CN107107153A

CN107107153A - 电动液压成形室

Info

Publication number: CN107107153A
Application number: CN201580070350.8A
Authority: CN
Inventors: 伊兰·普劳特
Original assignee: ADM28 SARL
Current assignee: ADM28 SARL
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2015-12-31
Publication date: 2017-08-29
Anticipated expiration: 2035-12-31
Also published as: EP3240649B1; FR3031056A1; WO2016107927A1; FR3031056B1; US20180264537A1; JP2018500181A; US10486218B2; EP3240649A1; CN107107153B; JP6676641B2

Abstract

本发明涉及用于使一个工件（50）成形的一种电动液压成形室（10），电动液压成形室包括：具有内壁（21）的一个放电框架（20），内壁（21）限定一个用于容纳一定体积的流体的放电室（22）；包括一个成形室（32）的一个模具（30），成形室包括一个压印模（31），压印模（31）设计为与工件变形后的形状互补；一个电动液压放电系统（40），在电动液压放电系统启动之前，工件（50）位于放电室（22）和成形室（32）之间；电动液压放电系统启动，使工件（50）向成形室（32）的压印模（31）投掷，从而使工件（50）变形。根据本发明，内壁（21）的全部或一部分上具有一个非金属涂层（24）。

Description

电动液压成形室

技术领域

本发明涉及成形领域，更具体地涉及电动液压成形领域。本发明涉及一种电动液压成形室，特别用于小尺寸工件的成形。

背景技术

液压成形方法通常用作制造方法，特别是用于复杂工件的成形。它们涉及使用流体压力，优选为液体的压力，使保持在模具中的钢板产生塑性变形。然后，流体作用在钢板上，使其遵循模具的形状。可以通过各种方式对该流体加压。

在现有的液压成形方法中，可以引用称为EHF方法的电动液压成形方法。该方法是一种非常高速的变形成形方法，其基于多个电容器中存储的高能量的放电，所述多个电容器位于填充有流体的腔室中的两个电极之间，或者位于填充有流体的腔室中的爆炸丝中。当该流体中发生放电时，在该流体中产生冲击波，该冲击波进行传播并使钢板向模具投掷。因此，在钢板上产生的动态压力使向模具投掷的钢板的构成材料发生高速变形，从而使其成形。

这种方法可以使钢板成形，也可以使由塑性可变形材料制成的其它工件成形。其用于生产大尺寸工件，即其特征长度明显大于两个电极之间距离的工件。

这种方法提供了许多优点，特别是获得工件上非常细微的细节，例如蚀刻，不存在弹性回复，或甚至制造成本低。

然而，如专利US7493787所示，其缺点之一在于工件成形所需的周期。实际上，众所周知，通过EHF方法的成形周期分为几个步骤：

- 将待成形工件放置在电动液压成形室中，

- 用流体填充电动液压成形室中的一个中空室，

- 电动液压放电至包含在中空室中的流体，

- 排空该中空室，

- 移除成形工件。

其中填充和排空中空室的步骤为最耗时的步骤。

发明内容

本发明的目的特别在于提供一个可以使工件成形的有效解决方案，其在减少成形周期的同时保证相同的成果。

因此，本发明涉及一种用于使工件成形的电动液压成形室。

用于使工件成形的电动液压成形室包括：

- 称为放电框架的一个第一部分，其包括限定一个放电室的一个内壁，放电室用于容纳一定体积的流体，

- 称为模具的一个第二部分，其包括具有一个压印模的一个成形室，压印模与工件变形后的形状互补，

- 一个电动液压放电系统。

在电动液压放电系统启动之前，工件位于电动液压成形室内，在放电室和成形室之间，电动液压放电系统的启动将导致工件向成形室的压印模投掷并且使工件变形。

应该理解的是，启动意味着通过电动液压放电系统在流体中放电，从而产生在流体中传播的冲击波。

放电框架优选由高强度材料制成，例如由钢等金属材料制成，以承受电动液压放电系统启动时所产生的高压。

根据本发明，内壁的全部或一部分上具有一个非金属涂层。

涂层是沉积在一个部件表面的一层材料，以赋予部件特定的性质，这里的涂层为工件内壁的表面上的一层材料。涂层的构成材料部分地或完全地覆盖内壁，但构成涂层的材料最终和内壁的表面成为一个整体。

