CN109047445A - 基于电磁脉冲和弹性颗粒介质辅助的轻合金管件成形装置 - Google Patents
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Abstract
基于电磁脉冲和弹性颗粒介质辅助的轻合金管件成形装置，属于金属材料加工成形领域，解决了现有基于电磁脉冲的轻合金管件成形方法容易导致成形管件质量差，精度低的问题。成形装置：在上凹模内、自其顶面至底面竖直设置有第一通腔，在下凹模内、自其顶面至底面竖直设置有第二通腔，上、下凹模上下相对且固设，两个通腔构成连通腔。轻合金管件竖直固设在两个通腔的交接处，轻合金管件上端和下端分别插设在上凹模和下凹模上，轻合金管件将连通腔分割为第三通腔和环周形腔，第三通腔中下部为弹性颗粒介质腔。冲击单元在电磁脉冲发生单元的作用下，通过弹性颗粒介质腔内的弹性颗粒介质对轻合金管件的待成形段施加冲击力，直至待成形段贴合于环周形腔。
Description
技术领域
本发明涉及一种轻合金管件成形装置，属于金属材料加工成形领域。
背景技术
近年来，轻合金管件被广泛地应用于航空航天、机械、电子电气、化工和建筑等领域。然而，随着科学技术的不断发展与进步，轻合金管件的众多应用领域对其质量和精度也提出了更高的要求。
电磁脉冲成形技术是一种新兴的金属工件成形方法，其工作原理是金属工件在强脉冲磁场中受磁力作用而高速率地发生塑性变形。目前，电磁脉冲成形技术已经被应用到轻合金管件的成形中。然而，在采用电磁脉冲成形技术对轻合金管件进行成形的过程中，轻合金管件的管壁因直接受到强大的电磁力而容易产生裂纹等不可逆的生产缺陷，进而导致成形管件良品率低。与此同时，在成形过程中，轻合金管件与模具形腔发生碰撞后回弹较严重，进而导致轻合金管件的贴模性差，成形管件的精度较低。
发明内容
本发明为解决现有基于电磁脉冲的轻合金管件成形方法容易导致成形管件质量差，精度低的问题，提出了一种基于电磁脉冲和弹性颗粒介质辅助的轻合金管件成形装置。
本发明所述的基于电磁脉冲和弹性颗粒介质辅助的轻合金管件成形装置包括组合式模具单元、电磁脉冲发生单元和冲击单元；
组合式模具单元包括上凹模1和下凹模2，在上凹模1内、自其顶面至底面竖直设置有第一通腔，在下凹模2内、自其顶面至底面竖直设置有第二通腔，上凹模1与下凹模2上下相对且固设，第一通腔与第二通腔构成连通腔；
轻合金管件3竖直固设在第一通腔与第二通腔的交接处，轻合金管件3的上端和下端分别插设在上凹模1和下凹模2上，轻合金管件3将连通腔分割为第三通腔和环周形腔，第三通腔的中下部为弹性颗粒介质腔；
电磁脉冲发生单元包括高压脉冲发生子单元和平板线圈4，二者构成电气回路；
冲击单元用于在平板线圈4所产生的电磁力的作用下，通过弹性颗粒介质腔内的弹性颗粒介质5对轻合金管件3的待成形段施加冲击力，使所述待成形段发生径向膨胀，直至所述待成形段贴合于环周形腔。
作为优选的是，组合式模具单元还包括上模座板6、上模垫板7、上凹模固定板8、套板9、限位板10、下凹模固定板11、下模垫板12和下模座板13；
下模垫板12、下凹模固定板11、限位板10、套板9、上凹模固定板8和上模垫板7自下而上地依次堆叠在下模座板13与上模座板6之间，并包覆由上凹模1与下凹模2构成的组合体；
上模座板6、上模垫板7和上凹模固定板8固定设置，下模座板13、下模垫板12、下凹模固定板11、限位板10和套板9固定设置；
限位板10用于在开模取件、下凹模2被顶起的过程中对下凹模2进行限位。
