CN113458234A - 一种利用金属箔通电爆炸冲击波对工件成形的装置及方法 - Google Patents

一种利用金属箔通电爆炸冲击波对工件成形的装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113458234A
CN113458234A CN202110729929.8A CN202110729929A CN113458234A CN 113458234 A CN113458234 A CN 113458234A CN 202110729929 A CN202110729929 A CN 202110729929A CN 113458234 A CN113458234 A CN 113458234A
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal
metal foil
workpiece
processed
foil
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.)
Granted
Application number
CN202110729929.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113458234B (zh
Inventor
李亮
高宇航
赖智鹏
张辰玮
李昌兴
韩小涛
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.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and 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 Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN202110729929.8A priority Critical patent/CN113458234B/zh
Publication of CN113458234A publication Critical patent/CN113458234A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113458234B publication Critical patent/CN113458234B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/02Shaping 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
    • B21D26/021Deforming sheet bodies
    • B21D26/023Deforming sheet bodies including an additional treatment performed by fluid pressure, e.g. perforating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/02Shaping 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
    • B21D26/021Deforming sheet bodies
    • B21D26/031Mould construction
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/02Shaping 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
    • B21D26/06Shaping 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
    • B21D26/10Shaping 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)

Abstract

本发明提供一种利用金属箔通电爆炸冲击波对工件成形的装置及方法,包括:金属箔与脉冲电源系统连接形成闭合回路;金属箔处于液体环境中;液体环境中的液体为可以与金属箔发生氧化还原反应的液体;待加工金属工件置于所述金属箔之上;待加工金属工件部分处于液体环境中,待加工金属工件与金属箔之间绝缘,保证金属箔与待加工金属工件之间不通过液体导电;通过脉冲电源系统对金属箔通入脉冲电流,金属箔在脉冲电流的作用下爆炸产生剧烈的冲击波,且金属箔爆炸过程中与液体环境内的液体发生氧化还原反应释放大量能量,在冲击波和能量的作用下所述待加工金属工件产生机械响应而被加工成形。本发明提高了金属箔爆炸成形过程中的能量利用率。

Description

一种利用金属箔通电爆炸冲击波对工件成形的装置及方法
技术领域
本发明属于金属材料加工领域,更具体地,涉及一种利用金属箔通电爆炸冲击波对工件成形的装置及方法。
背景技术
轻质合金材料的广泛使用为工业生产轻量化提供了有效的实现途径,在其诸多加工工艺中,轻质合金材料的成形和焊接在航空航天和汽车制造领域有十分重要的应用。然而,常规工艺无法满足其高性能成形与焊接制造需求:(1)在成形方面,常用的轻质合金材料(如铝合金、钛合金等)在常温下成形性能较差,容易出现过度减薄、显著回弹等缺陷;(2)在焊接方面,特别是异种金属焊接方面,由于异种金属在熔点、热导率、比热容等物性参数的显著差异,容易出现脆性区、裂纹、残余应力等缺陷。研究表明,高速成形与冲击焊接可显著改善成形与焊接质量。根据驱动机理的不同,常见的高速成形与冲击焊接工艺主要包括以下三种:
化学炸药爆炸加工,是通过炸药发生化学反应而释放出剧烈的冲击波完成对金属工件的加工,在大尺寸板件复合领域得到较多应用。但以下几点不足,限制了其应用:(1)因为采用炸药产生冲击力存在较高的安全隐患,所以必须要具备密闭及高安全系数的加工环境,不适宜自动化批量生产;(2)为了使爆轰波能稳定传播,炸药的装载存在临界体积效应即炸药装载量不能过少,因此无法应用于较小面积尺寸的焊接件;(3)爆炸焊接过程中会产生很大的震动以及噪音,且炸药的反应物可能会对环境造成污染。
电磁脉冲加工,是通过在金属加工工件中产生与焊接线圈方向相反的涡流,进一步产生电磁排斥力驱动金属加工工件的局部区域发生高速形变进而达到加工目的,可用于铝、铜等高电导率小尺寸金属板管件成形与焊接自动批量化生产。但以下几点不足,限制了其应用:(1)针对不同加工需求,需针对性地设计和制造专用的磁场发生器,导致装备成本较高;(2)受限于磁场发生器极限能量密度,该工艺的能量加载有限,所以很难应用于大尺寸、高厚度的工件加工;(3)电磁脉冲加工因为需要在工件表面感应涡流,只能应用于电导率较强的金属材料。
金属箔电爆炸加工,是指利用脉冲电源系统向金属箔通入脉冲电流,金属箔爆炸产生剧烈的冲击波,使得金属工件的局部区域产生机械响应,以达到对金属工件加工的效果。电爆炸加工工艺,融合了电磁脉冲加工、爆炸加工二者的优点:(1)一方面,与电磁脉冲加工工艺类似,该工艺的能量来源也是电容器储存的电能,安全、环保,适宜批量化自动生产;(2)另一方面,与爆炸加工类似,电爆炸工艺也是利用类似爆炸原理产生的机械冲击波进行金属加工,对待加工金属工件的电导率等电磁特性无特殊要求,能量利用率高,工艺适用性广泛。因此,近些年该工艺得到了广泛的发展。
另外,现有技术公开了:在密闭的腔体内注水,通过在水中放置铝线,给铝线通以脉冲电流,利用水蒸气的动力使飞板发生机械形变,进而发生焊接行为。但实际情况是铝丝在水中爆炸后的反应温度无法使腔体内部的水沸腾,无法形成水蒸气冲击波;铝丝爆炸产生的机械冲击波会增加密闭腔体内水的动能,或引发腔体内部气体压强的变化,但十分悲观的是,依此方法产生的冲击波威力被大大削弱,极大概率无法完成焊接目标。即便有焊接行为发生,也需要很高等级的放电电压,得不偿失。还需要注意的是,密闭的腔体一般为金属,在放电的过程中很难保证电极与金属腔体之间的绝缘。因此,上述方法能量利用率极低,并没有突出铝水化学反应对爆炸能力加持的优势。
综上,虽然金属箔电爆炸加工虽然在安全可控和使用成本方面要明显优于以上两种加工方式,但是仍存在加工效果重复性差、能量利用率低、加工范围有限、对电源系统及电路参数要求高等不足。
发明内容
针对现有技术的缺陷,本发明的目的在于提供一种利用金属箔通电爆炸冲击波对工件成形的装置及方法,旨在解决现有金属箔电爆炸加工的重复性差、能量利用率低、加工范围有限、对电源系统及电路参数要求高等问题。
为实现上述目的,第一方面,本发明提供了一种利用金属箔通电爆炸冲击波对工件成形的装置,包括:脉冲电源系统和金属箔;
所述金属箔与脉冲电源系统连接形成闭合回路;
所述金属箔处于液体环境中;所述液体环境中的液体为可以与金属箔发生氧化还原反应的液体;
