CN109843464A - 用于间接电液拉伸成形的工具、装置和方法 - Google Patents

用于间接电液拉伸成形的工具、装置和方法 Download PDF

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Abstract

间接电液拉伸成形工具(110；210)，包括：‑具有管状圆柱形区域(113a；213a)的主体(113；213)，‑要用液体填充的腔室(115；215)，‑两个电极(116a，116b；216a，216b)，每个电极都具有设置在腔室(115；215)中的一部分，‑凸模(111；211)。工具还包括：‑活塞(114；214)，所述活塞安装成以密封的方式在圆柱形区域内滑动，并且密封地界定腔室(115；215)。此外，凸模(111；211)由活塞(114；214)承载在其与腔室(114b；214a)相对的表面上。

Description

用于间接电液拉伸成形的工具、装置和方法
技术领域
本发明涉及到用于材料的间接电液拉伸成形的工具、装置和方法。
背景技术
拉伸是用于形成材料的最普遍使用的方法之一，所述材料尤其是金属板工件，比如汽车车身零件。所述方法包括用压边圈通过材料坯料的边缘保持材料坯料以及通过把称为成形工具的凸模应用在凹模中使材料坯料的自由部分变形，凸模和凹模除了容纳板材厚度之外分别具有与要获得的工件的预期形状大致相同的外形。为此，用预定的力把凸模应用在待变形的材料坯料上。施加的应力超出待变形的材料的屈服强度时，材料坯料经受永久塑性变形。但是，释放施加的应力时，被弹性变形吸收的那部分应力引发回弹，所述回弹大幅度改变工件的尺寸特征。为了把工件的回弹考虑在内，采用补偿工件回弹的凸模和凹模的几何形状。但是，为了获得具有所需几何形状的工件，有时仍需要较长的工具开发阶段。拉伸方法遇到的另一个困难是获得细节，比如待成形的工件上的压花或锐线。通常由于缺乏局部可用的压力或者由于达到材料的成形极限而遇到这种困难。
文件FR3000909展示了包括常规拉伸步骤和电液成形步骤的拉伸成形方法。为此目的，凸模是由液体和电极组成的腔室的下表面形成的。在常规拉伸步骤过程中，把准静态力施加到凸模，以便使工件塑性变形。在两个电极之间产生放电时，保持该力，以便产生冲击波，所述冲击波使凸模靠着工件的壁弹性变形并将一部分冲击波传递到工件。该步骤的目的是当凸模不再在工件上施加压力时减少工件的回弹。但是，该方案不允许以高速在工件上移动凸模组件，这样不允许工件的实际成形，并且限制将其应用于减少回弹。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述缺点。
为此目的，本发明的第一方面提供用于间接电液拉伸成形的工具，包括：
-具有管状圆柱形区域的主体，
-要用液体填充的腔室(115；215)，
-两个电极(116a，116b；216a，216b)，每个电极都具有设置在腔室(115；215)中的一部分，
-凸模(111；211)。
工具还包括活塞，所述活塞安装成以密封的方式在圆柱形区域内滑动，并且密封地界定腔室。凸模由活塞承载在其与腔室相对的表面上。
根据本发明，在由液体填充的腔室中产生放电时，冲击波在腔室中传播并导致活塞高速移动。由活塞承载的凸模于是以高速撞击待变形的材料坯料。与常规电液成形工艺相比，工件不与水接触，这样会增加生产率并避免工件与水接触，工件与水接触会导致腐蚀问题和/或可能需要干燥。
“间接电液成形”应理解为通过施加电液放电形成材料坯料，其中，材料坯料不直接接触电极所在的腔室中的液体。在本专利申请书的其余部分，假设当在腔室中的液体中产生的放电导致了冲击波时发生电液放电。
根据本发明的工具使之能够迅速地且容易地形成工件，所述工件比通过常规拉伸方法形成的工件有所改进，尤其是减少的回弹和/或比如压花这样的精美细节，和/或简化型半径，和/或改进破裂之前的局部伸长。此外，使用这种工具使之能够生产具有通过电液成形形成的工件的优点，而不存在缺点，即在腔室的液体与待变形的材料坯料之间存在直接接触。还应注意，凸模的下表面可以是扁平的或凸起的，这取决于待形成的工件的几何结构，对于凹模而言也是如此。
