CN102794347B - 高速射流冲击成形装置 - Google Patents

Abstract

一种高速射流冲击成形装置，它包括脉冲流体发生装置（1），成形装置（15），控制系统（16），动力系统（17）。所述脉冲流体发生装置（1）包括：喷嘴（2），顶紧螺母（3），外应力圈（4），紧固环（5），加速管（6），法兰（7），发射管（8），发射活塞（9），换向阀腔体（10），换向阀芯（11），封盖（12），复位弹簧（13），支架（14）。该装置使高压流体经过窄孔进行加速，高速的流体冲击工件，可以使难成形材料高速成形。本发明用柔性的流体代替传统成形加工中的刚性冲头，提高了加工中成形材料的成形效果，能减少材料成形表面的擦伤和破裂。

Description

高速射流冲击成形装置

技术领域

本发明涉及一种机械加工设备，尤其是一种利用高速流体进行冲击成形的装置，具体地说是一种利用高速流体做冲击介质，对难成形材料高速冲击，使材料成形的高速射流冲击成形装置。

背景技术

现在研究表明，在冲击成形过程中，难以成形的材料（如镁铝合金）在高速冲击下（速度大于100m/s），会表现出很好的成形性能，材料的塑性及流动填充性能得到很大提高。流体经过增压后可以得到很高的势能，高压流体在喷出狭窄的喷口时可获得高速（高于100m/s），如此高的速度可以应用于高速冲击成形加工过程，同时用柔性的流体代替传统成形加工中的刚性冲头，提高加工中成形材料成形效果。 

目前应用流体介质对金属材料高速成形加工的方法包括爆炸成形和液电成形。如杨希红的论文：爆炸成形加工数值分析（《航空精密制造技术》 1999年04期）。论文中提到爆炸成形装置，其实施方式为：将炸药、模具和待成形工件放于水槽里，炸药位于模具和待成形工件上方，成形加工时，引爆炸药产生冲击波和爆轰波使要成形的材料板与模具紧密接触，完成高速成形。

又如邓琦林、刘宏军、周锦进的论文：液电成形金属零件的实验研究（《航空精密制造技术》1999年第4期）。论文中提到的液电成形装置实施方式为：将电极、模具和待成形工件放于水槽里，电极接通放电回路，电极位于模具和待成形工件环绕的液体间隙里。成形加工时，闭合放电回路使电极放电，击穿液体间隙, 电极间的液体介质水急剧游离温度迅速上升，形成冲击波作用于工件，使工件贴模成型。

上述高速成形方法的脉冲产生方式与本发明存在区别：爆炸和液电成形分别是依靠爆炸能和电能对流体介质施加瞬时脉冲能量，形成冲击波冲击待成形工件使之高速成形；而本发明提供的装置是将高压流体瞬间释放形成脉冲冲击待成形工件，完成高速成形加工。其次爆炸和放电能量转化为液流冲击波的速度不能精确控制；本发明通过对液体压力和释放时间的把握可以更精确的控制流体介质的脉冲速度。

发明内容

本发明提出了一种高速射流冲击成形装置，可以实现将流体增压加速，利用高速流体作为介质瞬间冲击工件，完成高速成形，同时避免了应用刚性冲头高速冲击冲击工件产生的工件表面擦伤和破裂的缺陷。

本发明的技术方案是：

一种高速射流冲击成形装置，它包括脉冲流体发生装置1、成形装置15、控制系统16和动力系统17，动力系统17通过管路向脉冲流体发生装置1提供高压流体，控制系统16通过接受发射活塞9的位置信号，控制流体发生装置1释放脉冲流体，成形装置15用于安装待成形工件并接受脉冲流体发生装置1所发出的高速水流，以使待成形工件成形。

所述的脉冲流体发生装置1，其特征是由喷嘴2、顶紧螺母3、加速管6、法兰7、发射管8、发射活塞9、换向阀腔体10、换向阀芯11和复位弹簧13组成，喷嘴2通过顶紧螺母3密封安装在加速管6的前安装孔内；加速管6通过法兰7与发射管8的一端连接成一体；发射活塞9位于发射管8中并能在其中来回运动；换向阀腔体10为T型结构的中空腔体，垂直于换向阀腔体10的主贯通管的轴线在轴线中心位置设有一个横向管，该横向管与发射管8的另一端相连通；换向阀芯11位于换向阀腔体10主贯通管腔中，换向阀芯11的两端各设有一个复位弹簧13；在换向阀腔体10的两端各安装有一个与对应的复位弹簧13相抵的封盖12；所述的发射管8上加工有四个与内腔相通的通孔，其中位于两端的通孔A和通孔D分别通过连接管a及连接管d与动力系统17的高压水输出端相连通，另两个通孔中的一个与常压管道b相连通，另一个通过管道c与换向阀腔体10的上端的通孔E相连通，换向阀腔体10下端的通孔H通过管道e与发射管8一端的通孔D相连通，换向阀腔体10、通孔E和通孔H之间还设有通孔F和通孔G，通孔F上安装有控制阀K，通孔G与发射管8相连通。