优选地，非金属的涂层设置在内壁上，在放电室中电动液压放电系统的端口的周围和附近。

这种非金属涂层能够有利地避免在电动液压放电系统和内壁之间形成电弧。这样的电弧可能损坏内壁，并且大幅降低电动液压放电系统的效率，使得钢板无法成形。

因此，可以减小放电室的尺寸而无需担心这样的电弧。放电室尺寸的减小有利地减小了填充放电室所需的流体的体积。因此，使用这种电动液压成形室执行成形方法，所需的成形周期大幅缩短，生产率大幅提高。

这种电动液压成形室尤其适用于小尺寸工件的生产，例如用精细蚀刻制成的USB（通用串行总线）闪存盘壳体。

根据优选实施方式，本发明还满足下列可以单独地应用或者以在技术上可行的组合来应用的特征。

根据优选实施方式，为了进一步减轻产生电弧的风险，涂层是由电绝缘材料制成的涂层。

根据优选实施方式，内壁由多个非金属涂层覆盖。

根据优选实施方式，电动液压放电系统包括两个用于连接到电能储存单元的电极。

根据优选实施方式，电动液压放电系统包括一个用于连接到电能储存单元的爆炸丝。

根据优选实施方式，电动液压放电系统包括一个用于连接在两个电极之间的爆炸丝。

本发明还涉及一种电动液压成形机，其包括根据实施方式之一的一个电动液压成形室和连接到电动液压放电系统的一个电能储存单元。

附图说明

参照图1至图3，以下的示例性实施方式清楚地说明本发明的特征和优点，实施方式仅提供举例说明，并不以任何方式限制本发明，其中：

图1表示根据本发明的一个实施方式的电动液压成形室的横截面图，

图2示出根据本发明的另一实施方式的电动液压成形室的横截面图，

图3示出通过根据本发明的实施方式之一的电动液压成形室蚀刻的U盘壳体。

具体实施方式

图1示出根据本发明的一个实施方式的用于使工件50成形的电动液压成形室10。待成形工件可以是扁平工件，或者作为一种变型，可以是管状工件。工件也可以通过常规冲压技术进行预成形。

该电动液压成形室用于下文提到的常规成形方法中。

电动液压成形室10分为两部分制成。电动液压成形室10包括称为放电框架20的一个第一部分，和称为模具30的一个第二部分。如图所示，放电框架20代表电动液压成形室的上部（根据图的方向），模具30代表下部。作为变型，在不脱离本发明范围的情况下，可以设想放电框架20代表电动液压成形室的下部（根据图的方向），模具30代表上部。作为变型，第一部分可以代表电动液压成形室的左部（根据图的方向），第二部分可以代表电动液压成形室的右部（根据图的方向），反之亦然。

放电框架20包括限定放电室22的内壁21。

针对这一部分，模具30包括成形室32，当在放电框架20和模具30组装后，该成形室32与放电室22相对。

放电框架20和模具30彼此可拆卸，以允许待成形工件50的插入和移除。

待成形工件设置在模具30和放电框架20之间的界面33处，并且密封地保持在该位置上。待成形工件在电动液压成形室中就位时将成形室32与放电室22分隔开。

在图1的实例中，待成形工件为扁平形状的工件。在图2的实例中，待成形工件为管状的工件。

成形室32具有一个面向待成形工件的压印模31，该压印模31对应于待成形工件变形后的形状。

放电框架20和模具30优选地由钢等金属材料制成，以便在成形过程中呈现各个室（放电室22和成形室32）的结构强度，并且承受在电动液压放电时产生的高压。实际上，电动液压放电时的电压可以达到几万伏。

放电室22用于填充有不可压缩流体，优选为液体，例如水。

一个供水管道23设置在放电框架20中，使得放电室22与一个盛水的罐（未示出）相连，并且向放电室20供水。

一个排水管道（未示出）设置在放电框架20中，使得放电室22与一个罐相连，并且将水从放电室排放到该罐中。

在一个变型例中，供水管道23和排水管道是同一个管道，使得水可以从单个罐供应到放电室，并从放电室排放到同一个罐中。

成形室32，其内部优选为真空。

一个管道（未示出）设置在模具30中，使得成形室32与一个真空泵（未示出）相连。然而，作为变型或者在没有产生真空的机构的情况下，管道可以将成形室32处于大气中并提供多个通气孔，使得空气可以在成形过程中被排出。

