CN110087793A - 电液成型的方法及其相关设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于坯料(150)进行电动液压成型的方法，其中：待成型的坯料(150)放置在模型(130)和持料器(140)之间；包含电极(160)的密封型腔内填充液体直至预定的液位；坯料(150)与型腔的液体相接触；对坯料进行液压预成型；以及对坯料进行电动液压成型。通过移动型腔的壁的全部或一部分来加压型腔内的液体以进行液压预成型。

Description

电液成型的方法及其相关设备

技术领域

本发明涉及适用于电液成型的方法及其设备。

背景技术

通过施加动压，电液成型可用于使坯料根据模型而变形。为此，在填充有液体(如水)的型腔中的至少两个电极之间产生放电。因此，在两个电极之间形成电弧，导致液体出现提升的温度梯度和汽化。压力波，通常称之为“冲击波”，以高速移动并将坯料向模型方向按压。与其它成型方法相比，电液成型特别有利于在待成型部件上获得雕刻类细节和/或锐边和/或改进的断裂伸长，因为它可以减弱回弹。

在某些情况下，尤其是当要成型的部件特别深时，就会产生多次连续放电。

为了减少所需连续放电次数以及限制部件成型所需时间，提出了一种液压预成型步骤并在部件的电液成型之前实施。为此，在型腔中填充加压的液体，如专利文献US7802457B2所公开的。当液体的压力足够时，坯料就会相对于模型部分而变形。然后就产生放电，以产生冲击波并完成部件的成形，直至获得所需的形状。通过施加准静压力来实现部件的预成型，有利于将坯料压入模型中，从而减少了电液成型所产生的材料变形，由此也减少了在高压电脉冲发生器在两次放电之间需要充电情况下的成形时间或减少了发生器在连续放电情况下的尺寸，因为发生器不需要等待在放电之间进行充电。在这种情况下，可以同时使用不同的充电模块，但是一个接着一个进行激活。在这种情况下，发生器的投资较低，因为可以使用较少的模块。

这种方法有一些缺点。需要用加压水来填充型腔所需的时间可能相对较长，特别是当使用具有有限流速的泵浦时。而且，在每次新部件成型的循环之间，必须将液体填充到型腔中且通过泵浦进行加压，这就会增加部件成型的时间。

发明内容

本发明特别旨在克服现有技术的上述缺点。

为此，本发明根据第一方面提出了一种电液成型的方法，其中：

-将待变形坯料置于模型和持料器之间，

-将含有电极的密封型腔内的液位填充至预先确定的位置

-使坯料与型腔中的液体相接触，

-将坯料液压预成型，由此通过加压型腔中的液体使得坯料推向模型，从而经历第一变形，

-坯料进行电液成型，由此通过在至少两个电极之间的放电所产生的至少一个压力波，使得坯料向模型方向挤压，从而经历第二变形。

根据本发明的方法，通过替换其中一个型腔壁的全部或部分，对型腔中的液体进行加压，以便进行液压预成型的操作。

采用这种方式，在加压型腔中加液的速度可大于使用流速有限的加压泵浦。这就会缩短循环时间。而且，设备使用复杂度较底，因为没有必要产生高压水。

有利的是，在坯料与型腔中的液体相接触后，会在坯料和模型之间产生真空，从而提高液压和电液成型操作的效率。

此外，在向型腔中填充加液时，通过在型腔中形成真空，既有利于容器中的加液，还能避免在液体和模型界面处空气的存在，从而进一步提高了液压和电液成型操作的效率。应该值得注意的是，也可以使用其它装置来避免在型腔中的液体和待变形坯料之间存在空气。

在一个实施例中，通过将模型和坯料形成的总成朝向型腔内部移动来加压在型腔中的液体。

因此，坯料通过持料器来抵靠模型，使得整个坯料在模型朝向型腔内部的同时一起移动，从而更加靠近电极。因此，将模型安装在压板板上，以提供液压预成型操作所需的压力。

如支持至少一个电极的型腔壁也能够移动，则可以将模型和该型腔壁安装在压板上，以便达到双重效果。在这种情况下，支持至少两个电极的移动壁可以使用第一效应，以便对型腔中所存在的液体进行加压。模型可以使用第二效应来调整施加在坯料上的压力。

