊框上的空腔連通，磁流變液填充在第一內(nèi)腔和第二內(nèi)腔中，螺線管套裝在磁流變液容框與凹模的外側(cè)壁上，第三磁流變液注入缸和第四磁流變液注入缸并排平行設(shè)置在凹模的下表面上，且第三磁流變液注入缸的注入口和第四磁流變液注入缸的注入口與第二內(nèi)腔連通。本發(fā)明所述單側(cè)加載磁流變液的板材磁流變液軟模成形方法的具體步驟如下步驟一、將待成形板材夾持在凹模的上表面與磁流變液容框的下表面之間；步驟二、在第一內(nèi)腔中填充磁流變液，成形過(guò)程中，第一磁流變液注入缸和第二磁流變液注入缸向第一內(nèi)腔中注入磁流變液；
步驟三、根據(jù)待成形板材的形狀和軟模作用形式，確定工作區(qū)域磁場(chǎng)強(qiáng)度B，B ^ μ 0nl式中μ。——真空磁導(dǎo)率；η——單位長(zhǎng)度線圈匝數(shù)；I——電流；步驟四、將螺線管與直流電源連接，通過(guò)調(diào)節(jié)電流使磁流變液所在區(qū)域的磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化，并使待成形板材在磁流變液的變物態(tài)下成形出所需形狀；步驟五、將磁流變液容框打開(kāi)，將成形后的板材取出。本發(fā)明所述雙側(cè)加載磁流變液的板材磁流變液軟模成形方法的具體步驟如下步驟一、將待成形板材夾持在凹模的上表面與磁流變液容框的下表面之間；步驟二、在第一內(nèi)腔和第二內(nèi)腔中填充磁流變液，成形過(guò)程中，第一磁流變液注入缸和第二磁流變液注入缸向第一內(nèi)腔中注入磁流變液，并與工作區(qū)域磁場(chǎng)強(qiáng)度匹配，成形初期，第四磁流變液注入缸減小壓力排出第二內(nèi)腔中的磁流變液，第三磁流變液注入缸保持壓力不動(dòng)作，使凹模一側(cè)部位先貼模，成形后期，第三磁流變液注入缸減小壓力排出第二內(nèi)腔中的磁流變液，使凹模另一側(cè)部位貼模；步驟三、根據(jù)待成形板材的形狀和軟模作用形式，確定工作區(qū)域磁場(chǎng)強(qiáng)度B，B ^ μ 0nl式中μ?！婵沾艑?dǎo)率；η——單位長(zhǎng)度線圈匝數(shù)；I——電流；步驟四、將螺線管與直流電源連接，通過(guò)調(diào)節(jié)電流使磁流變液所在區(qū)域的磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化，并使待成形板材在磁流變液的變物態(tài)下成形出所需形狀；步驟五、將磁流變液容框打開(kāi)，將成形后的板材取出。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明在不同的外磁場(chǎng)強(qiáng)度下，磁流變液物態(tài)發(fā)生改變，針對(duì)板材成形性及成形零件形狀及結(jié)構(gòu)的不同，改變通過(guò)線圈的電流值，使工作區(qū)域的磁場(chǎng)保持一定范圍，使成形過(guò)程中磁流變液保持合適的物態(tài)，實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同板材的成形；針對(duì)板材零件形狀及結(jié)構(gòu)的不同，以一定規(guī)律改變工作區(qū)域磁場(chǎng)強(qiáng)度大小，使磁流變液物態(tài)適應(yīng)成形過(guò)程而變化，較大限度的發(fā)揮材料本身的塑性變形能力，有效提高板材的成形極限。此夕卜，采用磁流變液可實(shí)現(xiàn)一個(gè)成形過(guò)程中軟模物態(tài)的可調(diào)，從而充分發(fā)揮不同軟模成形方法的優(yōu)勢(shì)，如在成形初期使軟模接近于固態(tài)，對(duì)壓邊位置的密封有益；成形中期將軟模調(diào)為粘度可調(diào)的半固態(tài)，有利于優(yōu)化板材變形流動(dòng)的控制；成形末期使軟模接近于液態(tài)，容易使板材貼模，提高成形精度，這樣可以充分發(fā)揮不同軟模成形方法的優(yōu)勢(shì)，并集中于同一成形過(guò)程中，提高零件的成形質(zhì)量。采用磁流變液作為板材成形的軟模，進(jìn)一步拓寬板材成形的應(yīng)用領(lǐng)域，為難變形板材和復(fù)雜形狀薄壁與超薄壁板材零件成形等提供新的途徑。