待加工金属工件置于所述金属箔之上;所述待加工金属工件部分处于液体环境中,所述待加工金属工件与金属箔之间绝缘,保证金属箔与待加工金属工件之间不通过所述液体导电;
通过所述脉冲电源系统对金属箔通入脉冲电流,所述金属箔在脉冲电流的作用下爆炸产生剧烈的冲击波,且所述金属箔爆炸过程中与所述液体环境内的液体发生氧化还原反应释放大量能量,在所述冲击波和能量的作用下所述待加工金属工件产生机械响应而被加工成形。
在一个可选的示例中,所述待加工金属工件具体包括:第一金属板、环氧垫块以及第二金属板;
所述第一金属板和第二金属板用耐高温的绝缘胶带绑定,所述环氧垫块置于第一金属板和第二金属板之间;
将所述第一金属板置于金属箔之上,通过所述脉冲电源系统对金属箔通入脉冲电流,在所述冲击波和能量的作用下所述第一金属板和第二金属板高速碰撞焊接;所述第一金属板的部分处于液体环境中,所述第一金属板与金属箔之间绝缘。
在一个可选的示例中,该装置还包括:模具;
所述模具的中间开槽;
所述模具置于待加工金属工件之上;
通过所述脉冲电源系统对金属箔通入脉冲电流,在所述冲击波和能量的作用下所述待加工金属工件向模具的开槽区域内陷变形成形。
在一个可选的示例中,该装置还包括:模具;
所述模具的中间开孔;
所述模具置于待加工金属工件之上;
通过所述脉冲电源系统对金属箔通入脉冲电流,在所述冲击波和能量的作用下所述待加工金属工件向模具的开孔区域发生变形而被剪切。
在一个可选的示例中,该装置还包括:固定约束结构;
所述固定约束结构包括上固定约束结构和下固定约束结构;
所述下固定约束结构的上表面放置所述金属箔;所述下固定约束结构与所述金属箔之间绝缘,保证金属箔与下固定约束结构之间不通过所述液体导电;
当所述装置不包括模具时,所述上固定约束结构的下表面与待加工金属工件的上表面接触;所述固定约束结构用于对金属箔和待加工金属工件进行固定;
当所述装置包括模具时,所述上固定约束结构的下表面与模具的上表面接触;所述固定约束结构用于对金属箔、待加工金属工件以及模具进行固定。
具体地,将金属箔与待加工金属工件之间绝缘或者将金属箔与固定约束结构之间绝缘,目的是为了使得通入金属箔中的电流不会流经金属箔和固定约束结构,保证金属箔上流通的脉冲电流足够大而发生爆炸。
在一个可选的示例中,所述液体为:水、高锰酸钾溶液、过氧化氢溶液或添加可溶于水的催化剂后的水溶液。
第二方面,本发明提供了一种利用金属箔通电爆炸冲击波对工件成形的方法,包括如下步骤:
将金属箔处于可以与金属箔发生氧化还原反应的液体环境中;
待加工金属工件置于所述金属箔之上;所述待加工金属工件部分处于液体环境中,所述待加工金属工件与金属箔之间绝缘,保证金属箔与待加工金属工件之间不通过所述液体导电;
对金属箔通入脉冲电流,所述金属箔在脉冲电流的作用下爆炸产生剧烈的冲击波,且所述金属箔爆炸过程中与所述液体环境内的液体发生氧化还原反应释放大量能量,在所述冲击波和能量的作用下所述待加工金属工件产生机械响应而被加工成形。
在一个可选的示例中,所述待加工金属工件具体包括:第一金属板、环氧垫块以及第二金属板;
将所述第一金属板和第二金属板用耐高温的绝缘胶带绑定,所述环氧垫块置于第一金属板和第二金属板之间;
将所述第一金属板置于金属箔之上,对金属箔通入脉冲电流,在所述冲击波和能量的作用下所述第一金属板和第二金属板高速碰撞焊接;所述第一金属板的部分处于液体环境中,所述第一金属板与金属箔之间绝缘。
在一个可选的示例中,该方法还包括如下步骤;
将模具置于待加工金属工件之上,所述模具中间开槽或中间开孔;
对金属箔通入脉冲电流,当所述模具中间开槽时,在所述冲击波和能量的作用下所述待加工金属工件向模具的开槽区域内陷变形成形;当所述模具中间开孔时,在所述冲击波和能量的作用下所述待加工金属工件向模具的开孔区域发生变形而被剪切。
在一个可选的示例中,所述液体环境中的液体为:水、高锰酸钾溶液、过氧化氢溶液或添加可溶于水的催化剂后的水溶液。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,具有以下有益效果:
本发明提供一种利用金属箔通电爆炸冲击波对工件成形的装置及方法,金属箔电爆炸加工方式相较于传统的电磁脉冲加工方式,提高了相同放电电压等级下的爆炸威力,本发明对加工零件做好绝缘之后,直接与置于可以与金属箔发生氧化还原反应的液体的金属箔接触,避免金属箔通电后的电流分流到加工零件或其他部件上,保证金属箔上所流通的电流最大,使得金属箔爆炸的能量最大,且通过加工零件与金属箔直接接触,使得金属箔爆炸时产生的能量和金属箔与液体反应产生能量的机械冲击波直接作用到加工零件,大大减少了不必要的能量耗散,使得金属工件的加工效果更好。
