Al1060板材磁流变液软模成形工艺及成形极限研究

发布时间：2019-06-14 02:32

【摘要】：板材软模成形是一种在板材成形领域中发展较快的成形方法,其使用气体、液体、粘性介质或聚氨酯橡胶等作为传力介质,对板材施加压力并成形为需求的形状,在复杂形状零件的成形上具有一定的优势。对于不同类别的板材软模成形工艺,软模材料的差异决定了该方法所适合成形零件的材料及形状结构特点。对于一种板材软模成形工艺,软模材料的性能对零件的成形质量具有很大的影响。不同变形阶段板材的应力状态不同,对软模材料也应有不同的要求,传统软模成形方法中软模材料性能是恒定的,如果软模材料性能在成形过程中可以适应于成形件变形过程应力状态的变化而变化,会有利于成形件的变形,提高其成形性。本文根据这一问题,采用智能材料——磁流变液作为成形软模,通过施加外加磁场条件改变磁流变液的性能,调节磁流变液的传力特性,控制成形过程的加载曲线,提高板材的成形性和零件的成形质量。本文提出的板材磁流变液软模成形新方法,拓宽了软模材料的选择范围,实现了软模材料性能在成形过程中的有效调控,为板材软模成形的智能化控制提供了一种新的思路。首先,提出了板材磁流变液软模成形新方法,使用磁流变液作为新型的成形软模,通过调节外加磁场条件可实现软模性能的适时调控。研制了板材磁流变液软模成形试验装置,包括磁场产生装置、力的加载装置和数据采集分析部分。采用磁流变液挤压试验和有限元分析相结合的方法,获得了适合于板材软模成形过程的磁流变液的本构关系曲线。随着磁感应强度和磁性粒子含量的增大,挤压试验中的胀形力也逐渐增大,磁流变液的本构关系由线性关系向幂定律关系转变。在相同应变速率和磁感应强度下,磁性粒子含量较高的磁流变液的应力可增大数十倍。其次,在恒定磁场条件下对Al1060板材进行了磁流变液软模胀形试验,研究了磁流变液中磁性粒子含量、外加磁场条件对加载曲线、试件构形及应变分布的影响规律。结果表明,磁流变液中磁性粒子含量和磁感应强度越大时,相同试验条件下的胀形力也越大。当磁性粒子含量较小时,试件的应变和最大胀形高度随着磁感应强度的增大而增大。当磁性粒子含量较高时,随着磁感应强度的增大,试件的最大厚向应变和最大胀形高度先增大后减小。通过对板材磁流变液软模胀形过程进行有限元分析,获得了不同外加磁场条件下磁流变液的速度场及应力场分布,进一步揭示了不同磁流变液性能影响试件构形和应变分布的原因。在通过改变加载速度调节加载路径的传统方式基础上,本文提出了一种通过改变磁流变液软模性能(本构关系曲线)来调节成形压力的新加载方式,在成形过程中同时改变加载速度和软模性能,实现对加载路径的双重控制。调节外加磁场条件后,磁流变液的力学性能迅速发生改变,影响到与板材接触面的摩擦润滑条件及传递给板材的作用力,最终导致成形过程中板材的受力状态出现差异。研究了Al1060-O板材在变化磁场条件下的胀形行为,通过改变外加磁场条件可有效改变胀形过程中的加载路径。使用磁性粒子含量更高的磁流变液时,不同外加磁场条件对加载曲线的影响更加显著。对比胀形前期改变加载路径,在胀形后期改变外加磁场条件对加载路径的影响更大。不同的加载路径会导致试件的应力应变分布和构形出现明显的差别。当采用磁性粒子含量为43%的磁流变液成形厚度为0.42mm试件时,外加磁场条件为0-0.13T时的试件比外加磁场条件为0.13T-0时的情况下最大胀形高度提高了5.18%,最大厚向应变提高了8.48%。最后,采用不同的椭圆模对两种厚度的Al1060-O板材进行了恒定磁场和变化磁场条件下的磁流变液软模胀形试验,获得了不同试验条件下的Al1060-O板材的成形极限。建立了考虑外加磁场条件影响的成形极限图,可以直观的反映磁流变液软模性能对板材成形性的影响。磁流变液的性能对板材成形极限的影响存在一个优化值,合适的磁流变液性能能够提高板材的成形极限。当磁流变液中磁性粒子的含量较小时(如30%),较高磁感应强度下磁流变液的性能有利于成形极限的提高,当磁流变液中磁性粒子的含量较大(如43%),磁感应强度较小时,磁流变液的性能有利于成形极限的提高。当磁感应强度增加到一定程度时,磁流变液的性能趋近于固态,不利于板材成形性的发挥。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG306

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 黄豪彩,黄宜坚;磁流变技术及其在机械工程中的应用(续)[J];制造技术与机床;2003年07期

