CN102463282B - 用于电动-液压成形工具的电极组件 - Google Patents

用于电动-液压成形工具的电极组件 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于电动-液压成形工具的电极组件，电动-液压成形工具限定有充满液体的室，其特征在于，电极组件包括：具有室端部和接头端部的电极棒；组装在电极棒上的绝缘套，绝缘套具有邻近于电极棒的室端部的室端部以及邻近于电极棒的接头端部的外端部，在绝缘套的室端部处设置有偏转表面，偏转表面在电极棒和室之间形成锥面且其靠近电极处最窄以使电动-液压成形工具放电的力偏转。本发明能够最小化由电动-液压成形机械放电引起的腐蚀。

Description

用于电动-液压成形工具的电极组件
技术领域
本发明涉及用于电动-液压成形工艺的电极组件的结构和操作。
背景技术
电动-液压成形(EHF)是一种其中高压、存储电荷从设置在充满流体的室内的间隔开的电极穿过放出的工艺。EHF系统通常包括充满流体的室，所述流体例如具有防锈剂的水。电极浸没在室内的流体中。将薄片金属坯放置在室上。接着将单侧模具放置在坯上。接着从坯的两侧将空气排空。电容器组存储电荷且可通过电极提供5到50kV电压。
施加于电极的电压产生高温等离子通道。来自电容器的电流扩大等离子通道并且以超热蒸气形式的气体填充等离子通道周围的区域，其随后过渡到蒸汽/水界面。压力形成在室内且导致传递到薄片金属坯的高密度高速度震动波在液体中形成。薄片金属坯被该高速震动波推入模具。
已知常规金属片成形工艺的传统优势包括投资成本的降低，因为仅需要单侧模具用以形成面板。近来，EHF工艺被用于成形比低碳钢片更难成形的金属片材料。例如，EHF可用于制造由高强度钢、不锈钢或铝合金形成的机动车和卡车部件。EHF工艺通常针对小体积冲压工艺，其可利用由于单侧模具的使用而引起的节约。
电极组件遭受由震动波和高温等离子引起的腐蚀。此外，室中的流体倾向于是腐蚀性的。这些条件导致电极以及填充室和电极之间间隙的绝缘件的腐蚀。电容器通过电极放电引起的震动波在电极组件上施加力，倾向于将电极和绝缘件从室推出。电极系统必须承受高压和高温等离子，以及承受室内的腐蚀性水。电极必须传导能量到室内，通过绝缘体保持电绝缘，保持室处于水密性状态，以及在压力脉冲倾向于将电极从室逐出的过程中约束电极运动。
这些和其余问题将在如下概括的本申请中解决。
发明内容
针对现有技术中存在的相关技术问题，本发明旨在提供一种用于EHF成形的强大的电极组件，以防止电极腐蚀、绝缘材料腐蚀、电极或其绝缘件从室被逐出。电极组件还必须是可调节的以保证维护所期望的电极间的间隙。此外，本发明还提供可更新可更换的电极头以及减少绝缘件腐蚀和磨损的手段。
根据本发明一个方面，提供一种用于具有充满流体的室的电动-液压成形工具的电极组件。电极组件包括电极棒，电极棒具有室端部和接头端部，电极棒上组装有绝缘套。绝缘套具有室端部和接头端部，绝缘套具有的内端部邻近于电极棒的室端部，绝缘套具有的外端部邻近于电极棒的接头端部。绝缘套在室端部具有偏转表面，其在电极棒和室之间形成圆锥台。偏转表面靠近电极处最窄，以使得电动-液压成形工具的放电的力偏转。
根据本发明的其它方面，偏转表面可在绝缘套的内端部上形成为绝缘套的锥形部分。可替换地，偏转表面可形成在金属帽上，该金属帽组装在电极棒上且依靠在绝缘套的内端部上。
根据本发明的其它方面，涉及提供一种适配器，适配器可围绕绝缘套设置，将电极和绝缘套固定在由室限定的开口内。可提供一种夹持器，其容纳电极和绝缘套，接着夹持器被容纳在适配器内。
绝缘套可具有设置在室端部和接头端部之间的反作用面。反作用面可为部分圆锥形，圆锥形的最窄端部位于反作用面的距离绝缘套的室端部最远的端部处。适配器可围绕绝缘套设置，以将电极和绝缘套固定在由室限定的开口内。可以提供容纳电极和绝缘套的夹持器，且夹持器容纳在适配器中。夹持器可具有圆锥形的受力面，其由反作用面接合以将绝缘套夹持在夹持器内。保持架可连接到夹持器以将绝缘套和电极棒固定在夹持器内。可提供锁紧环，将保持架锁紧到夹持器。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于具有室的电动-液压成形工具的电极组件。电极组件可包括：电极棒，组装在电极棒之上的绝缘 套，其具有相比于外端部最靠近室的内端部。适配器可围绕绝缘套设置，以在由室限定的开口内将电极固定在绝缘套中。