本发明提供一种利用金属箔通电爆炸冲击波对工件成形的装置及方法,相较于传统的炸药爆炸加工方式,其安全系数更高,成本更低,操作更为简便,不会产生污染物,绿色环保,重复性好,加工范围可按照需求扩展,且对电源系统和电路参数的要求不高。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种利用金属箔通电爆炸冲击波对工件成形的装置示意图;
图2是本发明实施例提供的又一种利用金属箔通电爆炸冲击波对工件成形的装置示意图;
图3是本发明实施例提供的另一种利用金属箔通电爆炸冲击波对工件成形的装置示意图;
图4是本发明实施例提供的再一种利用金属箔通电爆炸冲击波对工件成形的装置示意图;
图5是本发明实施例提供的通过不同形状尺寸的铝箔来控制铝箔电爆炸加工区域的装置示意图;
在所有附图中,相同的附图标记用来表示相同的元件或结构,其中:1为脉冲电源系统、2为铝箔、3为水环境、4为金属加工工件,4-1为基板、4-2为环氧垫块、4-3为飞板、5-1、5-2为固定约束结构、6为模具。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
需要说明的是,以下实施例的附图中以金属箔为铝箔,液体环境中的液体为水进行举例说明。上述举例仅仅为了说明本发明的整体技术方案,并不用作对具体金属箔的类型或液体的类型的限定,本发明将不再对此做特别说明。
本发明公开了一种利用金属箔通电爆炸冲击波对工件成形的装置及方法,该装置包括脉冲电源系统、金属箔、水、固定约束结构。固定约束结构包括上下两个部分,首先在固定约束结构下部分的上表面放置充分与水接触的金属箔。然后依次放上金属加工工件和固定约束结构的上部分,利用脉冲电源系统向金属箔通入脉冲电流,金属箔爆炸产生剧烈的冲击波,使得金属工件的局部区域产生机械响应,以达到对金属工件加工的效果。同时,金属箔在爆炸的过程中与水发生化学反应而释放出大量的能量,使得金属工件机械响应的效果增强,最终达到用相同等级的放电电压获得更好加工效果的目的。对比不添加水的金属箔通电爆炸,本发明利用在通电爆炸过程中金属箔和水所发生的化学反应有效提高了金属工件的加工质量。同时极大地扩展了电爆炸在金属材料加工中的使用范围。
针对现有技术的以上缺陷与改良需求,本发明提供了一种利用金属箔通电爆炸冲击波对工件成形的装置及方法。金属箔可选用铝箔,将铝箔置于水环境中通电爆炸,此时铝水反应会使铝箔电爆炸的冲击波能量增强,进而对金属工件有更好的加工效果。
为实现上述目的,按照本发明的另一个方面,提供了一种利用金属箔通电爆炸冲击波对工件成形的装置,该装置包括脉冲电源系统、铝箔、水、固定约束结构。铝箔与水充分接触后与脉冲电源系统相连,金属加工工件做好绝缘,将二者置于固定约束结构之中加以固定。
为实现上述目的,按照本发明的另一个方面,提供了一种利用金属箔通电爆炸冲击波对工件成形的方法,包括以下步骤:
步骤(1):在固定约束下部分的上表面放置与水充分接触的铝箔。
步骤(2):将所需要的加工的金属工件做好绝缘,然后置于与水充分接触的铝箔之上。
步骤(3):利用固定约束压紧金属加工工件和铝箔。
步骤(4):将铝箔和脉冲电源系统连接形成闭合回路。
步骤(5):对铝箔通一定电压等级的脉冲电流,使其爆炸产生剧烈的冲击波,进而使金属工件的局部发生高速变形,进而达到所需的加工效果。
更进一步地,利用铝水反应增强爆炸效果的方式不但可以用于高速成形和高速冲击焊接技术中,还可以应用于高速冲孔技术。
更进一步地,可以通过改变铝箔的形状、尺寸来控制金属工件局部机械响应的空间分布,进而控制金属工件的整体加工区域。
更进一步地,由于铝和水发生氧化还原反应的过程中,水做氧化剂,因此可以添加具有强氧化性的液体化学试剂。如高锰酸钾溶液,过氧化氢溶液等。同时也可以将铝箔替换为镁箔,因为镁的还原性要强于铝,在与水或其他化学试剂发生氧化还原反应时,反应程度更剧烈,产生的冲击波效果更强;还可以考虑添加可溶于水的催化剂,促进金属箔与水的反应,以使铝箔的爆炸效果增强。
