CN101623729B - 高效电致塑性冲压成型装置 - Google Patents
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Abstract
一种高效电致塑性冲压成型装置，包括凸模、凹模、用以将被冲压金属板材抵压于凹模上的压边装置，以及一高能脉冲电源；还包括：两个电连接装置，它们分别安装在压边装置两边，并且与压边装置绝缘；两个电连接装置分别连接于所述的高能脉冲电源的两输出端；以及，一绝缘膜，用于将所述金属板材与凹模绝缘。当合模冲制金属板材时，高能脉冲电源通过与压边装置绝缘的电连接装置导入脉冲电流至金属板材，在室温下即可同步完成金属板材的电塑性处理和成型，成型温度降低，改善了产品表面质量，成品率提高；而且安装方便，使用安全，避免了电能在压边装置和凹模上的损耗，使电能的利用率进一步提高。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种高效电致塑性冲压成型装置，其通过与压边装置绝缘的一对电连接装置将高能脉冲电流施加到金属板材，在室温下即可同步完成对金属板材，如镁合金薄板、铝合金薄板、铜薄板、各类钢薄板等的电致塑性处理和成型。
【背景技术】
被称为“绿色金属材料”的镁合金具有密度小、比强度高、电磁屏蔽性能好等优点。除了广泛应用于汽车行业、航空航天行业外，还应用于计算机、通信、消费电子等行业，已成为当前及未来发展的主流，镁合金板材在电池行业也受到了极大的关注，旨在干电池的制造中替代锌合金板材。但由于镁合金的密排六方结构的影响，使得镁合金板材在室温下塑性变形能力很差，在成型时容易开裂，因而产生很高的报废率，所以镁合金板材冲压成型必须在高温下进行。
现行镁合金板材冲压成型工艺是：将模具加热到380℃，通过热传导，使得板材成型时温度控制在320℃-350℃之间。显然，该工艺耗能大，操作难度高，工作环境恶劣。在高温条件下冲压的镁合金制品表面质量差，产品合格率低，难以满足市场的需求。由于镁合金导热系数大，冲压成型时板材温度难以准确控制，进一步降低了工艺实施的效率，造成生产能力低下。而模具长期处于高温状态，除了耗能外，使得模具磨损加速，工作寿命大为缩短，更换模具又将增加新的成本投入，增加了镁合金板材的加工成本，浪费了资源。
专利号为200720045596.2的实用新型专利提出了一种金属板材冲压装置，该装置在一定程度上可以解决上述问题，但其通过凸模-凹模或者压边装置-凹模将高能脉冲电流导入金属板材，由于存在高能脉冲电源两输出端直接连接于凸模-凹模或者压边装置-凹模的问题，因而较难应用于实际生产。
【发明内容】
为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种高效电致塑性冲压成型装置，其金属板材与凹模绝缘之间设绝缘膜，通过与压边装置绝缘的一对电连接装置将高能脉冲电流施加到金属板材，在室温下即可同步完成金属板材的电致塑性处理和成型，降低了金属板材成型温度，改善了产品表面质量和产品力学性能，降低了电能的消耗。
本发明高效电致塑性冲压成型装置，包括凸模、凹模、用以将被冲压金属板材抵压于凹模上的压边装置，以及一高能脉冲电源；还包括：
两个电连接装置，它们分别安装在压边装置两边，并且与压边装置绝缘；两个电连接装置分别连接于所述的高能脉冲电源的两输出端；以及，
一绝缘膜，用于将所述金属板材与凹模绝缘；当合模冲制金属板材时，高能脉冲电源通过两个电连接装置导入脉冲电流至金属板材同步进行电致塑性处理和成型。
所述电连接装置包括铜电极和包覆铜电极的绝缘壳，铜电极外端面延伸出用于接高能脉冲电源的连接杆，电连接装置嵌置于压边装置一边的截面为倒梯形的容置腔中，铜电极的用于接触所述金属板材的接触面和压边装置下表面齐平。
所述电连接装置可以包括铜电极和包覆铜电极的绝缘壳以及弹簧板，铜电极外端面延伸出用于接高能脉冲电源的连接杆；电连接装置嵌在压边装置一边的截面为T形的容置腔中，弹簧板安装于电连接装置的绝缘壳与压边装置内T形容置腔顶面之间，铜电极的用于接触所述金属板材的接触面低于压边装置下表面0.1-0.3mm。
