CN107530755A - 电液成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种电液成形装置(2)，所述电液成形装置包括模具(4)、外壳(10)和电极(16)，所述模具(4)具有上部(6)和下部(8)，所述外壳(10)具有第一区域(18)、第二区域(20)以及定位于所述第二区域(20)中的模穴(14)，所述电极(16)具有定位于所述第一区域(18)中的电极头(26)，其中，安装有活塞(30)，以便使其在通道(12)中以液密的方式平移移动，并且把所述外壳(10)的所述第一区域(18)与所述第二区域(20)分开。

Description

电液成形装置

技术领域

本发明涉及到电液成形装置。

背景技术

电液成形装置正越来越多地用于机械零件的生产。这些成形装置使之能够得到外观相当复杂的零件，与此同时控制生产成本。例如，汽车工业以及航空和航天工业采用这种装置。

液压成形工艺是通过变形进行制造的工艺。液压成形工艺使厚度相当薄的金属零件能够塑性变形。为实现这种变形，采用一种流体，在加压的情况下，所述流体使所述零件能够在模具上变形。多种技术用于给流体加压。

所采用的一种工艺是电液成形工艺。该工艺以在储存在槽中的流体中放电原理为基础。电能的释放量产生的波在流体中传播非常快，并且使机械零件能够对着模具塑性变形。为此，定位于流体中的电极释放储存在储能电容器中的电荷。

为实现这种变形，需要大量的水。零件变形与电弧产生的爆炸过程中所排水的体积成比例。此外，在每次爆炸之后，都需要清空槽的步骤，以便重新得到成形的零件。因此，对于生产小系列零件而言，通常首选这种装置。

但是，电弧的产生导致电极磨损并且出现小颗粒，所述颗粒由于重力落到位于模具底部的零件上。然后，这些颗粒导致成形的零件有瑕疵。

专利US7493787公开了一种电液成形装置，在其中用膜保持住两个液体体积。适合产生高压脉冲的装置耦接到电极，从而在其中一个液体体积中产生冲击波。通过膜把因此产生的冲击波传递到另一个液体体积，因此使零件对着模具变形。由于采用膜分隔两个液体体积，所以在更换零件时，只须排干在其中放置待变形的零件的液体体积，由此提高了生产率。此外，保护待成形的零件免受由于电极磨损产生的颗粒损害。但是，这种装置的设计相当复杂，因为所述装置由至少三个零件构成。而且，膜的强度直接影响装置的可靠性。加上膜的使用只能简单地传递冲击波。

发明内容

本发明的目的是提供一种设计相当简单的电液成形装置，意即所述电液成形装置最好只包括两个零件，与现有技术的装置相比，其可靠性提高了。此外，本发明有利地提供了一种电液成形装置，其制造成本降低，与此同时符合当前标准。有利的是，待成形的零件受到保护，免受由于电极磨损产生的颗粒损害，由此能够得到具有预期表面状况的零件。

为此目的，本发明提出一种电液成形装置，所述电液成形装置包括模具，所述模具具有上部和下部、具有第一区域、第二区域以及定位于第二区域中的模穴的外壳，以及具有位于第一区域中的电极头的电极，

其特征在于，安装有活塞，以便使其在通道中以液密的方式平移移动，并且使外壳的第一区域与第二区域分开。

由于使用了活塞，所以提高了电液成形装置的可靠性。因为无需排干电液成形装置的模具中所含的所有液体，所以也提高了生产率。

为了避免活塞堵塞在通道中的潜在风险，活塞可具有第一导向装置，所述第一导向装置与通道的第二导向装置互补。

在一个示例性实施例中，导向装置包括三个挡边，以便把活塞的自由度限制到一个自由度。

在一个变体中，第二导向装置包括三个凹槽，因此优化了活塞在通道内的平移移动。

为了优化定位于模穴上的零件的变形，活塞具有朝向模穴的平面形的第一表面。

在一个变体中，活塞可具有朝向模穴的第一表面，其形状选自凹形和凸形组。

为了优化活塞在外壳中的运动，活塞具有朝向第一区域并适合外壳形状的第二表面。

在一个变体中，例如，活塞具有朝向第一区域的第二表面，其形状选自凹形和凸形组。

为了防止活塞落入模具下部，通道可具有适合挡住活塞的挡块。在这个示例性实施例中，可将弹簧定位于活塞与挡块之间，从而提高待成形的零件的细节的再现性。由于存在弹簧，所以在每次清空模具之后，活塞都回到确定的相同高度。

