CN102172689A - 轻质金属型材电致塑性拉弯装置 - Google Patents
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Abstract
一种轻质金属型材成形技术领域的轻质金属型材电致塑性拉弯装置，包括：模具、高能脉冲电源和夹钳，两个夹钳关于模具对称分布且夹钳的电源端与高能脉冲电源相连；夹钳包括：夹具体、夹头、电极腔、夹紧机构和电极两个夹头对称分布在夹钳的中轴线两边构成电极腔，电极绝缘固定于电极腔内并与高能脉冲电源相连。本发明使拉弯后型材的回弹现象有了很明显的改善，提高了产品尺寸精度，更增加了高强轻质型材的延展性，有效避免了拉弯时的外层开裂发生；工作过程在常温下完成，使得最终产品的质量稳定并提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种轻质金属型材成形技术领域的装置，具体是一种轻质金属型材电致塑性拉弯装置。
背景技术
型材拉弯成形工艺以其制品精度高、表面质量好，在飞机和汽车的型材弯曲件的制造中得到广泛应用。飞机制造中拉弯工艺主要用于成形机身、机翼、进气道的隔框、加强缘条等骨架零件；汽车生产中主要用于车身结构和保险杠的中空铝型材弯曲件成形。随着高强度轻质型材如高强铝合金、镁合金和钛合金在运载工具上使用，同时产品加工精度要求的日益提高，现有的型材拉弯加工工艺都受到各自缺点的限制。高强轻质型材拉弯后更容易产生回弹、起皱、横截面的变形和外层破裂等缺陷。高强轻质型材回弹大主要是由于材料强度的提高导致的。而为了减小回弹量，提高弯曲件尺寸精度，需要在工艺上进行更大的补拉量。但是过大的补拉量可能造成高强轻质型材的外层开裂发生。而外层开裂主要是高强轻质材料塑性差，过大补拉量造成型材外层拉应变超过材料强度，造成型材外层开裂。因此对于高强轻质型材拉弯而言，制造质量控制更为困难。传统的冷拉弯工艺加工高强轻质型材时，容易出现尺寸精度差或型材外层开裂等质量问题；而热拉弯工艺需要加热型材，造成加工周期长和制造成本高。因此，现有的型材拉弯工艺很难达到高强轻质型材的高效、低成本加工要求，不能满足制造要求。
已有研究结果表明，材料尤其是金属材料在运动电子的作用下会发生变形抗力急剧下降，塑性明显提高的现象，即电致塑性效应。因此在金属塑性加工过程中，在金属变形方向上施以高密度电流，减轻了金属的加工硬化现象，降低了变形抗力，增加材料塑性，使其更容易发生塑性变形，成形性能得到大大提高。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种轻质金属型材电致塑性拉弯装置，通过引入金属材料的电致塑性效应，可使轻质金属型材拉弯时的变形抗力大为降低，塑性增加，在室温下完成拉弯成形，解决了高强轻质型材拉弯时零件过大回弹和外层开裂等加工质量问题，获得的最终产品较传统拉弯方法的具有更好的质量并提高了制造质量和生产效率。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：模具、高能脉冲电源和夹钳，其中：两个夹钳关于模具对称分布且夹钳的电源端与高能脉冲电源相连。
所述的夹钳包括：夹具体、夹头、电极腔、夹紧机构和电极，其中：两个夹头对称分布在夹钳的中轴线两边构成电极腔，电极绝缘固定于电极腔内并与高能脉冲电源相连。
所述的夹具体和夹头相接触的一侧对应设有相互匹配的导向柱和导向槽。
所述的电极腔内设有与电极相匹配的T形导向槽。
所述的电极包括：盖板、底板、中心导向柱、弹簧和导向凸块，其中：中心导向柱的两端分别与盖板和底板固定连接，弹簧套接于中心导向柱上且位于盖板和底板两侧，导向凸块固定设置于盖板上，盖板与电源线相连并连接于高能脉冲电源上。
所述的盖板和底板分别与电极腔间隙配合，盖板为矩形结构且由钨铜合金制成，底板为矩形结构且由紫铜制成。
本发明通过以下方式工作：将待加工的高强轻质型材的中部放置于模具上，两个夹钳分别夹于待加工高强轻质型材的两端，通过调节夹紧机构的松紧度，使得电极与待加工高强轻质型材端面紧密连接，一个夹钳的电极接高能脉冲电源的正极，另一个夹钳的电极接高能脉冲电源的负极。拉弯动作开始前，先开通电源并进行型材的预拉、型材包覆模具、型材补拉的加工动作。在拉弯动作中，高强轻质型材受电致塑性效应的影响发生塑性变形，型材的变形抗力减小，屈服强度降低，塑性增加。高强轻质型材拉弯完成后，切断电源，松开夹紧机构，完成高强轻质型材拉弯零件加工。
本发明利用材料的电致塑性效应，通过在拉弯过程中对高强轻质型材施加高能连续脉冲电流，使得材料变形抗力减小，塑性增加，更容易发生塑性变形，一方面使拉弯后高强轻质型材回弹现象有了很明显的改善，提高了产品尺寸精度，另一方面增加了高强轻质型材的延展性，有效避免了拉弯时的外层开裂发生。由于使用电致塑性效应，上述过程在常温下完成，获得的最终产品质量稳定并提高了生产效率。
附图说明
图1为本发明的整体示意图。
图2为夹具结构示意图(未放电极)。
图3为夹具结构示意图(内放电极)。
图4为夹具剖面图(未放电极)。
图5为夹具背面图
图6为电极结构图。
图7为夹具工作实例图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1-6所示，本实施例包括：模具1、高能脉冲电源2和夹钳3，其中：两个夹钳3关于模具1对称分布且夹钳3的电源端与高能脉冲电源2相连。