在一个实施例中，模型和坯料形成的总成在电极静止时移动。

如果支持电极的壁静止，就不需要再移动将电极与脉冲电压发生器相连接的载流导体，其中循环的电流大约几十或几百kA。因此，这些载流导体都重量重，体积大，且由于反复移动而很容易劣化。

可选的是，在每次放电之间可将模型和坯料形成的总成更加靠近电极。以便提高成形操作的效率和减少所用水的体积。

在一个实施例中，通过将包含电极的一个壁朝向型腔内部的移动来加压型腔中的液体。

此外，本发明根据第二方面提出了一种适用于电液形成坯料的设备，包含：

-框架，

-能够填充液体的密封型腔，其中一个壁包含坯料，

-放置在腔内的至少两个电极

-模型,

-能够将坯料保持在模型上的持料器，

此外，型腔包含至少一个可移动壁，通过移动壁的移动就能够将型腔中液体加压到足够程度，以使坯料相对于模型产生变形。

利用本发明的设备，不需要使用加压泵浦来加压液体。这种泵浦价格昂贵且增加了装置的复杂性。而且，这种泵浦的流速受到限制，从而减慢了容器的加压。此外，由于液体的加压是在可移动壁移动后进行的，因此就不需要在每个新部件形成循环之间再在型腔中加液。

此外，该设备包含真空泵浦。

优选的是，电液成型设备包含一个真空泵浦。

真空泵浦在模型和坯料间形成真空，从而提高液压和电液成型操作的效率。在填充容器时，真空泵浦也可用于在型腔内形成真空。这就可以避免在坯料和型腔中液体之间存在空气，也提高了液压和电液成型操作的效率。

在一个实施例中，型腔至少部分是由框架所形成的。

如型腔在框架的内部形成，则设备的复杂性和笨重程度都会减轻。

在一个实施例中，至少两个电极是由置于框架底壁的底板所支持的。

这减小了型腔的尺寸和填充所述型腔所需的液体容积。

在一个实施例中，持料器与框架相分开且在框架中朝向电极纵向而延伸，优选至少部分地围绕着电极。

持料器用作反射器且可避免冲击波朝向型腔或框架的壁传播，并防止其变质，特别是在型腔或框架具有机械焊接结构时的焊缝处。

在一个实施例中，移动壁包括坯料和模型形成的总成安装在压板的可移动板上

因此，模型和坯料形成的总成可以在型腔内移动且朝向型腔的内部，以便对型腔中所存在的液体进行加压。因此，在通过坯料保持器将坯料保持在模型上时，通过移动将坯料移向型腔内部、电极。

如果支持电极的壁是静止的，则不需要移动将电极与脉冲电压发生器相连接的载流导体，其中循环的电流大约几十或几百kA。因此，这些载流导体重量重，体积大，且由于反复移动而很容易劣化。

在一个具体实施例中，模型、坯料和持料器所形成的总成一起安装在压板的可移动板上。

因此，将持料器直接拧到坯料上并与坯料相啮合。

在另一个具体实施例中，将模型和坯料所形成的总成安装在压板的可移动板上，而持料器安装在至少一个气缸上，每个气缸的第一端固定在框架的底壁，每个气缸的第二端固定在坯料保持器上。

因此，将坯料置于持料器上，而将模型压在坯料上。因此，以自主方式来调节持料器所施加的压力，而与模型在坯料保持器上的压力无关。如支持电极的壁保持静止且如模型和持料器所形成的总成向型腔内部移动以对型腔进行加压，则特别有利。

在一个具体实施例中，至少一个气缸是气弹簧。

因此，无论模型在框架中的位置如何，只要模型与坯料相接触，施加在坯料上的压力总是恒定压力。

在一个实施例中，模型和坯料所形成的总成安装在压板的第一板上，框架包括一个支持安装在压板第二可移动板上的至少两个电极的移动壁，压板的第二板优选能够施加超出压板第一板可施加的压力。

有利的是，可使用双作用压板的两个板首先移动支持至少两个电极的框架的移动壁，以便对型腔中所存在的液体进行加压，其次，移动模型，以便调整施加在坯料上的压力。由于受到压板的作用力，型腔中液体的加压受到限制，因此通过移动支承电极的壁，双作用压板板可以有利地用于施加更大作用力。可使用较小压力来调整施加在坯料上的压力。