作为优选的是，上模座板6、上模垫板7和上凹模固定板8通过内螺钉固设，下模座板13、下模垫板12、下凹模固定板11、限位板10和套板9通过内螺钉固设；
上凹模1与上凹模固定板8咬合设置；
上模座板6与下模座板13通过导柱14与导套15定位。
作为优选的是，在上模座板6的底面上凹陷设置有平板线圈座，平板线圈4固设在平板线圈座内；
在上模垫板7上、自其顶面至底面设置有第一通孔，在上凹模1的上端内置有第二通孔，第一通孔与第二通孔相连通，第二通孔的下端为弹性颗粒介质腔的上端；
冲击单元包括驱动片16、冲击杆17和冲击板18，驱动片16与冲击板18通过竖直设置在两者之间的冲击杆17平行固设；
驱动片16与平板线圈4相接触，冲击板18与弹性颗粒介质腔内的弹性颗粒介质5相接触；
驱动片16能够在平板线圈4所产生的电磁力的作用下，在第一通孔和第二通孔中向下滑动；
冲击板18能够在驱动片16的带动下，挤压弹性颗粒介质腔内的弹性颗粒介质5。
作为优选的是，第二通孔的上端开口大，下端开口小，在第二通孔的下端口处设置有水平外延面，在驱动片16与水平外延面之间通长且竖直有多个压缩弹簧19，多个压缩弹簧19沿冲击杆17的周向均匀分布。
作为优选的是，所述轻合金管件成形装置还包括下凹模顶起单元；
下凹模顶起单元包括推板20、第一顶杆21、第二顶杆、第三顶杆和第四顶杆22
在下模座板13上、自其顶面至底面竖直设置有第三通孔，推板20能够在第三通孔内上下滑动，第一顶杆21至第四顶杆22均竖直固设在推板20上，第一顶杆21至第四顶杆22的上端均在依次贯穿下模垫板12和下凹模固定板11之后与下凹模2固设；
推板20与第三通孔的下端口的内缘咬合设置。
作为优选的是，所述轻合金管件成形装置还包括液压机和弹性颗粒介质顶入单元；
液压机用于为组合式模具单元提供锁模力，以及为推板20的滑动提供动力；
弹性颗粒介质顶入单元包括自动升降杆23和顶板24，自动升降杆23的下端在竖直贯穿推板20后与固定水平台面相接触；
在下凹模固定板11上、自其顶面至底面竖直设置有第四通孔，第四通孔与弹性颗粒介质腔相连通；
自动升降杆23的上端在贯穿下模垫板12后伸入第四通孔，并与顶板24固连；
顶板24能够在自动升降杆23的作用下，在第四通孔和弹性颗粒介质腔内上下滑动。
作为优选的是，组合式模具单元还包括第一挡板25、第二挡板、第三挡板和第四挡板26；
第一挡板25、第二挡板、第三挡板和第四挡板26均竖直在下模垫板12上，并分别与第四通孔的四个内壁紧密贴合，第一挡板25、第二挡板、第三挡板和第四挡板26的上部均呈上薄下厚状设置，第一挡板25、第二挡板、第三挡板与第四挡板26构成的组合体的内对角线自上而下均匀减小，该组合体的上端伸入轻合金管件3内部且不超过所述待成形段。
作为优选的是，高压脉冲发生子单元包括高压变压器T、整流器UF、充电电阻R、开关S、储能电容C和放电间隙F；
高压变压器T的原边线圈的两端分别与交流电压源AC的两端相连，高压变压器T的副边线圈的第一端依次通过整流器UF和充电电阻R与开关S的第一端相连，开关S的第二端同时与储能电容C的第一端和放电间隙F的第一外接端相连，放电间隙F的第二外接端与平板线圈4的第一外接端相连，高压变压器T的副边线圈的第二端、储能电容C的第二端和平板线圈4的第二外接端均与电源地相连。
本发明所述的基于电磁脉冲和弹性颗粒介质辅助的轻合金管件成形装置在现有电磁脉冲成形技术的基础上，增加了辅助成形的冲击单元和弹性颗粒介质。冲击单元在承受来自电磁脉冲发生单元的瞬时、强大电磁力后，高速冲击并挤压弹性颗粒介质腔内的弹性颗粒介质，进而通过弹性颗粒介质间接地轻合金管件的待成形段施加冲击力，直至轻合金管件的待成形段贴合于环周形腔。在上述成形过程中，电磁脉冲发生单元产生的电磁力间接地施加在轻合金管件的内壁上，因此，成形管件的管壁上不会产生裂纹等不可逆的生产缺陷，成形管件的质量好，良品率高。
