本發(fā)明屬于漸進(jìn)成形輔助加工，具體涉及一種基于磁流變彈性體輔助支撐的漸進(jìn)成形裝置與方法。

背景技術(shù)：

1、板材漸進(jìn)成形工藝是基于快速原型制造技術(shù)的分層制造思想，通過控制工具頭在三維空間內(nèi)沿等高線層的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)零件的加工成形。依據(jù)底部有無模具支撐可分為正成形和負(fù)成形。在傳統(tǒng)負(fù)成形過程中，板料背面懸空，僅依靠工具頭和板料之間的擠壓作用對(duì)板料進(jìn)行無約束成形，由于局部應(yīng)力過大造成應(yīng)變集中，板料易發(fā)生失穩(wěn)、回彈、牽連變形等缺陷，嚴(yán)重影響成形極限、精度及表面質(zhì)量等方面。

2、現(xiàn)有的漸進(jìn)成形輔助支撐方法主要有液壓輔助支撐成形、真空輔助支撐成形以及在板料下方安裝隨動(dòng)支撐與多點(diǎn)支撐裝置等。以上輔助支撐方法雖能有效提高零件的成形性能，但由于外部裝置裝配要求較高、部分缺少硬性凹凸變化支撐，以及無法嚴(yán)格控制成形腔體內(nèi)的密封效果，在成形復(fù)雜變曲率曲面上有一定的局限性。并且現(xiàn)有的底部支撐裝置多因支撐系統(tǒng)柔性較差，只能針對(duì)特定尺寸、形狀與特定材料進(jìn)行輔助成形。因此，目前缺少一種具有柔性高、適用加工范圍廣且操作簡便的漸進(jìn)成形輔助支撐方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出了一種基于磁流變彈性體輔助支撐的漸進(jìn)成形裝置與方法。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一種基于磁流變彈性體輔助支撐的漸進(jìn)成形裝置，包括成形工具頭1、裝夾壓板3、磁流變彈性支撐體2、磁場(chǎng)發(fā)生單元5及其控制器、可拆卸底座模具6，所述成形工具頭1位于板材上方，所述的裝夾壓板3位于板材的上方的邊緣位置，用于將板材固定在底座模具6上，所述的底座模具6內(nèi)部容納磁流變彈性支撐體2，板材裝夾后緊貼在磁流變彈性支撐體2的表面；所述的底座模具6的周邊設(shè)置有多個(gè)圓柱形空槽，以放置用于對(duì)磁流變彈性體2產(chǎn)生作用的磁場(chǎng)發(fā)生單元5，磁場(chǎng)發(fā)生單元5在控制器的控制下改變磁場(chǎng)進(jìn)而改變磁流變彈性支撐體2的剪切模量起到對(duì)成形板材底面的支撐作用。

4、所述的基于磁流變彈性體輔助支撐的漸進(jìn)成形裝置，磁場(chǎng)發(fā)生單元(5)包括四個(gè)電磁鐵對(duì)：第一電磁鐵(7)和第二電磁鐵(10)、第三電磁鐵(14)和第四電磁鐵(11)、第五電磁鐵(8)和第六電磁鐵(13)、第七電磁鐵(9)和第八電磁鐵(12)，每一對(duì)電磁鐵之間在通電后會(huì)產(chǎn)生一定大小的磁場(chǎng)。

5、所述的基于磁流變彈性體輔助支撐的漸進(jìn)成形裝置，所述的底座模具為正方形結(jié)構(gòu)，每個(gè)側(cè)邊設(shè)置兩個(gè)圓柱形空槽，一共設(shè)置有八個(gè)圓柱形空槽，用于放置所述四個(gè)電磁鐵對(duì)，每一個(gè)電磁鐵對(duì)中的兩個(gè)電磁鐵分別設(shè)置在底座模具的兩個(gè)對(duì)邊，且兩個(gè)電磁鐵位置對(duì)應(yīng)。

6、所述的基于磁流變彈性體輔助支撐的漸進(jìn)成形裝置，每一個(gè)電磁鐵包括線圈15、極柱16、極頭17，電磁鐵在通入直流電源后，通電的線圈15可以產(chǎn)生一定大小的磁場(chǎng)，極柱16在外部線圈15的作用下，極柱16內(nèi)部的鐵磁性金屬原子重新按照一定順序規(guī)則排列產(chǎn)生磁性，在每一對(duì)電磁鐵的兩個(gè)極頭17之間形成磁場(chǎng)。