有利地，框架包含不能移动持料器所在的部分。

持料器可以直接搁置在包含电极的框架底壁的不可移动部分。因此，坯料位于持料器上，而模型压在坯料上。可以使用双作用压板的板来调节模型施加在坯料上的压力与施加在坯料上的压力。持料器也可间接地搁置在框架底壁不可移动部分上。

应注意的是，在其它实施例中，与包含电极或由坯料形成的壁不同的全部或部分壁可以移动。在这种情况下，壁不安装在压板上，而是构成活塞的移动壁，型腔由此形成活塞的其中一个隔间。

附图说明

本发明的特征和优点在下列参考附图的描述中更加清晰，其中：

图1至图4示出了根据本发明的电液成型方法的不同步骤，该方法采用根据第一实施例的电液成型设备实施；

图5示出了根据第二实施例的电液成型设备及其相关电液成型方法；和，

图6示出了根据第三实施例的电液成型设备及其相关电液成型方法。

具体实施方式

图1示出了根据第一实施例的电液成型设备100。该电液成型设备100包含框架110和安装有模型130压板的可移动板120。板120，和模型130能够相对于框架110移动。

将待变形的坯料150置于模型130和持料器140间。将持料器用于以模型130为基础来承托坯料。特别地，持料器面朝模型，尤其是面朝模型的壁，与模型相啮合，以承托坯料。在上述实施例中，持料器140固定到模型130上。因此，持料器140与框架相分离。

框架110包含底壁112和侧壁114。底壁112，侧壁114和坯料150一起界定用于填充液体(如水)的型腔。采用密封方式，例如在模型130侧壁上的O型环195来密封型腔。因此，型腔在模型130和框架114侧壁之间是密封的。

至少两个电极160安装在底壁112上，所述电极连接着载流导体，其中载流导体可以是绝缘的金属板或电缆等(图中未示出)。这些载流导体可与用于产生高压脉冲的发生器相连接，其中所述高压脉冲足以在两个电极160之间引起放电。载流导体可以密封方式通过框架壁或通过框架壁的边缘。

如使用多次连续放电进行电液成型操作，用于产生高压脉冲的发生器可以包括由两个电极同时充电和连续放电的多个模块。

在一个替代实施例中，其中一个电极由框架底壁112构成。

与泵浦180相关联的泵送电路用于型腔中加液。根据本发明，通过移动型腔的移动壁对型腔内的液体进行加压，这种情况下是坯料，更具体地说，是由模型130，坯料150和持料器140所形成的总成。压力计182用于测量型腔内的压力且可与调节系统配合使用来控制型腔内的压力。当型腔中实测压力足以使抵靠模型130的坯料150液压成型时，调节系统可以进行一步控制型腔移动壁的停止。

真空泵浦170用于在模型130和待变形坯料150之间的空间中产生真空。在型腔中产生的真空可以避免空气出现在坯料150和液体的界面处以及坯料150和模型130凹槽的界面处。由此提高液压和电液成型操作的效率。

在一个替代实施例中，电液成型设备100包含一个与压力开关184相关联的阀门。与压力开关相关联的阀门可以在电液成型操作之前降低型腔中的液体压力。该步骤可以降低在电极之间产生放电所需的电压，如果液体保持高压，该电压会更高。

参照图1至图4，描述包含使用上述设备的液压预成型操作的电液成型方法的不同步骤。

在第一步骤中，将待变形坯料150置于模型130和持料器140之间且使用螺钉等将持料器140夹紧在坯料150上。在包含电极160的型腔加入液体直至预定液位，使用泵浦180将所述型腔中已经存在的液体加至顶部，同时使用真空泵170在型腔中创建负压。所产生的负压有利于在型腔中进行加液或补液，此外还能减少型腔中存在的空气量，从而提高电液成型操作的效率。填充型腔，直到坯料150与型腔中的液体相接触。然后使用泵浦170在坯料150和模型130之间产生真空。

