CN106563715B - 板料电致塑性多功能v形弯曲模具和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种板料电致塑性多功能V形弯曲模具和系统，属于金属加工领域，包括上模和下模，上模包括从上到下依次连接的模柄、上模座、凸模固定座、电极固定座和凸模，电极固定座连接有上电极；下模包括下模座，下模座上设置有垫板，垫板上设置有两个凹模固定座，凹模固定座连接有自由弯曲凹模，凹模固定座与下模座形成可沿下模座长度方向平移的移动副；上电极为导电材料，垫板为导电材料或绝缘材料，凸模固定座和下模座材质为绝缘材料。本发明只在一套模具上可以实现金属板料在高能脉冲电流作用下，进行V形自由弯曲，能同时研究电流频率和电流密度、通电方式、凸模圆角半径、弯曲角度等对弯曲回弹和弯曲力的影响。

Description

板料电致塑性多功能V形弯曲模具和系统

技术领域

本发明涉及金属加工领域，特别是指一种板料电致塑性多功能V形弯曲模具和系统。

背景技术

电致塑性效应是前苏联学者Troitskii首先提出的。电致塑性效应是材料(包括各种金属材料、陶瓷材料、超导材料、粉末冶金制品等)在运动电子(电流或电场)作用下，变形抗力急剧下降，塑性明显提高的现象，是一种包含焦耳热效应、磁压缩效应和纯电塑性效应等多种物理效应共同作用的处理方式。流经金属板料的脉冲电流能够促进材料内可动位错以及空穴的运动，促进位错的滑移以及攀移，抑制孪晶的发生，促进再结晶形核，使再结晶可以在较低的温度下发生，显著地降低材料的流动应力，提高了材料的塑性变形能力，减小弯曲回弹，提高成形件表面质量。近年来，作为热加工的替代成形处理方式，得到了广泛的关注并开始得到应用。

对电致塑性V形弯曲的研究，难点在于实验模具的设计，如何实现脉冲电流在试验过程中始终流经金属板料以及实现模具与压力的绝缘，保护压力机。同时对于金属板料的弯曲成形的研究，由于影响弯曲回弹的因素很多，需要开展大量试验从而得到满足确定条件下的板料弯曲数据，但是，现有的设备一般功能比较单一，要实现多次试验需要在不同的设备上进行，或者对现有的设备进行改造，但是这种改造是比较麻烦的，导致比较费时费力并且造成较大的经济负担。

发明内容

本发明提供一种板料电致塑性多功能V形弯曲模具和系统，本发明只在一套模具上可以实现金属板料在高能脉冲电流作用下，进行V形自由弯曲，能同时研究电流频率和电流密度、通电方式、凸模圆角半径、弯曲角度等对弯曲回弹和弯曲力的影响，并且模具结构简单，操作方便，减少加工成本。另外本发明实现了高能脉冲电流作用下，模具与压力机间的绝缘，并且保证了实验过程中，高能脉冲电流始终在金属板料中流通。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，本发明提供一种板料电致塑性多功能V形弯曲模具，包括上模和下模，其中：

所述上模包括从上到下依次连接的模柄、上模座、凸模固定座、电极固定座和凸模，所述电极固定座连接有上电极；

所述下模包括下模座，所述下模座上设置有垫板，所述垫板上设置有两个凹模固定座，所述凹模固定座连接有自由弯曲凹模，所述凹模固定座与所述下模座形成可沿所述下模座长度方向平移的移动副；

所述上电极为导电材料，所述垫板为导电材料或绝缘材料，所述凸模固定座和下模座材质为绝缘材料。

进一步的，所述上模座包括上模座上部和上模座下部，所述上模座上部开有第一阶梯孔，所述上模座下部开有第二阶梯孔，所述模柄的下端设置有第一凸台，所述凸模固定座的上端设置有第二凸台，所述第一凸台与所述第一阶梯孔配合，所述第二凸台与所述第二阶梯孔配合，所述上模座上部和上模座下部通过第一螺栓组固定在一起。

