CN102527831A - 一种利用子弹高速冲击金属板料成形的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用子弹高速冲击金属板料成形的方法及装置，轻气压缩发射系统由子弹和装有子弹的轻气压缩枪组成；成形装夹系统包括冲压座、固定器和钢模座；子弹正前方是子弹回收室，水平设置的单轴高速撞击杆后端伸在子弹回收室中，单轴高速撞击杆正前方是冲压座，冲压座的正前方是中间带孔的固定器，固定器的正前方是钢模座；由轻气压缩枪驱动子弹运动，与正前方的单轴高速撞击杆后端面发生高速碰撞，撞击正前方的冲压座，冲压座前部的冲头穿过固定器的中间孔向板材撞击，板材向钢模座方向压缩复制出模具形状，实现材料的生产与成形同步，精确地将被加工材料的应变率控制在10³～10⁴S^-1的范围内。

Description

一种利用子弹高速冲击金属板料成形的方法及装置

技术领域

 本发明涉及机械制造领域，特指一种基于高速冲击成形的方法及装置，适用于金属板料的高效成形，也适用于金属薄板成形。

背景技术

目前，国内外金属薄板塑性成形的方法有很多。其中冲压成形是最常见的成形方法，这种方法主要用于对低碳薄板、铝合金板、紫铜板及部分黄铜板的成形。由于高速成形相对传统的成形方法具有压力大、压力持续时间短，工件变形速度快的特点，所以特别适合于常规方法难以成形或根本无法成形的材料成形。

典型的高速成形方法有以下几种：电磁成形、爆炸成形和电液成形；例如：专利号为201010545184.1、名称为“微型燃料电池金属双极板微沟道的电磁成形装置及方法”，提出向线圈放电激发出强脉冲磁场，瞬变的强脉冲磁场在驱动片表面产生感应涡流进而产生与线圈的磁场方向相反的磁场；在磁场间相斥的作用力下，驱动片带动板坯向模具做贴模运动，其特点在于：成形利用电磁力，无机械接触摩擦，不需要对工件整体加热，不改变材料的金相组织，保持工件材料的原有性能。专利号为200780035514.9、名称为“用于爆炸成形的方法和装置”，该专利提出将至少一个工件设置在至少一个工具中，借助于炸药爆炸产生的冲击波成形，这种方法具有高效节能，成本低，结构简单的特点。而电液成形则是利用高压电击穿电极板间隙放电，形成强大的冲击电流在介质中引起冲击波及液流冲击，使金属坯料成形，这种方法可以进行拉伸、胀形、校形或冲孔等。上述三种高速成形方法共有的不足之处是：不能精确地控制被加工材料的应变率。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单，能精确控制被加工材料应变率的高速冲击金属板料成形的方法及装置。

本发明利用子弹高速冲击金属板料成形的方法采用的技术方案是：先由轻气压缩枪压缩100m/s～8000m/s发射脉冲的高压气体，驱动子弹运动；然后子弹与正前方的单轴高速撞击杆的后端面发生高速碰撞，使单轴高速撞击杆撞击正前方的成形装夹系统上的冲压座，冲压座前部的冲头穿过固定器的中间孔向板材撞击，板材向钢模座方向压缩复制出模具形状。

本发明利用子弹高速冲击金属板料成形的装置采用的技术方案是：包括轻气压缩发射系统和成形装夹系统，轻气压缩发射系统由子弹和装有子弹的轻气压缩枪组成；成形装夹系统包括冲压座、固定器和钢模座；子弹正前方设置子弹回收室，水平设置的单轴高速撞击杆后端伸在子弹回收室中，单轴高速撞击杆正前方是冲压座，冲压座的正前方是中间带孔的固定器，固定器的正前方是钢模座，冲压座相对固定器可前后移动且冲压座上的冲压头正对着固定器的中间孔，固定器和钢模座之间放置板材且板材位于固定器的中间孔位置处。

本发明的有益效果是： 

1、本发明采用轻气压缩发射系统产生的高速脉冲动力，实现高速脉冲冲击，实现材料的生产与成形同步，可以实现拉深、胀形、弯曲、扩孔、冲孔等冲压加工，使得轻气压缩发射系统在材料的高速成形加工中得以实用化，重复性好，可以实现自动化生产。

2、本发明可以改善现有高速成形方法的不足，可以根据生产实际的要求，适当选取被加工材料的尺寸，精确地将被加工材料的应变率控制在10³～10⁴S^-1 的范围内，可以实现拉深、胀形、弯曲、扩孔、冲孔等冲压加工，在该种高速冲击成形条件下，冲压件的精度很高，特别适合于常规方法难以成形或根本无法成形的材料成形。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明提出的利用子弹高速冲击金属板料成形的装置结构图；