所述的加速管6内安装有使喷嘴2与其保持同轴的外应力圈4和紧固环5。

所述的加速管6内的加速孔为锥孔，它靠近喷嘴一端的直径小于另一端的直径。

所述的加速管6、法兰7与发射管8的轴心同轴。

所述的加速管6、法兰7、发射管8及换向阀腔体10组成的脉冲流体发生装置1的两端分别支承在对应的支架14上。

所述的加速管6左侧内腔加工有Ф20mm孔，孔端面加工有45°圆凹台以便密封。加速管6中间内腔加工有10°斜楔形孔。加速管6的右侧内腔加工有Ф30mm孔，以便安装法兰7。

所述的发射管8为Ф35mm中空圆管，向右依次加工四个Ф40mm台阶孔，对应四个Ф40mm台阶孔自左向右依次加工Ф10mm管接头插孔A、B、C、D。其中A位于发射管8左端，B、C、D分别位于发射管8总体长度的四等分点上。

所述的发射管8的通孔A上连接管a安装有控制阀J，连接通孔D的连接管d上安装有控制阀L，所述的通孔H通过连接管e与控制阀L相连通。

所述的换向阀腔体10为T型结构中空腔体，垂直于换向阀腔体10的主贯通管的轴线在轴线中心位置一个横向管，沿竖直方向圆柱轴线加工有四个Ф30mm台阶孔E、F、G、H，在台阶孔E、F、H处对应加工有三个Ф10mm管接头插孔。

本发明的有益效果：

1、本发明提供了一种利用高速流体进行冲击形的装置，该装置可以利用高速流体对难成型的材料进行高速冲击成形。通过脉冲流体发生装置向成形材料施加瞬时高速脉冲液流，使成形材料受到冲压力作用而成形。

2、本发明提供的高速冲击成形装置，应用柔性流体作为冲击介质，可以避免通用刚性冲头冲击材料时，对成形材料表面带来的擦伤、磨损、破裂等损伤。

3、本发明结构简单，对脉冲流体介质的速度控制精准。而且整体装置易于安装,调试方便。很好的满足了高速冲击成形加工对空间和设备的要求。

附图说明

图1是本发明的的整体结构示意图。

图2是本发明的脉冲流体发生装置的俯视结构示意图。

图3是本发明的脉冲流体发生装置的剖视结构示意图。 

图4是本发明的脉冲流体发生装置工作于发射状态时的剖视结构示意图。

图5是本发明的加速管6的结构示意图。

图6是本发明的发射管8的结构示意图。

图7是本发明的换向阀腔体10的结构示意图。

图中：1.脉冲流体发生装置，2.喷嘴，3.顶紧螺母，4.外应力圈，5.紧固环，6.加速管，7.法兰， 8.发射管，9.发射活塞，10.换向阀腔体，11.换向阀芯，12.封盖，13.复位弹簧，14.支架，15.成形装置，16.控制系统，17.动力系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

一种高速射流冲击成形装置，它包括脉冲流体发生装置1、成形装置15、控制系统16和动力系统17，如图1所示，动力系统17通过管路向脉冲流体发生装置1提供高压流体，控制系统16通过接受发射活塞9的位置信号，控制流体发生装置1释放脉冲流体，成形装置15用于安装待成形工件并接受脉冲流体发生装置1所发出的高速水流，对待成形工件冲击成形。

详述如下：

本发明高速射流冲击成形装置，整体包括脉冲流体发生装置1，成形装置15，控制系统16，动力系统17四个部分。

脉冲流体发生装置1由喷嘴2、顶紧螺母3、外应力圈4、紧固环5、加速管6、法兰7、发射管8、发射活塞9、换向阀腔体10、换向阀芯11、封盖12、复位弹簧13、支架14组成。如图3所示，喷嘴2安装在加速管6的Ф40mm的孔内，顶紧螺母3、外应力圈4、紧固环5自左向右依次套在喷嘴2上，顶紧螺母3与加速管6的Ф20mm孔形成螺纹副，拧紧顶紧螺母3使得喷嘴2与加速管6密封安装在一起，并通过外应力圈4、紧固环5保证喷嘴2与加速管6中心轴同轴。加速管6、法兰7、发射管8三者用螺钉密封安装，三者中心轴同轴。发射活塞9位于发射管8中并能在其中来回运动。换向阀腔体10为T型结构中空腔体(如图7所示)。垂直于换向阀腔体10的主贯通管的轴线在轴线中心位置设有一个横向管（与发射管8相连通）；换向阀芯11位于换向阀腔体10主贯通管腔中，换向阀芯11的两端各设有一个复位弹簧13；在换向阀腔体10的两端各安装有一个与对应的复位弹簧13相抵的封盖12。发射管8与换向阀腔体10的横向管用螺钉固定，并保证发射管8与换向阀腔体10的横向管中心轴同轴。

加速管6左侧内腔加工Ф20mm孔，孔端面加工有45°圆凹台以便密封。加速管6中间内腔加工10°斜楔形孔。加速管6的右侧内腔加工Ф30mm孔，以便安装法兰7(如图5所示)。

