[发明专利]一种基于磁流变弹性体的板材软模成形装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种板材类软模成形装置及方法，具体涉及一种基于磁流变弹性体的板材软模成形装置及方法。

背景技术

橡胶软模成形（包括聚氨酯橡胶成形）是一种应用较为广泛的软模成形工艺。硅橡胶及聚氨酯橡胶具备一系列优良的物理机械性能，如硬度范围大、弹性优良、强度高等特点，特别适合作为成形软模。采用不同的材料成分及加工方法，可以获得不同性能的橡胶。其中，弹性模量对于冲压成形中板材的成形性能和零件的成形质量有重要的影响。

目前，橡胶软模成形都是根据零件的材料特性和形状特点，采用不同弹性模量的硅橡胶或聚氨酯橡胶，最终成形出合格的零件。然而，板材在成形过程中的变形方式、应力状态会有较大的不同，成形初期一般需要板材能够较为充分地流入型腔，此时需要橡胶的弹性模量较大，即保持较“硬”的状态；成形后期一般需要板材充分贴模，对于局部小半径曲面成形需要较高的压力，要求橡胶流动性好，能更好的填充型腔，通常需要橡胶的弹性模量较小，即保持较“软”的状态。但是，目前在同一成形过程中，橡胶的性能，尤其是弹性模量不能改变，不能使橡胶的性能适应成形过程的变化，这就阻碍了板材的塑性潜力的发挥和成形零件质量的进一步提升。如果在同一成形过程中，能够改变橡胶的性能（包括弹性模量），那么将优化对板坯料变形流动的控制，进一步拓宽橡胶成形的应用范围，提高板材的成形能力和零件的成形质量。

新材料的发展为解决橡胶软模成形中的上述问题提供了可能。磁流变弹性体(Magnetorheological elastomer)是一种极具发展潜力的新型智能材料，是将微米尺度的铁磁性颗粒掺入到高分子聚合物中，在磁场环境下固化，从而基体内的颗粒具有链或柱状结构，在外加磁场作用下，磁流变弹性体的性能（包括弹性模量）会发生较大的变化。它具有可控性、可逆性、响应迅速、稳定性好等优点。目前，国内外科研工作者正致力于磁流变弹性体在汽车、火车、舰船等运载工具的减振降噪方面的应用。其中，以硅橡胶为基地的磁流变弹性体和以聚氨酯橡胶为基地的磁流变弹性体是两种应用较为广泛的磁流变弹性体。两种磁流变弹性体的弹性模量可随外加磁场强度的变化而变化，因此可以实现改变橡胶软模成形中橡胶性能的目的。

发明内容

本发明的目的是为解决已有的橡胶软模成形过程中，无法改变橡胶性能的问题，而提供一种基于磁流变弹性体的板材软模成形装置及方法。

本发明的是通过以下技术方案来实现的：

装置：所述装置包括柱塞、线圈、容框、磁流变弹性体和凹模，所述凹模的上端面设有凹模腔，容框与凹模上、下正对设置，容框套装在柱塞外部，且柱塞的头部位于容框的内腔中，磁流变弹性体填充在柱塞的下表面与容框内壁组成的内腔中，线圈套装在容框与凹模的外侧壁上。

方法：所述方法是通过以下步骤实现的：

步骤一、将待成形板材置于容框的下表面与凹模的上表面之间，且将待成形板材夹紧；

步骤二、根据待成形板材的形状和成形各阶段需要的磁流变弹性体的弹性模量大小来确定工作区域磁场强度B，

B≈μ₀nI

式中μ₀——真空磁导率，n——单位长度线圈匝数，I——电流，

磁场强度B不能超过磁流变弹性体的磁饱和强度；

步骤三、将线圈与直流电源连接，通过调节电流使磁流变弹性体所在区域的磁场强度发生变化，并使待成形板材在磁流变弹性体的合适弹性模量下成形出所需的形状；

步骤四、将柱塞和容框从凹模上部移开，将成形后的零件取出，即完成一个成形过程。

本发明具有以下有益效果：

一、本发明使用一种新型的磁流变弹性体，它是包含铁磁性粒子并经过磁场预处理的以硅橡胶或聚氨酯橡胶等为基的高分子聚合物。不同的外磁场强度下，磁流变弹性体的弹性模量发生改变，即磁流变弹性体的“软硬”程度发生改变。针对板材成形性及成形零件形状及结构的不同，改变通过线圈的电流值，使工作区域的磁场保持一定范围，使成形过程中磁流变弹性体的弹性模量保持合适的数值，即使磁流变弹性体保持合适的“软硬”程度，实现针对不同板材的成形。本专利提出的基于磁流变弹性体的板材软模成形装置及方法，即是利用磁流变弹性体在外加磁场作用下弹性模量发生变化的特性，针对零件的材料、形状及结构的不同，调节磁流变弹性体的弹性模量，使板材在弹性体合适的弹性模量下成形出所需要的形状。