另一方面，由于弹性颗粒介质具有良好的流动性和填充性能，其与轻合金管件之间不易发生应力集中的现象，并且保证了冲击单元与轻合金管件之间的密封性。这能够显著地降低轻合金管件与环周形腔发生碰撞后回弹程度，提高轻合金管件在环周形腔的截面小圆角或尖角处的贴膜性，有效地保证了成形管件的精度。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明所述的基于电磁脉冲和弹性颗粒介质辅助的轻合金管件成形装置进行更详细的描述，其中：
图1为实施例所述的基于电磁脉冲和弹性颗粒介质辅助的轻合金管件成形装置的结构示意图；
图2为实施例提及的上凹模的剖视图；
图3为实施例提及的上凹模的俯视图；
图4为实施例提及的下凹模的剖视图；
图5为实施例提及的下凹模的俯视图；
图6为实施例提及的上模座板的剖视图；
图7为实施例提及的上模座板的俯视图；
图8为实施例提及的上模垫板的剖视图；
图9为实施例提及的上模垫板的俯视图；
图10为实施例提及的上凹模固定板的剖视图
图11为实施例提及的上凹模固定板的俯视图；
图12为实施例提及的套板的剖视图；
图13为实施例提及的套板的俯视图；
图14为实施例提及的限位板的剖视图；
图15为实施例提及的限位板的俯视图；
图16为实施例提及的下凹模固定板的剖视图；
图17为实施例提及的下凹模固定板的俯视图；
图18为实施例提及的下模垫板的剖视图；
图19为实施例提及的下模垫板的俯视图；
图20为实施例提及的下模座板的剖视图；
图21为实施例提及的下模座板的俯视图；
图22为实施例提及的推板的剖视图；
图23为实施例提及的推板的俯视图；
图24为实施例提及的电磁脉冲发生单元的电路原理图；
图25为实施例提及的轻合金管件插设在上凹模与下凹模之间的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明所述的基于电磁脉冲和弹性颗粒介质辅助的轻合金管件成形装置进一步说明。
实施例：下面结合图1～图25详细地说明本实施例。
本实施例所述的基于电磁脉冲和弹性颗粒介质辅助的轻合金管件成形装置包括组合式模具单元、电磁脉冲发生单元和冲击单元；
组合式模具单元包括上凹模1和下凹模2，在上凹模1内、自其顶面至底面竖直设置有第一通腔，在下凹模2内、自其顶面至底面竖直设置有第二通腔，上凹模1与下凹模2上下相对且固设，第一通腔与第二通腔构成连通腔；
轻合金管件3竖直固设在第一通腔与第二通腔的交接处，轻合金管件3的上端和下端分别插设在上凹模1和下凹模2上，轻合金管件3将连通腔分割为第三通腔和环周形腔，第三通腔的中下部为弹性颗粒介质腔；
电磁脉冲发生单元包括高压脉冲发生子单元和平板线圈4，二者构成电气回路；
冲击单元用于在平板线圈4所产生的电磁力的作用下，通过弹性颗粒介质腔内的弹性颗粒介质5对轻合金管件3的待成形段施加冲击力，使所述待成形段发生径向膨胀，直至所述待成形段贴合于环周形腔。
本实施例的组合式模具单元还包括上模座板6、上模垫板7、上凹模固定板8、套板9、限位板10、下凹模固定板11、下模垫板12和下模座板13；
下模垫板12、下凹模固定板11、限位板10、套板9、上凹模固定板8和上模垫板7自下而上地依次堆叠在下模座板13与上模座板6之间，并包覆由上凹模1与下凹模2构成的组合体；