7、所述的基于磁流變彈性體輔助支撐的漸進(jìn)成形裝置，通過控制通過線圈15的電流大小，每一對(duì)電磁鐵的兩個(gè)極頭17之間的氣隙中可以形成可控的高強(qiáng)度磁場(chǎng)。

8、所述的基于磁流變彈性體輔助支撐的漸進(jìn)成形裝置，控制器控制感應(yīng)電流變化的方法為：根據(jù)仿真結(jié)果預(yù)測(cè)金屬板材在不同支撐力下的成形質(zhì)量，建立磁流變彈性體輔助支撐漸進(jìn)成形最優(yōu)成形質(zhì)量下加工深度z與支撐力之間的關(guān)系，進(jìn)而可以通過彈性體剛度變化產(chǎn)生的支撐力f與感應(yīng)電流i之間的關(guān)系得到加工深度z與感應(yīng)電流i之間的關(guān)系：

9、

10、f＝ki+m,(k＞0)；

11、

12、一種基于磁流變彈性體輔助支撐的漸進(jìn)成形方法，基于任一所述的基于磁流變彈性體輔助支撐的漸進(jìn)成形裝置，包括以下步驟：

13、(1)對(duì)磁場(chǎng)發(fā)生單元電磁線圈通電，用裝夾壓板與底座模具夾緊板材；

14、(2)對(duì)目標(biāo)待加工零件進(jìn)行加工軌跡編程，將成形軌跡輸入到磁場(chǎng)發(fā)生單元結(jié)構(gòu)外接控制器內(nèi)；

15、(3)打開成形工具頭控制開關(guān)，通過程序控制成形工具頭沿著預(yù)設(shè)軌跡進(jìn)行逐層加工，在底部磁流變彈性體的支撐作用下，可實(shí)現(xiàn)同一板材件的整體和局部凹凸多變化大角度的三維曲面成形。

16、(4)隨著加工的深度，控制器根據(jù)程序軌跡參數(shù)z值的變化控制磁場(chǎng)線圈的感應(yīng)電流的大小，進(jìn)而通過調(diào)整磁場(chǎng)大小改變磁流變彈性體對(duì)板料的支撐力大小，最終達(dá)到所需較大角度成形極限，形成所需的復(fù)雜曲面件；

17、所述的方法，工具頭與底部支撐對(duì)板料的力施加作用始終保持一致，板料擠壓狀態(tài)恒定。

18、所述的方法，工具頭加工每下降一層高度，磁場(chǎng)線圈同時(shí)相應(yīng)的改變感應(yīng)電流大小，進(jìn)而相應(yīng)降低磁流變彈性體對(duì)板料的支撐力，確保板料在成形極限范圍內(nèi)不因受力不均衡而應(yīng)力過度集中導(dǎo)致失效破裂。

19、本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：本發(fā)明提出了一種通過磁流變彈性支撐體提高漸進(jìn)成形工件成形精度的方法，即通過磁流變彈性體對(duì)板材下方施加支撐力效果，從而減少成形件的回彈與牽連變形，提高零件的成形性能。并且實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)變化進(jìn)而控制磁流變彈性體的彈性，保證了支撐力的安全范圍，確保深度較大的零件順利成形，有效擴(kuò)大可成形范圍。