所述电连接装置还可以包括铜电极和绝缘杆，绝缘杆一端固定于压边装置的安装孔中，铜电极安装于绝缘杆另一端的通孔，且铜电极下段套置压缩弹簧，铜电极的上段为接高能脉冲电源的连接部。
本发明高效电致塑性冲压成型装置，在金属板材与凹模之间设绝缘膜，通过与压边装置绝缘的一对电连接装置将高能脉冲电流施加到金属板材，在室温下即可同步完成金属板材的电致塑性处理和成型，降低了金属板材成型温度，改善了产品表面质量和产品力学性能，成品率提高；而且安装方便，在设备侧无须采取任何绝缘措施，使用安全，避免了电能在压边装置和凹模上的损耗，进一步提高了电能的利用率。
在金属板材冲压时直接施加高能脉冲电流，能提高迁移电子对位错运动的作用，使得金属板材再结晶温度进一步降低，能在更低的温度下冲压成型。电致塑性效应作用的增强，使得动态再结晶的形核率增加，晶核长大得以延长，从而获得更加细化的晶粒，大幅度提高了产品的力学性能。
本发明装置广泛适用于镁合金板材、铝合金板材、铜板材、各类钢板材等金属板材的电致塑性处理和成型。
【附图说明】
图1为本发明的实施例1结构示意图；
图2为其高能脉冲电源示意图；
图3a为图1中电连接装置和压边装置结合部的A-A局部剖视放大图；
图3b为图1中电连接装置的铜电极的连接杆部分放大图；
图4为其电连接装置另一实施例及该实施例与压边装置结合示意图；
图5为本发明的实施例2结构示意图；
图6为图5中电连接装置第三实施例及该实施例与压边装置等结合示意图。
【具体实施方法】
以下结合附图详细说明。
参阅图1-3所示，实施例1高效电致塑性冲压成型装置包括：凸模1、凹模2、用以将被冲压金属板材5抵压于凹模2上的压边装置3以及一高能脉冲电源7；还包括两个电连接装置4，它们安装在压边装置3两边，并且与压边装置3绝缘；两个电连接装置4分别通过电缆连接到所述的高能脉冲电源7的两输出端71、72；以及，一绝缘膜6，绝缘膜6垫于将所述金属板材5和凹模2之间，用于使两者绝缘。所述绝缘膜6采用厚度为0.01-0.03mm的聚四氟乙烯膜等。
如图3a、b所示，图1中的电连接装置4包括铜电极42和包覆铜电极42的绝缘壳41，铜电极42外端面延伸出用于接高能脉冲电源7的连接杆421，电连接装置4嵌置于压边装置3一边的截面为倒梯形的容置腔31中，铜电极42的用于接触所述金属板材5的接触面425和压边装置3下表面齐平。
其中，铜电极42的连接部421端部开插槽423，并设有螺栓过孔422，以便连接带连接片的电缆。使用时，用电缆连接高能脉冲电源7的输出接线端子和铜电极42，将电缆的连接片插入铜电极42连接部421上的插槽423，用螺栓穿过螺栓过孔422紧固即可。
为防止冲压作业时的振动使电连接装置4从压边装置3的容置腔31退出，电连接装置4的绝缘壳41和压边装置3的容置腔31顶面之间可设置凸凹扣接部。其中，311为容置腔31顶面的若干凹坑，411为绝缘壳41上表面设置的与该凹坑311配合的凸起。
电连接装置4的绝缘壳41是采用SMC(Sheet Moulding Compound，即片状模塑料)等耐高温绝缘材料制成的。铜电极42可以通过嵌件注塑工艺和SMC绝缘壳41形成一体构件，使SMC绝缘壳41包覆铜电极42，而暴露出用于接触所述金属板材5的接触面425。在铜电极42和SMC绝缘壳41之间可以设置凸凹扣接部426、412。
为了延长电连接装置使用寿命，提高铜电极和所述金属板材之间电连接可靠性，本发明提供了图4电连接装置另一实施例。该电连接装置包括铜电极42、包覆铜电极42的绝缘壳41以及弹簧板43，铜电极42外端面延伸出用于接高能脉冲电源7的连接杆421；电连接装置嵌在压边装置3一边的截面为T形的容置腔31中，弹簧板43安装于电连接装置的绝缘壳41与压边装置3内T形容置腔31顶面之间，铜电极42的用于接触所述金属板材5的接触面425低于压边装置3下表面0.1-0.3mm。由于弹簧板43设置，压边装置3抵压所述金属板材5于凹模上时，能够实现电连接装置和所述金属板材5的可靠弹性电连接，可以避免两者之间的反复硬接触可能导致的铜电极磨损。