进一步的，所述凸模固定座、电极固定座和凸模通过凸模连接杆连接在一起，其中：

所述凸模固定座和电极固定座开设有竖直方向的安装孔，所述凸模连接杆伸在所述安装孔内，所述凸模连接杆的上端和凸模固定座开有水平方向的圆柱销孔，圆柱销安装在所述凸模固定座和凸模连接杆的圆柱销孔中，所述凸模连接杆的下端设置有螺纹，所述凸模通过螺纹与所述凸模连接杆连接。

进一步的，所述下模座和垫板上开有至少一条T型滑槽，所述T型滑槽内设置有滑块，所述滑块通过第二螺栓组连接所述凹模固定座。

进一步的，所述滑块的底面高于所述下模座的底面，所述第二螺栓组的外表面设置有螺栓绝缘套。

进一步的，还包括有约束凹模，所述有约束凹模设置在所述垫板上并位于两个凹模固定座之间，所述有约束凹模的上部具有V型缺口，所述垫板上方且位于有约束凹模中间部分设置有垫块，所述垫块为导电材料或绝缘材料。

进一步的，所述有约束凹模包括中间凹模和设置在在所述中间凹模两侧的外侧凹模，所述外侧凹模通过第三螺栓组与所述凹模固定座连接。

进一步的，所述凸模和电极固定座之间设置有第一云母板，所述凹模固定座和自由弯曲凹模之间设置有第二云母板，所述外侧凹模和凹模固定座之间设置有第三云母板，所述中间凹模和外侧凹模之间设置有第四云母板。

进一步的，所述凸模和有约束凹模上开有用于插入电热棒或连接冷却水管的通孔。

另一方面，本发明提供一种板料电致塑性多功能V形弯曲系统，包括压力机和上述的板料电致塑性多功能V形弯曲模具，所述下模座放置在所述压力机的工作台上，所述模柄与所述压力机通过螺纹连接。

本发明具有以下有益效果：

对于金属板料进行自由弯曲成形的研究时，影响弯曲回弹的变量很多，如金属板料流过的电流频率、电流密度，金属板料的加电方式，金属板料弯曲的角度，凸模的圆角半径，两个自由弯曲凹模的间距等，因此往往需要进行较多次的试验，每次试验的条件不同。

本发明中，可以方便的改变电流频率和电流密度，研究不同频率和密度的电流下金属板料的自由弯曲性能。

而且，本发明有两种通电方式，本发明能研究不同通电方式下金属板料的自由弯曲性能。

另外，本发明可以更换不同圆角半径的凸模，研究凸模圆角半径不同时，金属板料的自由弯曲性能。

最后，凹模固定座与下模座形成可沿下模座长度方向平移的移动副，可以调节两个凹模固定座的间距，自由弯曲凹模与凹模模固定座连接，也即可以调节两个自由弯曲凹模的间距，在试验中，压力机下移的行程是一定的，自由弯曲凹模间距不同，可以导致金属板料弯曲的角度不同，可以研究金属板料弯曲角度不同时，金属板料的自由弯曲性能。

需要额外说明的是，电流在整个试验过程中始终流过金属板料，需要将模具与压力机绝缘，使得电流仅在流过模具和金属板料，不会流过压力机，使用绝缘材料的凸模固定座可以使得模具与压力机的上部绝缘，使用电木板的下模座可以使得模具与压力机的下部绝缘。

由此可知，本发明的板料电致塑性多功能V形弯曲模具只在一套模具上可以实现金属板料在高能脉冲电流作用下，进行V形自由弯曲，能同时研究电流频率和电流密度、通电方式、凸模圆角半径、弯曲角度等对弯曲回弹和弯曲力的影响，并且模具结构简单，操作方便，减少加工成本。另外本发明实现了高能脉冲电流作用下，模具与压力机间的绝缘，保证了实验过程中，高能脉冲电流始终在金属板料中流通。