上模座板6、上模垫板7和上凹模固定板8固定设置，下模座板13、下模垫板12、下凹模固定板11、限位板10和套板9固定设置；
限位板10用于在开模取件、下凹模2被顶起的过程中对下凹模2进行限位。
在本实施例中，上模座板6、上模垫板7和上凹模固定板8通过内螺钉固设，下模座板13、下模垫板12、下凹模固定板11、限位板10和套板9通过内螺钉固设；
上凹模1与上凹模固定板8咬合设置；
上模座板6与下模座板13通过导柱14与导套15定位。
本实施例的上模座板6的底面上凹陷设置有平板线圈座，平板线圈4固设在平板线圈座内；
在上模垫板7上、自其顶面至底面设置有第一通孔，在上凹模1的上端内置有第二通孔，第一通孔与第二通孔相连通，第二通孔的下端为弹性颗粒介质腔的上端；
冲击单元包括驱动片16、冲击杆17和冲击板18，驱动片16与冲击板18通过竖直设置在两者之间的冲击杆17平行固设；
驱动片16与平板线圈4相接触，冲击板18与弹性颗粒介质腔内的弹性颗粒介质5相接触；
驱动片16能够在平板线圈4所产生的电磁力的作用下，在第一通孔和第二通孔中向下滑动；
冲击板18能够在驱动片16的带动下，挤压弹性颗粒介质腔内的弹性颗粒介质5。
第二通孔的上端开口大，下端开口小，在第二通孔的下端口处设置有水平外延面，在驱动片16与水平外延面之间通长且竖直有多个压缩弹簧19，多个压缩弹簧19沿冲击杆17的周向均匀分布。
本实施例的多个压缩弹簧19共同用于在电磁力消失后，为冲击单元的归位提供动力。
本实施例所述的基于电磁脉冲和弹性颗粒介质辅助的轻合金管件成形装置还包括下凹模顶起单元；
下凹模顶起单元包括推板20、第一顶杆21、第二顶杆、第三顶杆和第四顶杆22
在下模座板13上、自其顶面至底面竖直设置有第三通孔，推板20能够在第三通孔内上下滑动，第一顶杆21至第四顶杆22均竖直固设在推板20上，第一顶杆21至第四顶杆22的上端均在依次贯穿下模垫板12和下凹模固定板11之后与下凹模2固设；
推板20与第三通孔的下端口的内缘咬合设置。
本实施例所述的基于电磁脉冲和弹性颗粒介质辅助的轻合金管件成形装置还包括液压机和弹性颗粒介质顶入单元；
液压机用于为组合式模具单元提供锁模力，以及为推板20的滑动提供动力；
弹性颗粒介质顶入单元包括自动升降杆23和顶板24，自动升降杆23的下端在竖直贯穿推板20后与固定水平台面相接触；
在下凹模固定板11上、自其顶面至底面竖直设置有第四通孔，第四通孔与弹性颗粒介质腔相连通；
自动升降杆23的上端在贯穿下模垫板12后伸入第四通孔，并与顶板24固连；
顶板24能够在自动升降杆23的作用下，在第四通孔和弹性颗粒介质腔内上下滑动。
本实施例的弹性颗粒介质顶入单元的作用为：在成形前，将位于弹性颗粒介质腔下部的弹性颗粒介质5向上推，使弹性颗粒介质5填充满轻合金管件3的内部空间并与冲击板18紧密接触。在成形后、下凹模2被顶起、取件前，使弹性颗粒介质5下落，直至弹性颗粒介质5完全从轻合金管件3的内部空间卸出。
本实施例的组合式模具单元还包括第一挡板25、第二挡板、第三挡板和第四挡板26；
第一挡板25、第二挡板、第三挡板和第四挡板26均竖直在下模垫板12上，并分别与第四通孔的四个内壁紧密贴合，第一挡板25、第二挡板、第三挡板和第四挡板26的上部均呈上薄下厚状设置，第一挡板25、第二挡板、第三挡板与第四挡板26构成的组合体的内对角线自上而下均匀减小，该组合体的上端伸入轻合金管件3内部且不超过所述待成形段。
本实施例的第一挡板25、第二挡板、第三挡板和第四挡板26构成组合体，该组合体用于在开模取件、下凹模2被顶起、自动升降杆23下降以卸出弹性颗粒介质时，防止弹性颗粒介质进入下凹模2与下凹模固定板的间隙中。
