CN107206455A - 具有优化腔室的电液成形装置 - Google Patents

Abstract

电液成形装置(2)，其包括模具(4)、具有第一壁(8)的罐(6)以及第一电极(10)和第二电极(12)，两者都位于罐(6)中，并且适合产生放电，以便形成至少一个压力波。根据本发明，第一壁(8)围绕回转轴旋转对称，电极(10，12)具有与第一壁(8)的回转轴一致的回转轴，而且第一壁(8)具有朝向模具(4)定向的凹面。

Description

具有优化腔室的电液成形装置

技术领域

本发明涉及具有优化腔室的电液成形装置。

背景技术

在过去的十年中，液压成形工艺已经应用于很多行业。由于这些制造工艺的进步，现在有可能以有竞争力的生产成本来获得形式相当复杂的机械部件。

液压成形工艺是通过变形进行制造的工艺。该工艺使厚度相对薄的金属件能够塑性变形。为了实现如此变形，使用一种流体，在对所述流体加压时，所述流体使所述件能够在模具上变形。多种技术用来对流体加压。

其中一种所用工艺是电液成形工艺。该工艺以在储存在罐中的流体中放电的原理为基础。释放的电能量产生压力波，压力波在流体中非常快地传播，并且使机械部件能够对着模具发生塑性变形。定位于流体中的电极使之能够释放储存在储能电容器中的电荷。

编号为6，591，649的美国专利公开了一种电液成形装置。该装置包括罐以及一组电极，所述罐大致呈椭圆形，并且由模具封闭，所述电极耦接到电能储存装置。这组电极位于罐中，平行于模具，并且适合产生电弧，从而形成压力波，所述压力波将使面对模具放置的工件直接变形。

通过电液成形能够制造细部精确度较高的部件，但是需要大量的能量或多次放电。优化待传递的能量使之能够既缩小发生器的尺寸并因此减少必要的投资，并且又能降低施加到工具上的机械应力，尤其是施加到放电腔室和电极上的机械应力。反复放电明显增加了生产时间并因此增加了生产成本。而且，虽然能量增加或者重复放电，但通过电液成形生产高成形系数的部件所取得的效果有时并不是非常好，而且只有通过很大的难度才能获得某些高精确度的细部。成形系数是由待成形的部件占据的表面面积与所述零件的高度之间的比例确定的。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种电液成形装置，其能够通过较少的能量或者减少所需要的放电次数，制造具有高精确度和/或高成形系数的部件。因此减少投资、降低生产成本，而且可能缩短生产时间。

此外，本发明的另一个目的是提供一种电液成形装置，与现有技术的装置相比，其提高了可靠性和使用寿命。有利的是，该装置易于使用，并且生产成本具有竞争力。

为此目的，本发明提出一种电液成形装置，其包括模具、具有第一壁的罐以及第一电极和第二电极，第一电极和第二电极两者都位于罐中，并且适合产生放电，以便至少形成一个压力波。

根据本发明，第一壁围绕回转轴呈旋转对称，电极具有与第一壁的回转轴一致的回转轴，第一壁具有朝模具定向的凹面。

因此，与现有技术的电液成形装置不同，其中，直接波主要用于使待成形的部件变形，这里，因为罐的几何形状以及电极的定位，促进了间接压力波，从而使待成形的所述部件变形。以凹面镜的形式，第一壁趋于使由其朝模具反射的压力波汇聚。

在一个示例性实施例中，第一壁呈圆锥形或截头圆锥形，提高了间接压力波的集中度，从而提高施加到待成形的部件的压力的力矩。

为了精确地控制间接波的方向，第一壁在顶点处的半角的值介于20°至35°之间。

为了制造较大成形系数的部件，罐有利地包括位于模具和第一壁之间的第二壁。

为了使间接波集中，第二壁最好呈截头圆锥形。为避免干扰间接波的传播并提高这些波的集中度，第二壁在顶点处的半角的值介于20°至35°之间。

在另一个示例性实施例中，第二壁呈抛物面形，使之能够减缓间接波到达待成形的部件上的速度。.

