CN112275886B - 一种基于电液成形的冲裁装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用电液冲裁对管件进行冲孔成形的装置，包括：充放电设备、感应设备、模具工装设备和左右压紧装置，其特征在于充放电设备用于在电液冲裁成形过程中提供能量感应设备用于在成形过程中接受放电设备的能量，和管件之间互相作用产生电磁力，促使管件成形；模具工装设备用于配合感应设备，促使管件冲裁得到理想特征；其中绝缘垫片(24)和感应设备与电极绝缘衬套(15)相互配合连接，然后将绝缘衬套连接到上嵌块(17)，上嵌块(17)通过螺栓与上压板(9)紧固连接。本发明所提供的电液冲裁，摆脱了传统冲裁工艺多道工序的缺点，可以一次成形，保证了冲裁件的精确度，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种冲裁装置，尤其涉及一种基于电液成形的冲裁装置及方法。
背景技术
随着汽车、船舶、航空等行业的快速发展，管材的应用也日益广泛生产出来的管材大多都需要进行二次加工，如管材需经过冲裁、弯曲等才能投入使用。尤其是三通管件的应用越来越广泛，在汽车排气系统、供油系统等都有需要，在成形三通管的过程中首先就需要在管件冲裁出预制孔。而目前我国主要的冲裁工艺主要还是传统的机械冲裁工艺和内高压冲裁，传统的冲裁工艺存在着成形设备复杂不易操作，生产过程中需要较多的原材料和成本，成形过程中浪费较大，所需模具和制造工序数较多成型效率低，成形后，冲裁件断面质量较差，毛刺较多，成形精度较低等不足，只能成形一些质量、精度要求不高的产品，无法满足精密零部件的要求。后来出现的内高压冲裁虽然解决了一些传统冲裁工艺的问题，但是内高压成形技术是在内部压力和轴向进给的双重作用下共同完成的复杂塑性变形，若内压过大，会引起管件的开裂；若轴向进给力过大，则会造成管件的屈曲和起皱现象；虽然近年来电磁成形方式可以满足一部分的需求，但是由于电磁成形的成形原理导致电磁成形也存在一些目前无法解决的问题，如导电性较差的材料和一些尺寸较小的管件。
电液冲裁将存储在电容器中的电能瞬间释放在电极间隙之间，通过液体中等离子体爆炸过程获得强烈的冲击波载荷，液体介质(通常为水)传递能量推动管材配合模具产生分离的冲压工艺。电液冲裁是一种由供电装置、液体介质、样件三者之间能量的转换和传递的过程，冲裁过程中应变速率很高。所以应选择合适的放电能量，电极间隙，金属丝材料和直径、液体介质性质等参数，在获得较好的成形效果情况下，保证较高的成形效率和能量利用率。同时，电极布置形式对液体介质中冲击波的形状和分布也有一定的影响，在冲裁不同位置或结构时，选择不同的电极布置方式。目前可供选择的电极布置方式可分为对向式和同向式。本发明专利采用结构简单的同向式电极布置方式。电液冲裁有着工装设备简单、易操作，成形效率高，能量控制与调整简单，成形过程稳定，操作方便，容易实现机械自动化，且生产率高，无需凸模，原料成本低，排放少，绿色低碳环保。
发明内容
本发明主要发明介绍了一种新的管件电液冲裁工艺，旨在解决传统管件冲裁工艺在成形过程中样件断面质量不好、毛刺较多、样件精度不足、成形效率低、设备复杂工序较多和电磁冲裁电磁力随着距离改变发生改变、无法冲裁尺寸较小的精密产品等问题。
本发明的技术方案是提供了一种利用电液冲裁对管件进行冲孔成形的装置，包括：充放电设备、感应设备、模具工装设备和左右压紧装置，其特征在于:
充放电设备用于在电液冲裁成形过程中提供能量；
感应设备用于在成形过程中接受放电设备的能量，和管件之间互相作用产生电磁力，促使管件成形；
模具工装设备用于配合感应设备，促使管件冲裁得到理想特征；
其中绝缘垫片和感应设备与绝缘衬套相互配合连接，然后将绝缘衬套连接到上嵌块，上嵌块通过螺栓与上压板紧固连接，上压板和下压板共同配合将左模具、右模具压紧配合；