本实施例的高压脉冲发生子单元包括高压变压器T、整流器UF、充电电阻R、开关S、储能电容C和放电间隙F；
高压变压器T的原边线圈的两端分别与交流电压源AC的两端相连，高压变压器T的副边线圈的第一端依次通过整流器UF和充电电阻R与开关S的第一端相连，开关S的第二端同时与储能电容C的第一端和放电间隙F的第一外接端相连，放电间隙F的第二外接端与平板线圈4的第一外接端相连，高压变压器T的副边线圈的第二端、储能电容C的第二端和平板线圈4的第二外接端均与电源地相连。
图25为实施例提及的轻合金管件插设在上凹模与下凹模之间的示意图，其中，27为第二通孔，28为弹性颗粒介质腔，29为环周形腔。第二通孔27与弹性颗粒介质腔28构成第三通腔。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。
Claims (9)
1.基于电磁脉冲和弹性颗粒介质辅助的轻合金管件成形装置，其特征在于，所述轻合金管件成形装置包括组合式模具单元、电磁脉冲发生单元和冲击单元；
组合式模具单元包括上凹模(1)和下凹模(2)，在上凹模(1)内、自其顶面至底面竖直设置有第一通腔，在下凹模(2)内、自其顶面至底面竖直设置有第二通腔，上凹模(1)与下凹模(2)上下相对且固设，第一通腔与第二通腔构成连通腔；
轻合金管件(3)竖直固设在第一通腔与第二通腔的交接处，轻合金管件(3)的上端和下端分别插设在上凹模(1)和下凹模(2)上，轻合金管件(3)将连通腔分割为第三通腔和环周形腔，第三通腔的中下部为弹性颗粒介质腔；
电磁脉冲发生单元包括高压脉冲发生子单元和平板线圈(4)，二者构成电气回路；
冲击单元用于在平板线圈(4)所产生的电磁力的作用下，通过弹性颗粒介质腔内的弹性颗粒介质(5)对轻合金管件(3)的待成形段施加冲击力，使所述待成形段发生径向膨胀，直至所述待成形段贴合于环周形腔。
2.如权利要求1所述的基于电磁脉冲和弹性颗粒介质辅助的轻合金管件成形装置，其特征在于，组合式模具单元还包括上模座板(6)、上模垫板(7)、上凹模固定板(8)、套板(9)、限位板(10)、下凹模固定板(11)、下模垫板(12)和下模座板(13)；
下模垫板(12)、下凹模固定板(11)、限位板(10)、套板(9)、上凹模固定板(8)和上模垫板(7)自下而上地依次堆叠在下模座板(13)与上模座板(6)之间，并包覆由上凹模(1)与下凹模(2)构成的组合体；
上模座板(6)、上模垫板(7)和上凹模固定板(8)固定设置，下模座板(13)、下模垫板(12)、下凹模固定板(11)、限位板(10)和套板(9)固定设置；
限位板(10)用于在开模取件、下凹模(2)被顶起的过程中对下凹模(2)进行限位。
3.如权利要求2所述的基于电磁脉冲和弹性颗粒介质辅助的轻合金管件成形装置，其特征在于，上模座板(6)、上模垫板(7)和上凹模固定板(8)通过内螺钉固设，下模座板(13)、下模垫板(12)、下凹模固定板(11)、限位板(10)和套板(9)通过内螺钉固设；
上凹模(1)与上凹模固定板(8)咬合设置；
上模座板(6)与下模座板(13)通过导柱(14)与导套(15)定位。
4.如权利要求3所述的基于电磁脉冲和弹性颗粒介质辅助的轻合金管件成形装置，其特征在于，在上模座板(6)的底面上凹陷设置有平板线圈座，平板线圈(4)固设在平板线圈座内；
在上模垫板(7)上、自其顶面至底面设置有第一通孔，在上凹模(1)的上端内置有第二通孔，第一通孔与第二通孔相连通，第二通孔的下端为弹性颗粒介质腔的上端；