圖I是對(duì)板材單側(cè)加載磁流變液初始狀態(tài)時(shí)本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是對(duì)板材單側(cè)加載磁流變液第二狀態(tài)時(shí)本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是對(duì)板材單側(cè)加載磁流變液第三狀態(tài)時(shí)本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是單側(cè)加載磁流變液完成時(shí)本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是對(duì)板材雙側(cè)加載磁流變液初始狀態(tài)時(shí)本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖6是對(duì)板材雙側(cè)加載磁流變液第二狀態(tài)時(shí)本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖7是對(duì)板材雙側(cè)加載磁流變液第三狀態(tài)時(shí)本發(fā)明的整體結(jié) 構(gòu)示意圖，圖8是對(duì)板材雙側(cè)加載磁流變液完成時(shí)本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖I至圖8說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種板材變物態(tài)軟模成形裝置包括第一磁流變液注入缸I、第二磁流變液注入缸2、磁流變液容框3、磁流變液4、螺線管5、凹模6、壓邊缸7、第三磁流變液注入缸8和第四磁流變液注入缸9，磁流變液容框3、凹模6由上至下設(shè)置，板材位于磁流變液容框3的下表面與凹模6的上表面之間，板材的上表面、磁流變液容框3的下表面、磁流變液容框3兩個(gè)邊框的內(nèi)側(cè)壁形成密閉的第一內(nèi)腔3-2，板材的下表面與凹模6的內(nèi)腔形成密閉的第二內(nèi)腔6-1，第一磁流變液注入缸I、第二磁流變注入缸2并排平行設(shè)置在磁流變液容框3的上表面上，且第一磁流變液注入缸I注入口和第二磁流變液注入缸2的注入口均與第一內(nèi)腔3-2連通，壓邊缸7的輸出端與磁流變液容框3邊框上的空腔3-1連通，磁流變液4填充在第一內(nèi)腔3-2和第二內(nèi)腔6-1中，螺線管5套裝在磁流變液容框3與凹模6的外側(cè)壁上，第三磁流變液注入缸8和第四磁流變液注入缸9并排平行設(shè)置在凹模6的下表面上，且第三磁流變液注入缸8的注入口和第四磁流變液注入缸9的注入口與第二內(nèi)腔6-1連通。
具體實(shí)施方式
二 結(jié)合圖I至圖8說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種板材磁流變液軟模成形裝置的磁流變液容框3和凹模6均是由無(wú)磁鋼或奧氏體不銹鋼制作的。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖I至圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種利用具體實(shí)施方式
一所述裝置進(jìn)行單側(cè)加載磁流變液的板材磁流變液軟模成形方法的具體步驟為步驟一、將待成形板材夾持在凹模6的上表面與磁流變液容框3的下表面之間；步驟二、在第一內(nèi)腔3-2中填充磁流變液4，成形過(guò)程中，第一磁流變液注入缸I和第二磁流變液注入缸2向第一內(nèi)腔3-2中注入磁流變液4 ；步驟三、根據(jù)待成形板材的形狀和軟模作用形式，確定工作區(qū)域磁場(chǎng)強(qiáng)度B，B ^ μ 0nl式中μ。——真空磁導(dǎo)率；η——單位長(zhǎng)度線圈匝數(shù)；I——電流；
步驟四、將螺線管5與直流電源連接，通過(guò)調(diào)節(jié)電流使磁流變液4所在區(qū)域的磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化，并使待成形板材在磁流變液的變物態(tài)下成形出所需形狀；步驟五、將磁流變液容框3打開(kāi)，將成形后的板材取出。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖I至圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種板材磁流變液軟模成形方法的步驟一中的磁流變液4是礦物油基磁流變液或硅油基磁流變液。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
三相同。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖I至圖8說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種板材磁流變液軟模成形方法的步驟四中電流的調(diào)節(jié)范圍為O 20A，磁流變液的物態(tài)隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化而變化，磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化范圍為O O. 5T。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
三相同。
具體實(shí)施方式