在第二步骤中，如图2所示，在这种情况下，型腔的一个壁是由模型130、坯料150和持料器140形成且朝向型腔内部移动，以缩小相同总成的体积。使用压板将型腔中液体压力提高到足以进行坯料150液压预成型的预先确定数值，在这种情况下，型腔中液体的压力受到压板作用力的限制。当由压力计182测量预定义液体压力时，调节系统以停止模型130的移动。

在第三步骤中，如图3中所示，在两个电极160之间至少产生一次放电，以便在电极之间产生电弧。由于两个电极160都浸没在诸如水的液体中，电弧产生升高的温度梯度直至电极160之间的水蒸发。该汽化引起压力波，也称之为“冲击波”，在液体中传播直至到达待变形的坯料150。在冲击波的作用下，坯料会相对于模型而变形，如图3所示。如有需要，两个电极160之间产生其它放电，直到坯料获得所需的形状，如图4所示。

在一个替代实施例中，在电腔成型操作前，减小型腔中液体的压力。由此减小电极之间产生放电所需的电压，如果液体保持加压，电压将更高。与上述步骤中使用的发生器相比，该步骤允许使用价格低和体积小的发生器。

图5示出了电液成型设备200的第二实施例，其包含如第一实施例中所示，框架210、安装有模型230的压板的移动板220以及通过与模型相啮合以将待变形坯料250相对于模型230保持的持料器240。

框架210包含一个底壁212和一个侧壁214。

电极260安装在底板290上，底板290包含例如支持底座294的三个支腿292。电极260以密封方式通过底座294连接着电压发生器，用于产生高电功率且足够在两个电极260之间产生放电的短高压脉冲。

在该实施例中，持料器240在朝向与框架210侧壁214平行的框架中纵向延伸且围绕电极260。使用持料器240反射在电极间触发放电后产生的冲击波的一部分，这限制了对框架的冲击。更具体地说，如框架经常被冲击波冲击，使得它可能变得易碎，尤其是当框架具有机械焊接结构时不同部分的焊缝位置。因此，可以使用壁厚度较小的框架。持料器240可以安装在面向模型的一个或多个气缸242上，尤其是在面向模型的一个壁，如图4所示，这些气缸242中的每个气缸的一端固定到框架的底壁212，另一端固定到持料器240。因此，持料器与模型相分开。由持料器240施加在坯料250上的压力可以由一个或多个气缸242来控制，由此，使得持料器240压在模型上。

在一个替代实施例中，一个或多个气缸242是气弹簧。因此，无论模型在框架中的位置如何，只要模型与坯料相接触，施加在坯料上的压力总是恒定压力。底板290，更具体地说，可以加液的(例如水)的型腔是由底座294、持料器240和坯料250一起界定的。

与泵浦280相关联的泵送电路，可用于在型腔中进行加液。与第一实施例中所述设备相比，这种型腔具有能够以优化方式加入较小容量体积的优点。

此外，通过增加密封装置来密封型腔，例如至少一个O型环295，例如在底板290的底座294侧壁和持料器240内壁之间。使用持料器240上部包含的O型环296和模型下部包含的O型环297，在持料器240和待变形的坯料250之间形成密封。使用O型环296在坯料250和持料器240之间提供密封，O型环297用于在坯料250和模型230之间提供密封。

如上所述，真空泵浦270用于在模型230和坯料250间的空间中产生真空且还有可能在填料或补料时在密封的型腔中产生负压。

如上所述，通过使模型230靠近电极260，使用上述设备对型腔中液体进行加压。使用压力计282测量型腔内的压力，当通过施加足够的准静态压力且型腔中实测压力足够进行坯料250的液压成型时，使用调节系统来控制型腔移动壁的停止。

电液成型方法的不同步骤，与参照图1至图4所述方法相似。但是，坯料不再通过紧固至模型上的持料器来保持在模型130。在该实施例中，待变形的坯料250沉积在持料器240上，随后降低模型230的高度，以坯料250和持料器240为底壁进行挤压。通过持料器240施加在坯料250上的压力，可以通过一个或多个气缸242控制，例如通过气弹簧。

应注意，在上述实施例中，移动包含坯料型腔的一个壁，其中模型和坯料形成的总成安装在压板的可移动板上。换句话说，在通过坯料保持器将坯料保持在模型上时，通过移动模型将坯料移向型腔的内部以及电极。

在参考图1至4所述实施例中，坯料通过安装在模型上的持料器保持抵靠在模型上。在参考图4所述实施例中，持料器安装在气缸上且与模型相啮合，以便保持坯料。因此，由模型、坯料和持料器所形成的总成能够移动。

在其它实施例中，可以使用压板来移动支持至少两个电极的型腔的一个壁。

图6示出了一个实施例，其中，支持至少两个电极的型腔壁的部分采用其可移动方式来移动。

电液成型设备300包括框架310、安装在压板的第一可移动板320上的模型230和用于将待变形坯料350抵靠模型230的持料器340。

框架310包括底壁312和侧壁314。底壁312包括支持至少两个电极360的移动壁316和固定壁318。移动壁316安装在压板的第二板322上。持料器340置于不可移动的底壁312部分，即，在固定壁318上。持料器340保持静止且面向由持料器340、支持电极360的框架310的移动壁316和待变形坯料350所形成的型腔中的模板。

通过增加密封装置来密封型腔，例如，移动壁316侧壁内包含的O型环395、与坯料350接触的持料器340一部分内包含的O型环396、和与坯料350相接触的模型330一部分内包含的O型环397。O型环395可以在支持电极360的移动壁316和持料器240以及可能是框架310底壁312固定壁318之间形成密封。O型环396用于在坯料350和模型330之间提供密封，O型环397用于在坯料350和持料器之间提供密封。

移动壁316的移动对由持料器340、支持电极360的框架310的移动壁316和待变形坯料350所形成的型腔中的液体进行加压。当模型330与坯料350相接触时，使用由压板的板320所施加的压力来调节施加在坯料350上的压力。

如同上述其它实施例，电液成型设备包含与泵浦380相关联的泵送电路、压力计382和上述真空泵浦370。可以进一步包含与压力开关384相关联的阀门。

压板的板能够提供超出另一个板的压力，优先安装在支持电极360的移动壁316上。更具体地说，用于对型腔中液体所加压的作用力，通常大于理想地施加在坯料上的作用力。

应注意的是，当使用双作用的压板时，能够提供最强作用力的板是上板。

因此，支持电极316的移动壁316位于上方，且模型330位于待变形的坯料350下方，如图6所示。

下文描述了利用参考图6所述设备所实施的包含液压预成型的电液成型方法的不同步骤。

在第一步骤中，将待变形坯料350置于模型330上，通过所需压力使模型330更靠近框架310，直到坯料保持在持料器340和模型330之间。因此，持料器与模型相啮合，以保持坯料。使用泵浦380填充由框架部分所形成的型腔，同时使用真空泵浦370在型腔中有利地产生负压。如果支持电极316的移动壁316在待变形坯料350的上方，一旦激活泵浦380填充型腔，型腔中的液体就与坯料350相接触。在这种情况下，填充型腔，直至支持电极360的壁316与型腔中的液体相接触。使用真空泵浦370在坯料350和模型330之间产生真空。

在第二步骤中，支持电极的型腔的移动壁316朝向型腔的内部移动，以减小型腔的体积。施加在移动壁316上的作用力，以增加型腔中液体的压力，直至达到足够坯料350液压预成型的预定值。当压力计382测量到预先确定的液体压力时，调节系统就停止移动壁316的移动。

在第三步骤中，在两个电极360之间产生至少一次放电，以便在电极之间产生电弧，并且在液体中传播的“冲击波”直至到达待变形的坯料350。在冲击波的作用下，坯料相对于模型而变形。如有需要，在两个电极360之间产生其它放电，直到坯料获得所需形状。

如上所述，在电液成型操作前，可以使用与压力开关184相关联的阀门，以减小型腔中液体的压力。应当注意的是，在本文所述实施例中，移动包含坯料型腔的一个壁或一个支持电极的壁。此外，也可以移动与支持电极不同或与坯料形成不同的壁的一部分或全部。在这种情况下，壁不安装在压板上而是构成活塞的移动壁上，因此，型腔形成活塞的一个隔间。