图2为图1中成形装夹系统的剖视结构放大图；

图中：1.轻气压缩枪；2.子弹；3.子弹回收室；4.支座；5.单轴高速撞击杆；6.底座；7.冲压座；8.固定器；9.板材；10.钢模座。               

具体实施方式

参见图1-2，本发明高速冲击金属板料成形的装置包括轻气压缩发射系统、子弹回收室3、支座4、单轴高速撞击杆5、底座6和成形装夹系统组成，整个装置采用横向结构。其中，轻气压缩发射系统为整个装置提供高速脉冲动力，由轻气压缩枪1和子弹2组成，轻气压缩枪1的底部固定在底座6上，在轻气压缩枪1中装有子弹2。在子弹2正前方的一段距离处设置子弹回收室3，对撞击后的子弹立即进行回收。子弹回收室3的底部固定在底座6上。水平设置的单轴高速撞击杆5后端伸在子弹回收室3中，单轴高速撞击杆5的正前方是成形装夹系统。在单轴高速撞击杆5中间位置至少连接一个支座4，支座4用于支撑单轴高速撞击杆5，使单轴高速撞击杆5稳定在水平位置且其轴心与子弹2水平运动轨迹同轴。支座4的底部固定在底座6上。

参见图2，成形装夹系统包括冲压座7、固定器8和钢模座10，实现板材9的装夹定位和最终成形。单轴高速撞击杆5的正前方设置冲压座7。在冲压座7的正前方是固定器8，固定器8的正前方是钢模座9，并且冲压座7相对固定器8可前后移动；在固定器8和钢模座9之间放置板材9，固定器8是中间带孔的结构，冲压座7上的冲压头正对着固定器8的中间孔，板材9固定连接在固定器8上并且位于固定器8的中间孔位置。

采用高速冲击金属板料成形装置成形时，通过向轻气压缩发射系统内注入不同膨胀率的高压气体（如氢气、氦气和空气），以调整冲击力的大小，并且适当选取子弹2的类型和尺寸，根据板材的性质和成形形状优化冲击参数，从而实现金属板料的三维精确成形，能精确地将被加工金属板料的应变率控制在10³～10⁴S^-1 的范围内。具体是：由轻气压缩发射系统产生100m/s～8000m/s的发射脉冲，其产生的最大速度值可由气体的最大膨胀率计算得到。利用轻气压缩枪1压缩100m/s～8000m/s发射脉冲的高压气体，驱动子弹2高速运动，子弹2运动一段距离后与正前方的单轴高速撞击杆5的后端面发生高速碰撞，使得单轴高速撞击杆5向正前方高速运动，撞击到冲压座7。冲压座7受到单轴高速撞击杆5的撞击后，其前部的冲头会穿过固定器8的中间孔向板材9撞击，板材9发生高速撞击后具有一定冲量，向钢模座10方向压缩，由于钢模座9的限制最终复制出模具形状，实现金属板料的生产与成形同步进行。轻气压缩发射系统产生的高速脉冲动力，可以迫使常规方法难以成形或根本无法成形的材料成形。

Claims (2)

1.一种利用子弹高速冲击金属板料成形的方法，其特征是：先由轻气压缩枪（1）压缩100m/s～8000m/s发射脉冲的高压气体，驱动子弹（2）运动；然后子弹（2）与正前方的单轴高速撞击杆（5）的后端面发生高速碰撞，使单轴高速撞击杆（5）撞击正前方的成形装夹系统上的冲压座（7），冲压座（7）前部的冲头穿过固定器（8）的中间孔向板材（9）撞击，板材（9）向钢模座（10）方向压缩复制出模具形状。

2.一种实现权利要求1所述方法的装置，其特征是：包括轻气压缩发射系统和成形装夹系统，轻气压缩发射系统由子弹（2）和装有子弹（2）的轻气压缩枪（1）组成；成形装夹系统包括冲压座（7）、固定器（8）和钢模座（9）；子弹（2）正前方设置子弹回收室（3），水平设置的单轴高速撞击杆（5）后端伸在子弹回收室（3）中，单轴高速撞击杆（5）正前方是冲压座（7），冲压座（7）的正前方是中间带孔的固定器（8），固定器（8）的正前方是钢模座（9），冲压座（7）相对固定器（8）可前后移动且冲压座（7）上的冲压头正对着固定器（8）的中间孔，固定器（8）和钢模座（9）之间放置板材（9）且板材（9）位于固定器（8）的中间孔位置处。

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