CN111036755B - 高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置与成形方法 - Google Patents

高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置与成形方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111036755B
CN111036755B CN201911307468.4A CN201911307468A CN111036755B CN 111036755 B CN111036755 B CN 111036755B CN 201911307468 A CN201911307468 A CN 201911307468A CN 111036755 B CN111036755 B CN 111036755B
Authority
CN
China
Prior art keywords
energy
forming
liquid
storage chamber
discharge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911307468.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111036755A (zh
Inventor
于海平
谢雪云
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN201911307468.4A priority Critical patent/CN111036755B/zh
Priority to US16/831,021 priority patent/US11389853B2/en
Publication of CN111036755A publication Critical patent/CN111036755A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111036755B publication Critical patent/CN111036755B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
    • B21D26/06—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure by shock waves
    • B21D26/12—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure by shock waves initiated by spark discharge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
    • B21D26/021—Deforming sheet bodies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
    • B21D26/021—Deforming sheet bodies
    • B21D26/025—Means for controlling the clamping or opening of the moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
    • B21D26/021—Deforming sheet bodies
    • B21D26/029—Closing or sealing means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
    • B21D26/06—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure by shock waves
    • B21D26/10—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure by shock waves generated by evaporation, e.g. of wire, of liquids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/10—Die sets; Pillar guides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/10—Die sets; Pillar guides