左右压紧装置用于在成形过程中将模具工装设备压紧；
其中把手利用螺纹紧固到棘轮装置压杆，棘轮装置机架和齿条底板配合装置；
电极绝缘衬套设置成二级圆台，用来和管件冲裁模具上嵌块开设同样尺寸的二级阶梯孔进行配合，中心轴向设置螺纹孔，并和第一电极，第二电极配合；
上嵌块设置成二级圆台，底部第一级圆台用以轴向固定管件样件，并在中部开设密封槽；二级圆台和上压板进行配合，通过螺钉连接定位；同时上嵌块上开设两个二级孔，两个二级孔方向相反，用来和电极绝缘衬套配合固定，并用螺母将绝缘衬套压紧固定在上嵌块二级圆台上；
绝缘垫片设置成比上嵌块二级圆台直径稍小，用来保护电极绝缘套和第一电极，第二电极部分在成形过程中不被冲击波压力损坏；其利用螺栓和第一电极，第二电极紧固连接。
进一步地，上压板设置成矩形中间设置二级孔，和上嵌块配合，固定上嵌块、第一电极，第二电极和绝缘衬套位置；四周设置四个通孔通过四根长螺栓和下压板连接，将左右半模、在轴向压紧。
进一步地，管件冲裁模具，对称设置半圆槽，用以在合模后对管件进行固定限制；左半模中间部分设置管件冲孔形状；左半模、右半模背面分别设置四个螺纹孔，用来和棘轮连接装置连接，使用利用把手运动，使棘轮装置在齿条底板上移动，夹紧左半模、右半模。
进一步地，管件冲裁模具下压板，设置圆形凸台，用来固定管件，凸台中部开设矩形周向槽，安装密封圈。
进一步地，金属丝是直径为0.6mm的纯铝丝。
进一步地，第一电极、第二电极是直径为6mm的通螺纹铜制螺杆，端部设置小孔，用来穿插金属丝。
本发明还提供了一种利用电液冲裁对管件进行冲孔成形的装置的成型方法，其特征在于：其特征具体包括以下步骤：
步骤1、将四根连管件冲裁模具上下压板紧固螺栓从下往上穿过管件冲裁模具下压板的四角的四个通孔，将管件冲裁模具下压板平放在齿条底板上；
步骤2、将密封圈安装在管件冲裁模具下压板凸台中间的矩形槽内，在安装之前应保证密封；
步骤3、将管件安装在管件冲裁模具下压板凸台上，保证管件垂直紧密的贴合在下压板上；
步骤4、往密封好的管件中添加介质；
步骤5、将管件冲裁模具依次安装在管件前后两侧，保证管件冲裁模具摆放端正，最后使用管件冲裁模具上嵌块将左右模具紧密固定连接；
步骤6、将第一电极、第二电极分别安装在两个电极绝缘衬套中去，保证电极绝缘衬套和电极配合完成后安装在管件冲裁模具上嵌块漏在内侧一面的电极长度相等；
步骤7、将安装好的管件冲裁模具上嵌块安装在管件冲裁模具上压板的二级阶梯孔内，并使用固定螺栓将两者紧密连接；
步骤8、将管件冲裁模具绝缘垫片穿过两根第一电极、第二电极后，紧贴在管件冲裁模具上嵌块二级圆台的面上，最后使用螺母将其固定；
步骤9、将金属丝穿过第一电极、第二电极端部的两个小孔，并将其紧固的缠绕在第一电极、第二电极上。
步骤10、将管件冲裁模具上压板连同其上安装的其他部件一起穿过四根管件冲裁模具上下压板紧固螺栓后使用、管件冲裁模具上下压板紧固螺栓紧固；
步骤，移动棘轮装置，促使左右两个模具夹紧本发明的有益效果在于：
(1)本发明所提供的电液冲裁，其具有高速率的成形特性，可以提高材料的成形极限，可以很好的解决传统方法进行冲裁时，产品断面质较差、毛刺较多的缺点。
(2)本发明所提供的电液冲裁，摆脱了传统冲裁工艺多道工序的缺点，可以一次成形，保证了冲裁件的精确度，提高了生产效率。
(3)本发明所提供的电液冲裁，所用的设备、模具(只需要凹模)简单,轻巧，安装和使用过程较简便。
(4)本发明所提供的电液冲裁过程中，使用了棘轮机械装置，减少了人工操作量。明显加快了成形效率。
(5)本发明所提供的电液冲裁，相对其他高速率冲裁方式而言(电磁冲裁)可以冲裁尺寸较小的样件，应用范围较广。
附图说明
图1所示为管件冲裁工装整体示意图；
图2所示为棘轮装置示意图；
图3所示为齿条底板示意图；
图4所示为棘轮装置把手示意图；
