一种基于磁敏可相变软材料的金属板材磁温双控温成形装置及方法与流程

本发明涉及一种金属板材温成形装置及方法，具体涉及一种基于磁敏可相变软材料的金属板材磁温双控温成形装置及方法。

背景技术：

金属板材成形具有加工效率高和材料利用率高等显著优点，在工业领域中占有重要地位。近年来，随着资源和环境问题的日益尖锐，结构轻量化成为当前的一个重要的发展方向，随之而来的是大量新型金属材料的应用。相比于传统金属材料，许多新型金属材料在常温下难以成形，为了提高其可成形性，常常需采用温成形工艺。已有的研究表明：传力介质本身的性能对板材成形性有很大的影响。但在传统的金属板材温成形过程中，传力介质的性能并不能随着板材的结构特点在不同变形阶段进行实时调整，这在一定程度上限制了温成形过程中板材成形性的发挥。

磁流变塑性体作为一种磁敏可相变智能软材料因其独特的磁敏和可相变效应，被认为是材料科学领域最具有发展潜力的新型智能材料。磁流变塑性体的物态可以通过温度的调控在类液态和类固态之间可逆转换，其力学性能也随之发生显著改变。与此同时，在外部磁场作用下还可以对磁流变塑性体的力学性能进行细微的精确调控。这种磁温双控性能使得其作为金属板材温成形的传力介质成为可能。本专利提出的基于磁敏可相变软材料的金属板材磁温双控温成形方法即是利用磁流变塑性体在外加温度场和磁场的双重作用下性能可调的特性，针对板材的材质、形状及结构的不同，使板材在合适的传力介质性能下成形出所需要的形状。

技术实现要素：

本发明是为了解决现有金属板材温成形只能对成形温度进行调节，不能根据板材的形状对传力介质性能进行实时精确调控的问题，进而提出一种基于磁敏可相变软材料的金属板材磁温双控温成形装置及方法。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括压力注入缸、控温容框、磁敏可相变软材料、线圈、凹模和压边缸，控温容框和凹模由上至下设置，板材位于控温容框的下表面与凹模的上表面之间，板材的上表面、控温容框的下表面、控温容框的两个边框的内侧壁形成密闭的内腔，压力注入缸设置在控温容框的上表面上，压边缸的输出端与控温容框边框上的内腔连通，磁敏可相变软材料填充在内腔中，线圈套装在控温容框与凹模的外侧壁上。

本发明所述基于磁敏可相变软材料的金属板材磁温双控温成形方法具体步骤如下：

步骤一、将待成形板材夹持在凹模的上表面与控温容框的下表面之间；

步骤二、在内腔中填充磁敏可相变软材料，成形过程中，压力注入缸向内腔中施加压力；

步骤三、根据待成形板材的形状，确定整个成形过程中的工作温度t和磁场强度b与加载时间t的关系曲线；

步骤四、调节控温容框的温度使磁敏可相变软材料所在区域的温度发生变化，将线圈与直流电源连接通过调节电流使磁敏可相变软材料所在区域的磁场强度发生变化，并使待成形板材在磁敏可相变软材料磁温双控下成形出所需形状；

步骤五、将控温容框打开，将成形后的板材取出。

本发明的有益效果是：本发明利用在不同的外加温度场和磁场作用下，可分别对磁敏可相变软材料性能进行粗调和微调的特点，针对金属板材形状和结构的不同，以一定规律改变工作环境温度和外加磁场强度，使成形过程中磁敏可相变软材料适应成形过程而变化，最大限度的发挥金属材料本身的塑性变形能力，有效提高金属板材的成形极限。此外，采用磁敏可相变软材料可实现一个成形过程中传力介质物态的可调，从而充分发挥不同物态的传力介质的优势，如在成形初期温度较低，使磁敏可相变软材料接近于固态，对压边位置的密封有益；成形中期升高温度，将磁敏可相变软材料调整为半固态，有利于优化板材变形流动的控制；成形末期继续保持较高温度，使磁敏可相变软材料接近于液态，容易使板材贴模，提高成形精度，这样可以充分发挥不同物态传力介质的优势，并集中于同一成形过程中，提高零件的成形质量。采用磁敏可相变软材料作为金属板材温成形的传力介质，进一步拓宽金属板材温成形的应用领域，为难变形板材和复杂形状薄壁与超薄壁金属板材零件温成形等提供新的途径。