本发明的一个有利实施例使得电极的设置彼此成一条直线，在所述电极之间保留极间空间。在电极之间形成的电弧因此连接两个电极，并且基本上与之平行，因此也平行于第一壁的回转轴。此外，电极有利地相对于回转轴设置在第一壁的高度。如此设置进一步有助于压力波到达模具，主要作为在第一壁上反射的波。

最好，把第一电极与第二电极隔开的极间空间是可以调整的，从而能够使装置适应不同模具。

为了提高罐的使用寿命和可靠性，所述罐由金属或金属合金制成。

附图说明

通过以下参考附图的说明，本发明的特征和优点将更加显而易见，在附图中：

图1是根据本发明的电液成形装置的横截面示意图，

图2至图5分别是根据图1的电液成形装置的变体实施例的腔室的简化示意图，以及

图6是比较图，显示了现有技术的，以及图2、图3和图5所示的每个变体实施例的电液成形装置的性能。

具体实施方式

附图涉及到电液成形装置2，该电液成形装置包括位于容纳流体18的罐6上的模具4、以及至少第一电极10和第二电极12，所述第一电极和第二电极都位于罐6中。图1显示了该电液成形装置2的简化横截面视图。

模具4具有下部38和模具中心40。其形状能够形成待成形的部件16，所述待成形的部件可具有较大的成形系数，具有较高精度的细部。根据待成形的部件16的构造，模具4例如可呈圆柱形。最好，模具4定位于罐6的上部20，并且是可以移去的。

模具4包括耦接到真空装置(各图中未显示)的管路22，以便消除待成形的部件16与模具4之间存在的空气。因此，在使待成形的部件16成形的过程中，没有阻碍待成形的部件16变形的反作用(由待成形的部件16与模具4之间存在的空气所致)。

罐6适合容纳流体18，所述流体最好是水。作为选择，管路(图中未显示)可用于维持罐6内流体水平恒定。最好，罐6由高密度材料制成，例如金属或金属合金。

罐6包括第一壁8和罐底24，两者都位于下部26。还包括位于上部20(图1)的第二壁14。第一壁8和第二壁14在图1中所示的结合区域会合。

在图1至图3的实施例中，罐底24呈平面状，并且平行于罐6与模具4之间的分离平面。第一壁8和第二壁14围绕图1所示的回转轴A-A'呈旋转对称形状。

第一壁8呈凹形。该壁的凹面朝模具4定向。然后，第一壁8可以通过罐底24形成朝模具4定向的中空空间。在优选的实施例中，第一壁8是截头圆锥形，轴为A-A'，并且在顶点处具有半角α1(图1)。第二壁14也可以是截头圆锥形，轴为A-A'，并且在顶点处具有半角α2(图1)。顶点处半角α1的值介于20°至35°之间。顶点处半角α2的值介于20°至35°之间，并且可以不同于顶点处半角α1的值。但是因为其凹面朝模具4偏离，与此同时，第二壁14朝模具4汇聚，所以从罐底24开始，第一壁8不平行于回转轴A-A'。

第一壁8具有高度h1，第二壁14具有高度h2(图1)。在制造罐6的过程中确定高度h1和h2，所以电液成形装置2的特征与指定说明书的特征相对应。

第一电极10和第二电极12分别具有回转轴。第一电极10和第二电极12的回转轴与第一壁8的回转轴A-A'一致。电极设置为彼此成一条直线，所以在第一电极10和第二电极12之间产生的电弧因此靠近回转轴A-A'。

第一电极10是高电压电极(几十kV)。通过至少两个保持臂34将其保持在回转轴A-A'上。保持臂34可由金属或合成材料制成，并固定到罐6。在保持臂34由金属制成的情况下，将其与罐6隔离，以防电弧在保持臂34与罐6之间移动。