在一个替换实施例中，其中一个电极包括浸在腔室中的一端，另一个电极包括存在于腔室中的主体的内表面。
这种结构使之能够把腔室的内表面用作电极。与两个电极分别具有在腔室中的一端的结构相比，所述结构避免了腔室壁上的“不良”电网击穿的风险。但是，这种结构仅适合直径较小的腔室，其中，腔室与电极的距离使之能够获得足够的输出。
在另一个替换实施例中，两个电极分别具有在腔室中的一端。
使用分别具有在腔室中的一端的两个电极使之能够通过优化电极的排列及其间隔而适应不同类型的腔室。此外，有助于电极维护，因为电极腐蚀时易于更换，而在前述结构中，还有必要更换腔室。注意，为了避免“不良”击穿，两个电极必须与腔室绝缘。这种结构特别适合大型腔室。
在一个实施例中，主体具有开口，突出的凸模能通过所述开口退出主体。
在一个实施例中，开口形成在横壁中，至少偏置装置设置在所述横壁与承载凸模的活塞表面之间。
当工具放在待变形的材料坯料上方时，返回装置使活塞能够返回其初始位置。相反，当工具放在材料坯料下方时，可以通过简单的重力使活塞返回其初始位置。例如，返回装置可以是弹簧、贝氏垫圈(Belleville washers)或者具有足够弹性的弹性体。
在一个实施例中，工具包括将腔室的液体置于压力之下的泵。
泵使之能够在准静态压力下将液体放入腔室中，并且在电液放电之前启动活塞的运动。此外，如果准静态压力充足，凸模能通过充足的准静态力压在材料坯料上，以便压印材料坯料。电液放电使之能够施加动压，以便给凸模加速并获得与间接电液成形相关的效益。
本发明的第二方面提供用于间接电液拉伸成形的装置，包括凹模以及具有主体和凸模的工具。凹模和凸模呈大体互补的形状。装置适合保持工具和凹模，以至于凸模和凹模彼此相对，并且与待变形的材料坯料相隔预定距离，材料坯料与凹模接触，并且以预定力保持其靠在凹模上。凸模由活塞承载，所述活塞安装成，以便以密封的方式在主体的管状圆柱形区域内滑动，同时界定要用液体填充的密封腔室。凸模设置在与腔室相对的活塞的表面上。工具进一步包括两个电极，每个电极都具有设置在腔室中的一部分。
在大多数拉伸装置中，把压边圈用在坯料边缘，以便在凸模作用过程中控制坯料的拉伸。在某些情况下，特别是在深度拉伸大型工件时，控制压边圈的力，以避免工件上的褶皱，与此同时，使之能够把材料拉入凹模中，并因此控制材料的伸长，而材料的伸长会导致断裂。在其它情况下，特别是在浅拉伸小型工件时，可将压边圈用于把坯料锁定在适当位置，以避免任何拉伸。压边圈也可以用于根据本发明的装置，以确保这些功能。
在一个实施例中，其中一个电极包括浸在腔室中的一端，另一个电极包括存在于腔室中的主体的内表面。
这种结构使之能够把腔室的内表面用作电极。与两个电极分别具有在腔室中的一端的结构相比，所述结构避免了腔室壁上的“不良”电网击穿的风险。但是，这种结构仅适合直径较小的腔室，其中，腔室与电极的距离使之能够获得足够的输出。
在一个实施例中，两个电极分别具有在腔室中的一端。
使用分别具有在腔室中的一端的两个电极使之能够通过优化电极的排列及其间隔而适应不同类型的腔室。此外，有助于电极维护，因为电极腐蚀时都易于更换，而在前述结构中，还有必要更换腔室。注意，为了避免“不良”击穿，两个电极必须与腔室绝缘。这种结构特别适合大型腔室。
在一个实施例中，工具主体包括横壁，所述横壁具有开口，凸模能通过所述开口退出。
该横壁可用作压边圈，并且在成形过程中用于控制坯料的拉伸。
在一个实施例中，工具包括返回装置，所述返回装置设置在主体横壁与承载凸模的活塞表面之间。
当工具放在待变形的材料坯料上方时，返回装置使活塞能够返回其初始位置。相反，当工具放在材料坯料下方时，可以通过简单的重力使活塞返回其初始位置。
在一个实施例中，用于间接电液拉伸成形的装置包括给腔室中的液体加压的泵。
泵使之能够在准静态压力下将液体放入腔室中，并且在电液放电之前启动活塞的运动。而且，如果准静态压力充足，凸模能通过充足的准静态力压在材料坯料上，以便压印材料坯料。电液放电使之能够施加动压，以便给凸模加速并获得与间接电液成形相关的效益。