附图说明

从以下参照附图所作的描述中，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简化剖面示意图，

图2是与图1相对应的处于另一个位置的简化示意图，

图3是本发明另一个实施例的细节的简化放大示意图，以及

图4显示了不同的活塞形状。

具体实施方式

图1是电液成形装置2的示意图，所述电液成形装置2包括模具4，所述模具具有上部6、下部8、外壳10、通道12、定位于下部8内的模穴14以及电极16。

这种电液成形装置2可设置在框架上(各图中未显示)，所述框架由金属或金属合金制成，例如由硬化钢制成。

图中所示实施例中的模具4的上部6定位在模具4的下部8之上。例如，通过夹紧装置(各图中未显示)把下部8固定到上部6。最好，模具4(包括上部6和下部8)由高密度材料制成，例如，由金属或金属合金制成。

外壳10具有第一区域18、第二区域20和通道12。如图1所示，外壳10具有第一壁22，所述第一壁关于轴A-A'呈旋转对称，例如，呈具有确定直径的圆柱形。

外壳10还具有截头圆锥形的第二壁24，其连接到第一壁22以及通道12。

外壳10还适合在第一区域18中容纳电极16的电极头26。电极16是高压电极(数十kV)。在此，保持所述电极垂直于旋转轴A-A'(图1)。为了使电极16与模具4绝缘，采用绝缘套管28。

电极16还具有可调整的和可变的极间空间，所述极间空间使之能够控制电极间电弧的触发。

采用适合储存大量电能的蓄电装置(各图中未显示)，所述电能足以在电极16之间产生至少一个电弧。为了控制由蓄电装置传递到电极16的电能量，把脉冲发生器(各图中未显示)耦接到蓄能装置。因为本领域技术人员熟知脉冲发生器和蓄电装置，所以在本说明书中不再对其进行描述。

在一个优选实施例中，通道12呈圆柱形，并且具有确定的长度，所述长度足以使活塞30的运动与面对模穴14放置的零件要进行的变形相对应。通道12也适合于模穴14。

下部8容纳模穴14，所述模穴界定要通过电液成形(EHF)生产的零件32的最终形状。根据待成形的零件32的形状的复杂性，模穴14可具有其细节精度高的较大的成形系数。

而且，下部8可包括耦接到真空装置(各图中未显示)的管道(各图中未显示)，以便消除零件32与模穴14之间因此存在的任何空气，在使零件32成形的过程中，没有不利于零件32变形的反作用(因零件26与模穴14之间存在空气造成)。

安装有活塞30，以便其能够以液密的方式在通道12中平移移动，并在外壳10的第一区域18与第二区域20之间形成分隔。第一区域18充满第一种流体，第二区域20充满第二种流体。

在这里所考虑的一个优选实施例中，第一种流体和第二种流体是水。有利的是，由于通道12中存在活塞30，所以第一区域18中容纳的水与外壳10的第二区域20中容纳的水隔离。因此，从电极16的电极头26磨损掉的颗粒被活塞30挡住，不会达到零件32。应指出的是，如图1和图2所示，第一区域18和第二区域20随着活塞30在通道12内的位置而变化。

例如，活塞30是由与模具4材料相同的材料制成的。有利的是，为了确保第一区域18与第二区域20之间流体密封，活塞30的直径等于通道12的直径。安装有活塞30，以便其在通道12内能够平移移动，因此能够沿着对称轴A-A'从第一位置(图1)平移移动到第二位置(图2)。

为了优化第一区域18与第二区域20之间的密封，可以采用密封装置，例如，定位于活塞30与通道12之间的弹性垫圈38。

图3显示了具有两个弹性环38的电液成形装置2的局部剖面图。在一个选择性实施例中，要提高弹性环38在活塞30上的固位力，活塞30可具有凹槽(各图中未显示)，凹槽的形状和深度适合容纳并固定弹性环38，由此在活塞30和通道12之间形成密封。

而且，为了避免活塞30在通道12内平移移动过程中围绕轴A-A'旋转，并因此消除活塞30堵塞的任何风险，在一个实施例中，通道12包括至少一个凹槽(各图中未显示)，活塞30包括至少一个挡边。通道12的凹槽适合与活塞30的挡边接合。

为了提高电液成形装置2的可靠性，活塞30可包括在活塞30周围均匀分布的三个挡边，通道12可包括均匀分布的三个凹槽，挡边的位置面对凹槽。因此，活塞30具有单独一个自由度，而且在从第一位置(图1)过渡到第二位置(图2)的过程中，力可以更好地分配，由此提高了电液成形装置2的使用寿命。

在一个选择性实施例中，为了防止活塞30离开通道12，通道12具有图3所示的挡块40。最好，挡块40定位在通道12的下部上。此外，在排干外壳10的第二区域20时，该挡块40还防止活塞30从通道12退出和/或掉出。

在一个变体中，为了有助于重新定位活塞30，可采用弹簧(各图中未显示)。例如，所述弹簧位于活塞30第一表面42的外缘上，并靠在挡块40上。于是，在使位于模穴14中的零件32电液成形过程的一个步骤之后，弹簧能够使活塞30返回到其第一位置。