2 赵晓昱,赵波;应用于车辆工程的磁流变液组成机理的探讨[J];汽车技术;2004年10期

3 赵雯;张秋禹;王结良;张军平;;磁流变液及其应用[J];材料导报;2004年05期

4 郑军,曹兴进;磁流变液特性及其装置在工程领域中的应用[J];现代制造工程;2005年06期

5 王可俐,廖昌荣,陈爱军,陈伟民;磁流变材料流变学参数与检测方法[J];传感器技术;2005年06期

6 郝瑞参,李德才;磁流变体的发展特性及应用前景[J];机械工程师;2005年07期

7 李海涛;彭向和;陈伟民;;磁流变液流变特性的数值模拟分析[J];功能材料;2006年05期

8 胡皓;彭小强;戴一帆;;磁流变抛光液流变性测试研究[J];仪器仪表学报;2007年05期

9 阮承斌;蒋贤芳;;磁流变液稳定性研究[J];新技术新工艺;2008年12期

10 王鸿云;郑惠强;李泳鲜;;磁流变液的研究与应用[J];机械设计;2008年05期

相关会议论文 前10条

1 张建;张进秋;贾进峰;;基于不同母液的磁流变液的特性分析[A];中国化学会、中国力学学会第九届全国流变学学术会议论文摘要集[C];2008年

2 ;第六届全国电磁流变液及其应用学术会议简介[A];第六届全国电磁流变液及其应用学术会议程序册及论文摘要集[C];2011年

3 李金海;张松林;;磁流变液的颗粒沉降理论分析与实验[A];第六届全国电磁流变液及其应用学术会议程序册及论文摘要集[C];2011年

4 关新春;欧进萍;;一种优质磁流变液的研制[A];2000年材料科学与工程新进展（上）——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年

5 李金海;关新春;欧进萍;;磁流变液的配制及其流变模型的研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅰ[C];2004年

6 程灏波;王英伟;冯之敬;;永磁流变抛光中磁流变液的性能研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅰ[C];2004年

7 杨绍普;郭树起;;磁流变智能材料的性质及其应用[A];第七届全国非线性动力学学术会议和第九届全国非线性振动学术会议论文集[C];2004年

8 林忠华;;磁流变液的介电常数研究[A];福建省科协第五届学术年会数字化制造及其它先进制造技术专题学术年会论文集[C];2005年

9 王海霞;阮予明;孔笋;王捷;;磁流变液流变性实验及分析[A];中国化学会、中国力学学会第九届全国流变学学术会议论文摘要集[C];2008年

10 ;第六届全国电磁流变液及其应用学术会议组织机构[A];第六届全国电磁流变液及其应用学术会议程序册及论文摘要集[C];2011年

相关重要报纸文章 前3条

1 茆琛 李平;我国磁流变悬挂控制系统取得核心技术突破[N];大众科技报;2006年

2 杨孝文;5项新奇而可怕的军事技术[N];中国国防报;2009年

3 巴文;巴斯夫羰基铁粉磁流变液面市[N];中国化工报;2009年

相关博士学位论文 前10条

1 王朋义;Al1060板材磁流变液软模成形工艺及成形极限研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

2 陈飞;磁流变液制备及动力传动技术研究[D];中国矿业大学;2013年

3 邢健;基于磁流变液阻尼器的转子系统振动主动控制研究[D];北京化工大学;2015年

4 阮晓辉;磁流变液力学性能及其应用研究[D];中国科学技术大学;2017年

5 苗运江;磁流变液屈服应力测试影响因素与磁流变液软启动装置的研究[D];中国矿业大学;2009年

6 易成建;磁流变液：制备、性能测试与本构模型[D];重庆大学;2011年

7 张峰;磁流变抛光技术的研究[D];中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;2000年

8 赵春伟;基于微结构的磁流变液力学性能研究[D];重庆大学;2014年

9 崔治;磁流变液装置研究及其在非球面研抛中的应用[D];吉林大学;2009年

10 程海斌;磁流变液的稳定性调控及其在重大工程中应用[D];武汉理工大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 杨岩;磁流变液离合器的设计与试验分析[D];重庆大学;2005年

2 毕成;磁流变液挤—剪特性研究及其在离合器中的仿真应用[D];浙江工业大学;2013年

3 徐彪;基于磁流变原理的旋转件加载装置研究[D];上海工程技术大学;2015年

4 叶盾;新型微纳米磁流变液及其性能研究[D];上海应用技术学院;2015年

5 余浩;磁流变液阻尼器及其性能研究[D];上海应用技术学院;2015年

6 季海峰;复合场下磁流变液圆筒模型剪切应力特性研究[D];浙江师范大学;2015年

7 徐江;小工具头磁流变抛光工艺及抛光轨迹研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

8 王冬冬;硅油基磁流变液传动特性研究[D];中国矿业大学;2015年

9 李三妞;基于磁流变液拖拉机半主动座椅悬架减振系统研究[D];河南科技大学;2015年

10 杨沫;磁流变液剪切力检测技术研究[D];西安工业大学;2013年

，

本文编号：2499029