图5所示为棘轮装置链接装置示意图；
图6所示为电极绝缘衬套示意图；
图7所示为管件冲裁上嵌块示意图；
图8示为管件冲裁上压板示意图；
图9示为管件冲裁左模具示意图；
图10示为管件冲裁下压板示意图；
图中：1-充电开关、2-变压器、3-高压整流器、4-限流电阻、5-电容器、6-放电开关、7-把手、8-棘轮装置压杆、9-上压板、10-上齿轮、11-下压板、12-棘轮装置后棘爪、13-棘轮装置机架、14-齿条底板、15-电极绝缘衬套、16-左模具、17-管件冲裁模具上嵌块、18-棘轮装置连接装置、19-右模具、20-棘轮装置前棘爪、21-下齿轮、22-第一电极、23-第二电极、24-管件冲裁模具绝缘垫片、25-金属丝、26-密封圈。
具体实施方法
下面将结合本发明试例中的附图，对本发明的技术方案作进一步地说明和描述。以使本发明的结构特征和优点能够更易于被本领域的技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚明确的界定。
实施例1
如图1所示，该实施例提供了一种利用电液冲裁对DP590管件进行冲孔成形的装置，包括：
充放电设备、感应设备、模具工装设备和左右压紧装置；
其中，充放电设备用于在电液冲裁成形过程中提供能量，其包括变压器2、高压整流器3、限流电阻4和电容器5、放电开关6、感应装置；充电设备通过变压器2、高压整流器3和限流电阻4改变电压大小，将交流电转化成直流电最后将电能储存在电容器5中。
感应设备用于在成形过程中接受放电设备的能量，和管件之间互相作用产生电磁力，促使管件成形，其包括第一电极22、第二电极23、金属丝25；
模具工装设备用于配合感应设备，促使管件冲裁得到理想特征，其包括电极绝缘衬套15、上嵌块17、上压板9、下压板11、模具16、19、密封圈26、紧固螺栓、绝缘垫片24。
其中绝缘垫片24和第一电极22、第二电极23和金属丝25与电极绝缘衬套15相互配合连接，然后将绝缘衬套连接到上嵌块17，上嵌块17通过螺栓与上压板9紧固连接，最后上压板模块和下压板11共同配合将左右模具16、19压紧配合。
左右压紧装置用于在成形过程中将模具工装设备压紧，其包括把手7、棘轮装置压杆8、棘轮装置后棘爪12、棘轮装置机架13、齿条底板14、棘轮装置连接装置18、棘轮装置前棘爪20和下齿轮21。其中把手7利用螺纹紧固到棘轮装置压杆上8，棘轮装置机架13和齿条底板14配合装置。
闭合充电开关1，变压器2将来自电网中的交流电压上升到几千伏，高压整流器3将交流电变为直流电，经过限流电阻4降低回路电流后对电容5进行充电，当电容器5充电到阀值，断开充电开关，闭合放电开关6，电容器4所储存的能量在第一电极22、第二电极23上突然释放，在强电场作用下，液体介质发生解离和碰撞电离形成放电通道，电容器4会瞬时向放电通道输入巨大电能，使放电通道骤然膨胀，由液体介质传递冲击波向四周高速膨胀，配合管件冲裁模具实现管件高速冲裁成形。
具体的，如图6所示，电极绝缘衬套15设置成二级圆台，用来和管件冲裁模具上嵌块17开设同样尺寸的二级阶梯孔进行配合，中心轴向设置螺纹孔，和第一电极22，第二电极23配合。
具体的，如图7所示，上嵌块17设置成二级圆台，底部第一级圆台用以轴向固定管件样件，并在中部开设密封槽。二级圆台和上压板9进行配合，通过螺钉连接定位。同时上嵌块17上开设两个二级孔，两个二级孔方向相反，用来和电极绝缘衬套15配合固定，并用螺母将电极绝缘衬套15压紧固定在上嵌块17二级圆台上。
绝缘垫片24设置成比上嵌块17二级圆台直径稍小，用来保护电极绝缘套15和第一电极22，第二电极23部分在成形过程中不被冲击波压力损坏。其利用螺栓和第一电极22，第二电极23紧固连接。