附图说明

图1为本发明中能够进行自由弯曲试验的板料电致塑性多功能V形弯曲模具的示意图；

图2为图1的下模俯视图；

图3为图2的左剖视图；

图4为本发明中的滑块俯视图；

图5为图1的板料电致塑性多功能V形弯曲模具的横向加电方式示意图；

图6为图1的板料电致塑性多功能V形弯曲模具的竖向加电方式示意图；

图7为本发明中能够进行自由弯曲试验和有约束弯曲试验的板料电致塑性多功能V形弯曲模具的示意图；

图8为图7的下模俯视图；

图9为图7的板料电致塑性多功能V形弯曲模具的横向加电方式示意图；

图10为图7的板料电致塑性多功能V形弯曲模具的竖向加电方式示意图；

其中，各附图标记如下：100上模，110模柄，120上模座，121上模座上部，122上模座下部，130凸模固定座，140电极固定座，150凸模，160凸模连接杆，170圆柱销，180第一云母板，190上电极；200下模，210下模座，211T型滑槽，212滑块，220垫板，230凹模固定座，240自由弯曲凹模，250第二云母板，260有约束凹模，261中间凹模，262外侧凹模，270垫块，280第三云母板，290第四云母板；310第一螺栓组，320第二螺栓组，321绝缘套，330第三螺栓组，340第四螺栓组。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一方面，本发明提供一种板料电致塑性多功能V形弯曲模具，其实施例一如图1-6所示，本实施例用于对金属板料进行自由弯曲试验，包括上模100和下模200，其中：

上模100包括从上到下依次连接的模柄110、上模座120、凸模固定座130、电极固定座140和凸模150，电极固定座140连接有上电极190。

下模200包括下模座210，下模座210上设置有垫板220，垫板220上设置有两个凹模固定座230，凹模固定座230连接有自由弯曲凹模240，凹模固定座230与下模座210形成可沿下模座210长度方向平移的移动副；凹模固定座230和自由弯曲凹模240优选通过第四螺栓组340连接。

上电极190为导电材料，垫板220为导电材料或绝缘材料，凸模固定座130和下模座210材质为绝缘材料。

本实施例的板料电致塑性多功能V形弯曲模具与压力机配合使用，用于对金属板料进行自由弯曲试验，研究其弯曲回弹以及弯曲力等。自由弯曲试验是指凸模对板料上方施加压力，板料下方没有限制板料弯曲的模具(即后述的有约束凹模)，板料产生自由弯曲变形。

使用前，将下模座放置在压力机的工作台上，模柄与压力机通过螺纹连接，金属板料连接在两个凹模固定座上，金属板料优选镁合金板料，尺寸优选为：长110mm，宽20mm，厚1mm。

使用时，首先启动压力机，压力机带动上模下移，凸模接触金属板料，然后对金属板料进行通电，通电方式有两种：

第一种通电方式如图5所示，电流依次流过左边的自由弯曲凹模→金属板料→右边的自由弯曲凹模，此时的垫板为绝缘材料，优选为电木板。凸模固定座的材质优选为尼龙材料，具有较高的抗压强度，并且其绝缘特性好，凸模固定座使得板料电致塑性多功能V形弯曲模具与压力机的上方绝缘，下模座的材质优选为电木板，尺寸优选为200mm×100mm×20mm，垫板和下模座使得板料电致塑性多功能V形弯曲模具与压力机的下方绝缘。

第二种通电方式如图6所示，电流依次流过上电极→电极固定座→凸模→金属板料→自由弯曲凹模→凹模固定座→垫板，此时垫板的材质为导电材料，作为下电极，优选为铜，并且，电流通过第四螺栓组340从自由弯曲凹模流向凹模固定座。凸模固定座的材质优选为尼龙材料，使得板料电致塑性多功能V形弯曲模具与压力机的上方绝缘，下模座的材质优选为电木板，使得板料电致塑性多功能V形弯曲模具与压力机的下方绝缘。

然后在压力机的带动下，上模进一步下移，使金属板料产生自由弯曲变形，观察金属板料的弯曲性能、弯曲回弹性能、晶粒变化等，对金属板料的自由弯曲成形进行研究。

对于金属板料进行自由弯曲成形的研究时，影响弯曲回弹的变量很多，如金属板料流过的电流频率、电流密度(包括有效电流密度和峰值电流密度)，金属板料的加电方式(即电流的方向)，金属板料弯曲的角度，凸模的圆角半径，两个自由弯曲凹模的间距等，因此往往需要进行较多次的试验，每次试验的条件不同。

