[发明专利]磁致介质加压的板材充液拉深成形装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用磁性介质提高板材拉深成形极限的加工装置及方法。属于充液拉深技术领域。

背景技术

板材成形是一种金属空心构件加工及制造所广泛应用的技术手段，也是武器装备发展过程中的重要环节，更是衡量国家军事科技发展水平的关键组成部分之一。目前，板材成形技术在航空航天、汽车、兵器及造船业等领域中均占有非常显著的地位。据不完全统计，板材零件在航空工业的用量分别为战斗机中超过1万件/架，轰炸机达4万件/架以上，大型运输机和干线客机中达6万件/架之多，占整架飞机零件总数量的50％，加工时间占总耗时的20％左右，由此可知，板材零件对飞机的制造周期及成本均有着重要影响。

随着节能减排需求的日益突出，采用铝合金、镁合金等轻质结构材料成为实现轻量化的首选途径之一。但铝合金等轻质材料的硬化指数n值、各向异性指数r值均较小且室温成形性能和塑性较差，这一突出矛盾成为其加工成形的技术瓶颈。板材液压成形就是顺应这种需求而发展起来的一种先进柔性加工方法，不仅能够提高板材成形极限、减少成形道次，更易于铝合金等低塑性、难成形的轻质板材零件制造。

板材充液拉深主要是依靠液室压力作用来增加板材与凸模之间的有益摩擦，并建立起坯料与凹模之间的流体润滑，缓解凸模圆角处坯料径向拉应力来提高板材的成形极限。而对于高径比大、轻质低塑性材料的曲面零件而言，过大的液室压力会导致成形初期悬空区的破裂，因此，单纯通过增大液室压力来实现此类零件的成形仍较为困难。如采用多道次充液拉深成形对零件质量造成累积影响且周期长、废品率也较高。进入二十世纪90年代，可控径向加压充液拉深、正反加压充液拉深、充液反拉深、差温充液拉深、变薄充液拉深等技术不断涌现并使零件的成形极限得到有效提高。但上述方法在生产实践中鲜有应用，原因在于：如可控径向加压充液拉深和正反加压充液拉深均是在现有充液拉深技术基础上，在法兰区部位或板料上侧辅以独立可控的径向压力或背压力来配合凸模的拉深成形，所涉及的多种工艺条件耦合匹配控制的难度要求大且因板厚值相对较小，可控径向加压充液拉深时径向压力的作用面积受到限制；充液反拉深则需增加预成形工序且壁厚均匀程度难以得到保证；差温充液拉深的装置结构复杂且效率较低；变薄充液拉深的工艺要求较高等，上述工艺技术对生产效率不高的板材液压成形技术而言，增加了工装制造的难度及繁琐的中间处理工序。

因此说，传统板材充液拉深成形的传力介质主要为乳化液和水的混合物且为了实现法兰区处的溢流润滑效果常采用无密封结构形式。但随着成形过程的进行，溢流压力逐渐低于液室腔内压力，进而使板材在法兰部位易出现环向起皱缺陷且法兰区处板材易增厚，引起成形后板件不同部位尺寸和性能的差异较大，变形不均匀性也随之增加，室温成形极限也较低。

发明内容

本发明为了解决传统板材充液拉深成形中为实现溢流润滑而不使用密封圈时导致法兰区(压边圈与凹模之间间隙)溢流压力减小而产生起皱及变形均匀性差等技术问题，进而提供了磁致介质加压的板材充液拉深成形装置及方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种磁致介质加压的板材充液拉深成形装置，所述装置包括凸模、凹模、压边圈、下柱塞、第一线圈、第二线圈和磁控单元；压边圈位于凹模之上，凹模与下柱塞所形成的封闭的液室腔用于容纳磁致介质，凸模可穿过压边圈带动板坯下行进入凹模与下柱塞所形成的封闭的液室腔内，第一线圈设置在凹模与压边圈所形成的法兰区外侧周围，第二线圈设置在下柱塞的拉杆上，磁控单元用于控制第一线圈、第二线圈所产生的磁场大小，进而分别控制法兰区内磁致介质的粘度、液室腔内磁致介质的粘度。

一种利用上述成形装置的磁致介质加压的板材充液拉深成形方法，所述方法是按照以下步骤实现的；