具体的，如图8所示，上压板9设置成矩形中间设置二级孔，和上嵌块17配合，固定上嵌块17、第一电极22，第二电极23和电极绝缘衬套15位置。四周设置四个通孔通过四根长螺栓和下压板11连接，将左右半模16、19在轴向压紧。
具体的，如图9是管件冲裁模具16，对称设置半圆槽，用以在合模后对管件进行固定限制。左半模16中间部分设置管件冲孔形状。左右半模16、19背面分别设置四个螺纹孔，用来和棘轮连接装置18连接。使用利用把手7运动，使棘轮装置在齿条底板14上移动，夹紧左右半模16、19。
具体的，如图10是管件冲裁模具下压板11，设置圆形凸台，用来固定管件，凸台中部开设矩形周向槽，安装密封圈。
具体的，金属丝25是直径为0.6mm的纯铝丝。
具体的，第一电极22、第二电极23是直径为6mm的通螺纹铜制螺杆，端部设置小孔，用来穿插金属丝25。
具体的，管件安装完之后，将棘轮扳手7移动，进而使棘轮和棘轮连接机构向前移动，进而使左右模具夹紧。
在利用电液冲裁工艺成形管件冲孔时，其特征具体包括以下步骤：
步骤1、将四根连管件冲裁模具上下压板紧固螺栓从下往上穿过管件冲裁模具下压板11的四角的四个通孔，将管件冲裁模具下压板11平放在齿条底板14上。
步骤2、将密封圈26安装在管件冲裁模具下压板11凸台中间的矩形槽内，在安装之前应保证密封。
步骤3、将管件安装在管件冲裁模具下压板11凸台上，保证管件垂直紧密的贴合在下压板上。
步骤4、往密封好的管件中添加介质(水)。
步骤5、将管件冲裁模具16依次安装在管件前后两侧，安装过程中首先应将模具倾斜一定的角度，使模具根部先安装到位并必须保证左右两半模具在同一水平面且紧密贴合，接下来应尽量保证管件冲裁模具16摆放端正，最后使用管件冲裁模具上嵌块17将左右模具紧密固定连接。
步骤6、将第一电极22、第二电极23分别安装在两个电极绝缘衬套15中去，保证电极绝缘衬套15和电极配合完成后安装在管件冲裁模具上嵌块17漏在内侧一面的电极长度相等。
步骤7、将安装好的管件冲裁模具上嵌块17安装在管件冲裁模具上压板9的二级阶梯孔内，并使用固定螺栓将两者紧密连接。
步骤8、将管件冲裁模具绝缘垫片24穿过第一电极22、第二电极23后，紧贴在管件冲裁模具上嵌块17二级圆台的面上，最后使用螺母将其固定。
步骤9、将金属丝25穿过电极22、23端部的两个小孔，并将其紧固的缠绕在第一电极22、第二电极23上。
步骤10、将管件冲裁模具上压板9连同其上安装的其他部件一起穿过四根管件冲裁模具上下压板紧固螺栓后使用、管件冲裁模具上下压板紧固螺栓紧固，在安装时必须保证管件冲裁模具上嵌块17的二级凸台与管件刚好配合，不然将会导致管件变形。
步骤11，移动棘轮装置，促使左右两个模具夹紧。
Claims (6)
1.一种利用电液冲裁对管件进行冲孔成形的装置，包括：充放电设备、感应设备、模具工装设备和左右压紧装置，其特征在于:
充放电设备用于在电液冲裁成形过程中提供能量；
感应设备用于在成形过程中接受放电设备的能量，和管件之间互相作用产生电磁力，促使管件成形；
模具工装设备用于配合感应设备，促使管件冲裁得到理想特征；
其中绝缘垫片(24)和感应设备与电极绝缘衬套(15)相互配合连接，然后将绝缘衬套连接到上嵌块(17)，上嵌块(17)通过螺栓与上压板(9)紧固连接，上压板(9)和下压板(11)共同配合将左半模(16)、右半模(19) 压紧配合；
左右压紧装置用于在成形过程中将模具工装设备压紧；左右压紧装置包括把手（7）、棘轮装置压杆（8）、棘轮装置机架（13）、齿条底板（14）；
其中把手(7)利用螺纹紧固到棘轮装置压杆(8)，棘轮装置机架(13)和齿条底板(14)配合设置；
电极绝缘衬套(15)设置成二级圆台，用来和管件冲裁模具上嵌块(17)开设同样尺寸的二级阶梯孔进行配合，中心轴向设置螺纹孔，并和第一电极(22)、第二电极(23)配合；