本实施例中，可以方便的改变电流频率和电流密度，研究不同频率和密度的电流下金属板料的自由弯曲性能。

而且，如前所述，本实施例有两种通电方式，本实施例能研究不同通电方式(即电流方向)下金属板料的自由弯曲性能。

另外，本实施例可以更换不同圆角半径的凸模，研究凸模圆角半径不同时，金属板料的自由弯曲性能。例如，凸模圆角半径分别为4mm，6mm，8mm，10mm。

最后，凹模固定座与下模座形成可沿下模座长度方向平移的移动副，可以调节两个凹模固定座的间距，自由弯曲凹模与凹模模固定座连接，也即可以调节两个自由弯曲凹模的间距，在试验中，压力机下移的行程是一定的，自由弯曲凹模间距不同，可以导致金属板料弯曲的角度不同，可以研究金属板料弯曲角度不同时，金属板料的自由弯曲性能。例如，两自由弯曲凹模的距离分别可以选择为40mm，50mm，60mm，70mm，凸模行程恒定为20mm。可以分别测试弯曲半径分别为73.74°，90°，102.68°，112.6°，120°时自由弯曲金属板料弯曲回弹和弯曲力。

需要额外说明的是，电流在整个试验过程中始终流过金属板料，需要将模具与压力机绝缘，使得电流仅在流过模具和金属板料，不会流过压力机，使用绝缘材料的凸模固定座可以使得模具与压力机的上部绝缘，使用电木板的下模座可以使得模具与压力机的下部(工作台)绝缘。

由此可知，本实施例的板料电致塑性多功能V形弯曲模具只在一套模具上可以实现金属板料在高能脉冲电流作用下，进行V形自由弯曲，能同时研究电流频率和电流密度、通电方式、凸模圆角半径，弯曲角度等对弯曲回弹和弯曲力的影响，并且模具结构简单，操作方便，减少加工成本。另外本实施例实现了高能脉冲电流作用下，模具与压力机间的绝缘，保证了实验过程中，高能脉冲电流始终在金属板料中流通。

本实施例中，上模座的结构可以是多种结构，优选的，上模座120包括上模座上部121和上模座下部122，上模座上部121开有第一阶梯孔，上模座下部122开有第二阶梯孔，模柄110的下端设置有第一凸台，凸模固定座130的上端设置有第二凸台，第一凸台与第一阶梯孔配合，第二凸台与第二阶梯孔配合，上模座上部121和上模座下部122通过第一螺栓组310固定在一起。

在安装时，首先将模柄从下往上穿过上模座上部的第一阶梯孔，并将第一凸台嵌在第一阶梯孔内；然后将凸模固定座从上往下穿过上模座下部的第二阶梯孔，并将第二凸台嵌在第二阶梯孔内；最后将上模座上部和上模座下部通过第一螺栓组固定在一起。本实施例能够方便牢固的安装模柄、上模座和凸模固定座。

并且，模柄优选为圆柱体，模柄的直径优选为60mm，第一凸台的直径优选为80mm；上模座上部和上模座下部的尺寸优选为200mm×100mm×20mm。

进一步的，凸模固定座130、电极固定座140和凸模150通过凸模连接杆160连接在一起，其中：

凸模固定座130和电极固定座140开设有竖直方向的安装孔，凸模连接杆160伸在安装孔内，凸模连接杆160的上端和凸模固定座130开有水平方向的圆柱销孔，圆柱销170安装在凸模固定座130和凸模连接杆160的圆柱销孔中，凸模连接杆160的下端设置有螺纹，凸模150通过螺纹与凸模连接杆160连接。

安装时，首先将凸模连接杆伸进安装孔内，并使得凸模固定座和凸模连接杆的圆柱销孔平齐，将圆柱销插在圆柱销孔中，通过圆柱销对凸模固定座以及凸模连接杆进行固定，保证了实验过程中凸模的垂直度以及实验过程的稳定性，提高了成形件的精度；然后将凸模拧到凸模连接杆下端的螺纹上，凸模可以通过螺纹连接进行更换。