在一个优选实施方式中，电动液压成形室10和放电室22具有大致圆柱形的几何形状。

但在不脱离本发明范围的情况下，电动液压成形室10和放电室22可以具有任何几何形状。更具体地，放电室22优选地具有一种几何形状，其使得内壁21向待成形工件50反射在电动液压放电时获得的冲击波。例如，如图2所示，内壁的上部可以为锥形。

电动液压成形室10还包括电动液压放电系统40。

在图1所示的非限制性示例中，电动液压放电系统40包括两个不同的电极41。

每个电极41均穿过放电框架20。每个电极的第一端42位于放电框架20的放电室22内。位于放电框架20外部的第二端43通过电源线连接到一个电能储存单元（未示出）。

两个电极41优选地覆盖有电绝缘材料的护套44，使得它们与形成放电框架20的金属材料电绝缘。

电极41设置在电动液压成形室10中，以在两个电极41的第一端42之间产生电极间距离d₁。众所周知，在振幅和持续时间方面，电极间距离d₁可以限定电动液压放电时产生的冲击波的功率。

根据待成形工件待获得的形状的复杂性和/或待成形工件的构成材料来增大或减小电极间距离d₁，以调节电动液压放电时达到的能量并影响冲击波的功率。

在一个实施方式中，电极间距离d₁可以通过如螺母系统等常规设定机构（未示出）进行调节，只要其设定操作不会损坏两个电极41即可。

两个电极也相对于工件进行设置，以便在电动液压放电的位置和工件之间保持距离d₂。距离d₂通过直达波有助于使工件成形。

两个电极41所连接的电能储存单元尤其包括至少一个电容器。对于本领域技术人员，电能储存单元的各种组件的形式和操作是已知的，在本说明书中不做详细描述。

电动液压成形室和电能储存单元组合形成一个电动液压成形机。

放电框架20的内壁21的一部分具有非金属涂层24。

非金属涂层24是沉积在内壁21的全部或一部分上的一个层。非金属涂层24部分地覆盖内壁21，并通过适当的手段与内壁形成为一个整体。

优选地，非金属涂层24具有厚度e，以完全消除一个电极41的第一端42和金属放电框架20之间产生电弧的风险。

在一个优选实施方式中，为了减小厚度e，非金属涂层24由电绝缘材料制成。

优选地，非金属涂层24选取介电强度非常高的材料，介电强度大于20 kV/mm。

在一个示例性实施方式中，当电动液压放电达到的电压为100 kV，并且非金属涂层24选取介电强度为20 kV·mm^-1的材料时，涂层将具有5 mm的厚度。

涂层还受到与冲击波冲击内壁相关联的应力。涂层具有拉伸强度，优选为大于20MPa。

在优选的示例性实施方式中，涂层的材料为塑料，例如：

- 高密度聚乙烯（PEHD）；

- 聚四氟乙烯（PTFE）；

- 聚酰胺，如聚酰胺6（PA6）；

- 聚碳酸酯（PC）；

- 聚氯乙烯（PVC）；

- 聚醚醚酮（PEEK）；

- 聚氨酯（PU）。

在其他示例性实施方式中，涂层的材料为陶瓷材料，例如瓷器材料。

涂层也可以由这些材料的组合构成。

每个电极41在内壁21的非金属涂层24处穿过放电框架20。

虽然电弧可以沿着一个电极41的护套44通过蠕变传播，并且朝向金属放电室22传播，但是在两个电极41之间的电动液压放电时，在绝缘体（电极41的护套44，和内壁21的绝缘涂层24）接合处产生电弧的风险被大大减弱。实际上，压力波在电极41的方向上压缩电极-护套组件。作为响应，电极-护套组件通过在靠近绝缘涂层24处膨胀而径向变形。这种变形增大了绝缘体之间的接触压力，并阻塞了一个潜在电弧的通道。

在一些变型例中，内壁全部覆盖着一种非金属涂层或多种非金属涂层。

例如，图2所示的内壁21覆盖着两种非金属涂层24和25。位于两个电极附近的非金属涂层24选取介电强度比第二涂层25更大的材料，以便加强临近电动液压放电时放电框架20的结构和绝缘性质。

这种电动液压成形室10通过内壁21的全部或一部分上的非金属涂层24，有利地实现小体积的放电室22，例如，优选为小于1升，更优选为小于0.5升。小体积使得在大约5秒左右快速填充放电室。