上嵌块(17)设置成二级圆台，底部第一级圆台用以轴向固定管件样件，并在中部开设密封槽；二级圆台和上压板(9)进行配合，通过螺钉连接定位；同时上嵌块(17)上开设两个二级孔，两个二级孔方向相反，用来和电极绝缘衬套(15)配合固定，并用螺母将电极绝缘衬套(15)压紧固定在上嵌块(17)二级圆台上；
绝缘垫片(24)设置成比上嵌块(17)二级圆台直径稍小，用来保护电极绝缘套(15)和第一电极(22)、第二电极(23)部分在成形过程中不被冲击波压力损坏；其利用螺栓和第一电极(22)、第二电极(23)紧固连接。
2.根据权利要求1所述的利用电液冲裁对管件进行冲孔成形的装置，其特征在于：上压板(9)设置成矩形中间设置二级孔，和上嵌块(17)配合，固定上嵌块(17)、第一电极(22)、第二电极(23)和电极绝缘衬套(15)位置；四周设置四个通孔通过四根长螺栓和下压板(11)连接，将左半模(16)、右半模(19) 在轴向压紧。
3.根据权利要求1所述的利用电液冲裁对管件进行冲孔成形的装置，其特征在于：管件冲裁模具，对称设置半圆槽，用以在合模后对管件进行固定限制；左半模(16)中间部分设置管件冲孔形状；左半模(16)、右半模(19)背面分别设置四个螺纹孔，用来和棘轮连接装置(18)连接，使用时，利用把手(7)运动，使棘轮装置在齿条底板(14)上移动，夹紧左半模(16)、右半模(19)。
4.根据权利要求1所述的利用电液冲裁对管件进行冲孔成形的装置，其特征在于：管件冲裁模具下压板(11)，设置圆形凸台，用来固定管件，凸台中部开设矩形周向槽，安装密封圈。
5.根据权利要求1所述的利用电液冲裁对管件进行冲孔成形的装置，其特征在于：第一电极(22)、第二电极(23)是直径为6mm的通螺纹铜制螺杆，端部设置小孔，用来穿插金属丝(25)，金属丝(25)是直径为0.6mm的纯铝丝。
6.根据权利要求1所述的利用电液冲裁对管件进行冲孔成形的装置的成型方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤1、将四根管件冲裁模具上下压板紧固螺栓从下往上穿过管件冲裁模具下压板(11)的四角的四个通孔，将管件冲裁模具下压板(11)平放在齿条底板(14)上；
步骤2、将密封圈(26)安装在管件冲裁模具下压板(11)凸台中间的矩形槽内，在安装之前应保证密封；
步骤3、将管件安装在管件冲裁模具下压板(11)凸台上，保证管件垂直紧密的贴合在下压板上；
步骤4、往密封好的管件中添加介质；
步骤5、将管件冲裁模具(16)依次安装在管件前后两侧，保证管件冲裁模具(16)摆放端正，最后使用管件冲裁模具上嵌块(17)将左半模(16)、右半模(19) 紧密固定连接；
步骤6、将第一电极(22)、第二电极(23)分别安装在两个电极绝缘衬套(15)中去，保证电极绝缘衬套(15)和电极配合完成后安装在管件冲裁模具上嵌块(17)露出在内侧一面的电极长度相等；
步骤7、将安装好的管件冲裁模具上嵌块(17)安装在管件冲裁模具上压板(9)的二级阶梯孔内，并使用固定螺栓将两者紧密连接；
步骤8、将管件冲裁模具绝缘垫片(24)穿过两根第一电极(22)、第二电极(23)后，紧贴在管件冲裁模具上嵌块(17)二级圆台的面上，最后使用螺母将其固定；
步骤9、将金属丝(25)穿过第一电极(22)、第二电极(23)端部的两个小孔，并将其紧固的缠绕在第一电极(22)、第二电极(23)上；
步骤10、将管件冲裁模具上压板(9)连同其上安装的其他部件一起穿过四根管件冲裁模具上下压板紧固螺栓后使用管件冲裁模具上下压板紧固螺栓紧固；
步骤(11)，移动棘轮装置，促使左半模(16)、右半模(19夹紧。
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2020
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