    • B21D37/12—Particular guiding equipment, e.g. pliers; Special arrangements for interconnection or cooperation of dies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/14—Particular arrangements for handling and holding in place complete dies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/16—Heating or cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H1/00—Electrical discharge machining, i.e. removing metal with a series of rapidly recurring electrical discharges between an electrode and a workpiece in the presence of a fluid dielectric
    • B23H1/02—Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply, control, preventing short circuits or other abnormal discharges
    • B23H1/022—Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply, control, preventing short circuits or other abnormal discharges for shaping the discharge pulse train
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H1/00—Electrical discharge machining, i.e. removing metal with a series of rapidly recurring electrical discharges between an electrode and a workpiece in the presence of a fluid dielectric
    • B23H1/08—Working media
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
    • B25J11/005—Manipulators for mechanical processing tasks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

本发明公开一种高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置及成形方法，包括高能脉冲放电设备、智能机械臂控制系统、抽真空装置、液压机、成形模具、正负电极、含能棒及供液设备。本发明利用金属丝与含能材料释能后能量叠加复合效应，实现板材的高速率成形；降低了高能脉冲放电设备的放电电压，增加其使用寿命；制作的小型电脉冲金属丝触发放电装置，降低设备体积及成本，使设备小型化，结合机器臂控制系统实现精准操作、成形及智能一体化；通过低能量金属丝触发小剂量、安全、可控的含能棒释能，可实现能量等级跨越，又实现设备保护和工艺实施安全可控，通过两种能量的叠加可达到高速率成形的特点—提高高强度、难成形板材的成形极限和加工精度。

Description

高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置与成形方法
技术领域
本发明涉及金属板材塑性成形技术领域，特别是涉及一种高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置与成形方法。
背景技术
随着智能化和高端制造业的发展，对复杂零件的技术要求越来越高，特别是针对一些室温下难成形金属材料（如7A09铝合金、2024铝合金、AZ31镁合金、钛合金TC4等）的生产与制造。由于难成形材料成形性差，室温难以成形形状复杂零件；加热时，虽然能提高金属板材的成形性能，但加工周期长，成本高，不利于实际生产与制造，难以实现智能自动化生产。爆炸成形、电液成形、电磁成形技术属于高速率成形方法，能显著提高金属的塑性变形能力。与传统的成形方式相比，高速率成形时模具结构简单，成形周期短，成本低。由于炸药存储和工艺实施过程的安全性考虑，爆炸成形技术受到极大限制。电液成形技术可提高了材料的成形极限和塑性变形能力，但对于变形区尺寸大、局部变形程度大的难变形板材成形时，传统电液成形的放电能量无法满足要求，导致复杂零件的变形程度小和成形精度低，不符合实际产品技术要求，虽然增加放电电压可提高放电能量，但一味的提高电压会导致放电回路电流急剧增大，设备处于高负载状态，降低了放电过程的安全性和设备的使用寿命。电磁成形虽然同属于高速率成形，但只适用于高导电率板材的成形（如铝合金、铜合金），同时存在电磁力的不均匀分布、小圆角贴模差的问题；此外，线圈的适用性较差，成形不同零件时需制作相应的线圈，增加成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置与成形方法，以解决上述现有技术存在的问题，成功的将电液成形和含能材料有效的结合起来，实现能量等级的跨越，可降低高能脉冲设备的放电电压，增加了设备的使用寿命，解决难成形金属板材在室温下精密成形问题，容易实现智能制造。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置，包括上模具、下模具和高能脉冲成形系统，所述上模具包括上模板、成形凹模和凹模固定板，所述下模具包括下模板、储液室和液室固定板，所述成形凹模通过所述凹模固定板固定在所述上模板上，所述成形凹模上开设有与外部的真空泵连接的排气孔；所述储液室固定在所述液室固定板上，所述液室固定板固定在所述下模板上，与供液设备相连接的所述储液室的两侧分别固定组装正负电极，通过引出线与所述高能脉冲成形系统相连接的所述正负电极之间设置有含能棒；所述上模板与下模板通过导套导柱配合安装。