附图说明

图1是基于磁敏可相变软材料的金属板材磁温双控温成形初始状态时本发明整体结构示意图，图2是基于磁敏可相变软材料的金属板材磁温双控温成形第二状态时本发明的整体结构示意图，图3是基于磁敏可相变软材料的金属板材磁温双控温成形第三状态时本发明的整体结构示意图，图4是基于磁敏可相变软材料的金属板材磁温双控温成形完成时本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种基于磁敏可相变软材料的金属板材磁温双控温成形装置包括压力注入缸1、控温容框2、磁敏可相变软材料3、线圈4、凹模5和压边缸6，控温容框2和凹模5由上至下设置，板材位于控温容框2的下表面与凹模5的上表面之间，板材的上表面、控温容框2的下表面、控温容框2的两个边框的内侧壁形成密闭的内腔，压力注入缸1设置在控温容框2的上表面上，压边缸6的输出端与控温容框2边框上的内腔连通，磁敏可相变软材料3填充在内腔中，线圈4套装在控温容框2与凹模5的外侧壁上。

具体实施方式二：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种基于磁敏可相变软材料的金属板材磁温双控温成形装置的控温容框2和凹模5均是由无磁钢或奥氏体不锈钢制作的。其它组成及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至图4说明本实施方式，本实施方式所述利用具体实施方式一所述装置进行基于磁敏可相变软材料的金属板材磁温双控温成形方法的具体步骤为：

步骤一、将待成形板材夹持在凹模5的上表面与控温容框2的下表面之间；

步骤二、在内腔中填充磁敏可相变软材料3，成形过程中，压力注入缸1向内腔中施加压力；

步骤三、根据待成形板材的形状，确定整个成形过程中的工作温度t和磁场强度b与加载时间t的关系曲线；

步骤四、调节控温容框2的温度使磁敏可相变软材料3所在区域的温度发生变化，将线圈4与直流电源连接通过调节电流使磁敏可相变软材料3所在区域的磁场强度发生变化，并使待成形板材在磁敏可相变软材料3磁温双控下成形出所需形状；

步骤五、将控温容框2打开，将成形后的板材取出。

具体实施方式四：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种基于磁敏可相变软材料的金属板材磁温双控温成形方法的步骤一中的磁敏可相变软材料3是固体石蜡基磁流变塑性体或凡士林基磁流变塑性体。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种基于磁敏可相变软材料的金属板材磁温双控温成形方法的步骤四中磁敏可相变软材料3的物态和性能随环境温度的变化而发生较大变化，温度的调节范围为25～200℃，随磁场强度的变化而较细微变化，磁场强度的变化范围为0～1.0t。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

技术特征：

技术总结
一种基于磁敏可相变软材料的金属板材磁温双控温成形装置及方法，它涉及一种金属板材温成形装置及方法，具体涉及一种基于磁敏可相变软材料的金属板材磁温双控温成形装置及方法。本发明是为了解决现有金属板材温成形只能对成形温度进行调节，不能根据板材的形状对传力介质性能进行实时精确调控的问题。本发明的成形装置包括压力注入缸、控温容框、磁敏可相变软材料、线圈、凹模和压边缸，首先在控温容框内放置磁敏可相变软材料，通过调节控温容框的温度可以对磁敏可相变软材料的性能进行粗调，通过调节螺线管内的电流使磁敏可相变软材料所在区域的磁场强度发生变化，从而可以对磁敏可相变软材料的性能进行精调，并使待成形板材成形出所需形状。本发明适用于金属板材温成形领域。

技术研发人员：袁斌先;房娃
受保护的技术使用者：天津职业技术师范大学
技术研发日：2017.03.21
技术公布日：2017.07.04