因此，可以设想每分钟进行多次电动液压放电，例如每分钟进行至少两次电动液压放电，优选地每分钟进行六次电动液压放电。

这样的电动液压成形室10尤其适用于生产小尺寸的工件，例如，如图3所示，例如装饰有精细蚀刻81等的USB盘壳体80。

本发明不限于上述作为非限制性实施例和变型例的优选实施方式。本发明还涉及本领域技术人员理解范围内的变型例。

特别地，如图2所示，电动液压放电系统40可以具有不同于两个电极的一个爆炸丝46。对于本领域技术人员，爆炸丝的操作是已知的，在本说明书中不做详细描述。

在这个变型例中，一个通道管26设置在放电框架20中，其到达在靠近内壁21的非金属涂层24处穿过该放电框架20，以允许爆炸丝46在放电室22中输送。

爆炸丝46优选地定位在放电室与内壁的非金属涂层相对的中心位置。

非金属涂层24的厚度也是电动液压放电时产生的能量的函数。

在另一个变型例中，电动液压放电系统40包括一个在两个电极之间的爆炸丝。

在这个变型例中，一个通道管设置在一个电极中，以允许爆炸丝在放电室中两个电极之间输送。

现在描述基于电动液压成形室10的一种电动液压成形方法的实例。

为了通过电动液压成形使工件50成形，本方法包括第一步骤：将待成形工件定位在电动液压成形室10中。

工件50，例如初始为扁平状，定位在放电框架20和模具30之间。工件50设置在电动液压成形室10中以面向压印模31，并将放电室22与成形室32分隔开。

工件保持在电动液压成形室的适当位置，以使成形室相对于放电室密封防水。

该方法进一步包括用水填充放电室的步骤。

将水通过供水管道23导入放电室，直到填满放电室。

接下来，该方法包括在放电室包含的流体中电动液压放电的步骤。

用于执行这一步骤的一种手段是将电能储存单元的至少一个电容器快速放电。

启动电动液压放电系统。

在电极的变型中，电极之间产生电弧，从而在水中产生气泡。

在爆炸丝的变型中，导入放电室的线通过蒸发而发生爆炸，在水中产生气泡。

该气泡破裂并以冲击波的形式释放其能量，该冲击波在水中传播并以非常高的速度（几百米/秒）使工件投掷在成形室的压印模上，导致工件变形并成形。放电时达到的电压约为几万伏。

在工件为管状的情况下，工件通过径向膨胀造成变形，而不是通过冲压造成变形。

在该步骤结束时，该工件成形。

然后，该方法包括排空放电室的步骤。

水通过排水管道从放电室泵送到罐中。

然后，在界面33处打开电动液压成形室10，释放进入成形室，从成形室取出已成形的工件。

上面的描述清楚地说明了本发明凭借其各种特征和优点实现了设定的目标。特别地，本发明提供了一种适于使小尺寸工件成形的电动液压成形室。其优点在于包括具有一个非金属涂层的一个内壁，这使得放电室的尺寸大幅减小，从而减小了该成形方法所需的液体的体积。成形周期大幅缩短。

Claims

1.一种电动液压成形室（10），用于使一个工件（50）成形，包括：

- 称为放电框架（20）的一个第一部分，其包括限定一个放电室（22）的一个内壁（21），所述放电室（22）用于容纳一定体积的流体，

- 称为模具（30）的一个第二部分，其包括具有一个压印模（31）的一个成形室（32），所述压印模（31）与所述工件变形后的形状互补，

- 一个电动液压放电系统（40），

在所述电动液压放电系统启动之前，所述工件（50）位于所述放电室（22）和所述成形室（32）之间，所述电动液压放电系统的启动将使所述工件（50）向所述成形室（32）的压印模（31）投掷且使所述工件（50）变形，

其特征在于，所述内壁（21）的全部或一部分上具有一个非金属涂层（24）。

2.如权利要求1所述的电动液压成形室（10），其中，所述非金属涂层（24）是一种由电绝缘材料制成的涂层。

3.如权利要求1所述的电动液压成形室（10），其中，所述内壁（21）由多个非金属涂层（24，25）覆盖。

4.如上述权利要求之一所述的电动液压成形室（10），其中，所述电动液压放电系统（40）包括两个电极（41），所述两个电极（41）用于连接至一个电能储存单元。

5.如上述权利要求之一所述的电动液压成形室（10），其中，所述电动液压放电系统（40）包括一个爆炸丝，所述爆炸丝用于连接至一个电能储存单元。

6.一种电动液压成形机，其包括如权利要求1至5中任一项所述的一个电动液压成形室（10），以及连接至所述电动液压放电系统的一个电能储存单元。