优选的，所述上模板上装配的导套与安装在所述下模板上的导柱相配合，且所述导套过盈配合安装在所述上模板上，所述导柱过盈配合安装在所述下模板上，且所述导柱和导套之间采用间隙配合。
优选的，所述成形凹模是板材成形型腔。
优选的，所述储液室为台阶式，所述储液室两侧预设螺纹孔，所述正负电极的电极外部安装绝缘套，所述绝缘套通过螺纹钢套固定在所述储液室两侧的螺纹孔内。
优选的，所述成形凹模和储液室的接触位置设置有一号密封圈，所述绝缘套与螺纹钢套的接触位置设置有二号密封圈，所述绝缘套与所述储液室的接触位置设置有三号密封圈。
优选的，所述正负电极的电极端均设有用于锁紧所述含能棒两端的金属丝末端的弹球装置。
优选的，所述含能棒包括含能材料、金属丝、绝缘管和端塞，将制备好的含能材料装入绝缘管内，所述绝缘管的两端用端塞通过胶接密封形成所述含能棒；所述含能棒内置金属丝的直径为0.1-1.0mm，有效放电长度为20-200mm；所述含能材料主要由铝粉、硝酸铵、高氯酸铵、氧化铜、聚四氟乙烯、镍粉中的两种或两种以上按比例混合而成。
本发明还提供一种高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形方法，应用上述的高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置，包括以下步骤：
步骤1、用程序控制智能机械臂投放含能棒于正负电极之间，两电极端弹球装置锁紧含能棒两端的金属丝，用机械臂夹持板材放置于储液室指定位置，板材和储液室之间利用一号密封圈进行密封处理；
步骤2、凹模固定板和液室固定板通过紧固螺栓定模，上模板和下模板通过导柱导套导向合模，用液压机对模具预设一定的锁模力；
步骤3、检查真空泵与成形凹模、充液接口与供液设备、放电电极和高能脉冲放电设备的连接状态；
步骤4、启动真空泵使成形凹模型腔处于真空状态；
步骤5、打开供液设备通过充液接口向储液室充入定量液体；
步骤6、检查线路连接状态，若电路处于“导通”状态，即可进行放电加工；
步骤7、闭合充电开关，高压电源通过高压整流管和限流电阻对放电电容器组进行充电，达到预设电压后断开充电开关，打开放电触发信号源控制辅助放电间隙，对含能棒进行放电；
步骤8、放电结束后打开排液接口回收液体；
步骤9、启动液压机开模，通过机械臂进行取件，完成整个板材的成形工作。
优选的，步骤2的模具安装在通用液压机上，整个成形过程中的液体由外接的供液设备提供，储液室的液体通过排液接口回流进入废液处理系统中，进行电解、过滤、沉积后流入供液设备，使储液室内的液体渐进更新、二次循环利用；
步骤3供液设备充入液体为常温水介质且水的体积与储液室的体积大小相同；高能脉冲放电设备参数选取范围为：放电电容为1-2000μF，放电电压为1-30kV。
优选的，步骤7含能棒释能反应过程是高压脉冲设备电容器组被充电到预设电压，打开放电触发信号源、控制接通辅助放电间隙，高能脉冲电流通过正负电极流入金属丝，金属丝在高能脉冲电流的作用下发生短路并瞬间升温、融化、汽化产生纳米级的高温等离子体，等离子体迅速进入含能材料间隙中引燃并随之触发含能材料释放能量；金属丝爆炸和含能材料快速释放大量能量并产生强大的冲击波、化学能、热能作用于水介质，由于水为不可压缩介质，在获得的高动能后作用于难成形金属板材，完成板材的塑性成形。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提出了金属丝耦合含能材料实现难成形金属板材的精密成形技术。（1）克服了传统电磁成形中由于磁场力分布均匀性差、线圈适用性差等问题；（2）解决了传统电液成形与含能材料释能（应用）存在的缺陷。
电液成形的缺陷：增大放电电压可实现设备能量等级的提高，但需求更高能量时，过高电压会导致设备储能电容增加，放电回路电流加大，设备高负载，增加了试验的危险性，降低了设备的使用寿命；含能材料应用存在的缺陷：传统的含能材料（如炸药）能量等级高，危险性大，受工作地点、试验条件和安全性等因素的限制，不能推广应用。本发明继承了电液成形的优势，通过水作为能量传递介质，绿色、环保、清洁、易清理和回收，水为不可压缩介质，作用于零件的成形后，工件表面质量好，无明显划痕，贴模效果好，无需润滑，工装简单，周期短，自动化水平高。
本发明是利用金属丝与含能材料释能后能量叠加复合效应，是一项针对于难成形金属板材的新型高速率成形技术，可实现材料的高速率成形。制作小剂量、安全可控的含能棒，通过低电压金属丝触发释能，实现能量等级的跨越，即保护设备有又安全可控，通过两种能量的叠加效应可达到高速率成形的特点，提高难成形板材的成形精度和塑性变形能力。此外，本发明属于电液成形范畴，不受材料导电率的限制，可成形复杂零件且回弹小、贴模精度高、无需润滑、表面精度高、绿色、无污染、可实现自动化生产，是一项具有极其发展潜力的新技术。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置示意图；