本发明的第三方面提供用于间接电液拉伸成形的方法，包括以下步骤：
-把比如上文所述的具有凸模的用于间接电液拉伸成形的工具放在与待变形的材料坯料相隔预定距离之处，以及
-通过至少两个电极之间产生的放电使承载凸模的活塞移动。
根据本发明的方法使得到的工件具有减少的回弹和/或比如压花这样的更精美的细节，和/或简化型半径，和/或改进破裂之前的局部伸长。
在一个实施例中，用预定力将工具放在与待变形的材料坯料接触之处。
与材料坯料接触的工具用作压边圈。这样使组件更紧凑，并缩小待成形的材料坯料的尺寸，而且因此降低成本。
在一个实施例中，腔室的液体在放电之前处于准静态压力下。
把腔室中存在的液体置于准静态压力下使之能够在电液放电之前启动活塞的运动。此外，如果准静态压力充足，凸模能通过足够的准静态力压在材料坯料上，以便压印材料坯料。
有利地，可以通过泵实现置于准静态压力之下。
在一个实施例中，通过预定的准静态力把凸模应用在待变形的材料坯料上。
可以直接或者在把腔室中的液体置于准静态压力之后，把预定的准静态力施加在工具上。
因此，能通过把常规拉伸步骤与通过应用电液放电而间接电液拉伸成形的步骤相结合使材料坯料成形。
附图说明
通过以下说明，结合附图，本发明的细节和优点会更显而易见，在附图中：
图1A和图1B显示了第一个实施例，图1A显示了电液放电之前的成形装置，图1B显示了电液放电后不久的装置，以及
图2A和图2B显示了第二个实施例，图2A显示了电液放电之前的成形装置，图2B显示了电液放电后不久的装置。
具体实施方式
图1A和图1B显示了根据第一个实施例的用于间接电液拉伸成形的装置。该用于间接电液拉伸成形的装置100包括工具110、凹模120和压边圈140。把待成形的材料坯料130保持在压边圈140与凹模120之间，所述材料坯料在此为金属板。压边圈用于在间接电液成形过程中控制坯料的拉伸。控制压边圈的力，以免工件上的褶皱，与此同时使之能够将材料拉入凹模中，因此限制材料的伸长，所述伸长会导致断裂。在这个实施例中，工具110在凹模120与待成形的材料坯料130上方。工具110包括凸模111，所述凸模的大体形状与凹模120的形状互补，以便将凸模111插入凹模120中，同时容纳板材的厚度。凸模111的位置与凹模120的空腔122相对。在参考图1A和图1B阐释的实施例中，凸模111的表面112包括大致与凹模120的空腔122上存在的浮凸相同的浮凸。
工具110包括主体113以及承载凸模111的活塞114。主体113包括由上横壁113b和下横壁113c封闭的管状圆柱形区域113a。下横壁113c具有开口113d，凸模111通过所述开口能退出主体113。活塞114安装成，以便以密封的方式在管状圆柱形区域113a内滑动。所述活塞具有顶面114a、底面114b和密封装置114c，所述密封装置在此为O形环。活塞114，尤其是其底面114b，靠在偏置装置上，所述偏置装置在此为螺旋弹簧118，压在下横壁113c上。可以采用其它偏置装置，比如贝氏垫圈或者具有充足弹性以便使活塞返回其初始位置的弹性体。由活塞的下表面114b承载凸模111。腔室115是在活塞114上横壁113b与上壁114a之间的管状圆柱形区域中形成的。该腔室115因为密封装置114c而是液密的，并且被比如水这样的液体完全充满。
工具110还包括两个电极116a，116b，所述电极通过密封导孔117a，117b进入腔室115。在这个实施例中，电极116a，116b在其外围是电气绝缘的。仅裸露面对彼此的一端。
当两个电极116a，116b都经受较大势差时，如图1B所示，会在两个电极之间发生放电。如此放电导致在腔室115中传播并在活塞114上施加很大的向下压力的冲击波。凸模111于是以高速打击材料坯料130，或者更准确地说把材料坯料130压在凹模120的空腔122上。在拉伸过程中，相对于彼此保持工具110和凹模120。装置100因此包括用于保持工具和凹模的装置，所以凸模和凹模彼此相对，并且与材料坯料相隔预定距离。为此目的，把工具110和凹模120安装在压机或特定框架的压板之间。为了避免撕裂板材，通过受控的力使用压边圈，从而将坯料锁定在适当位置或者控制其拉伸，以免形成褶皱。