圆锥形插座可组装到适配器，该圆锥形插座限定有开口。可更换的绝缘头可组装在圆锥形插座中的开口内。绝缘套的室端部可容纳在绝缘头内。当电极组件被放电时圆锥形插座可保持绝缘头，且圆锥形插座可从适配器移出以更换绝缘头。
根据本发明的其余方面，其涉及具有可更换绝缘头的电极组件，适配器可具有设在室内的杯形端部。圆锥形插座可至少部分地容纳在适配器的杯形端部内。
可提供夹持器以容纳电极和绝缘套。保持架可连接到夹持器以将绝缘套和电极棒固定在夹持器内。可提供锁紧环以将保持架锁紧到夹持器。
根据本发明的另一个方面，可提供一种用于电动-液压成形工具的电极组件。工具包括室，该室容纳从室外部延伸到室内部的电极棒。电极棒可具有主体部分和头部。绝缘套被优选组装在电极棒上，绝缘套具有室端部和接头端部，其中室端部比接头端部更靠近室。夹持器将电极棒和绝缘套连接到室。
本发明的其它方面涉及提供一种头部部分，其由与电极棒的主体部分不同的材料构成，且头部部分被焊接到主体部分。头部部分可选自更耐腐蚀和耐用的材料，例如低碳钢(软钢)、钨、钼或钨-铜合金。主体部分可选自主要由低碳钢构成的组。头部部分可具有头部轮廓，该头部轮廓为具有圆形边缘的扁平头部，与大量脉冲后的圆柱形电极的形状相符。
优选地，头部部分由下述公式描述的轮廓形成：y(x)＝yo-A1e(1-x)/t1-A2e(1-x)/t2-A3e(1-x)t3，e＝自然对数的基数(2.718...)，以及用于定义头部几何形状的常数为：
    yo   A1   t1   A2   t2   A3   t3
  最大   0.00048   0.40939   0.14818   0.72452   0.01097   0.38186   0.00026
  最佳   0.0038865   0.59789   0.19858   0.71285   0.01263   0.19676   0.00065
  最小   0.01164   0.80809   0.23584   0.83625   0.01788   1.61654   0.00031
优选地，头部部分由如下轮廓形成，轮廓大于Y＝-1.6x2且小于由水平线(y＝0)和竖直线(x＝1)限定的折线，折线具有1/8R0的半径，其中：y为电极头长度，从电极头的端部开始测量，x为距电极中心线的距离，且R0为电极半径，等于电极直径的一半直径或电极宽度的一半。
本发明的技术效果在于：本发明的电极组件防止电极腐蚀、绝缘材料腐蚀、电极或其绝缘件从室被逐出。电极组件还必须是可调节的以保证维护所期望的电极间的间隙。此外，本发明还提供可更新可更换的电极头以及减少绝缘件腐蚀和磨损的手段。
结合附图和以下对所示实施例的详细说明会更好地理解本发明的这些和其余方面。
附图说明
图1表示根据本发明一个实施例制造的用于电动-液压成形工具的电极组件的透视图；
图2表示图1所示的组装到电动-液压成形工具的电极组件的截面图；
图2A表示电极头和带有头帽的绝缘套的可替换实施例的局部截面图；
图3表示图1所示电极组件的分解透视图；
图4表示用于电动-液压成形工具的电极组件的可替换实施例；
图5表示图4所示电极组件实施例的截面图；
图6表示图4所示电极组件的分解透视图；
图7表示图4所示电极组件实施例的局部截面图；以及
图8表示用于电动-液压成形工具的电极头部的图。
具体实施方式
参考图1-3，所示的电极组件10包括电极棒12。如图2具体示出的，电极组件10被组装到电动-液压成形(EHF)室壁16。室壁16具有容纳电极组件10的开口18。电极组件10具有布置在EHF室的内部的室端部20，以及在EHF室壁16的外侧延伸的接头端部22，接头端部22适于连接到电接头。电接头将电极组件10连接到诸如一组电容器的存储电荷源。
在绝缘套24的邻近电极棒12的室端部20的一侧，绝缘套24具有绝缘头26。形成在绝缘头26上的偏转表面28使电动-液压放电的力偏离于直接冲击绝缘套24。偏转表面28可为倾斜面或形成为圆锥台。
可替换地，如图2A所示，金属帽29设置成组装到电极棒室端部20和绝缘套24的室端部。在这种设置中，偏转表面28可被设置在帽29上，以使电动液压放电的力偏离于直接冲击绝缘套24。
反作用面30将任何由电动-液压放电施加于绝缘套24的力分散到电极组件10的其余部分，以下将更为充分地描述。锁定面32也设置在绝缘套24上，用于在电极组件10内将绝缘套24锁定在适当的位置。