凹模固定座与下模座形成的移动副可以有多种结构，优选的，下模座210和垫板220上开有至少一条T型滑槽211，每个T型滑槽211内设置有至少两个滑块212，滑块的尺寸优选为30mm×30mm×12mm，滑块212通过第二螺栓组320连接凹模固定座230。本实施例通过T型滑槽和滑块配合，实现两个凹模固定座间距(即两个自由弯曲凹模间距)的调整，简单方便。

并且，为了保证绝缘效果，滑块212的底面高于下模座210的底面，使得滑块不与压力机的工作台接触，第二螺栓组320的外表面设置有螺栓绝缘套321。此处的高于是指滑块212的厚度小于T型滑槽211的厚度，使得滑块212相对于下模座210的底面更靠上，不与压力机的工作台接触。

另外，为防止热量的散失以及防止热量传导到工具的其他部分，凸模150和电极固定座140之间设置有第一云母板180，凹模固定座230和自由弯曲凹模240之间设置有第二云母板250。

本发明的实施例二如图7-10所示，本实施例用于对金属板料进行自由弯曲试验和有约束弯曲试验，在实施例一的基础上，还包括有约束凹模260，有约束凹模260设置在垫板220上并位于两个凹模固定座230之间，有约束凹模260的上部具有V型缺口，垫板220上方且位于有约束凹模260中间部分设置有垫块270，垫块270为导电材料或绝缘材料。

本实施例可以进行前述的实施例一自由弯曲试验，只需把有约束凹模拆下即可，具体如前述，不再赘述。

本实施例还可以进行有约束弯曲试验，有约束弯曲试验是指凸模对板料上方施加压力，板料下方设置有限制板料弯曲的有约束凹模，板料在有约束凹模的限制下产生有约束弯曲变形。

本实施例在进行有约束弯曲试验时，也有两种通电方式，第一种如图9，电流依次经过左边的自由弯曲凹模→金属板料→右边的自由弯曲凹模，此时垫块的材质为绝缘材料，优选为电木板，垫板为绝缘材料，优选为电木板。

第二种通电方式，如图10所示，电流依次流过上电极→电极固定座→凸模→金属板料→自由弯曲凹模→凹模固定座→垫块，此时垫块的材质为导电材料，作为下电极，优选为铜，垫板为绝缘材料，优选为电木板。

在进行有约束弯曲试验时，也具有前述的实施例一的自由弯曲实验的各种功能。

本实施例只在一套模具上可以实现板料在高能脉冲电流作用下，进行V形有约束弯曲和V形自由弯曲，能同时研究电流频率和电流密度、通电方式、凸模圆角半径，弯曲角度等对弯曲回弹和弯曲力的影响，并且模具结构简单，操作方便，减少加工成本。另外本实施例实现了高能脉冲电流作用下，模具与压力机间的绝缘，保证了实验过程中，高能脉冲电流始终在金属板料中流通。

作为本实施例的板料电致塑性多功能V形弯曲模具的另一种改进，有约束凹模260包括中间凹模261和设置在在中间凹模261两侧的外侧凹模262，外侧凹模262通过第三螺栓组330与凹模固定座230连接。

进一步的，外侧凹模262和凹模固定座230之间设置有第三云母板280，中间凹模261和外侧凹模262之间设置有第四云母板290。第三云母板和第四云母板起到隔热和绝缘的作用，实现高能脉冲电流只能通过凹模固定座流经外侧凹模再流经金属板料，防止电流直接流经中间凹模流向负极。

本实施例在对金属板料进行通电时，由于电阻热的存在，每次实验完成之后，模具都会有一定的初始温度，影响实验的进一步进行，需要对模具进行冷却，保证初始温度的一致性。可以在凸模150和有约束凹模260上开设通孔，直径优选8mm，接上冷却水管，如铜管等，冷却水水在水泵的作用下在冷却水管内循环流动，冷却模具。

本实施例通过冷却水循环系统的应用，实现了试验后模具温度的降低，保证的试验初始温度的一致性。提高了实验的效率以及实验结果的准确性。

本实施例还可以用于研究金属的常规热弯曲成形性能，此时不通脉冲高频电流，而是将电热棒插入通孔中，加热模具和金属板料，加热功率优选为100W。本实施例通过加热棒加热方式，实现了传统热处理方式与电致塑性效应两种不同的处理方式的对比。