六結(jié)合圖5至圖8說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種利用具體實(shí)施方式
一所述裝置進(jìn)行雙側(cè)加載磁流變液的板材磁流變液軟模成形方法的具體步驟為步驟一、將待成形板材夾持在凹?！?的上表面與磁流變液容框(3)的下表面之間；步驟二、在第一內(nèi)腔3-2和第二內(nèi)腔6-1中填充磁流變液4，成形過(guò)程中，第一磁流變液注入缸I和第二磁流變液注入缸2向第一內(nèi)腔3-2中注入磁流變液4，并與工作區(qū)域磁場(chǎng)強(qiáng)度匹配，成形初期，第四磁流變液注入缸9減小壓力排出第二內(nèi)腔6-1中的磁流變液4，第三磁流變液注入缸8保持壓力不動(dòng)作，使凹模6 —側(cè)部位先貼模，成形后期，第三磁流變液注入缸8減小壓力排出第二內(nèi)腔6-1中的磁流變液，使凹模6另一側(cè)部位貼模；步驟三、根據(jù)待成形板材的形狀和軟模作用形式，確定工作區(qū)域磁場(chǎng)強(qiáng)度B，B ^ μ 0nl式中μ?！婵沾艑?dǎo)率；η——單位長(zhǎng)度線圈匝數(shù)；I——電流；步驟四、將螺線管5與直流電源連接，通過(guò)調(diào)節(jié)電流使磁流變液4所在區(qū)域的磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化，并使待成形板材在磁流變液的變物態(tài)下成形出所需形狀；步驟五、將磁流變液容框3打開(kāi)，將成形后的板材取出。
具體實(shí)施方式
七結(jié)合圖5至圖8說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種板材磁流變液軟模成形方法的步驟一中的磁流變液4是礦物油基磁流變液或硅油基磁流變液。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
六相同。
具體實(shí)施方式
八結(jié)合圖5至圖8說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種板材磁流變液軟模成形方法的步驟四中電流的調(diào)節(jié)范圍為O 20Α，磁流變液的物態(tài)隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化而變化，磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化范圍為O O. 5Τ。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
六相同。
權(quán)利要求
1.一種板材磁流變液軟模成形裝置，其特征在于所述一種板材磁流變液軟模成形裝置包括第一磁流變液注入缸(I)、第二磁流變液注入缸(2)、磁流變液容框(3)、磁流變液(4)、螺線管(5)、凹模￠)、壓邊缸(7)、第三磁流變液注入缸(8)和第四磁流變液注入缸(9)，磁流變液容框(3)、凹模(6)由上至下設(shè)置，板材位于磁流變液容框(3)的下表面與凹?！?的上表面之間，板材的上表面、磁流變液容框(3)的下表面、磁流變液容框(3)兩個(gè)邊框的內(nèi)側(cè)壁形成密閉的第一內(nèi)腔(3-2)，板材的下表面與凹?！?的內(nèi)腔形成密閉的第二內(nèi)腔￠-1)，第一磁流變液注入缸(I)、第二磁流變注入缸(2)并排平行設(shè)置在磁流變液容框(3)的上表面上，且第一磁流變液注入缸(I)注入口和第二磁流變液注入缸(2)的注入口均與第一內(nèi)腔(3-2)連通，壓邊缸(7)的輸出端與磁流變液容框(3)邊框上的空腔(3-1)連通，磁流變液⑷填充在第一內(nèi)腔(3-2)和第二內(nèi)腔￠-1)中，螺線管(5)套裝在磁流變液容框(3)與凹?！?的外側(cè)壁上，第三磁流變液注入缸(8)和第四磁流變液注入缸(9)并排平行設(shè)置在凹模￠)的下表面上，且第三磁流變液注入缸(8)的注入口和第四磁流變液注入缸(9)的注入口與第二內(nèi)腔￠-1)連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種板材磁流變液軟模成形裝置，其特征在于所述磁流變液容框(3)和凹模(6)均是由無(wú)磁鋼或奧氏體不銹鋼制作的。
3.一種利用權(quán)利要求I所述裝置進(jìn)行單側(cè)加載磁流變液的板材磁流變液軟模成形方法，其特征在于所述一種單側(cè)加載磁流變液板材磁流變液軟模成形方法的具體步驟如下步驟一、將待成形板材夾持在凹模￠)的上表面與磁流變液容框(3)的下表面之間；步驟二、在第一內(nèi)腔(3-2)中填充磁流變液(4)，成形過(guò)程中，第一磁流變液注入缸(I)和第二磁流變液注入缸(2)向第一內(nèi)腔(3-2)中注入磁流變液(4)；步驟三、根據(jù)待成形板材的形狀和軟模作用形式，確定工作區(qū)域磁場(chǎng)強(qiáng)度B，B ^ μ 0nl式中μ ο——真空磁導(dǎo)率；η——單位長(zhǎng)度線圈匝數(shù)；I——電流；步驟四、將螺線管(5)與直流電源連接，通過(guò)調(diào)節(jié)電流使磁流變液(4)所在區(qū)域的磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化，并使待成形板材在磁流變液的變物態(tài)下成形出所需形狀；步驟五、將磁流變液容框(3)打開(kāi)，將成形后的板材取出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種板材磁流變液軟模成形方法，其特征在于步驟一中的磁流變液(4)是礦物油基磁流變液或硅油基磁流變液。