图5、6为本发明的实施例2结构示意图。实施例2高效电致塑性冲压成型装置包括：凸模1，凹模2，用以将被冲压金属板材5抵压于凹模2上的压边装置3，高能脉冲电源7，安装于压边装置3上、且与压边装置3绝缘的两个电连接装置4，以及，绝缘膜6，绝缘膜6垫于将所述金属板材5和凹模2之间，用于使两者绝缘。
其中，电连接装置4采用具有一定弹性的第三实施例。这种电连接装置包括铜电极42和绝缘杆41，绝缘杆41一端固定于压边装置3的安装孔中，铜电极42穿过绝缘杆41另一端的通孔通过垫片45和斜销44安装，铜电极42的下端为球形接触部425，球形接触部425和绝缘杆41之间(即铜电极42下段)套置压缩弹簧43，铜电极42的上段为连接部421，该连接部421端部开插槽423和螺栓过孔422，以便连接带连接片的电缆。在未接触金属板材5状态，铜电极42的接触部425端面略低于压边装置3下表面0.1-0.3mm。由于压缩弹簧43的设置，压边装置3抵压所述金属板材5于凹模2上时，能够实现电连接装置和所述金属板材5的可靠弹性电连接，可以避免两者之间的反复硬接触可能导致的铜电极磨损。其中绝缘杆41是SMC绝缘杆。
上述电连接装置4略伸出压边装置3外侧，相应金属板材5和绝缘膜6也需要略伸到固定凹模2的凹模板2’上面。
本发明装置广泛适用于镁合金板材、铝合金板材、铜板材、钢板材等金属板材的电致塑性处理和成型。当冲制0.4-1.2mm厚的镁合金板时，高能脉冲电源通过两个电连接装置施加到镁合金板的脉冲电流参数为：频率100-800Hz、脉冲宽度40-80μs、电流密度的幅值103-105A/cm2。
为对应用过程理解的更加清楚，以下结合图1-3高效电致塑性冲压成型装置，对0.8mm的镁合金薄板进行塑性成形的具体过程进行说明：
第一、将两个电连接装置4分别通过电缆连接到高能脉冲电源7的两输出端71、72；开启高能脉冲电源7，调节其输出的脉冲信号参数，频率为100-600Hz、脉冲宽度为60μs；
第二、将底面紧密贴有绝缘膜6的镁合金板材5送至凹模2上，压边装置3压下使镁合金板材5、绝缘膜6压平于凹模2上面；同时，两电连接装置4的铜电极42的接触面425与镁合金板材5电接触，将高能脉冲电流导入镁合金板材5，其中电流密度的幅值为1500-5000A/cm2；
第三、控制凸模1以5mm/s的速度压下，凸模1继续匀速压下，直至冲压结束，关闭高能脉冲电源7；
第四、开模取出成型镁合金产品。
较现行热冲压成型工艺相比，不用对模具进行加热，并且只在凸模接触金属板材时才接通电流，节省了电能，简化了生产工艺，改善了工作环境。
较前述专利号为200720045596.2的装置，使用安全，避免了电能在压边装置和凹模上的损耗，进一步提高了电能的利用率。增加了作用在金属板材上的电流密度，从而提高迁移电子对位错运动的作用，使得金属板材再结晶温度进一步降低，能在更低的温度下冲压成型。电致塑性效应作用的增强，使得动态再结晶的形核率增加，晶核长大得以延长，从而获得更加细化的晶粒，大幅度提高产品的力学性能。
Claims (10)
1.一种高效电致塑性冲压成型装置，包括凸模、凹模，用以将被冲压金属板材抵压于凹模上的压边装置，以及一高能脉冲电源；其特征是还包括：
两个电连接装置，它们分别安装在压边装置两边，并且与压边装置绝缘；两个电连接装置分别连接于所述的高能脉冲电源的两输出端；以及，
一绝缘膜，用于将所述金属板材与凹模绝缘；当合模冲制金属板材时，高能脉冲电源通过两个电连接装置导入脉冲电流至金属板材同步进行电致塑性处理和成型；
其中，所述电连接装置包括铜电极和包覆铜电极的绝缘壳，铜电极外端面延伸出用于接高能脉冲电源的连接杆，电连接装置嵌置于压边装置一边的截面为倒梯形的容置腔中，铜电极的用于接触所述金属板材的接触面和压边装置下表面齐平。
2.如权利要求1所述的高效电致塑性冲压成型装置，其特征是：所述电连接装置的绝缘壳和压边装置的容置腔顶面之间设置凸凹扣接部。