如图1所示,本发明实施例提供了一种利用金属箔通电爆炸冲击波对工件成形的装置。具体包括:脉冲电源系统1、铝箔2、水环境3、固定约束结构5-1、5-2。具体地,首先确定爆炸加工的区域,根据加工区域的大小对铝箔2进行裁切,而后与脉冲电源系统1连接形成闭合回路。金属工件做好绝缘后放置于处于水环境中的金属箔之上,用固定约束结构对铝箔2和金属加工工件4进行压紧固定。之后再对铝箔通入脉冲电流,使其爆炸产生剧烈的冲击波,爆炸时熔融状态的铝与水发生的化学反应会使冲击波强度增加,金属加工工件的局部发生更为强烈的机械响应,进而达到加工目的。
更进一步地,在进一步增强铝箔爆炸效果的方面可采取如下措施:本发明实施例中的金属箔不仅仅局限于铝箔,也可以将铝箔置换为还原性更强的镁箔;将金属箔所置于的液体环境不仅仅局限于水,也可以是其他具有强氧化性的溶液,比如:高锰酸钾溶液,过氧化氢溶液等等;还可以考虑添加可溶于水的催化剂,促进铝箔与水的反应,使爆炸效果增强。
更进一步地,在拓展金属箔电爆炸应用范围的方面,利用金属箔的化学反应增强爆炸效果的方式可用于电爆炸焊接技术、电爆炸成形技术和电爆炸冲孔技术中。
如图2所示,本发明实施例提供了又一种利用金属箔通电爆炸冲击波对工件成形的装置,用于提高在相同放电电压等级下电爆炸焊接的焊接效果。
电爆炸焊接装置包括:脉冲电源系统1、铝箔2、水环境3、固定约束结构5-1、5-2。金属加工工件4由基板4-1、飞板4-3、环氧垫块4-2组成。电爆炸焊接方法包括以下步骤:
(1)将所需焊接的基板4-1和飞板4-3用耐高温的绝缘胶带绑定,为保证两块板之间留存一定的距离,在基板4-1和飞板4-3两端之间加以环氧垫块4-2。基板4-1和飞板4-3均为金属板,将飞板4-3的一侧用耐高温的绝缘胶带做好绝缘。
(2)根据焊接区域的大小对金属箔2进行裁切,根据金属加工工件4的宽度裁切。
(3)在固定约束5-2的上表面放置处于水环境3中的铝箔2。
(4)对铝箔进行固定,使其和脉冲电源系统1形成闭合回路。
(5)将组合好的有待焊接的金属工件4飞板侧4-3朝下置于水环境3中的铝箔2之上,并用固定约束5-1的上部分压紧。
(6)铝箔2通一定电压等级的脉冲电流,使其爆炸产生剧烈的冲击波,进而使飞板高速运动撞击基板,完成两块金属板的高速碰撞焊接。爆炸时熔融状态的铝与水发生的化学反应会使冲击波强度增加,使得焊接效果增强。
如图3所示,本发明实施例提供了另一种利用金属箔通电爆炸冲击波对工件成形的装置,用于提高在相同放电电压等级下电爆炸成形的成形效果。
电爆炸成形装置包括:脉冲电源系统1、铝箔2、水环境3、固定约束结构5-1、5-2、模具6。模具6中间开槽,材料为高强度的模具钢。
电爆炸成形方法包括以下步骤:
(1)将所需成形的金属工件4用耐高温的绝缘胶带对其一侧做好绝缘。
(2)根据焊接区域的大小对铝箔2进行裁切。
(3)在固定约束5-2的上表面放置处于水环境3中的铝箔2。
(4)对铝箔2进行固定,使其和脉冲电源系统1形成闭合回路。
(5)将有待成形的金属工件4绝缘侧朝下置于处于水环境3中的铝箔2之上,再将成形的模具6置于金属工件4之上,最后用固定约束5-1的上部分压紧。
(6)铝箔2通一定电压等级的脉冲电流,使其爆炸产生剧烈的冲击波,进而使金属工件4反生高速形变。爆炸时熔融状态的铝与水发生的化学反应会使冲击波强度增加,使得成形效果增强。
如图4所示,本发明实施例提供了再一种利用金属箔通电爆炸冲击波对工件成形的装置,用于提高在相同放电电压等级下电爆炸冲孔的冲孔效果。
电爆炸冲孔装置包括:脉冲电源系统1、铝箔2、水环境3、固定约束结构5-1、5-2、模具6。模具6中间开孔,材料为高强度的模具钢。
电爆炸冲孔方法包括以下步骤:
(1)将所需冲孔的金属工件4用耐高温的绝缘胶带对其一侧做好绝缘。
(2)根据焊接区域的大小对金属箔2进行裁切。
(3)在固定约束5-2的上表面放置处于水环境3中的铝箔2。
(4)对铝箔2进行固定,使其和脉冲电源系统1形成闭合回路。
(5)将有待成形的金属工件4绝缘侧朝下置于处于水环境3中的铝箔2之上,再将冲孔的模具6置于金属工件4之上,最后用固定约束5-1的上部分压紧。
(6)铝箔2通一定电压等级的脉冲电流,使其爆炸产生剧烈的冲击波,进而使金属工件4局部发生高速形变以至被剪切。爆炸时熔融状态的铝与水发生的化学反应会使冲击波强度增加,使得冲孔效果增强。
更进一步地,可以通过改变铝箔的形状、尺寸来控制金属工件局部机械响应的空间分布,进而控制金属工件的整体加工区域。如图5所示,图5右侧显示了不同的铝箔形状,以控制金属工件局部机械响应分布。