发射管8为Ф35mm中空圆管，向右依次加工四个Ф40mm台阶孔，对应四个Ф40mm台阶孔自左向右依次加工管接头通孔A、B、C、D。其中通孔A位于发射管8左端，通孔B、C、D分别位于发射管8总体长度的四等分点上(如图6所示)。

换向阀腔体10为T型结构中空腔体，垂直于换向阀腔体10的主贯通管的轴线在轴线中心位置一个横向管，沿竖直方向圆柱轴线加工有四个Ф30mm台阶孔E、F、G、H，在台阶孔E、F、H处对应加工有三个管接头通孔(如图7所示)。

动力系统17通过输送管a、d向发射管8提供高压流体，通过输送管e、c向换向阀腔体10提供高压流体，输送管b联通常压。

控制系统16通过接受发射活塞9的位置信号，通过控制阀J、K、L控制流体发生装置1释放脉冲流体。

成形装置15包含模具和难成形工件。

本发明中的密封均用橡胶密封圈密封。

本发明的工作原理是： 

发射时, 控制系统16打开控制阀J，动力系统17的高压流体流体经过输送管a进入发射管8，作用于发射活塞9的左侧端面。打开发射阀K，发射活塞9被向右推动,其右端面的高压流体经过输送管f瞬间向外释放。发射活塞9向右侧移动（如图4所示），与法兰7脱离，高压流体进入加速管6进行加速，经过加速的流体以很高的速度自喷嘴2喷射出，对工件进行冲击，使之贴合模具完成成形过程。控制系统16接受成形信号关闭控制阀J和发射阀K,打开控制阀L。

4图所示，发射活塞9向右侧移动，高压流体经过输送管d、c进入换向阀腔体10，推动换向阀芯11向下移动联通阀腔体10的阶梯孔G和H，高压流体经过输送管e和换向阀腔体10进入发射管8，推动发射活塞9与法兰7成密封贴合（如图3）。此时关闭控制阀L，由于输送管b、c联通，换向阀腔体10内推动换向阀芯11向下移动的高压流体与常压联通，在回推弹簧12的作用下换向阀芯11在换向阀腔体10内回复原位（如图3）。 

本实施例中的具体尺寸可根据实际情况进行等效调整。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种高速射流冲击成形装置，它由脉冲流体发生装置（1），成形装置（15），控制系统（16），动力系统（17）构成，所述的动力系统（17）通过管路向脉冲流体发生装置（1）提供高压流体；控制系统（16）通过接受发射活塞（9）的位置信号，控制流体发生装置（1）释放脉冲流体；成形装置（15）用以安装待成形工件并接受脉冲流体发生装置（1）所发出的高速水流以使待成形工件成形，；其特征是所述的脉冲流体发生装置（1）主要由喷嘴（2）、顶紧螺母（3）、加速管（6）、法兰（7）、发射管（8）、发射活塞（9）、换向阀腔体（10）、换向阀芯（11）和复位弹簧（13）组成，喷嘴（2）通过顶紧螺母（3）密封安装在加速管（6）的前安装孔内；加速管（6）通过法兰（7）与发射管（8）的一端连接成一体；发射活塞（9）位于发射管（8）中并能在其中来回运动；换向阀腔体（10）为T型结构的中空腔体，垂直于换向阀腔体（10）的主贯通管的轴线在轴线中心位置设有一个横向管，该横向管与发射管（8）的另一端相连通；换向阀芯（11）位于换向阀腔体（10）主贯通管腔中，换向阀芯（11）的两端各设有一个复位弹簧（13）；在换向阀腔体（10）的两端各安装有一个与对应的复位弹簧（13）相抵的封盖（12）；所述的发射管（8）上加工有四个与内腔相通的通孔，其中位于两端的通孔A和通孔D分别通过连接管a和连接管d与动力系统（17）的高压水输出端相连通，另两个通孔中的一个与常压管道b相连通，另一个通过管道c与换向阀腔体（10）的上端的通孔E相连通，换向阀腔体（10）下端的通孔H通过管道e与发射管（8）一端的通孔D相连通，换向阀腔体（10）、通孔E和通孔H之间还设有通孔F和通孔G，通孔F上安装有控制阀K，通孔G与发射管（8）相连通。

2.根据权利要求1所述的高速射流冲击成形装置，其特征是所述的加速管（6）内安装有使喷嘴（2）与其保持同轴的外应力圈（4）和紧固环（5）。

3.根据权利要求1所述的高速射流冲击成形装置，其特征是所述的加速管（6）内的加速孔为锥孔，它靠近喷嘴一端的直径小于另一端的直径。

4.根据权利要求1所述的高速射流冲击成形装置，其特征是所述的加速管（6）、法兰（7）与发射管（8）的轴心同轴。

5.根据权利要求1所述的高速射流冲击成形装置，其特征是所述的连接通孔A的连接管a上安装有控制阀J，连接通孔D的连接管d上安装有控制阀L，所述的通孔H通过连接管e与控制阀L相连通。

6.根据权利要求1所述的高速射流冲击成形装置，其特征是所述的加速管（6）、法兰（7）、发射管（8）及换向阀腔体（10）组成的脉冲流体发生装置（1）的两端分别支承在对应的支架（14）上。

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