[发明专利]一种板材成形柔性压边结构及调控方法

说明书

本发明属于机械工程领域，公开了一种板材成形柔性压边结构及调控方法，涉及的一种板材柔性压边结构，柔性压边机构主要是由半固态金属介质、介质活动腔、温度快速冷－热温度调节系统以及压力反馈机构组成。在板材成形过程中，半固态金属介质作为压边材料与板材接触并提供压边力，半固态金属介质受到板材挤压时，将作用压力传递至活动腔内的压力反馈机构，测得压力值与起皱临界值比较，根据半固态金属介质热力学本构关系确定介质活动腔的加热温度，对固态介质流动行为进行调整，改变板材压边力大小，实现柔性压边的效果，从而提高板材型面精度和成形质量。

技术领域

本发明属于机械工程领域，尤其涉及一种板材成形柔性压边结构及调控方法。

背景技术

目前，板材成形技术广泛用于航空航天、汽车及轨道交通等工程领域，板材成形曲面精度与成形质量在产品的服役时对能源消耗、噪音等因素具有重要影响。传统的板材冲压成形工艺采用刚性压边圈结构，当板材存在较大塑性变形量时，压边圈接触的板料与塑性变形区板料在形状上的差异逐渐增大，使材料流经成形过渡区的夹角减小，从而增加板料流动阻力，使成形件壁厚分布不均匀，降低产品质量。

针对上述情况，在板材成形过程中，为减小材料流动阻力，有效提高材料流动性，可从减小板材压边区板料形状与塑性变形区板料形状曲率，提高形状相似度的这一方面提出有效的解决思路。半固态金属介质是一种熔点较低的合金(一般是指低于300℃)，其物理特性可随温度变化而进行改变，利用这一特性可实现板材压边力的自适应调节。由于半固态金属介质具有良好的流动性及温度与流变性能的对应关系，在成形过程中半固态金属介质随着塑性区板料形状改变而产生相应的变形，使压边区板料产生一定弯曲变形，从而减小板材过渡区两侧的形状曲率，并结合对板材变形的临界起皱应力的理论分析，可根据实时测得的压边力值与临界起皱应力的比较结果做出压边力大小调节判断，进而对板材施加适合的压边力大小。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

传统的板材冲压成形工艺板材在成形过程中，压边区板料形状与塑性变形区板料形状出现差异过大，以及板材成形所需压边力与施加压边力载荷不匹配的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种板材成形柔性压边结构及调控方法。

本发明是这样实现的，一种板材成形柔性压边结构，包括：

端盖、快速冷－热温度调节系统、压力反馈机构、介质活动腔及半固态金属介质。

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，半固态金属介质可采用Sn-Bi低熔点合金；

所述快速冷－热温度调节系统，所述快速冷－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和降温，快速冷－热温度调节系统对半固态金属介质物理性质的改变起到至关重要的作用，通过升温和降温的方式控制柔性压边结构对板材施加压边载荷，节省了复杂的机械结构，且简化了控制系统，提高了柔性压边结构的应用范围。

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；

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

压力反馈机构作为压边载荷调节中载荷信息的接收系统，是快速冷－热温度调节系统控制半固态金属介质温度的依据，为成形提供压边载荷施加处载荷作用的实时信息，压力反馈机构具有结构简单、准确性高和成本低廉的优势。