技術(shù)特征：

1.一種基于磁流變彈性體輔助支撐的漸進(jìn)成形裝置，其特征在于，包括成形工具頭(1)、裝夾壓板(3)、磁流變彈性支撐體(2)、磁場(chǎng)發(fā)生單元(5)及其控制器、可拆卸底座模具(6)，所述成形工具頭(1)位于板材上方，所述的裝夾壓板(3)位于板材的上方的邊緣位置，用于將板材固定在底座模具(6)上，所述的底座模具(6)內(nèi)部容納磁流變彈性支撐體(2)，板材裝夾后緊貼在磁流變彈性支撐體(2)的表面；所述的底座模具(6)的周邊設(shè)置有多個(gè)圓柱形空槽，以放置用于對(duì)磁流變彈性體(2)產(chǎn)生作用的磁場(chǎng)發(fā)生單元(5)，磁場(chǎng)發(fā)生單元(5)在控制器的控制下改變磁場(chǎng)進(jìn)而改變磁流變彈性支撐體(2)的剪切模量起到對(duì)成形板材底面的支撐作用。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁流變彈性體輔助支撐的漸進(jìn)成形裝置，其特征在于，磁場(chǎng)發(fā)生單元(5)包括四個(gè)電磁鐵對(duì)：第一電磁鐵(7)和第二電磁鐵(10)、第三電磁鐵(14)和第四電磁鐵(11)、第五電磁鐵(8)和第六電磁鐵(13)、第七電磁鐵(9)和第八電磁鐵(12)，每一對(duì)電磁鐵之間在通電后會(huì)產(chǎn)生一定大小的磁場(chǎng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于磁流變彈性體輔助支撐的漸進(jìn)成形裝置，其特征在于，所述的底座模具為正方形結(jié)構(gòu)，每個(gè)側(cè)邊設(shè)置兩個(gè)圓柱形空槽，一共設(shè)置有八個(gè)圓柱形空槽，用于放置所述四個(gè)電磁鐵對(duì)，每一個(gè)電磁鐵對(duì)中的兩個(gè)電磁鐵分別設(shè)置在底座模具的兩個(gè)對(duì)邊，且兩個(gè)電磁鐵位置對(duì)應(yīng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于磁流變彈性體輔助支撐的漸進(jìn)成形裝置，其特征在于，每一個(gè)電磁鐵包括線圈(15)、極柱(16)、極頭(17)，電磁鐵在通入直流電源后，通電的線圈(15)可以產(chǎn)生一定大小的磁場(chǎng)，極柱(16)在外部線圈(15)的作用下，極柱(16)內(nèi)部的鐵磁性金屬原子重新按照一定順序規(guī)則排列產(chǎn)生磁性，在每一對(duì)電磁鐵的兩個(gè)極頭(17)之間形成磁場(chǎng)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于磁流變彈性體輔助支撐的漸進(jìn)成形裝置，其特征在于，通過控制通過線圈(15)的電流大小，每一對(duì)電磁鐵的兩個(gè)極頭(17)之間的氣隙中可以形成可控的高強(qiáng)度磁場(chǎng)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁流變彈性體輔助支撐的漸進(jìn)成形裝置，其特征在于，控制器控制感應(yīng)電流變化的方法為：根據(jù)仿真結(jié)果預(yù)測(cè)金屬板材在不同支撐力下的成形質(zhì)量，建立磁流變彈性體輔助支撐漸進(jìn)成形最優(yōu)成形質(zhì)量下加工深度z與支撐力之間的關(guān)系，進(jìn)而可以通過彈性體剛度變化產(chǎn)生的支撐力f與感應(yīng)電流i之間的關(guān)系得到加工深度z與感應(yīng)電流i之間的關(guān)系：

7.一種基于磁流變彈性體輔助支撐的漸進(jìn)成形方法，基于權(quán)利要求1-6任一所述的基于磁流變彈性體輔助支撐的漸進(jìn)成形裝置，其特征在于，包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，工具頭與底部支撐對(duì)板料的力施加作用始終保持一致，板料擠壓狀態(tài)恒定。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，工具頭加工每下降一層高度，磁場(chǎng)線圈同時(shí)相應(yīng)的改變感應(yīng)電流大小，進(jìn)而相應(yīng)降低磁流變彈性體對(duì)板料的支撐力，確保板料在成形極限范圍內(nèi)不因受力不均衡而應(yīng)力過度集中導(dǎo)致失效破裂。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于磁流變彈性體輔助支撐的漸進(jìn)成形裝置與方法，包括成形工具頭、裝夾壓板、磁流變彈性支撐體、磁場(chǎng)發(fā)生單元及其控制器、可拆卸底座模具，所述的底座模具內(nèi)部容納磁流變彈性支撐體，板材裝夾后緊貼在磁流變彈性支撐體的表面；所述的底座模具的周邊設(shè)置有多個(gè)圓柱形空槽，以放置用于對(duì)磁流變彈性體產(chǎn)生作用的磁場(chǎng)發(fā)生單元，磁場(chǎng)發(fā)生單元在控制器的控制下改變磁場(chǎng)進(jìn)而改變磁流變彈性支撐體的剪切模量起到對(duì)成形板材底面的支撐作用。本發(fā)明提出了一種通過磁流變彈性支撐體提高漸進(jìn)成形工件成形精度的方法，即通過磁流變彈性體對(duì)板材下方施加支撐力效果，從而減少成形件的回彈與牽連變形，提高零件的成形性能。

技術(shù)研發(fā)人員：郭訓(xùn)忠,崔紫薇,湯煜哲,劉春梅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10