第二电极12固定到罐底24。将其用作金属件，其电势与罐6相同。可在罐6与第二电极12之间安装绝缘材料36。在一个示例性实施例中，罐6和第二电极12耦接到电接地。

第一电极10具有第一个尖端30，第二电极12具有第二个尖端32。与第一个尖端30和第二个尖端32之间的空间相对应的可调整极间空间，允许控制第一电极10与第二电极12之间的电弧的触发。调整极间空间，使其小于把第一个尖端30与第一壁8分隔开的距离。

采用适合储存足够电能量的蓄电装置(各图中未显示)，其电压也足以(通常为1kV至100kV)在第一电极10和第二电极12之间产生至少一个电弧，并使待成形的部件16变形。

为了控制持续时间以及电能储存装置向第一电极10和第二电极12传递的电能量，脉冲发生器(各图中未显示)耦接到储能装置。因为本领域技术人员熟知脉冲发生器和电能储存装置，所以在其余的说明中不再对其进行描述。

为描述清晰起见，图2至图5以简化的原理图的方式展示了第一电极10、第二电极12、罐6和模具4。还可以按照图示展示第一电极10和第二电极12之间的电弧。电弧从不是直线，而且一次出现与另一次出现也不相同，但是通常地，将电极设置为使电弧大体上平行于回转轴A-A'。

在第一电极10与第二电极12之间产生的电弧产生直接压力波。这些直接压力波同心地围绕极间空间移动，而且直接压力波(图2中的OD1)按照第一壁8的方向传播。这些直接压力波在图2至图5中用实线箭头表示。

为了使细部较大而且/或者成形系数较大的待成形的部件16变形，提出一种电液成形装置2，该装置具有第一壁8，所述第一壁在顶点处具有半角α1，所以最大的直接压力波冲击罐6的第一壁8产生间接压力波(按照图示用虚线表示)，所述间接压力波按照模具4的底部38的方向朝回转轴A-A'传播。

例如，平行于罐底24朝第一壁8移动的源于第一个尖端30的直接压力波(图2)被反射(角α1)，并产生按照模具4的下部38的方向朝回转轴A-A'移动的间接压力波。

同样，平行于罐底24朝第一壁8移动的源于第二个尖端32的直接压力波(图2)被反射(角α1)，并产生间接压力波，所述间接压力波超过第一电极10之上，并且朝回转轴A-A'移动。

通过第一壁8的凹形实现朝模具4的反射，由此导致压力波朝模具4会聚。该第一壁8按照与反射光线的凹面镜相似的方式起作用。因此，截头圆锥形的第一壁8顶点处的半角α1按照模具4下部38的方向朝回转轴A-A'引导间接压力波。截头圆锥形的第二壁14顶点处的半角2适合沿着回转轴A-A'按照模具4下部38的方向发送一部分间接压力波。

直接压力波具有直接压力波力以及在待成形的部件16上的施加时间。间接压力波具有间接压力波力以及在待成形的部件16上的施加时间。波的施加时间与把对应于所述波的压力施加到待成形的部件的时间相对应。

因此可以确定压力的力矩(Pa.s)，也称为脉冲。所述力矩对应于压力波作用在待成形的部件16上的压力对时间的积分。施加在待成形的部件16指定表面上的直接压力波的压力的力矩与间接压力波的压力的力矩相加。

由于第一壁8和第二壁14的特征，待成形的部件16经受的压力的力矩可以比现有技术的电液成形装置的压力的力矩大三倍，所述现有技术的电液成形装置的压力的力矩基本上采用直接波的压力的力矩。

通过使用间接压力波，可以制造待成形的部件16，该部件具有指定的待成形的细部或者指定的成形系数，储能较少。图6针对罐6的不同形状，根据直接压力和间接压力波的施加时间显示了压力的力矩。曲线A显示了现有技术的装置的压力的力矩，曲线C显示了上文所述实施例的压力的力矩(图2)。