另一方面，本发明提供一种板料电致塑性多功能V形弯曲系统，包括压力机和上述的板料电致塑性多功能V形弯曲模具，下模座放置在压力机的工作台上，模柄与压力机通过螺纹连接。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种板料电致塑性多功能V形弯曲模具，其特征在于，包括上模和下模，其中：

所述上模包括从上到下依次连接的模柄、上模座、凸模固定座、电极固定座和凸模，所述电极固定座连接有上电极；

所述下模包括下模座，所述下模座上设置有垫板，所述垫板上设置有两个凹模固定座，所述凹模固定座连接有自由弯曲凹模，所述凹模固定座与所述下模座形成可沿所述下模座长度方向平移的移动副；

所述板料电致塑性多功能V形弯曲模具还包括有约束凹模，所述有约束凹模设置在所述垫板上并位于两个凹模固定座之间，所述有约束凹模的上部具有V型缺口，所述垫板上方位于两个外侧凹模之间处设置有垫块，所述垫块为导电材料或绝缘材料；

所述上电极为导电材料，所述垫板为导电材料或绝缘材料，所述凸模固定座和下模座材质为绝缘材料；其中：所述垫板为绝缘材料时，电流依次流过其中一个自由弯曲凹模→金属板料→另一个自由弯曲凹模；所述垫板的材质为导电材料时，电流依次流过上电极→电极固定座→凸模→金属板料→自由弯曲凹模→凹模固定座→垫板。

2.根据权利要求1所述的板料电致塑性多功能V形弯曲模具，其特征在于，所述上模座包括上模座上部和上模座下部，所述上模座上部开有第一阶梯孔，所述上模座下部开有第二阶梯孔，所述模柄的下端设置有第一凸台，所述凸模固定座的上端设置有第二凸台，所述第一凸台与所述第一阶梯孔配合，所述第二凸台与所述第二阶梯孔配合，所述上模座上部和上模座下部通过第一螺栓组固定在一起。

3.根据权利要求1所述的板料电致塑性多功能V形弯曲模具，其特征在于，所述凸模固定座、电极固定座和凸模通过凸模连接杆连接在一起，其中：

所述凸模固定座和电极固定座开设有竖直方向的安装孔，所述凸模连接杆伸在所述安装孔内，所述凸模连接杆的上端和凸模固定座开有水平方向的圆柱销孔，圆柱销安装在所述凸模固定座和凸模连接杆的圆柱销孔中，所述凸模连接杆的下端设置有螺纹，所述凸模通过螺纹与所述凸模连接杆连接。

4.根据权利要求1所述的板料电致塑性多功能V形弯曲模具，其特征在于，所述下模座和垫板上开有至少一条T型滑槽，所述T型滑槽内设置有滑块，所述滑块通过第二螺栓组连接所述凹模固定座。

5.根据权利要求4所述的板料电致塑性多功能V形弯曲模具，其特征在于，所述滑块的底面高于所述下模座的底面，所述第二螺栓组的外表面设置有螺栓绝缘套。

6.根据权利要求1所述的板料电致塑性多功能V形弯曲模具，其特征在于，所述有约束凹模包括中间凹模和设置在在所述中间凹模两侧的外侧凹模，所述外侧凹模通过第三螺栓组与所述凹模固定座连接。

7.根据权利要求6所述的板料电致塑性多功能V形弯曲模具，其特征在于，所述凸模和电极固定座之间设置有第一云母板，所述凹模固定座和自由弯曲凹模之间设置有第二云母板，所述外侧凹模和凹模固定座之间设置有第三云母板，所述中间凹模和外侧凹模之间设置有第四云母板。

8.根据权利要求1所述的板料电致塑性多功能V形弯曲模具，其特征在于，所述凸模和有约束凹模上开有用于插入电热棒或连接冷却水管的通孔。

9.一种板料电致塑性多功能V形弯曲系统，其特征在于，包括压力机和权利要求1-8任一所述的板料电致塑性多功能V形弯曲模具，所述下模座放置在所述压力机的工作台上，所述模柄与所述压力机通过螺纹连接。