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。