更进一步地,由于铝和水发生氧化还原反应的过程中,水做氧化剂,因此可以添加具有强氧化性的液体化学试剂。如高锰酸钾溶液,过氧化氢溶液等。同时也可以将铝箔替换为镁箔,因为镁的还原性要强于铝,在与水或其他化学试剂发生氧化还原反应时,反应程度更剧烈,产生的冲击波效果更强;还可以考虑添加可溶于水的催化剂,促进金属箔与水的反应,以使铝箔的爆炸效果增强。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用金属箔通电爆炸冲击波对工件成形的装置,其特征在于,包括:脉冲电源系统和金属箔;
所述金属箔与脉冲电源系统连接形成闭合回路;
所述金属箔处于液体环境中;所述液体环境中的液体为可以与金属箔发生氧化还原反应的液体;
待加工金属工件置于所述金属箔之上;所述待加工金属工件部分处于液体环境中,所述待加工金属工件与金属箔之间绝缘,保证金属箔与待加工金属工件之间不通过所述液体导电;
通过所述脉冲电源系统对金属箔通入脉冲电流,所述金属箔在脉冲电流的作用下爆炸产生剧烈的冲击波,且所述金属箔爆炸过程中与所述液体环境内的液体发生氧化还原反应释放大量能量,在所述冲击波和能量的作用下所述待加工金属工件产生机械响应而被加工成形。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述待加工金属工件具体包括:第一金属板、环氧垫块以及第二金属板;
所述第一金属板和第二金属板用耐高温的绝缘胶带绑定,所述环氧垫块置于第一金属板和第二金属板之间;
将所述第一金属板置于金属箔之上,通过所述脉冲电源系统对金属箔通入脉冲电流,在所述冲击波和能量的作用下所述第一金属板和第二金属板高速碰撞焊接;所述第一金属板的部分处于液体环境中,所述第一金属板与金属箔之间绝缘。
3.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,还包括:模具;
所述模具的中间开槽;
所述模具置于待加工金属工件之上;
通过所述脉冲电源系统对金属箔通入脉冲电流,在所述冲击波和能量的作用下所述待加工金属工件向模具的开槽区域内陷变形成形。
4.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,还包括:模具;
所述模具的中间开孔;
所述模具置于待加工金属工件之上;
通过所述脉冲电源系统对金属箔通入脉冲电流,在所述冲击波和能量的作用下所述待加工金属工件向模具的开孔区域发生变形而被剪切。
5.根据权利要求1至4任一项所述的装置,其特征在于,还包括:固定约束结构;
所述固定约束结构包括上固定约束结构和下固定约束结构;
所述下固定约束结构的上表面放置所述金属箔;所述下固定约束结构与所述金属箔之间绝缘,保证金属箔与下固定约束结构之间不通过所述液体导电;
当所述装置不包括模具时,所述上固定约束结构的下表面与待加工金属工件的上表面接触;所述固定约束结构用于对金属箔和待加工金属工件进行固定;
当所述装置包括模具时,所述上固定约束结构的下表面与模具的上表面接触;所述固定约束结构用于对金属箔、待加工金属工件以及模具进行固定。
6.根据权利要求1至4任一项所述的装置,其特征在于,所述液体为:水、高锰酸钾溶液、过氧化氢溶液或添加可溶于水的催化剂后的水溶液。
7.一种利用金属箔通电爆炸冲击波对工件成形的方法,其特征在于,包括如下步骤:
将金属箔处于可以与金属箔发生氧化还原反应的液体环境中;
待加工金属工件置于所述金属箔之上;所述待加工金属工件部分处于液体环境中,所述待加工金属工件与金属箔之间绝缘,保证金属箔与待加工金属工件之间不通过所述液体导电;
对金属箔通入脉冲电流,所述金属箔在脉冲电流的作用下爆炸产生剧烈的冲击波,且所述金属箔爆炸过程中与所述液体环境内的液体发生氧化还原反应释放大量能量,在所述冲击波和能量的作用下所述待加工金属工件产生机械响应而被加工成形。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述待加工金属工件具体包括:第一金属板、环氧垫块以及第二金属板;
将所述第一金属板和第二金属板用耐高温的绝缘胶带绑定,所述环氧垫块置于第一金属板和第二金属板之间;
将所述第一金属板置于金属箔之上,对金属箔通入脉冲电流,在所述冲击波和能量的作用下所述第一金属板和第二金属板高速碰撞焊接;所述第一金属板的部分处于液体环境中,所述第一金属板与金属箔之间绝缘。
9.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,还包括如下步骤;
将模具置于待加工金属工件之上,所述模具中间开槽或中间开孔;