冲击单元包括驱动片(16)、冲击杆(17)和冲击板(18)，驱动片(16)与冲击板(18)通过竖直设置在两者之间的冲击杆(17)平行固设；
驱动片(16)与平板线圈(4)相接触，冲击板(18)与弹性颗粒介质腔内的弹性颗粒介质(5)相接触；
驱动片(16)能够在平板线圈(4)所产生的电磁力的作用下，在第一通孔和第二通孔中向下滑动；
冲击板(18)能够在驱动片(16)的带动下，挤压弹性颗粒介质腔内的弹性颗粒介质(5)。
5.如权利要求4所述的基于电磁脉冲和弹性颗粒介质辅助的轻合金管件成形装置，其特征在于，第二通孔的上端开口大，下端开口小，在第二通孔的下端口处设置有水平外延面，在驱动片(16)与水平外延面之间通长且竖直有多个压缩弹簧(19)，多个压缩弹簧(19)沿冲击杆(17)的周向均匀分布。
6.如权利要求5所述的基于电磁脉冲和弹性颗粒介质辅助的轻合金管件成形装置，其特征在于，所述轻合金管件成形装置还包括下凹模顶起单元；
下凹模顶起单元包括推板(20)、第一顶杆(21)、第二顶杆、第三顶杆和第四顶杆(22)在下模座板(13)上、自其顶面至底面竖直设置有第三通孔，推板(20)能够在第三通孔内上下滑动，第一顶杆(21)至第四顶杆(22)均竖直固设在推板(20)上，第一顶杆(21)至第四顶杆(22)的上端均在依次贯穿下模垫板(12)和下凹模固定板(11)之后与下凹模(2)固设；
推板(20)与第三通孔的下端口的内缘咬合设置。
7.如权利要求6所述的基于电磁脉冲和弹性颗粒介质辅助的轻合金管件成形装置，其特征在于，所述轻合金管件成形装置还包括液压机和弹性颗粒介质顶入单元；
液压机用于为组合式模具单元提供锁模力，以及为推板(20)的滑动提供动力；
弹性颗粒介质顶入单元包括自动升降杆(23)和顶板(24)，自动升降杆(23)的下端在竖直贯穿推板(20)后与固定水平台面相接触；
在下凹模固定板(11)上、自其顶面至底面竖直设置有第四通孔，第四通孔与弹性颗粒介质腔相连通；
自动升降杆(23)的上端在贯穿下模垫板(12)后伸入第四通孔，并与顶板(24)固连；
顶板(24)能够在自动升降杆(23)的作用下，在第四通孔和弹性颗粒介质腔内上下滑动。
8.如权利要求7所述的基于电磁脉冲和弹性颗粒介质辅助的轻合金管件成形装置，其特征在于，组合式模具单元还包括第一挡板(25)、第二挡板、第三挡板和第四挡板(26)；
第一挡板(25)、第二挡板、第三挡板和第四挡板(26)均竖直在下模垫板(12)上，并分别与第四通孔的四个内壁紧密贴合，第一挡板(25)、第二挡板、第三挡板和第四挡板(26)的上部均呈上薄下厚状设置，第一挡板(25)、第二挡板、第三挡板与第四挡板(26)构成的组合体的内对角线自上而下均匀减小，该组合体的上端伸入轻合金管件(3)内部且不超过所述待成形段。
9.如权利要求8所述的基于电磁脉冲和弹性颗粒介质辅助的轻合金管件成形装置，其特征在于，高压脉冲发生子单元包括高压变压器T、整流器UF、充电电阻R、开关S、储能电容C和放电间隙F；
高压变压器T的原边线圈的两端分别与交流电压源AC的两端相连，高压变压器T的副边线圈的第一端依次通过整流器UF和充电电阻R与开关S的第一端相连，开关S的第二端同时与储能电容C的第一端和放电间隙F的第一外接端相连，放电间隙F的第二外接端与平板线圈(4)的第一外接端相连，高压变压器T的副边线圈的第二端、储能电容C的第二端和平板线圈(4)的第二外接端均与电源地相连。
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