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種板材磁流變液軟模成形方法，其特征在于步驟四中電流的調(diào)節(jié)范圍為O 20Α，磁流變液的物態(tài)隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化而變化，磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化范圍為O O. 5Τ。
6.一種利用權(quán)利要求I所述裝置進(jìn)行雙側(cè)加載磁流變液的板材磁流變液軟模成形方法，其特征在于所述一種雙側(cè)加載磁流變液的板材磁流變液軟模成形方法的具體步驟如下步驟一、將待成形板材夾持在凹?！?的上表面與磁流變液容框(3)的下表面之間；步驟二、在第一內(nèi)腔(3-2)和第二內(nèi)腔(6-1)中填充磁流變液(4)，成形過(guò)程中，第一磁流變液注入缸(I)和第二磁流變液注入缸(2)向第一內(nèi)腔(3-2)中注入磁流變液(4)，并與工作區(qū)域磁場(chǎng)強(qiáng)度匹配，成形初期，第四磁流變液注入缸(9)減小壓力排出第二內(nèi)腔(6-1)中的磁流變液(4)，第三磁流變液注入缸(8)保持壓力不動(dòng)作，使凹模(6) —側(cè)部位先貼模，成形后期，第三磁流變液注入缸(8)減小壓力排出第二內(nèi)腔￠-1)中的磁流變液，使凹模(6)另一側(cè)部位貼模；步驟三、根據(jù)待成形板材的形狀和軟模作用形式，確定工作區(qū)域磁場(chǎng)強(qiáng)度B，B ^ μ 0nl式中μ ο——真空磁導(dǎo)率；η——單位長(zhǎng)度線圈匝數(shù)；I——電流；步驟四、將螺線管(5)與直流電源連接，通過(guò)調(diào)節(jié)電流使磁流變液(4)所在區(qū)域的磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化，并使待成形板材在磁流變液的變物態(tài)下成形出所需形狀；步驟五、將磁流變液容框(3)打開(kāi)，將成形后的板材取出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種板材磁流變液軟模成形方法，其特征在于步驟一中的磁流變液(4)是礦物油基磁流變液或硅油基磁流變液。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種板材磁流變液軟模成形方法，其特征在于步驟四中電流的調(diào)節(jié)范圍為O 20Α，磁流變液的物態(tài)隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化而變化，磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化范圍為O O. 5Τ。
全文摘要
一種板材磁流變液軟模成形裝置及方法，它涉及一種板材成形裝置及方法，具體涉及一種板材磁流變液軟模成形裝置及方法。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有液壓成形、半固態(tài)粘性介質(zhì)壓力成形和聚氨酯橡膠成形分別適合于一定的板材成形范圍，不能集中三者的優(yōu)點(diǎn)于板材成形過(guò)程的問(wèn)題。本發(fā)明的成形裝置包括第一磁流變液注入缸、第二磁流變液注入缸、磁流變液容框、磁流變液、螺線管、凹模、壓邊缸、第三磁流變液注入缸和第四磁流變液注入缸，通過(guò)在第一內(nèi)腔中填充磁流變液，成形過(guò)程中，第一磁流變液注入缸和第二磁流變液注入缸向第一內(nèi)腔中注入磁流變液，通過(guò)調(diào)節(jié)電流使磁流變液所在區(qū)域的磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化，并使待成形板材成形出所需形狀。本發(fā)明用于板材成形領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B21D26/021GK102615164SQ201210092979
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者王忠金, 王朋義, 袁斌先 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)