对金属箔通入脉冲电流,当所述模具中间开槽时,在所述冲击波和能量的作用下所述待加工金属工件向模具的开槽区域内陷变形成形;当所述模具中间开孔时,在所述冲击波和能量的作用下所述待加工金属工件向模具的开孔区域发生变形而被剪切。
10.根据权利要求7至9任一项所述的方法,其特征在于,所述液体环境中的液体为:水、高锰酸钾溶液、过氧化氢溶液或添加可溶于水的催化剂后的水溶液。
CN202110729929.8A 2021-06-29 2021-06-29 一种利用金属箔通电爆炸冲击波对工件成形的装置及方法 Active CN113458234B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110729929.8A CN113458234B (zh) 2021-06-29 2021-06-29 一种利用金属箔通电爆炸冲击波对工件成形的装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110729929.8A CN113458234B (zh) 2021-06-29 2021-06-29 一种利用金属箔通电爆炸冲击波对工件成形的装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113458234A true CN113458234A (zh) 2021-10-01
CN113458234B CN113458234B (zh) 2022-04-26

Family

ID=77873939

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110729929.8A Active CN113458234B (zh) 2021-06-29 2021-06-29 一种利用金属箔通电爆炸冲击波对工件成形的装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113458234B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN114713702A (zh) * 2022-03-24 2022-07-08 华中科技大学 一种基于电爆炸的金属加工工件矫形加工装置及方法
CN115971712A (zh) * 2023-01-03 2023-04-18 华中科技大学 一种金属高速冲击焊接方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108655252A (zh) * 2018-04-26 2018-10-16 华中科技大学 一种金属成形装置及方法
CN111633103A (zh) * 2020-05-25 2020-09-08 华中科技大学 一种电液-电磁复合成形系统及成形方法
CN111842610A (zh) * 2020-06-12 2020-10-30 华中科技大学 一种电磁驱动-电液管件成形装置及方法
CN111922175A (zh) * 2020-08-24 2020-11-13 华中科技大学 一种电液爆炸成形装置及方法
CN112518159A (zh) * 2020-11-12 2021-03-19 华中科技大学 一种金属工件的表面处理与焊接装置及方法
CN112605519A (zh) * 2020-12-18 2021-04-06 湖北科技学院 一种基于铝和水反应的爆炸焊接方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108655252A (zh) * 2018-04-26 2018-10-16 华中科技大学 一种金属成形装置及方法
CN111633103A (zh) * 2020-05-25 2020-09-08 华中科技大学 一种电液-电磁复合成形系统及成形方法
CN111842610A (zh) * 2020-06-12 2020-10-30 华中科技大学 一种电磁驱动-电液管件成形装置及方法
CN111922175A (zh) * 2020-08-24 2020-11-13 华中科技大学 一种电液爆炸成形装置及方法
CN112518159A (zh) * 2020-11-12 2021-03-19 华中科技大学 一种金属工件的表面处理与焊接装置及方法