如上文说明中所述，通过传播由电弧在电极16产生的第一波，使活塞30从第一位置过渡到第二位置。因此产生的第一波在第一区域18中垂直于轴A-A'朝活塞30传播，更准确地说，朝活塞30的第二表面44传播。

第一波的能量尤其取决于电弧的功率。活塞30在通道12内的移动使第一波的几乎全部能量都能够传递到第二区域20中所容纳的水中，导致产生第二波。因此产生的第二波朝模穴14传播，从而使设置在所述模穴上的零件32变形。

有利的是，利用具有活塞30的电液成形装置2，所述活塞30定位于通道12中，以便把第一区域18与第二区域20隔开，这种电液成形装置能够提高零件32的质量。在电极16处触发电弧的情况下，相当少量的材料从电极磨损掉，并形成颗粒，落入流体中，在这种情况下，所述流体是水。这些磨损的颗粒由于重力作用落到活塞30上，而没有到达零件32，这是与包括单独一个体积的流体的现有技术的装置形成对比。

此外，利用通道12中的活塞30隔离第一区域18中容纳的水与第二区域20中容纳的水，这有利地缩短填充与清空第二区域20中容纳的水所需的时间。

因此，活塞30在没有阻力的情况下从其第一位置移动到其第二位置，并且可以在相当短的时间内完成，例如，少于一毫秒，由此能够实现零件32迅速变形，并且因此使零件32更好地变形。

为了改善第一波与第二波之间的能量传递，例如，活塞30的第二表面44可呈凹形，活塞30的第一表面42可呈凸形(图4d)。因此优化第二波在下部8的传播，在变形之后提高零件32的变形质量。

在其它示例性实施例中，如图4d至图4f所示，第一表面42的曲率半径可以较大或者较小。因此，根据所选择的曲率半径，可以提高第二波在零件32上的聚焦，从而优化其变形。

第一表面42和第二表面44还可以具有图4a至图4c所示的其它形状，其曲率较大或者较小，优化零件32的变形。而且，活塞30可呈矩形，防止在通道12内的任何旋转。

更普遍而言，第一表面42的形状与零件32要进行的变形相匹配，第二表面44的形状与第一区域18的形状相匹配。

本发明因此提出一种电液成形装置，所述电液成形装置包括模具，模具具有外壳，外壳具有通道以及定位于所述通道中的活塞，还具有模穴。在此提出的模具仅由两个零件构成，有助于其组装并限制其制造成本。利用通道中的活塞把第一区域与第二区域隔开，减少了在两个制造步骤之间需要清空的流体体积，并且提高了生产率的增长。实际上，制造零件的时间与把零件放在模穴上、用流体填充外壳、封闭外壳以及在清空流体之前触发电弧所需的时间相对应。此外，由于存在两个单独的流体体积，所以触发电弧时从电极上磨损掉的颗粒不会落到待成形的零件上，所以不影响其质量。

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、附图中所示的形状以及所提及的其它变体，而是涉及到本领域技术人员可以理解的范围以及以下权利要求的范围内的任何实施例。

Claims (10)

1.电液成形装置(2)，其包括模具(4)、外壳(10)和电极(16)，所述模具(4)具有上部(6)和下部(8)，所述外壳(10)具有第一区域(18)、第二区域(20)以及定位于所述第二区域(20)中的模穴(14)，所述电极(16)具有定位于所述第一区域(18)中的电极头(26)，其特征在于，安装有活塞(30)，以便使其在通道(12)中以液密的方式平移移动，并且把所述外壳(10)的所述第一区域(18)与所述第二区域(20)分开。

2.根据权利要求1所述的电液成形装置(2)，其特征在于，所述活塞(30)包括第一导向装置，所述第一导向装置与通道(12)的第二导向装置互补。

3.根据权利要求2所述的电液成形装置(2)，其特征在于，所述第一导向装置包括三个挡边。

4.根据权利要求2或3所述的电液成形装置(2)，其特征在于，所述第二导向装置包括三个凹槽。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电液成形装置(2)，其特征在于，所述活塞(30)具有朝向所述模穴(14)的平面形的第一表面(42)。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的电液成形装置(2)，其特征在于，所述活塞(30)具有朝向所述模穴(14)的第一表面(42)，其形状选自凹形和凸形组。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的电液成形装置(2)，其特征在于，所述活塞(30)具有朝向所述第一区域(18)的平面形的第二表面(44)。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的电液成形装置(2)，其特征在于，所述活塞(30)具有朝向所述第一区域(18)的第二表面(44)，其形状选自凹形和凸形组。

9.根据权利要求1至9中任一项所述的电液成形装置(2)，其特征在于，通道(12)具有适于挡住所述活塞(30)的挡块(40)。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的电液成形装置(2)，其特征在于，弹簧定位于所述活塞(30)和挡块(40)之间。