图2所示为含能棒整体示意图；
图3所示为含能棒与电极连接处局部放大图；
图4所示为凹模主视图和俯视图；
图5所示为储液室主视图和俯视图；
图6所示为汽车门外板把手胀形件主视图和俯视图；
图7所示为铝合金板材双层拉深盒形件主视图和俯视图；
其中，1-真空泵；2-上模板；3-导套；4-导柱；5-凹模固定板；6-紧固螺栓；7-凹模；8-板材；9-一号密封圈；10-充液接口；11-负极；12-储液室；13-液室固定板；14-下模板；15-含能棒；15-1-端塞；15-2-金属丝；15-3-含能材料；15-4-绝缘管；16-排液接口；17-绝缘套；18-二号密封圈；19-三号密封圈；20-正极；21-螺纹钢套；22-触发信号源；23-辅助放电间隙；24-电容器组；25-充电开关；26-限流电阻；27-整流管；28-高压充电电源；29-智能机械臂控制器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置与成形方法，以解决上述现有技术存在的问题，成功的将电液成形和含能材料有效的结合起来，实现能量等级的跨越，可降低高能脉冲设备的放电电压，增加了设备的使用寿命，解决难成形金属板材在室温下精密成形问题，容易实现智能制造。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-7所示，本发明提供一种高能电脉冲金属丝爆炸驱动含能材料的成形装置，包括有成形模具、高能脉冲放电设备、智能机械臂控制器29、抽真空装置、液压机及供液设备。
成形模具分为上下两部分，其中上模具包括上模板2、成形凹模7、凹模固定板5、紧固螺栓6、真空泵1、导套3；下模具包括下模板14、液室固定板13、储液室12、一号密封圈9、紧固螺栓6、正极20、负极11、电极绝缘套17、电极二与三号电极密封圈、螺纹钢套21、充液接口10、排液接口16、液体水、导柱4、含能棒15；
成形模具的凹模7是板材8成形型腔，成形凹模7通过凹模固定板5由紧固螺栓6固定在上模板2上，上模板2装配导套3与安装在下模板14上的导柱4相配合，起到导向作用，保证上模和下模的位置精度。装配标准是导套3过盈配合安装在上模板2上，导柱4过盈配合安装于下模板14上且导柱4导套3之间采用间隙配合。同时，凹模7上开有排气孔并与外部真空泵1相连接，以达到凹模7抽真空的目的。难成形板材8放置于凹模7下凹的子口内，凹模7和储液室12之间的一号密封圈9起水介质密封作用，在液压机提供一定的锁模力情况下利用液室与凹模7对应环形区域起到压边作用，控制塑性变形。
储液室12与供液设备通过充液接口10相连接，储液室12为台阶式，通过台阶固定在液室固定板13上，而液室固定板13用紧固螺栓6固定在下模板14上。储液室12两侧预设螺纹孔，固定组装正负电极，电极外部安装绝缘套17，通过螺纹钢套21固定在储液室12两侧螺纹孔处，为了保证密封效果，钢套、绝缘套17与储液室12接触部位设有二、三号密封圈。正负电极端设有弹球装置，用于锁紧被机械臂投放的含能棒15两端的金属丝15-2末端，正负电极在液室外的引出线与高能脉冲成形系统相连接。
含能棒15内置金属丝15-2直径为0.1-1.0mm，有效放电长度20-200mm，将制备好的含能材料15-3装入一定长度的绝缘管15-4内，两端用端塞15-1通过胶接密封处理。弹球装置安装在正负电极放电端部（正负电极设有3cm深度的圆柱形直孔），主要包括弹簧、金属球和螺纹卡套，弹簧的一端通过焊接的方式连接在金属球上，将连接好的弹簧和弹球放置于正负电极端部的圆柱形直孔处，再通过螺纹卡套（攻有内螺纹）旋入电极端部固定弹球（此时弹簧具有一定的压缩量），制成弹球装置。弹球装置工作原理：机械臂投放含能棒15时，含能棒15两端的圆弧卡槽刚接触正负电极的金属球后，挤压金属球压缩弹簧进行收缩，当含能棒15投放到正负电极中轴线处，金属球在弹簧弹性势能的作用下反推锁住含能棒15。
高能电脉冲驱动含能材料15-3的金属板材8成形方法，包括以下步骤：
步骤1、用程序控制智能机械臂投放含能棒15于正负电极之间，两电极端弹球装置锁紧含能棒15两端的金属丝15-2，用机械臂夹持板材8放置于储液室12指定位置，板材8和储液室12之间利用一号密封圈9进行密封处理。
步骤2、凹模固定板5和液室固定板13通过紧固螺栓6定模，上模板2和下模板14通过导柱4导套3导向合模，用液压机对模具预设一定的锁模力；
步骤3、检查真空泵1与凹模7、充液接口10与供液设备、放电电极和高能脉冲放电设备的连接状态；
步骤4、启动真空泵1使凹模7型腔处于某种真空状态；
步骤5、打开供液设备通过充液接口10向储液室12充入定量液体；
步骤6、检查线路连接状态，如利用万用表，若电路处于“导通”状态，即可进行放电加工；
步骤7、闭合充电开关25，高压电源通过高压整流管27和限流电阻26对放电电容器组24进行充电，达到预设电压后断开充电开关25，打开放电触发信号源22控制辅助放电间隙23，对含能棒15进行放电；
步骤8、放电结束后打开排液接口16回收液体；
步骤9、启动液压机开模，通过机械臂进行取件，完成整个板材8的成形工作。
其中：步骤1的正负电极攻有外螺纹，绝缘套17与电极通过螺纹连接、过盈配合固定在一起，电极与绝缘套17通过带螺纹钢套21固定在储液室12上，钢套与绝缘套17接触部位设置二号密封圈18、三号密封圈19，对储液室12液体密封。步骤1的含能棒15主要包括含能材料15-3、金属丝15-2、绝缘管15-4和端塞15-1，其中含能材料15-3主要由铝粉、硝酸铵、高氯酸氨、氧化铜、聚四氟乙烯、镍粉等两种或两种以上按一定比例混合；
步骤2的模具安装在通用液压机上，整个成形过程中的液体由外接的供液设备提供，储液室12的液体通过排液接口16回流进入废液处理系统中，进行电解、过滤、沉积后流入供液设备，使储液室12内的液体渐进更新、二次循环利用；
步骤3供液设备充入液体为常温水介质且水的体积与储液室12的体积大小相同。高能脉冲放电设备参数选取范围为：放电电容为1-2000μF，放电电压为1-30kV。
步骤7含能棒15释能反应过程是高压脉冲设备电容器组24被高压充电电源28充电到预设电压，打开放电触发信号源22、控制接通辅助放电间隙23，高能脉冲电流通过正负电极流入金属丝15-2，金属丝15-2在高能脉冲电流的作用下发生短路并瞬间升温、融化、汽化产生纳米级的高温等离子体，等离子体迅速进入含能材料15-3间隙中引燃并随之触发含能材料15-3释放能量。金属丝15-2爆炸和含能材料15-3快速释放大量能量并产生强大的冲击波、化学能、热能作用于水介质，由于水为不可压缩介质，在获得的高动能后作用于难成形金属板材8，完成板材8的塑性成形。
步骤9中得到的金属板材8成形件不需要进行预先加热处理以及后续的整形等工序。
为了解决难成形金属板材8在室温下塑性差等缺陷，本发明提出了高能电脉冲金属丝15-2驱动含能材料15-3的金属板材8成形方法，在电液成形的基础上做了极大的改进和创新，通过金属丝15-2爆炸和含能材料15-3释能的能量叠加效应对板材8施加冲击载荷，使其发生高速率变形过程。本发明成功的将电液成形和含能材料15-3有效的结合起来，实现能量等级的跨越，可降低高能脉冲设备的放电电压，增加了设备的使用寿命，解决难成形金属板材8在室温下精密成形问题，容易实现智能制造，具有重要的理论意义和广阔的应用前景。
实施例一
汽车薄板覆盖件车门外板把手凹陷区的胀形，本示例选择的材料是先进高强钢板DP600，其板厚为1.0mm，变形区最大轮廓尺寸约120mm，胀形最大高度为12mm，圆角半径为2mm，截面为椭球形。含能棒15内含能材料15-3由粒径为1-3μm铝粉和粒径100-140μm的硝酸铵按照（20-40%）：（80-60%）比例机械混合制作成含能混合物。金属丝15-2直径为0.1-1.0mm的铝丝，绝缘管15-4是内径为8mm，壁厚1mm，长度35mm的有机玻璃管，端塞15-1的材料是尼龙。通过上述材料利用A、B胶水组合胶接密封制作成含能棒15。由于汽车覆盖件属于薄板成形，存在小圆角贴模性差等技术难题，其它成形工艺较难实现，针对大回弹及精准贴模等问题，利用此种方法成形的零件贴模效果好，回弹小，贴模间隙0.1mm，满足精度要求。
实施例二
一种高强度的航空航天材料2055铝合金板材8的双层拉深盒形件，厚度为3mm，最大拉深深度20mm，板材8长320mm，宽280mm，拉深变形区底部截面尺寸为180×160mm的矩形，圆角半径6mm，变形区顶部截面尺寸为100×100mm，圆角半径3mm。含能棒15内含能材料15-3是粒径为1-3μm铝粉和粒径500nm的聚四氟乙烯（PTPE）按照（30-50%）：（70-50%）比例进行简单混合后在球磨机上机械合金化处理，再放置于真空干燥箱40℃干燥30分钟，最后制作成含能混合物。金属丝15-2直径为0.1-0.8mm的铜丝，绝缘管15-4是内径为10mm，壁厚1mm，长度60mm的有机玻璃管，端塞15-1是尼龙。通过上述材料利用A、B胶水组合制作成含能棒15用于试验。传统高速率成形方法如电磁成形效率低，且反弹大，电液成形能量低成形效果差，能量不足导致零件难以贴模。应用此方法大大提高成形效率，由于电脉冲驱动含能材料15-3的放电成形可实现高速率成形，能量高，在提高成形极限的同时，减小回弹，满足贴模精度。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置，其特征在于：包括上模具、下模具和高能脉冲成形系统，所述上模具包括上模板、成形凹模和凹模固定板，所述下模具包括下模板、储液室和液室固定板，所述成形凹模通过所述凹模固定板固定在所述上模板上，所述成形凹模上开设有与外部的真空泵连接的排气孔；所述储液室固定在所述液室固定板上，所述液室固定板固定在所述下模板上，与供液设备相连接的所述储液室的两侧分别固定组装正负电极，通过引出线与所述高能脉冲成形系统相连接的所述正负电极之间设置有含能棒；所述上模板与下模板通过导套导柱配合安装；
所述含能棒包括含能材料、金属丝、绝缘管和端塞，将制备好的含能材料装入绝缘管内，所述绝缘管的两端用端塞通过胶接密封形成所述含能棒；所述含能棒内置金属丝的直径为0.1-1.0mm，有效放电长度为20-200mm；所述含能材料主要由铝粉、硝酸铵、高氯酸铵、氧化铜、聚四氟乙烯、镍粉中的两种或两种以上按比例混合而成。
2.根据权利要求1所述的高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置，其特征在于：所述上模板上装配的导套与安装在所述下模板上的导柱相配合，且所述导套过盈配合安装在所述上模板上，所述导柱过盈配合安装在所述下模板上，且所述导柱和导套之间采用间隙配合。
3.根据权利要求1所述的高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置，其特征在于：所述成形凹模是板材成形型腔。
4.根据权利要求1所述的高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置，其特征在于：所述储液室为台阶式，所述储液室两侧预设螺纹孔，所述正负电极的电极外部安装绝缘套，所述绝缘套通过螺纹钢套固定在所述储液室两侧的螺纹孔内。
5.根据权利要求4所述的高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置，其特征在于：所述成形凹模和储液室的接触位置设置有一号密封圈，所述绝缘套与螺纹钢套的接触位置设置有二号密封圈，所述绝缘套与所述储液室的接触位置设置有三号密封圈。
6.根据权利要求1所述的高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置，其特征在于：所述正负电极的电极端均设有用于锁紧所述含能棒两端的金属丝末端的弹球装置。
7.高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形方法，应用权利要求1-6中任一项所述的高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、用程序控制智能机械臂投放含能棒于正负电极之间，两电极端弹球装置锁紧含能棒两端的金属丝，用机械臂夹持板材放置于储液室指定位置，板材和储液室之间利用一号密封圈进行密封处理；
步骤2、凹模固定板和液室固定板通过紧固螺栓定模，上模板和下模板通过导柱导套导向合模，用液压机对模具预设一定的锁模力；
步骤3、检查真空泵与成形凹模、充液接口与供液设备、放电电极和高能脉冲放电设备的连接状态；
步骤4、启动真空泵使成形凹模型腔处于真空状态；
步骤5、打开供液设备通过充液接口向储液室充入定量液体；
步骤6、检查线路连接状态，若电路处于“导通”状态，即可进行放电加工；
步骤7、闭合充电开关，高压电源通过高压整流管和限流电阻对放电电容器组进行充电，达到预设电压后断开充电开关，打开放电触发信号源控制辅助放电间隙，对含能棒进行放电；
步骤8、放电结束后打开排液接口回收液体；
步骤9、启动液压机开模，通过机械臂进行取件，完成整个板材的成形工作。
8.根据权利要求7所述的高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形方法，其特征在于：步骤2的模具安装在通用液压机上，整个成形过程中的液体由外接的供液设备提供，储液室的液体通过排液接口回流进入废液处理系统中，进行电解、过滤、沉积后流入供液设备，使储液室内的液体渐进更新、二次循环利用；
步骤3供液设备充入液体为常温水介质且水的体积与储液室的体积大小相同；高能脉冲放电设备参数选取范围为：放电电容为1-2000μF，放电电压为1-30kV。
9.根据权利要求7所述的高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形方法，其特征在于：步骤7含能棒释能反应过程是高压脉冲设备电容器组被充电到预设电压，打开放电触发信号源、控制接通辅助放电间隙，高能脉冲电流通过正负电极流入金属丝，金属丝在高能脉冲电流的作用下发生短路并瞬间升温、融化、汽化产生纳米级的高温等离子体，等离子体迅速进入含能材料间隙中引燃并随之触发含能材料释放能量；金属丝爆炸和含能材料快速释放大量能量并产生强大的冲击波、化学能、热能作用于水介质，由于水为不可压缩介质，在获得的高动能后作用于难成形金属板材，完成板材的塑性成形。
CN201911307468.4A 2019-12-18 2019-12-18 高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置与成形方法 Active CN111036755B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911307468.4A CN111036755B (zh) 2019-12-18 2019-12-18 高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置与成形方法
US16/831,021 US11389853B2 (en) 2019-12-18 2020-03-26 Device and method for forming metal plate by using high-energy electric pulse to drive energetic materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911307468.4A CN111036755B (zh) 2019-12-18 2019-12-18 高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置与成形方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111036755A CN111036755A (zh) 2020-04-21
CN111036755B true CN111036755B (zh) 2020-12-22

Family

ID=70237527

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911307468.4A Active CN111036755B (zh) 2019-12-18 2019-12-18 高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置与成形方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11389853B2 (zh)
CN (1) CN111036755B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114178388A (zh) * 2021-10-20 2022-03-15 哈尔滨工业大学（威海） 含局部特征金属管形件的低温电液成形装置及成形方法
CN114160655A (zh) * 2021-10-20 2022-03-11 哈尔滨工业大学（威海） 一种含阵列特征的金属薄板低温电液成形装置及方法
CN113857856A (zh) * 2021-10-26 2021-12-31 福州大学 一种金属板料成形与焊接的装置及其方法
CN114951446B (zh) * 2022-05-27 2023-03-14 武汉理工大学 钛合金叶片电磁冲击复合成形调控的方法
CN115403026A (zh) * 2022-09-13 2022-11-29 安徽清能碳再生科技有限公司 储能电池负极碳基材料制备智能控制系统及方法
CN115430876B (zh) * 2022-11-08 2023-03-21 天津天锻航空科技有限公司 基于充液成形和电化学加工的复合成形方法及成形系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2609684Y (zh) * 2003-04-03 2004-04-07 马伟平 加工金属复合管的装置
CN101574771A (zh) * 2008-05-05 2009-11-11 福特全球技术公司 冲压面板的脉冲电液校正方法和工具
CN202398691U (zh) * 2010-10-29 2012-08-29 福特环球技术公司 用于成形零件的缝隙放电电液成形(ehf)设备
CN104607527A (zh) * 2015-01-19 2015-05-13 西安交通大学 管材下料时表面环形槽根部的炸药分段爆轰起裂方法
CN104785605A (zh) * 2015-03-31 2015-07-22 西北工业大学 一种用于管件的电液成形装置及成形方法
CN106955924A (zh) * 2017-05-05 2017-07-18 哈尔滨工业大学 一种电液成形同轴可移动电极穿丝夹装装置
CN108180003A (zh) * 2018-01-12 2018-06-19 西安交通大学 金属丝电爆炸驱动含能混合物产生水中冲击波的方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3322515A (en) * 1965-03-25 1967-05-30 Metco Inc Flame spraying exothermically reacting intermetallic compound forming composites
US3222902A (en) * 1961-12-28 1965-12-14 American Can Co Electro-hydraulic forming method and apparatus
US4081982A (en) * 1976-10-12 1978-04-04 Vladilen Fedorovich Minin Plant for explosion working of materials
US7516634B1 (en) * 2008-05-05 2009-04-14 Ford Global Technologies, Llc Electrohydraulic forming tool
US7802457B2 (en) * 2008-05-05 2010-09-28 Ford Global Technologies, Llc Electrohydraulic forming tool and method of forming sheet metal blank with the same
US8136378B2 (en) * 2009-09-21 2012-03-20 Ford Global Technologies, Llc Seal for fluid forming tools
US20140053622A1 (en) * 2012-08-21 2014-02-27 Ford Global Technologies, Llc Method and apparatus for electro-hydraulic forming