CN112605519A (zh) * 2020-12-18 2021-04-06 湖北科技学院 一种基于铝和水反应的爆炸焊接方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN114713702A (zh) * 2022-03-24 2022-07-08 华中科技大学 一种基于电爆炸的金属加工工件矫形加工装置及方法
CN115971712A (zh) * 2023-01-03 2023-04-18 华中科技大学 一种金属高速冲击焊接方法
CN115971712B (zh) * 2023-01-03 2023-08-18 华中科技大学 一种金属高速冲击焊接方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113458234B (zh) 2022-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113458234B (zh) 一种利用金属箔通电爆炸冲击波对工件成形的装置及方法
KR102040642B1 (ko) 충돌 용접 및 판금 성형에 사용되는 포일, 와이어 및 스트립의 전기 구동식 급속 기화법
RU2625368C2 (ru) Устройство электромагнитной импульсной сварки, включающее в себя изолятор для сваривания металлических листов
CN108043976B (zh) 一种异种金属材料预成形高速冲击连接工艺
CN111922175B (zh) 一种电液爆炸成形装置及方法
US20050205553A1 (en) Coil design for magnetic pulse welding and forming
CN112171046B (zh) 一种高速冲击焊接方法、焊接系统及应用
Vivek et al. Electrically driven plasma via vaporization of metallic conductors: A tool for impulse metal working
CN101934432B (zh) 激光与电阻点焊的同轴复合焊接方法
CN102151924A (zh) 电火花诱导可控烧蚀及电解复合高效加工方法
US20210346980A1 (en) Joining of dissimilar materials using impact welding
Zhang et al. Effects of the oxide film on the spot joining of aluminum alloy sheets: a comparative study between resistance spot welding and resistance spot clinching
Fu Y.-M. et al. Technique for producing crack arrest by electromagnetic heating
CN113020773A (zh) 基于磁脉冲的多层板料复合成形焊接加工方法
Li et al. Simulation and experimental analysis of Al/Ti plate magnetic pulse welding based on multi-seams coil
CN217823277U (zh) 一种用于电能传输的连接结构
Faes Tube welding
CN108372356A (zh) 一种铝合金表面氧化膜的破碎方法
Deng et al. Asymmetric nugget growth in aluminum resistance spot welding with multi-ring domed electrodes: an experimental study
CN111482723A (zh) 一种基于铝箔电致汽爆的自动化点焊装置及方法
Sunjic et al. TECHNOLOGIES OF HIGH-VELOCITY FORMING.
CN115971712B (zh) 一种金属高速冲击焊接方法
Psyk et al. High-Velocity Forming
CN207257005U (zh) 一种超厚复层钛钢爆炸复合板
JP4044789B2 (ja) パイプの穴あけ方法

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