所述的模具1的工作部分表面涂有氧化铝陶瓷层。
所述的夹钳3包括：夹具体4、夹头5、电极腔6、夹紧机构7、电极限位压板8、导向柱9、表面导向槽10和电极11，夹头固定板12，其中：两个夹头5对称分布在夹钳3的中轴线两边构成电极腔6，电极11设置于电极腔6内，由电极限位压板8定位，电极11与电极腔6和限位压板8绝缘，表面导向槽10设置于夹具体4的侧面。
夹紧机构7固定设置于夹具体4上，导向柱9固定设置于夹头5的侧面，两个由夹头5和导向柱9组成的联合体固定设置于夹具体4内，保证导向柱9另一端位于表面导向槽10内，夹紧机构7一端定位于夹头5内，两夹头5由夹头限位压板12定位。
所述的电极腔6包括T形导向槽13，电极腔6内壁涂有氧化铝陶瓷层。
所述的电极11包括：盖板14、底板15、中心导向柱16、弹簧17和导向凸块18，其中，中心导向柱16的两端分别与盖板13和底板14固定连接，弹簧17套接于中心导向柱16上且位于盖板14和底板15两侧，盖板14可沿中心导向柱滑动，导向凸块18固定设置于盖板14上。
所述的盖板14为矩形结构且由钨铜合金制成，盖板14与T形导向槽13的配合为间隙配合。
所述的底板15为矩形结构且由紫铜制成，底板15与电极腔6的配合为间隙配合。
本装置通过以下方式工作：将待加工的高强轻质型材的中部放置于模具1上，两个夹钳3分别夹于待加工高强轻质型材的两端，通过调节夹紧机构7的松紧度，使得电极11与待加工高强轻质型材端面紧密连接，一个夹钳3的电极接高能脉冲电源2的正极，另一个夹钳3的电极接高能脉冲电源2的负极。拉弯动作开始前，先开通高能脉冲电源2并进行型材的预拉、型材包覆模具、型材补拉的加工动作。在拉弯动作中，高强轻质型材受电致塑性效应的影响发生塑性变形，型材的变形抗力减小，屈服强度降低，塑性增加。高强轻质型材拉弯完成后，切断高能脉冲电源2，松开夹紧机构7，完成高强轻质型材拉弯零件加工。
本实施例中的待加工高强轻质型材为矩形截面铝合金型材6082T5，厚度为3mm，用于拉弯的模具1曲率半径为R800mm。工作时，两个夹钳3分别夹于待加工型材两端，电极11与待加工型材端面压紧，一个夹钳3内的电极11接高能脉冲电源2的正极，另一个夹钳3接高能脉冲电源2的负极。拉弯动作开始前通以高能脉冲电流2，输入的高能电脉冲的脉冲宽度为60μs，频率为200Hz，电流密度幅值为600A/mm2并进行型材的预拉、型材包覆模具1、型材补拉等加工动作。在拉弯动作中，夹钳3以60mm/min速度进行拉弯，型材拉弯完成后，切断电源，松开夹紧机构7，完成型材拉弯件加工。观察铝合金型材6082T5拉弯零件，未出现外层开裂现象，测量此拉弯件内层曲率半径，平均值为R805mm，具有很高的尺寸精度。
实施例2
本实施例中的待拉弯型材为钛合金TA15，厚度为2mm，工艺参数为：拉弯动作中，夹钳3以60mm/min速度进行拉弯，输入的高能电脉冲的脉冲宽度为60μs，频率为200Hz，电流密度幅值为600A/mm2。
本实施例的其他方式与实施例1相同。
观察钛合金型材TA15拉弯零件，未出现外层开裂现象，测量此拉弯件内层曲率半径，平均值为R803mm，具有很高的尺寸精度。
Claims (9)
1.一种轻质金属型材电致塑性拉弯装置，包括：模具、高能脉冲电源和夹钳，其中：两个夹钳关于模具对称分布且夹钳的电源端与高能脉冲电源相连，其特征在于：
所述的夹钳包括：夹具体、夹头、电极腔、夹紧机构和电极，其中：两个夹头对称分布在夹钳的中轴线两边构成电极腔，电极绝缘固定于电极腔内并与高能脉冲电源相连。
2.根据权利要求1所述的轻质金属型材电致塑性拉弯装置，其特征是，所述的模具的工作部分表面涂有氧化铝陶瓷层。
3.根据权利要求1所述的轻质金属型材电致塑性拉弯装置，其特征是，所述的夹具体和夹头相接触的一侧对应设有相互匹配的导向柱和导向槽。
4.根据权利要求1所述的轻质金属型材电致塑性拉弯装置，其特征是，所述的电极腔内设有与电极相匹配的T形导向槽。
5.根据权利要求1或4所述的轻质金属型材电致塑性拉弯装置，其特征是，所述的电极腔的内壁涂有氧化铝陶瓷层。
6.根据权利要求1所述的轻质金属型材电致塑性拉弯装置，其特征是，所述的电极包括：盖板、底板、中心导向柱、弹簧和导向凸块，其中：中心导向柱的两端分别与盖板和底板固定连接，弹簧套接于中心导向柱上且位于盖板和底板两侧，导向凸块固定设置于盖板上，盖板与电源线相连并连接于高能脉冲电源上。
7.根据权利要求6所述的轻质金属型材电致塑性拉弯装置，其特征是，所述的盖板和底板分别与电极腔间隙配合。
8.根据权利要求6或7所述的轻质金属型材电致塑性拉弯装置，其特征是，所述的盖板为矩形结构且由钨铜合金制成。
9.根据权利要求6或7所述的轻质金属型材电致塑性拉弯装置，其特征是，所述的底板为矩形结构且由紫铜制成。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20121128 Termination date: 20160126 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |