CN111872206B - 脉冲电流辅助旋压成型装置及旋压成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种脉冲电流辅助旋压成型装置及旋压成型方法，旋压成型装置包括：动力装置、固定装置和赶压装置；动力装置由底座、模具、旋转轴、左电极和电动机组成；固定装置由顶轴、固定系统和立柱组成；赶压装置由固定台、旋转柱、液压缸、液压控制系统、液压杆、压力传感器、右电极、赶棒以及赶轮组。旋压成型方法包括固定待加工工件，设定赶压加工次数，设定赶棒的赶压压力，启动电动机，接通脉冲电源，调节赶棒赶压压力，对待加工工件进行赶压和完成旋压成型工件加工。本申请可以降低工件成型难度，改善工件的力学性能，提升工件的质量。

Description

脉冲电流辅助旋压成型装置及旋压成型方法

技术领域

本发明属于机械加工领域，具体涉及一种脉冲电流辅助旋压成型装置及旋压成型方法。

背景技术

旋压成型是采用条状赶棒对高速旋转中的金属板状工件进行赶压，进而将板状工件加工成各种筒状产品的成型方法。采用旋压成型工艺，相对于传统的冲压加工，只需要一个模具，这大大降低了生产成本。此外由于金属弹性变形后具有恢复能力，而旋压工艺能够均衡多次施压，很大程度降低金属变形后的回复过程，进而旋压工艺能够生产精度很高的金属产品。

金属板变形抗力大，增加了金属板成型的难度。且金属板具有回复性，对赶压应力的大小和均匀性要求高。不适当的赶压力会造成工件周边成型异常，降低工件的成型质量。在旋压成型过程中降低金属的变形抗力、施加适当大小以及均匀的赶压力是旋压成型的难点，也是急需解决的问题。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供一种脉冲电流辅助旋压成型装置及旋压成型方法，本发明通过以下技术方案实现：

本发明提供的一种脉冲电流辅助旋压成型装置，其包括动力装置、固定装置和赶压装置；

所述动力装置包括底座、模具、旋转轴、左电极和电动机，所述底座固定在地面上，所述电动机垂直固定在底座上，所述电动机的输出端连接所述旋转轴第一端，所述旋转轴垂直于电机，所述旋转轴第二端固定所述模具，所述电动机带动所述旋转轴转动，进而带所述动模具旋转，所述左电极固定在电动机的一个侧面并与所述旋转轴时刻接触；

所述固定装置包括顶轴、固定系统和立柱，所述立柱固定在底座上并与底座垂直，所述固定系统固定在立柱上，所述顶轴与固定系统连接，所述固定系统可以控制顶轴的伸缩，所述旋转轴、模具以及顶轴的中心轴线重合；

所述赶压装置包括固定台、旋转柱、液压缸、液压控制系统、液压杆、压力传感器、右电极、赶棒以及赶轮；所述固定台固定在所述底座上，所述旋转柱设置在所述固定台上，所述旋转柱与所述液压缸固定相连，所述液压缸外围设置着控制液压缸的液压控制系统，所述液压杆与所述液压缸相连接，所述赶棒与所述液压杆固定连接，所述赶棒的终端连接可以转动的赶轮，所述赶轮对工件进行赶压，所述赶棒上设置有压力传感器，所述压力传感器将压力数据传送至液压控制系统，所述液压控制系统通过液压缸控制液压杆的伸缩，进而来实现对赶棒的控制，赶棒的一个侧面固定有所述右电极。

优选的，所述左电极与所述旋转轴接触部位材料为石墨，与所述电动机接触部位为绝缘材料；且在工作过程所述左电极时刻与所述旋转轴一直接触。

优选的，所述赶压装置还包括手柄，所述手柄固定安装所述液压缸上，通过所述手柄推动液压缸围绕旋转柱转动来调整赶棒赶压的位置。

优选的，所述液压控制系统通过液压缸控制液压杆的伸缩，进而来实现对赶棒的控制具体为：

当赶压力过大时，减小所述液压缸压力，收缩所述液压杆；当赶压力过小时，增加所述液压缸压力，伸长所述液压杆。

本申请还公开了一种使用脉冲电流辅助旋压成型装置的旋压成型方法，其包括以下步骤：

步骤1，固定待加工工件，

将待加工的所述工件放入工位，使所述工件中心轴与旋转轴、以及顶轴的中心轴重合，调整所述固定系统，使模具和顶轴能够加紧并固定工件；

步骤2，设定赶压加工次数，

根据所需的加工质量设定赶压加工次数；

步骤3，设定赶棒的赶压压力，

根据步骤2中的加工次数，设定每次加工的赶棒的赶压压力，每次加工的赶压压力值增加幅度随着加工次数的增加而减小，最后一次的赶压压力值必须为目标赶压压力值K；

步骤4，启动电动机，

启动电动机，电动机带动旋转轴、模具、工件和顶轴一起旋转；

步骤5，接通脉冲电源，

分别将脉冲电源两个电极与所述左电极和所述右电极接通，启动脉冲；

步骤6，调节赶棒赶压压力，

启动液压控制系统，将赶棒放至所述工件旋压成型起始位置，根据步骤3所确定的每次赶压过程的赶压压力，向液压控制系统输入赶压压力值，接收到压力值命令后，所述液压控制系统自动调节所述液压杆伸出的长度，当赶棒上压力传感器测量的压力值未达到设定压力值时，所述液压控制系统通过控制所述液压缸的压力，增加所述液压杆的长度，直至所述赶棒的压力达到设定压力值；当压力值超过设定压力值时，所述液压控制系统通过调节所述液压缸的压力，缩短所述液压杆的长度，以减小所述赶棒的压力值；

步骤7，对待加工工件进行赶压，

对工件进行旋压成型加工，当工件旋转一周时，移动赶轮，再旋转一周后，再次移动赶轮，依次重复，将赶轮逐渐朝工件外围方向移动，直至完成一次赶压过程；

步骤8，完成旋压成型工件加工，

重复步骤6、7，在液压控制系统中每次都输入相应赶压加工次数的赶压压力值，直至完成旋压成型加工；旋压成型加工完成后，复位脉冲电流辅助旋压成型装置。

优选的，所述步骤2中，根据所需的加工质量设定赶压加工次数具体为将赶压加工次数设定为三次或五次，五次完成工件的质量优于三次完成工件的质量。

优选的，所述步骤3中设定赶棒的赶压压力具体为，当赶压加工次数为三次时，设定三次赶压压力值依次为0.5K、0.8K和K；当赶压加工次数为五次时，设定五次赶压压力值依次为0.4K、0.6K、0.8K、0.9K和K。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比可以达到这样的有益效果：

1、采用脉冲电流辅助旋压成型过程，能够降低金属加工件在赶压过程中的变形抗力，降低工件成型难度；赶压过程中脉冲电流能细化金属工件成型位置的晶粒，改善工件的力学性能，提升工件的质量；

2、设计一套精准施加赶压应力的装置和方法，采用闭环调控精准且均匀地施加赶压力，避免工件变形抗力降低后，不均匀的赶压力降低加工质量，降低了旋压加工的难度，提高工件的成型质量。

附图说明

图1是本发明一种脉冲电流辅助旋压成型装置的轴侧图；

图2是本发明一种脉冲电流辅助旋压成型装置的轴测局部放大图；

图3是本发明一种脉冲电流辅助旋压成型装置的正视图；

图4是本发明一种脉冲电流辅助旋压成型装置的俯视图；

图5是本发明一种脉冲电流辅助旋压成型装置的电路简图；以及

图6是本发明一种使用脉冲电流辅助旋压成型装置的方法流程框图。

图中标号：1-工件，2-顶轴，3-固定系统，4-立柱，5-底座，6-旋转柱，7-液压缸，8-液压控制系统，9-手柄，10-液压杆，11-压力传感器，12-右电极，13-赶棒，14-赶轮，15-模具，16-旋转轴，17-电动机，18-固定台，19-左电极，20-脉冲电源，21-导线，22-电流流路。

具体实施方式

为更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

如图1装置轴侧图所示，本发明提供的一种脉冲电流辅助旋压成型装置，包括动力装置、固定装置和赶压装置。

动力装置由底座5、模具15、旋转轴16、左电极19和电动机17组成，底座5固定在地面上，电动机17垂直固定在底座5上，电动机17的输出端连接旋转轴16第一端，旋转轴16垂直于电机17。旋转轴16第二端固定模具15，电动机17带动旋转轴16转动，进而带动模具15旋转。左电极19固定在电动机17的一个侧面并与旋转轴16时刻接触。左电极19与旋转轴16接触部位材料为石墨，与电动机17接触部位为绝缘材料；

固定装置由顶轴2、固定系统3和立柱4组成，立柱4固定在底座5上，与底座5垂直，固定系统3固定在立柱4上，顶轴2与固定系统3连接，顶轴2和固定系统3与立柱4垂直。立柱4与电动机17在底座5上的位置相对，以保证旋转轴16、模具15以及顶轴2中心轴线重合。固定系统3可以控制顶轴2的伸缩，当需要固定工件1时，伸长顶轴2，利用模具15与顶轴2的夹紧来实现对工件1的固定，当需要取下工件1时，顶轴2缩回即可。

如图1装置轴侧图和如图2轴测局部放大图所示，赶压装置由固定台18、旋转柱6、液压缸7、液压控制系统8、手柄9、液压杆10、压力传感器11、右电极12、赶棒13以及赶轮14组成。固定台18固定在底座5上，与立柱4安装在底座5上的同一边，本实施例中固定台为扇形柱体结构。能够转动的旋转柱6设置在固定台18上，旋转柱6与液压缸7固定相连，液压缸7外围设置着控制液压缸7的液压控制系统8。液压杆10与液压缸7相连接，赶棒13第一端与液压杆10固定连接，赶棒13第一端与液压杆10接触位置为绝缘材料。赶棒13第二端连接可以转动的赶轮14，赶轮14对工件1进行赶压。赶棒13上设置压力传感器11，压力传感器11将压力数据传送至液压控制系统8，液压控制系统8通过液压缸7控制液压杆10的伸缩，进而来实现对赶棒13赶压力的控制。当赶压力过大时，减小液压缸压力，收缩液压杆；当赶压力过小时，增加液压缸压力，伸长液压杆。液压缸7能够围绕旋转柱6做水平转动，通过转动可以调整赶棒13赶压的位置。液压缸7上还固定安装手柄9，紧握手柄9可以更加容易的推动液压缸7围绕旋转柱6转动来调整赶棒13赶压的位置。赶棒13的一个侧面固定右电极12，右电极12与赶棒13直接接触部位材料为石墨，固定部位为绝缘材料。

如图3正视图所示，左电极19固定在电动机17的一个侧面，本实施例中为右侧面，左电极19底部与旋转轴16时刻接触，脉冲电流通过旋转轴16流至模具15，避免了左电极19直接接触模具15对模具15造成划痕，损伤模具15。旋转轴16、模具15以及顶轴2轴线重合，且模具15转动时，带动工件1和顶轴2一起转动。

如图4俯视图所示，顶轴2伸长后与模具15将工件1夹紧达到固定工件1的作用，且旋转轴16、模具15以及顶轴2中心轴线重合。赶轮14与工件1的侧面接触，以实现对工件1的赶压。

如图5电路简图所示，当脉冲电流辅助旋压成型装置工作时，左电极19通过导线与脉冲电流电源的第一极进行连接，右电极12通过导线与脉冲电流电源的第二极进行连接。电流由脉冲电源20通过导线21流至右电极12、再依次通过赶棒13、赶轮14到达工件1，经过工件1赶压位置到达模具15，再依次经过旋转轴16、左电极19和导线21流回脉冲电源20，完成整个电路回路。本领域技术人员都知道，电流反向由左电极19流至右电极12也可实现本发明。

如图6流程框图所示，可以获得一种使用上述脉冲电流辅助旋压成型装置的旋压成型方法，包括以下步骤：

步骤1，固定待加工工件，将工件1放入工位，使工件1中心轴与旋转轴16、以及顶轴2的中心轴重合，通过调整固定系统13，伸出顶轴2，使模具15和顶轴2能够加紧并固定工件1；

步骤2，设定赶压加工次数，赶压加工次数根据所需求的加工质量进行设定，赶压加工次数设定越多，赶压应力单次增加幅度越小，金属回复力越小，工件加工质量越高，当然时间和人工成本也会更高，因此需要恰当的设定赶压加工次数；本实施例中可以将赶压加工次数分为三次和五次，其中三次完成工件的质量为中等，五次完成工件的质量为上等。采用三次或五次赶压操作时，减小赶压应力单次增加幅度，赶压应力单次增加幅度越小，金属回复力越小，工件加工质量越高；

本实施例中可以将赶压加工次数分为三次和五次，其中三次完成工件的质量为中等，五次完成工件的质量为上等。采用三次或五次赶压操作时，减小赶压应力单次增加幅度，赶压应力单次增加幅度越小，金属回复力越小，工件加工质量越高；

步骤3，设定赶棒的赶压压力，根据步骤2中的加工次数，设定每次加工的赶棒的赶压压力。最终的赶压压力值K通常是通过试错法得到，当确定最终的赶压压力值K后，根据加工次数设定每次加工的赶棒的赶压压力，每次加工的赶压压力值增加幅度随着加工次数的增加而减小，直到最终的赶压压力值K。如，当赶压加工次数为三次时，设定三次赶压压力值依次为0.5K、0.8K和K；当赶压加工次数为五次时，设定五次赶压压力值依次为0.4K、0.6K、0.8K、0.9K和K。具体每次赶压压力值本领域技术人员可根据工件最终需求进行设定

步骤4，启动电动机，打开电动机电源开关，电动机17带动旋转轴16、模具15、工件1和顶轴2一起旋转；

步骤5，接通脉冲电源，分别将脉冲电源两个电极与左电极和右电极接通，启动脉冲；

步骤6，调节赶棒赶压压力，启动液压控制系统，将赶棒13放至工件旋压成型起始位置，根据步骤3所确定的每次赶压过程的赶压压力，向液压控制系统8输入赶压压力值，接收到压力值命令后，液压控制系统8会自动调节液压杆10伸出的长度，当赶棒13上压力传感器11测量的压力值未达到设定压力值时，液压控制系统8通过控制液压缸的压力，增加液压杆10的长度，直至赶棒13的压力达到设定压力值；当压力值超过设定压力值时，液压控制系统8通过调节液压缸7的压力，缩短液压杆10的长度，以减小赶棒13的压力值；

步骤7，完成赶压压力值调节后，开始对工件1进行旋压成型加工。当工件1旋转一周时，移动赶轮14，再旋转一周后，再次移动赶轮14，依次重复，将赶轮14逐渐朝工件外围方向移动，直至完成一次赶压过程。赶轮14的位置可以通过紧握液压缸7上的手柄9，然后推动手柄9来实现更容易的移动。

步骤8，重复步骤6、7，在液压控制系统8中每次都输入相应赶压加工次数的赶压压力值，直至完成旋压成型加工。旋压成型加工完成后，复位脉冲电流辅助旋压成型装置，具体包括将液压控制系统8设定赶压压力值为0，复位液压杆，关闭液压控制系统、脉冲电流以及电动机。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种脉冲电流辅助旋压成型装置，其特征在于：其包括动力装置、固定装置和赶压装置；

所述动力装置包括底座、模具、旋转轴、左电极和电动机，所述底座固定在地面上，所述电动机垂直固定在底座上，所述电动机的输出端连接所述旋转轴第一端，所述旋转轴垂直于电机，所述旋转轴第二端固定所述模具，所述电动机带动所述旋转轴转动，进而带动所述模具旋转，所述左电极固定在电动机的一个侧面并与所述旋转轴时刻接触；左电极底部与旋转轴时刻接触，脉冲电流通过旋转轴流至模具；

所述固定装置包括顶轴、固定系统和立柱，所述立柱固定在底座上并与底座垂直，所述固定系统固定在立柱上，所述顶轴与固定系统连接，所述固定系统可以控制顶轴的伸缩，当需要固定工件时，伸长顶轴，利用模具与顶轴的夹紧来实现对工件的固定，当需要取下工件时，顶轴缩回，所述旋转轴、模具以及顶轴的中心轴线重合，且模具转动时，带动工件和顶轴一起转动；

所述赶压装置包括固定台、旋转柱、液压缸、液压控制系统、液压杆、压力传感器、右电极、赶棒以及赶轮；所述固定台固定在所述底座上，所述旋转柱设置在所述固定台上，所述旋转柱与所述液压缸固定相连，所述液压缸外围设置着控制液压缸的液压控制系统，所述液压杆与所述液压缸相连接，所述赶棒与所述液压杆固定连接，所述赶棒的终端连接可以转动的赶轮，所述赶轮对工件进行赶压，所述赶棒上设置有压力传感器，所述压力传感器将压力数据传送至液压控制系统，所述液压控制系统通过液压缸控制液压杆的伸缩，进而来实现对赶棒的控制，当赶压压力过大时，减小液压缸压力，收缩液压杆；当赶压压力过小时，增加液压缸压力，伸长液压杆；液压缸能够围绕旋转柱做水平转动，通过转动可以调整赶棒赶压的位置，赶棒的一个侧面固定有所述右电极；

左电极通过导线与脉冲电流电源的第一极进行连接，右电极通过导线与脉冲电流电源的第二极进行连接，电流由脉冲电源通过导线流至右电极、再依次通过赶棒、赶轮到达工件，经过工件赶压位置到达模具，再依次经过旋转轴、左电极和导线流回脉冲电源，完成整个电路回路。

2.根据权利要求1所述的脉冲电流辅助旋压成型装置，其特征在于：所述左电极与所述旋转轴接触部位材料为石墨，与所述电动机接触部位为绝缘材料；且在工作过程所述左电极时刻与所述旋转轴一直接触。

3.根据权利要求1所述的脉冲电流辅助旋压成型装置，其特征在于：所述赶压装置还包括手柄，所述手柄固定安装在所述液压缸上，通过所述手柄推动液压缸围绕旋转柱转动来调整赶棒赶压的位置。

4.一种使用权利要求1至3任一项所述的脉冲电流辅助旋压成型装置的旋压成型方法，其特征在于：其包括以下步骤：

步骤1，固定待加工工件，

将待加工的所述工件放入工位，使所述工件中心轴与旋转轴、以及顶轴的中心轴重合，调整所述固定系统，使模具和顶轴能够夹紧并固定工件；

步骤2，设定赶压加工次数，

根据所需的加工质量设定赶压加工次数；

步骤3，设定赶棒的赶压压力，

根据步骤2中的加工次数，设定每次加工的赶棒的赶压压力，每次加工的赶压压力值增加幅度随着加工次数的增加而减小，最后一次的赶压压力值必须为目标赶压压力值K；

步骤4，启动电动机，

启动电动机，电动机带动旋转轴、模具、工件和顶轴一起旋转；

步骤5，接通脉冲电源，

分别将脉冲电源两个电极与所述左电极和所述右电极接通，启动脉冲；

步骤6，调节赶棒赶压压力，

启动液压控制系统，将赶棒放至所述工件旋压成型起始位置，根据步骤3所确定的每次赶压过程的赶压压力，向液压控制系统输入赶压压力值，接收到压力值命令后，所述液压控制系统自动调节所述液压杆伸出的长度，当赶棒上压力传感器测量的压力值未达到设定压力值时，所述液压控制系统通过控制所述液压缸的压力，增加所述液压杆的长度，直至所述赶棒的压力达到设定压力值；当压力值超过设定压力值时，所述液压控制系统通过调节所述液压缸的压力，缩短所述液压杆的长度，以减小所述赶棒的压力值；

步骤7，对待加工工件进行赶压，

对工件进行旋压成型加工，当工件旋转一周时，移动赶轮，再旋转一周后，再次移动赶轮，依次重复，将赶轮逐渐朝工件外围方向移动，直至完成一次赶压过程；

步骤8，完成旋压成型工件加工，

重复步骤6、7，在液压控制系统中每次都输入相应赶压加工次数的赶压压力值，直至完成旋压成型加工；旋压成型加工完成后，复位脉冲电流辅助旋压成型装置。

5.根据权利要求4所述的旋压成型方法，其特征在于：所述步骤2中，根据所需的加工质量设定赶压加工次数具体为将赶压加工次数设定为三次或五次，五次完成工件的质量优于三次完成工件的质量。

6.根据权利要求5所述的旋压成型方法，其特征在于：所述步骤3中设定赶棒的赶压压力具体为，当赶压加工次数为三次时，设定三次赶压压力值依次为0.5K、0.8K和K；当赶压加工次数为五次时，设定五次赶压压力值依次为0.4K、0.6K、0.8K、0.9K和K。

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