通过上述电液成型设备的各种实施例及其成型方法，对型腔中液体的加压速度比使用加压泵浦的加压速度更快，因为后者的流速受到限制。此外，没有必要在每个部件成型循环之间，使用加压液体对容器进行补液。这就使得循环时间缩短。而且使用的设备复杂性较小，因为不需要产生高压水。

本发明不限于所述和所示不同实施例以及所提及的替代实施例；本发明还涉及在本发明权利要求范围内本领域技术人员能够实现的实施例。

Claims (15)

1.一种适用于坯料(150；250；350)的电液成型的方法，其中

-待变形坯料(150；250；350)置于模型(130；230；330)和持料器(140；240；340)之间，

-在含有至少两个电极(160；260；360)的密封型腔内填充液体直至预先确定的液位，

-使坯料(150；250；350)与型腔中的液体相接触，

-对坯料(150；250；350)进行液压预成型，通过加压型腔中的液体，将坯料(150；250；350)推向模型(130；230；330)，使之经历第一变形，

-电液成型所述坯料(150；250；350)，通过在至少两个电极(160；260；360)之间的放电所产生的至少一个压力波，将坯料(150；250；350)相对于模型(130；230；330)挤压，从而经历第二变形；

其特征在于，通过移动其中一个型腔壁的全部或一部分，对型腔中的液体进行加压，以用于液压预成型操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在坯料(150；250；350)与型腔中的液体相接触后，在坯料(150；250；350)和模型(130；230；330)之间形成真空。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过将由模型(130；230)和坯料(150；250)所形成的总成朝向型腔的内部移动，对型腔中的液体进行加压。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在电极(160；260)保持静止时，移动模型(130；230)和坯料(150；250)所形成的总成。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过将包含电极(360)的一个壁朝向型腔的内部移动，对型腔中的液体进行加压。

6.适用于电液成型坯料(150；250；350)的电液成型设备(100；200；300)，其包含：

-框架(120；220；320),

-能够填充液体的密封的型腔，其中一个壁包含坯料(150；250；350)，

-型腔内放置的至少两个电极(160；260；360)，

-模型(130；230；330),

-持料器(140；240；340)，其能够将坯料(150；250；350)保持在模型(130；230；330)上；

其特征在于，

-型腔包含至少一个可移动壁，以及，

-可移动壁的移动能够将型腔中的液体加压到足够程度，以使坯料(150；250；350)相对于模型(130；230；330)而产生变形。

7.根据权利要求6所述的电液成型设备(100；200；300)，其特征在于，所述电液成型设备包含真空泵浦(170；270；370)。

8.根据权利要求6或7所述的电液成型设备(100；200；300)，其特征在于，所述型腔至少部分由框架(120；220；320)形成。

9.根据权利要求8所述的电液成型设备(200)，其特征在于，至少两个电极(260)由底板(290)支承，所述底板(290)置于框架(210)的底壁(212)上。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的电液成型设备(200；300)，其特征在于，所述持料器(240；340)与框架相分离，并且在朝向电极(260；360)的框架中纵向延伸。

11.根据权利要求6至10中任一项所述的设备(100；200)，其特征在于，所述移动壁包含坯料，且模型(130；230)和坯料(150；250)所形成的总成安装在压板的可移动板(120；220)上。

12.根据权利要求11所述的设备(100)，其特征在于，由模型(130)、坯料(150)和持料器(140)所形成的总成安装在所述压板的可移动板(120)上。

13.根据权利要求11所述的设备(200)，其特征在于，

-由模型(230)和坯料(250)所形成的总成安装在压板的可移动板(120)上，以及，

-持料器(240)安装在至少一个气缸(242)上，每个气缸(242)的第一端固定在框架(210)的底壁(212)上，每个气缸(242)的第二端固定在持料器(240)上。

14.根据权利要求6至10中任一项所述的设备(300)，其特征在于，

-模型(330)和坯料(350)所形成的总成安装在压板的第一可移动板(320)上，

-框架(310)包含移动壁(316)，其支撑安装在压板第二可移动板(322)上的至少两个电极(360)，压板的第二板(322)优选能够施加超出压板第一板(320)所施加的压力。

15.根据权利要求14所述的电液成型设备(300)，其特征在于，所述框架(310)包含设置在静止的持料器(340)上的且不能移动的一部分(318)。