图2A和图2B显示了根据第二个实施例的用于间接电液拉伸成形的装置。该装置的某些元件与参考图1A和图1B所述的元件相似。因此按照相同的方式给这些元件标号，但是以200开始，而不是100。
用于间接电液拉伸成形的装置200再次包括工具210和凹模220。在这个实施例中，工具210位于凹模220下方，当把材料坯料保持在凹模220与工具210之间时，工具位于材料坯料下方。凹模的空腔222位于凹模的下表面上，当把坯料保持在工具210与凹模220之间时，所述凹模的空腔222在与材料坯料230接触的部分。工具设置成，以至于凸模面对凹模220的空腔222。
在这个实施例中，装置200就其本身而言不包括压边圈。相对于待变形的材料坯料设置以便施加恒定的预定力的工具210起到压边圈的作用。用于间接电液拉伸成形的装置200因此包括通过预定力把工具210保持在与待变形的材料坯料相隔预定距离的装置。工具210可以与待成形的坯料接触，或者其距离小于1毫米，最好小于0.1毫米。装置200还包括把凹模220保持在与工具以及待变形的材料坯料相隔预定距离之处的装置。
在参考图2A和图2B所阐释的变体实施例中，凸模211的表面212以及凹模220空腔222的表面是平面的。可以考虑凹模空腔222的表面的任何其它形状。凸模的表面112的形状可以保持扁平或者具有与凹模空腔222大体相似的形状。
像在第一个实施例中一样，工具210包括主体213以及承载凸模211的活塞214。在这第二个实施例中，主体213具有通过下横壁213b封闭的管状圆柱形区域213而没有上横壁。主体210的上部因此不是封闭的。主体210的管状末端部分是扁平的，并且与待变形的材料坯料直接接触。活塞211安装成，以便以密封的方式在管状圆柱形区域213a内滑动。所述活塞具有顶面214a、底面214b和密封装置214c。由活塞的上表面214b承载凸模214。活塞214适合朝材料坯料纵向移动。在这个特殊实施例中，工具的主体213与材料坯料接触。但是，在一个替换实施例中，工具210能包括横壁，所述横壁具有开口，以便凸模能够退出主体。像第一个实施例中一样，活塞214界定了要用液体填充的密封腔室215，工具210还包括两个电极216a，216b，每个电极分别具有设置在腔室中的一端。在另一个实施例中，其中一个电极216a，216b包括浸在腔室215中的一端，另一个电极包括存在于腔室115，215中的主体113，213的传导内表面。
当两个电极216a，216b经受较大势差时，如图2B所示，在两个电极之间发生放电。如此放电导致冲击波，冲击波在腔室215中传播并在活塞214上施加很大的向下压力。凸模211于是以高速在材料坯料230上施加很大压力。在一个替换实施例中，可以借助泵通过使腔室的液体处于准静态压力下而启动或促进活塞的运动。泵的作用是把加压的液体注入腔室中，直到达到腔室中预期的压力。可以采用能够抵抗注入腔室中的液体的压力的阀门和管子。加压必须足够缓慢，以便液体压力在整个腔室中都均匀，这便是所谓的使液体处于“准静态压力”之下。
如果准静态压力充足，凸模可以通过充足准静态力压在材料坯料上，以便压印材料坯料。电液放电施加动压，以便给凸模加速。
然后，活塞214通过简单的重力返回参考图2A所示的初始位置。腔室215中存在的水起到止逆装置的作用。在另一个变体中，主体213包括在图2B中用虚线阐释的止逆装置挡块218'。在这第二个实施例中显示的工具的优点是更轻，因为其不包括任何偏置装置。
电液放电使之能够以高速移动凸模，因此在待成形的工件处产生很大压力。因此得到的拉伸具有减少的回弹和/或更精美的压花和/或简化型半径，以及/或者改进破裂之前的局部伸长，与常规拉伸相比，可能减少次数。当凸模和/或凹模的表面有浮凸时，可以得到更精美的压花。
本发明不仅限于上述实施例，也不仅限于所提及的变体，还涉及到在以下权利要求范围内本领域技术人员可以达到的任何实施例。

Claims (12)

1.用于间接电液拉伸成形的工具(110；210)，其特征在于，其包括：
-具有管状圆柱形区域(113a；213a)的主体(113；213)，
-要用液体填充的腔室(115；215)，
-两个电极(116a，116b；216a，216b)，每个电极都具有设置在腔室(115；215)中的一部分，
-凸模(111；211)，
其特征在于，所述工具进一步包括：
-活塞(114；214)，所述活塞安装成以密封的方式在圆柱形区域内滑动，并且密封地界定腔室(115；215)，以及
且其中，凸模(111；211)由活塞(114；214)承载在其与腔室(114b；214a)相对的表面上。
2.根据权利要求1所述的工具，其特征在于，其中一个电极(116a，116b；216a，216b)包括浸在腔室(115；215)中的一端，另一个电极包括存在于腔室(115；215)中的主体(113；213)的内表面。
3.根据权利要求2所述的工具，其特征在于，所述两个电极(116a，116b；216a，216b)分别具有在腔室(115；215)中的一端。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的工具，其特征在于，所述主体(113；213)具有开口(113d；213d)，突出的凸模(111；211)能通过所述开口退出主体(113；213)。
5.根据权利要求4所述的工具，其特征在于，所述开口(113d)形成在横壁(113c)中，至少偏置装置(116)设置在所述横壁(113c)与承载凸模(114b)的活塞表面之间。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的工具，其特征在于，所述工具包括将腔室的液体置于压力之下的泵。
7.用于间接电液拉伸成形的装置(100；200)，包括凹模(120；220)以及具有主体(113；213)和凸模(111，211)的工具(110；210)，凹模(120；220)和凸模(111，211)呈大体互补的形状，所述装置(100；200)适合保持工具(110；210)和凹模(120；220)，以至于凸模(111，211)和凹模(120；220)彼此相对，并且与待变形的材料坯料(130；230)相隔预定距离，材料坯料(130；230)与凹模(120；220)接触，并且以预定力保持其靠在凹模(120；220)上，其中，工具(110；210)是根据权利要求1至6中任一项所述的用于拉伸成形的工具。
8.用于间接电液拉伸成形的方法，包括以下步骤：
-把根据权利要求1至6中任一项所述的且具有凸模(111，211)的用于间接电液拉伸成形的工具(110；210)放在与待变形的材料坯料相隔预定距离之处，以及
-通过至少两个电极(116a，116b；216a，216b)之间产生的放电使承载凸模(111；211)的活塞(114；214)移动。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，用预定力将工具(110，210)放在与待变形的材料坯料(130；230)接触之处。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，腔室(115；215)的液体在放电之前处于准静态压力下。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，通过泵实现置于准静态压力之下。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，通过预定的准静态力把凸模(111，211)应用在待变形的材料坯料(130；230)上。
CN201780048157.3A 2016-08-09 2017-07-25 用于间接电液拉伸成形的工具、装置和方法 Pending CN109843464A (zh)

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