在另一个示例性实施例中(图3)，第一壁8顶点处的半角α1使间接压力波按照模具40中心的方向朝向回转轴A-A'。第二壁14顶点处的半角α2适合沿着回转轴A-A'按照模具40中心的方向发送间接压力波。

间接压力波的限制因此得以改善，使之能够增加压力波的压力的总力矩，压力波的压力的总力矩可比现有技术的电液成形装置的压力的力矩大五倍。曲线B(图6)显示了上文所述的实施例的压力的力矩(图3)。

在另一个示例性实施例中(图4)，罐底24是突出的，使第一壁8呈圆锥形。此外，第一电极10和第二电极12的位置接近罐底24(仍在回转轴A-A'上)。由于第一壁8的圆锥形以及第二壁14的斜率(角度α2)，所以，在重新组合之前，间接压力波被第二壁14多次反射，使得直接压力波与各个间接压力波之间能够进行时间偏移。

在另一个示例性实施例中，第二壁14可呈抛物面形，其中，调整尺寸h2(图5)及其焦点的位置，以至于多次反射间接压力波，从而把间接压力波的移动转移到待成形的部件16上(图6；曲线D)。

在本发明的另一个示例性实施例中(未显示)，罐6可能不具有第二壁14或上部20。然后，把模具4耦接到第一壁8，使之能够产生相当扁平形状的待成形的部件16。

在所有这些实施例中，大体上平行于回转轴形成电弧，因此形成在凹壁上反射的直接压力波，所述凹壁朝模具和待成形的部件引导压力波。然而，可供选择的第二壁也是有利的，因为能够在通过其凹面在第一壁上朝模具反射之后引导压力波。

因此提出一种电液成形装置，该装置能够形成高水平细部和/或较高成形系数的部件。由于凹形的第一壁8以及第一电极10和第二电极12的位置，待成形的部件主要是通过间接压力波形成的。与现有技术的装置的性能相比，根据本发明的电液成形装置的性能得以提高。

本发明不仅限于上文通过非限制性实例的方式所述的实施例，也不仅限于图中所示形状以及所提及的其它变体，而是涉及到在本领域技术人员可理解程度之内和以下权利要求范围之内的任何实施例。

Claims (11)

1.电液成形装置(2)，其包括模具(4)、具有第一壁(8)的罐(6)以及第一电极(10)和第二电极(12)，所述第一电极(10)和所述第二电极(12)两者都位于所述罐(6)中，并且适合产生放电，以便至少形成一个压力波，其特征在于，所述第一壁(8)围绕回转轴旋转对称，

在于，所述电极(10，12)具有与所述第一壁(8)的回转轴一致的回转轴，以及

还在于，所述第一壁(8)具有朝向所述模具(4)定向的凹面。

2.根据权利要求1所述的电液成形装置(2)，其特征在于，所述第一壁(8)呈截头圆锥形。

3.根据权利要求2所述的电液成形装置(2)，其特征在于，所述第一壁(8)在顶点处的半角(α1)的值介于20°至35°之间。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电液成形装置(2)，其特征在于，所述罐(6)包括位于所述模具(4)和所述第一壁(8)之间的第二壁(14)。

5.根据权利要求4所述的电液成形装置(2)，其特征在于，所述第二壁(14)呈截头圆锥形。

6.根据权利要求5所述的电液成形装置(2)，其特征在于，所述第二壁(14)在顶点处的半角(α2)的值介于20°至35°之间。

7.根据权利要求4所述的电液成形装置(2)，其特征在于，所述第二壁(14)呈抛物面形。

8.根据权利要求1至7所述的电液成形装置(2)，其特征在于，电极设置成彼此成一条直线，在所述电极之间保留极间空间。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的电液成形装置，其特征在于，所述电极相对于回转轴设置在所述第一壁的高度。

10.根据权利要求8所述的电液成形装置，其特征在于，可调整的极间空间把所述第一电极(10)与所述第二电极(12)隔开。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的电液成形装置(2)，其特征在于，所述罐(6)是由金属或金属合金制成的。