适配器40可设置在电极棒12和绝缘套24的室端部20与室壁16之间。优选地，适配器包括延伸至肩部42的倾斜面或截头圆锥体面。肩部42被安置成直接接触EHF室壁16。肩部42依靠在EHF室壁16上被组装。
夹持器44，如图2最佳表示，设置在适配器40内用于将绝缘套24在适配器40内保持在适当位置。适配器40内具有夹持器插座46，夹持器插座46包括在适配器40内的开口，夹持器44被组装在该开口中。适配器螺母52设置成将适配器40固定到室壁16。夹持器螺母50设置成将夹持器44固定在适配器40内。可以设置多个O形环58，以在绝缘套24和适配器40之间提供密封。
保持架54将绝缘套24保持在夹持器44内。保持架54和锁紧环56结合起来以将绝缘套24保持在夹持器44上。夹持器44，如图2所示，具有多个扳手面53，通过扳手扭转扳手面以使夹持器44在夹持器插座46内推进和收回。夹持器44被推进和收回以相对EHF室壁16移动电极棒12和绝缘套24。夹持器44具有螺纹以便于电极棒12穿过室壁16推进。电极棒12具有螺纹以促进其电连接到接头端部22、以及促进绝缘套24与电极棒12的机械互锁。在锁紧环56和夹持器插座46端部之间具有间隙空间，以用于在EHF室壁16内将电极棒12调整到期望的位置。
参考图4-7，示出了电极组件60的可替换实施例。电极棒62穿过电极组件60。电极组件60组装到EHF室壁64，如在图5中最佳示出的。由EHF室壁64限定开口66，电极组件60组装在该开口中。电极棒的头部部 分68在EHF室壁64内延伸。电极棒62的主体部分70被保持在绝缘套72内。头部部分68优选被焊接到主体部分70以形成电极棒62。
绝缘套72包括绝缘头帽74。该绝缘头帽为倾斜面或截头圆锥体面，可更换的绝缘头76提供绝缘头帽74且被组装到绝缘套72的室端部。可更换的绝缘头76可被电极头替换，或独立地在电极棒62和EHF室之间提供更新的绝缘。偏转表面78设置在绝缘头帽上。锥形插件80被组装到杯形插座82。紧定螺钉84可设置成将锥形插件80固定在杯形插座82内。夹持器插座86被限定在具有杯形插座82的适配器88内。夹持器92容纳在夹持器插座86内，且可通过接合扳手面93的扳手转动夹持器来调整。
多个排气孔94可设置在锥形插件80内，以允许被捕获的气体从电极组件60排出。任何流过锥形插件80和绝缘插件76之间的流体被收集在锥形插件80内的凹部96里。任何生成在凹部96内的流体或气压通过排气孔94排出。
如前面参见图1和2所述的，保持架100被组装到夹持器92内以将绝缘套72夹持在夹持器92内。接着锁紧环102组装到保持架100上，以便将保持架100锁紧在适当位置。适配器螺母104被连接到适配器88，以将适配器固定到EHF室壁64。夹持器螺母106被固定至夹持器92，以保持夹持器92在适配器88内的位置。多个O形环108用于提供绝缘套72和适配器88之间的密封。
参考图8，电极头的优选形状或轮廓可用于上述EHF成形工具的任一实施例中或用于其他现有EHF成形工具中。在图8中限定优选的电极头轮廓。电极头的设计受室容积、室几何形状和放电能量影响。已经估计电极处的压力在1-2Gpa之间。当电极系统被浸没在腐蚀性流体(例如水，假如期望的话，水可以包括防锈剂)中时，电极系统必须承受腐蚀压力和高温等离子体。
电极还必须完成将能量导入室中和从室中导出的功能，同时保持电极与室或地源(a source of ground)绝缘。电极组件还必须保持室的防水密封，同时允许测量和调整电极间的间隙。电极组件还必须抑止在压力脉动期间的电极运动，其会倾向于使电极自EHF室被逐出。
电极轮廓或头部形状会影响放电效率和发生在放电过程中的电压差异。最后，电极轮廓还会影响电极腐蚀速率。在一些情况下，电极头部会遭受严重的头部腐蚀。在生产操作过程中，在电极必须周期性地被更换。腐蚀速率充分影响电极更换频率。
如图8所示头部轮廓为相对稳定的头部轮廓，其比其余电极轮廓提供更稳定的放电。该稳定的头部轮廓最小化腐蚀并减小所产生间隙的增加。如果相对电极之间的间隙被加倍，放电瞬间的电压可降低5％，且所产生的电流下降将近20％。合起来的电压和电流损失，导致损失了大约四分之一的用于成形目的的能量输入。具有半球形轮廓的头部典型地具有间隙，放电超过120，间隙增加5mm。对最初扁平的电极头部的研究得出：放电超过120，间隙增加2mm。因此，有必要在每放电100后推进电极。