US11338364B2 (en) * 2016-10-14 2022-05-24 Korea Institute Of Materials Science Aluminum powder coated with fluorine-based hydrocarbon polymer layer and preparation method therefor
US20190019446A1 (en) * 2017-07-17 2019-01-17 Shenzhen China Star Optoelectronics Semiconductor Display Technology Co., Ltd. Trigger circuit of discharge signals, and display device
WO2020074353A1 (en) * 2018-10-08 2020-04-16 Aleris Rolled Products Germany Gmbh Method of producing a high-energy hydroformed structure from a 7xxx-series alloy

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2609684Y (zh) * 2003-04-03 2004-04-07 马伟平 加工金属复合管的装置
CN101574771A (zh) * 2008-05-05 2009-11-11 福特全球技术公司 冲压面板的脉冲电液校正方法和工具
CN202398691U (zh) * 2010-10-29 2012-08-29 福特环球技术公司 用于成形零件的缝隙放电电液成形(ehf)设备
CN104607527A (zh) * 2015-01-19 2015-05-13 西安交通大学 管材下料时表面环形槽根部的炸药分段爆轰起裂方法
CN104785605A (zh) * 2015-03-31 2015-07-22 西北工业大学 一种用于管件的电液成形装置及成形方法
CN106955924A (zh) * 2017-05-05 2017-07-18 哈尔滨工业大学 一种电液成形同轴可移动电极穿丝夹装装置
CN108180003A (zh) * 2018-01-12 2018-06-19 西安交通大学 金属丝电爆炸驱动含能混合物产生水中冲击波的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
电液成形技术研究现状及发展趋势;于海平等;《精密成形工程》;20170510(第03期);第65-71页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111036755A (zh) 2020-04-21
US20210187579A1 (en) 2021-06-24
US11389853B2 (en) 2022-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111036755B (zh) 高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置与成形方法
CN101607286A (zh) 铝合金曲面零件电磁复合成形方法及装置
CN108043976B (zh) 一种异种金属材料预成形高速冲击连接工艺
CN111069395B (zh) 电脉冲触发含能材料的金属管件精密成形装置及成形方法
CN103861930B (zh) 一种铝合金板材小直径翻边孔的磁脉冲成形装置及方法
CN104772380B (zh) 一种钛合金板材的磁脉冲温热动态驱动成形装置及其成形方法
CN111451353B (zh) 一种流体冲击板料成形的电磁成形装置及其成形方法
CN105436500B (zh) 一种电磁脉冲径向粉末压实装置和压实方法
CN106270104A (zh) 一种壳体件的磁脉冲翻孔成形方法
CN208680798U (zh) 一种异种金属板材焊接装置
CN204503910U (zh) 铝合金筒形件磁脉冲辅助拉深成形装置
CN108838575A (zh) 一种异种金属板材焊接装置及方法
CN101934338A (zh) 电致塑性无铆钉铆接装置
CN206169020U (zh) 高能率脉动冲击液压成形设备
CN109590405A (zh) 一种铝合金电池盒复合成形装置
CN102941253B (zh) 基于电磁辅助成形的零件组装方法及装置
KR101779464B1 (ko) 배터리 터미널 플레이트의 제조방법
CN110640031B (zh) 一种加热式电磁无铆钉连接装置及工作方法
CN110000268A (zh) 一种对带微细特征金属薄板件电液成形的装置及成形方法
CN108080482B (zh) 一种基于多向磁场力驱动的阶梯状筒形件制作装置和方法
CN203706896U (zh) 一种超级电容器引流体
CN106734498B (zh) 一种用难变形高强度合金板材制备圆管的装置及方法
CN108372356B (zh) 一种铝合金表面氧化膜的破碎方法
CN105149380B (zh) 一种电磁吸引力修复钢板凹陷装置及其控制方法
CN208929045U (zh) 一种无铆钉连接装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant