[发明专利]一种板材成形柔性压边结构及调控方法

权利要求书

1.一种板材成形柔性压边结构，其特征在于，所述板材成形柔性压边结构包括：

端盖，用于防止挤出腔内的半固态金属介质溢流到腔体外部，同时为挤出腔提供一定背压；

快速冷－热温度调节系统，包括冷却管路、加热丝、保温层、温度传感器，用于对所述半固态金属介质进行加热；冷却管路与加热丝交替排布固定在介质活动腔筒壁外侧，保温层包裹在冷却管路和加热丝，保温层起到减少介质活动腔内部热量向外部环境的热量辐射；

压力反馈机构固定在背压腔与溢流孔交界凸缘的底部，半固态金属汇入到溢流孔处，使压力反馈机构产生挤压力值；

介质活动腔，具有挤出腔、溢流孔及背压腔，半固态金属介质从背压腔流动经过溢流孔，流向挤出腔；介质活动腔体内填充半固态金属介质，作为压边力载荷的传递介质。

2.如权利要求1所述板材成形柔性压边结构，其特征在于，所述加热丝与冷却管路单排或双排的螺旋交替盘绕在所述介质活动腔体的外壁，将热量通过所述介质活动腔体传递给所述半固态金属介质，并调节活动腔内的所述半固态金属介质的温度场。

3.如权利要求1所述板材成形柔性压边结构，其特征在于，快速冷－热温度调节系统装置对所述半固态金属介质进行加热，所述半固态金属介质实时所需加热温度是由柔性压边结构中压力反馈机构测得的压边力值，再经过半固态材料的热－力本构关系计算求得快速冷－热温度调节系统的温度，

所述半固态金属的热－力本构关系为其中应变速率，Q变形激活能，R理想气体常数，T温度，σ应力，n硬化指数。

4.一种实施如权利要求1-3任意一项所述板材成形柔性压边结构的调控方法，其特征在于，所述板材成形柔性压边结构的调控方法包括：

所述压边力反馈机构测得的压边力载荷，结合半固态金属介质的热力本构模型与临界压边力的理论计算方法，P_LMA临界压边力；R_D最大压边范围；r最小压边范围；t板材厚度；μ摩擦系数；σ_r径向应力；σ_θ周向应力。将所需温度值发送指令给快速冷－热温度调节系统，调节板材柔性压边结构的温度，控制半固态金属的流变状态，从而控制板材压边力。

5.如权利要求4所述板材成形柔性压边结构的调控方法，其特征在于，所述板材柔性压边结构的调节过程具体包括：

步骤一：上、下压边结构将板材固定，根据板材大小及厚度，所述冷却管路和所述加热丝保持工作状态，将上、下压边结构的所有柔性压边结构调整成具有相同温度T0，上、下柔性压边机构通过压力装置提供载荷予板材施加一定的压边力；

步骤二：开始成形时，柔性压边结构内部根据内置的压力反馈机构，将各处的压边力值大小传递应力调节分析系统中，分析系统会根据反馈压力计算出柔性压边结构所需温度，通过快速冷－热温度调节系统控制温度场；

步骤三：压边力反馈的计算过程；

步骤四：利用温度场调整压边载荷的过程。

6.如权利要求4所述板材成形柔性压边结构的调控方法，其特征在于，所述反馈压力计算方法采用薄膜弯曲的能量计算公式，结合板材弯曲变形塑性理论解析计算方法计算板材的临界起皱应力，所述能量计算公式为：

ΔT^P＝ΔU_b+ΔU_bh

其中，ΔT^P表示薄膜力所做的功；ΔU_b表示弯曲应变能；ΔU_bh表示压边力所做的功，基于上述公式可计算求得板材的临界起皱应力。

7.如权利要求4所述板材成形柔性压边结构的调控方法，其特征在于，所述降低所述位置材料的压边载荷的具体过程为：

提高介质活动腔温度，所述加热丝温度通过间歇加热保持恒定值T0，通过将实际压边力反馈值与半固态金属介质理论模型计算得到的临界起皱应力值进行比较，结合半固态金属介质的热－力学本构关系反演得出温度值，所述冷却管路基于上述反演得出的温度值将冷却管路内冷却液的流速降低至V1，使活动腔内的半固态金属介质保持恒定温度T1，且T1＞T0，从而使半固态金属介质流动性增加，降低板材受到的压边载荷。