具有尖锐或圆锥形横截面的电极头倾向于聚焦放电能量且腐蚀太快而迅速失去其原始设计和形状。扁平电极头腐蚀相对缓慢，但是其轮廓倾向于在放电发生时随着时间改变。电极头轮廓在伴随着可变腐蚀速率且经常变化着的放电条件的腐蚀进程中逐渐改变。最初提供的稳定的头部轮廓具有大致扁平的头部和圆形边缘，其渐近地接近所期望的稳定的电极头轮廓。这样的电极头轮廓倾向于呈现最慢的腐蚀速率并随着时间更加稳定。
如图8所示，示出电极头的半截面。最佳实线表示最佳形状的电极头。x和y轴相对整体电极直径/宽度的一半被归一化。以实线表示的最佳轮廓代表所提出的电极的名义形状。图8所示最大和最小轮廓表示稳定电极头形状的操作范围。最佳、最大和最小轮廓可由如下指数式衰减公式表示：
y(x)＝yo-A1e(1-x)/t1-A2e(1-x)/t2-A3e(1-x)t3，其中，e为自然对数的基数(2.718...)，
而在描述各个轮廓的公式中所用常数如下表1所示：
    yo   A1   t1   A2   t2   A3   t3
  最大   0.00048   0.40939   0.14818   0.72452   0.01097   0.38186   0.00026
  最佳   0.0038865   0.59789   0.19858   0.71285   0.01263   0.19676   0.00065
  最小   0.01164   0.80809   0.23584   0.83625   0.01788   1.61654   0.00031
改进的电极头形状的好处很大程度上也可以通过提供具有图8中线A和B之间轮廓而获得。电极头比由Y＝-1.6x2定义的线A更大。并且电极头比以B标示的折线小，折线B由水平线(y＝0)和垂直线(x＝1)限定，折线具有1/8R0的半径。
其中：y为电极头的长度，从电极头的端部开始测量；x为距电极中心线的距离；且R0为电极半径，等于电极直径的一半直径或电极宽度的一半。
尽管已经描述了本发明的实施例，但是对于本领域技术人员而言，作出不偏离本发明范围的变形是显而易见的。所有变形和等同方式在此都由权利要求限定。

Claims (6)

1.一种用于电动－液压成形工具的电极组件，所述电动－液压成形工具限定有充满液体的室，其特征在于，所述电极组件包括：
具有室端部和接头端部的电极棒；
组装在所述电极棒上的绝缘套，所述绝缘套具有的内端部邻近于所述电极棒的室端部，所述绝缘套具有的外端部邻近于所述电极棒的接头端部，在所述绝缘套的内端部处设置有偏转表面，所述偏转表面在所述电极棒的室端部和所述室之间形成锥面且其靠近所述电极处最窄，其中所述偏转表面形成在组装在所述电极棒上的金属帽上以使得电动液压放电的力偏离于直接冲击所述绝缘套。
2.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于，进一步包括围绕所述绝缘套设置的将所述电极和绝缘套固定在由所述室限定的开口内的适配器。
3.如权利要求2所示的电极组件，其特征在于，进一步包括容纳所述电极和绝缘套的夹持器，并且所述夹持器容纳在所述适配器内。
4.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述绝缘套具有设置在所述内端部和所述外端部之间的反作用面，其中，所述反作用面在形状上为部分圆锥形，且在所述反作用面的距所述绝缘套的内端部最远的端部处，所述反作用面最窄。
5.如权利要求4所述的电极组件，其特征在于，进一步包括：
围绕所述绝缘套设置的将所述电极和绝缘套固定在由所述室限定的开口内的适配器；以及
容纳所述电极和绝缘套的夹持器，所述夹持器容纳在所述适配器内，
其中，所述夹持器具有由所述反作用面接合以将所述绝缘套夹持在所述夹持器内的圆锥形受力表面。
6.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于，进一步包括：
容纳所述电极和绝缘套的夹持器；
连接到所述夹持器以将所述绝缘套和电极固定在所述夹持器内的保持架；以及
将所述保持架锁紧到所述夹持器的锁紧环。
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