3.如权利要求1所述的高效电致塑性冲压成型装置，其特征是：所述绝缘壳是SMC绝缘壳。
4.如权利要求1所述的高效电致塑性冲压成型装置，其特征是：当合模冲制0.4-1.2mm厚的镁合金板时，高能脉冲电源通过两个电连接装置施加到镁合金板的脉冲电流参数为：频率100-800Hz、脉冲宽度40-80μs、电流密度的幅值103-105A/cm2。
5.一种高效电致塑性冲压成型装置，包括凸模、凹模，用以将被冲压金属板材抵压于凹模上的压边装置，以及一高能脉冲电源；其特征是还包括：
两个电连接装置，它们分别安装在压边装置两边，并且与压边装置绝缘；两个电连接装置分别连接于所述的高能脉冲电源的两输出端；以及，
一绝缘膜，用于将所述金属板材与凹模绝缘；当合模冲制金属板材时，高能脉冲电源通过两个电连接装置导入脉冲电流至金属板材同步进行电致塑性处理和成型；
其中，所述电连接装置包括铜电极和包覆铜电极的绝缘壳以及弹簧板，铜电极外端面延伸出用于接高能脉冲电源的连接杆；电连接装置嵌在压边装置一边的截面为T形的容置腔中，弹簧板安装于绝缘壳与压边装置内T形容置腔顶面之间，铜电极的用于接触所述金属板材的接触面低于压边装置下表面0.1-0.3mm。
6.如权利要求5所述的高效电致塑性冲压成型装置，其特征是：所述绝缘壳是SMC绝缘壳。
7.如权利要求5所述的高效电致塑性冲压成型装置，其特征是：当合模冲制0.4-1.2mm厚的镁合金板时，高能脉冲电源通过两个电连接装置施加到镁合金板的脉冲电流参数为：频率100-800Hz、脉冲宽度40-80μs、电流密度的幅值103-105A/cm2。
8.一种高效电致塑性冲压成型装置，包括凸模、凹模，用以将被冲压金属板材抵压于凹模上的压边装置，以及一高能脉冲电源；其特征是还包括：
两个电连接装置，它们分别安装在压边装置两边，并且与压边装置绝缘；两个电连接装置分别连接于所述的高能脉冲电源的两输出端；以及，
一绝缘膜，用于将所述金属板材与凹模绝缘；当合模冲制金属板材时，高能脉冲电源通过两个电连接装置导入脉冲电流至金属板材同步进行电致塑性处理和成型；
其中，所述电连接装置包括铜电极和绝缘杆，绝缘杆一端固定于压边装置的安装孔中，铜电极安装于绝缘杆另一端的通孔，且铜电极下段套置压缩弹簧，铜电极的上段为接高能脉冲电源的连接部。
9.如权利要求8所述的高效电致塑性冲压成型装置，其特征是：所述绝缘杆是SMC绝缘杆，所述凹模和金属板材之间所用的绝缘膜是聚四氟乙烯膜。
10.如权利要求8所述的高效电致塑性冲压成型装置，其特征是：当合模冲制0.4-1.2mm厚的镁合金板时，高能脉冲电源通过两个电连接装置施加到镁合金板的脉冲电流参数为：频率100-800Hz、脉冲宽度40-80μs、电流密度的幅值103-105A/cm2。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
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Address after: Shenzhen Graduate School of Guangdong Province, Shenzhen City Xili 518055 Nanshan District University City Tsinghua University Patentee after: Shenzhen International Graduate School of Tsinghua University Address before: Shenzhen Graduate School of Guangdong Province, Shenzhen City Xili 518055 Nanshan District University City Tsinghua University Patentee before: GRADUATE SCHOOL AT SHENZHEN, TSINGHUA University |