【摘要】：板材軟模成形是一種在板材成形領(lǐng)域中發(fā)展較快的成形方法,其使用氣體、液體、粘性介質(zhì)或聚氨酯橡膠等作為傳力介質(zhì),對板材施加壓力并成形為需求的形狀,在復(fù)雜形狀零件的成形上具有一定的優(yōu)勢。對于不同類別的板材軟模成形工藝,軟模材料的差異決定了該方法所適合成形零件的材料及形狀結(jié)構(gòu)特點。對于一種板材軟模成形工藝,軟模材料的性能對零件的成形質(zhì)量具有很大的影響。不同變形階段板材的應(yīng)力狀態(tài)不同,對軟模材料也應(yīng)有不同的要求,傳統(tǒng)軟模成形方法中軟模材料性能是恒定的,如果軟模材料性能在成形過程中可以適應(yīng)于成形件變形過程應(yīng)力狀態(tài)的變化而變化,會有利于成形件的變形,提高其成形性。本文根據(jù)這一問題,采用智能材料——磁流變液作為成形軟模,通過施加外加磁場條件改變磁流變液的性能,調(diào)節(jié)磁流變液的傳力特性,控制成形過程的加載曲線,提高板材的成形性和零件的成形質(zhì)量。本文提出的板材磁流變液軟模成形新方法,拓寬了軟模材料的選擇范圍,實現(xiàn)了軟模材料性能在成形過程中的有效調(diào)控,為板材軟模成形的智能化控制提供了一種新的思路。首先,提出了板材磁流變液軟模成形新方法,使用磁流變液作為新型的成形軟模,通過調(diào)節(jié)外加磁場條件可實現(xiàn)軟模性能的適時調(diào)控。研制了板材磁流變液軟模成形試驗裝置,包括磁場產(chǎn)生裝置、力的加載裝置和數(shù)據(jù)采集分析部分。采用磁流變液擠壓試驗和有限元分析相結(jié)合的方法,獲得了適合于板材軟模成形過程的磁流變液的本構(gòu)關(guān)系曲線。隨著磁感應(yīng)強度和磁性粒子含量的增大,擠壓試驗中的脹形力也逐漸增大,磁流變液的本構(gòu)關(guān)系由線性關(guān)系向冪定律關(guān)系轉(zhuǎn)變。在相同應(yīng)變速率和磁感應(yīng)強度下,磁性粒子含量較高的磁流變液的應(yīng)力可增大數(shù)十倍。其次,在恒定磁場條件下對Al1060板材進行了磁流變液軟模脹形試驗,研究了磁流變液中磁性粒子含量、外加磁場條件對加載曲線、試件構(gòu)形及應(yīng)變分布的影響規(guī)律。結(jié)果表明,磁流變液中磁性粒子含量和磁感應(yīng)強度越大時,相同試驗條件下的脹形力也越大。當(dāng)磁性粒子含量較小時,試件的應(yīng)變和最大脹形高度隨著磁感應(yīng)強度的增大而增大。當(dāng)磁性粒子含量較高時,隨著磁感應(yīng)強度的增大,試件的最大厚向應(yīng)變和最大脹形高度先增大后減小。通過對板材磁流變液軟模脹形過程進行有限元分析,獲得了不同外加磁場條件下磁流變液的速度場及應(yīng)力場分布,進一步揭示了不同磁流變液性能影響試件構(gòu)形和應(yīng)變分布的原因。在通過改變加載速度調(diào)節(jié)加載路徑的傳統(tǒng)方式基礎(chǔ)上,本文提出了一種通過改變磁流變液軟模性能(本構(gòu)關(guān)系曲線)來調(diào)節(jié)成形壓力的新加載方式,在成形過程中同時改變加載速度和軟模性能,實現(xiàn)對加載路徑的雙重控制。調(diào)節(jié)外加磁場條件后,磁流變液的力學(xué)性能迅速發(fā)生改變,影響到與板材接觸面的摩擦潤滑條件及傳遞給板材的作用力,最終導(dǎo)致成形過程中板材的受力狀態(tài)出現(xiàn)差異。研究了Al1060-O板材在變化磁場條件下的脹形行為,通過改變外加磁場條件可有效改變脹形過程中的加載路徑。使用磁性粒子含量更高的磁流變液時,不同外加磁場條件對加載曲線的影響更加顯著。對比脹形前期改變加載路徑,在脹形后期改變外加磁場條件對加載路徑的影響更大。不同的加載路徑會導(dǎo)致試件的應(yīng)力應(yīng)變分布和構(gòu)形出現(xiàn)明顯的差別。當(dāng)采用磁性粒子含量為43%的磁流變液成形厚度為0.42mm試件時,外加磁場條件為0-0.13T時的試件比外加磁場條件為0.13T-0時的情況下最大脹形高度提高了5.18%,最大厚向應(yīng)變提高了8.48%。最后,采用不同的橢圓模對兩種厚度的Al1060-O板材進行了恒定磁場和變化磁場條件下的磁流變液軟模脹形試驗,獲得了不同試驗條件下的Al1060-O板材的成形極限。建立了考慮外加磁場條件影響的成形極限圖,可以直觀的反映磁流變液軟模性能對板材成形性的影響。磁流變液的性能對板材成形極限的影響存在一個優(yōu)化值,合適的磁流變液性能能夠提高板材的成形極限。當(dāng)磁流變液中磁性粒子的含量較小時(如30%),較高磁感應(yīng)強度下磁流變液的性能有利于成形極限的提高,當(dāng)磁流變液中磁性粒子的含量較大(如43%),磁感應(yīng)強度較小時,磁流變液的性能有利于成形極限的提高。當(dāng)磁感應(yīng)強度增加到一定程度時,磁流變液的性能趨近于固態(tài),不利于板材成形性的發(fā)揮。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG306

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本文編號：2499029