[发明专利]一种变径管件磁流变弹性材料软模成形装置及方法

说明书

本发明提供一种变径管件磁流变弹性材料软模成形装置及方法，属于管材成形领域。该装置包括上模(3)、线圈(4)、下模(7)和柱塞(8)；上模(3)和下模(7)外侧布置有线圈(4)，上模(3)和下模(7)之间形成型腔，型腔内用于放置管坯(2)，管坯(2)内填充有非均质磁流变软模，非均质磁流变软模分为上部分、中间部分和下部分，中间部分对应管坯(2)的变径部分，上部分和下部分由Ⅰ型磁流变弹性材料(5)构成，中间部分由Ⅱ型磁流变弹性材料(6)构成，在外加磁场下Ⅰ型磁流变弹性材料(5)的流动应力小于Ⅱ型磁流变弹性材料(6)。本发明解决了成形变径管件时，管坯变径区顶点位置壁厚减薄过大，变径程度受限的问题。

技术领域

本发明涉及一种变径管件磁流变弹性材料软模成形装置及方法，属于管材成形技术领域。

背景技术

单位长度变径比较大的壳体零件是一种广泛应用于航空、航天和汽车等领域的典型零件，对于这类零件通常的成形方法是分体成形，然后组合焊接，零件的尺寸精度受每一分体成形工序的影响，质量控制困难，同时焊缝严重影响了零件的质量和性能，增加了制造成本。随着对变径零件的尺寸精度、表面质量和制造效率等的要求越来越高，现有的成形方法已经无法适应；并且其他一次性成形技术(如旋压成形)，在成形单位长度变径比较大零件时需多道次进行，对失稳和起皱的控制较为困难；而液压成形中所需控制参数较多，加载路径复杂，内部均布的压力不利于壁厚控制，限制了零件单位长度变径比的进一步提高(其中，单位长度变径比是指单位成形长度L上的变化的半径比值(R-r)/L，如图5所示，其中r为筒坯原始半径，R为变径之后筒坯半径，L为变形长度)。

发明内容

本发明的目的是提供一种变径管件磁流变弹性材料软模成形装置及方法，用以解决现有方法成形变径管件时，管坯变径区顶点位置壁厚减薄过大，变径程度受限的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种变径管件磁流变弹性材料软模成形装置，包括上模(3)、线圈(4)、下模(7)和柱塞(8)；上模(3)和下模(7)外侧布置有线圈(4)，上模(3)和下模(7)之间形成型腔，型腔内用于放置管坯(2)，管坯(2)内填充有非均质磁流变软模，所述非均质磁流变软模分为上部分、中间部分和下部分，中间部分对应管坯(2)的变径部分，非均质磁流变软模的上部分和下部分由Ⅰ型磁流变弹性材料(5)构成，中间部分由Ⅱ型磁流变弹性材料(6)构成，在外加磁场下Ⅰ型磁流变弹性材料(5)的流动应力小于Ⅱ型磁流变弹性材料(6)的流动应力。

该装置的有益效果是：采用非均质磁流变软模作为成形介质，非均质磁流变软模上、下部分的磁流变弹性材料的流动应力小于中间部分的磁流变弹性材料的流动应力；首先，在外加磁场下，非均质磁流变软模的中间部分和上、下部分具有不同的刚度和流动应力，其次，通过调节外加磁场的磁感应强度，可以使非均质磁流变软模的中间部分和上、下部分在管坯成形过程的不同阶段具有不同的刚度和流动应力，具有以下优点：(1)能够在管坯内表面产生非均匀压力，使变形区上下两端的管坯先变形，中心位置的管坯后变形，从而可以避免中心位置的管坯壁厚过度减薄，提高成形管件的壁厚均匀性，进而解决了成形变径管件时，管坯变径区顶点位置(即变形区中心位置的管坯)壁厚减薄过大，变径程度受限的问题；(2)可以保证材料向变形区有充分的流动，调节管坯不同位置材料的流动顺序，能够在管坯不同位置产生不同的压力值，使变形区上下两端的管坯受到的压力较大，中心位置的管坯受到的压力较小，解决管材零件成形过程中的精确控制问题，避免成形缺陷；(3)非均质磁流变软模的刚度可调，能够满足管坯成形过程的不同阶段对软模刚度的不同要求，提高软模的充填能力和管坯贴模力，降低成形管件的回弹，从而提升管件的成形精度。

为了实现软模的非均质特征，进一步地，所述Ⅰ型磁流变弹性材料(5)和Ⅱ型磁流变弹性材料(6)的弹性基体、弹性基体中磁性颗粒的大小、种类和含量至少有一个不同，使在外加磁场下Ⅰ型磁流变弹性材料(5)的流动应力小于Ⅱ型磁流变弹性材料(6)的流动应力。