[发明专利]一种热塑性玻璃纤维增强铝合金层板的成形装置与方法

说明书

技术领域

本发明属于金属基复合材料加工成型领域，具体涉及一种热塑性玻璃纤维增强铝合金层板的成形方法。

背景技术

纤维增强金属层板（Fibre Reinforced Metal Laminates，FRML）是一种特殊的金属基复合材料，由金属合金薄板与纤维/树脂铺层采用胶接技术交替层压而成。纤维层板具有优异的综合性能，而玻璃纤维增强铝合金层板是目前使用较多的一种。它既有金属材料较高的比强度、比刚度以及良好的塑性、断裂性能、抗冲击性能等优点，又保留了纤维增强材料良好的耐疲劳性能，并且质量相对较轻，符合未来轻量化的发展方向。此外，纤维增强金属层板还具有良好的隔音和吸收噪声的能力，用于汽车工业可以有效降低噪声，提高舒适性。玻璃纤维增强型热塑性塑料（GMT）材料以热塑性树脂为基体，以玻璃纤维毡为增强骨架的复合材料。一般可以生产出片材半成品，然后直接加工成所需要的形状的产品。热塑性玻璃纤维塑料可以作为金属层板的增强基，并且热塑性的纤维增强金属层板（FML）较热固性的层板（FML）有更好的冲击特性。但是由于传统的成形工艺如层压工艺，成形过程步骤较多，投资大，效率低，不适合批量生产。所以有学者将冲压技术引入复合材料的成形，但是也存在一些问题。室温时，纤维增强层塑性大都比较差,使用冲压的方法对其成形时容易出现脆性破坏等失效，导致加工困难;提高温度冲压时，板件的回弹又会比较明显。因此性能优越的纤维增强金属层板只被应用于航空航天和军工等高技术领域。

电磁成形是利用磁场力使金属坯料变形的高速率成形技术。因为电磁成形技术的高能量密度特性，使得工件变形时表现出爆炸成形的超塑性。因此,它可以显著提高金属的成形极限，而且成形部分金属受力均匀，不易发生破裂等成形缺陷。高应变率特性能使金属快速贴模，金属的回弹量一般都比较小甚至无回弹。所以使用电磁成形技术并对热塑性的玻璃纤维增强金属层板进行成形并适当的预热，能够有效提高纤维增强金属层板成形性能，解决现有成形技术中脆性破坏的问题，并且能够有效避免回弹，提高板材成形的尺寸精度。此成形方法还可以轻松完成圆孔翻边以及异形孔翻边等操作，有效的提高了材料的装配性能。如发明专利申请号为201310355871.0的一种钛合金薄壁壳体的成形方法虽然解决了薄板板件成形时的回弹问题但没有加热装置不能对板件进行预热不适合热塑性玻璃纤维增强铝合金层板的加工；如发明专利申请号为200910062979.4的镁合金板材温热成形方法能提高材料的成形性但加热效率低并且不够均匀也不能控制冷却时的速率，所以在加工热塑性玻璃纤维增强铝合金层板时会导致加工缺陷和层间的开裂。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术存在的不足，为热塑性玻璃纤维增强铝合金层板的成形提供一种热塑性玻璃纤维增强铝合金层板的成形装置与方法。

本发明的技术方案是提供一种热塑性玻璃纤维增强铝合金层板的成形装置，其特征在于：包括密封压边圈，放电线圈，线圈骨架，螺栓，下压板，底座，电阻丝，上压板，液压缸，其中，螺栓和上压板的底部采用焊接的方式连接，液压缸使用螺栓连接固定于上压板之上，液压缸的工作臂穿过上压板的中心孔向下延伸，液压缸的工作臂下端与密封压边圈固连，并且工作臂上焊接有行程限位块；在密封压边圈的侧壁上开有排气孔；

底座固定于下压板的圆形凹槽内，为保证连接强度可在凹槽内涂一层胶黏剂，也便于以后的拆装；所述密封压边圈的凹槽深度大于热塑性玻璃纤维增强铝合金层板的变形厚度，从而起到密封加热和压边的双重作用；

在热塑性玻璃纤维增强铝合金层板定位之后，打开电源，利用电阻丝对热塑性玻璃纤维增强铝合金层板进行加热，直到温度稳定在预设温度；

对成形装置的储能电容进行充电，当储能电容的电压达到成形电压后，对放电线圈进行放电，热塑性玻璃纤维增强铝合金层板在放电线圈产生电磁力的作用下发生变形。

进一步地，本发明还提供了一种利用热塑性玻璃纤维增强铝合金层板的成形装置进行材料成形的方法，其特征在于：

步骤1、将热塑性玻璃纤维增强铝合金层板固定在底座上，然后将密封压边圈置于底座的凹槽内，并用液压缸对密封压边圈施加适当的压力，以对热塑性玻璃纤维增强铝合金层板产生适当的压边力；

步骤2、将密封压边圈内的电阻丝通电，对热塑性玻璃纤维增强铝合金层板进行均匀加热；

步骤3、对热塑性玻璃纤维增强铝合金层板进行预设时间和温度的保温，在加热到预设温度以后，对热塑性玻璃纤维增强铝合金层板进行一定时间的保温，以使各部分加热均匀；