CN114589242B - 一种金属工件的电液局部矫形装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种金属工件的电液局部矫形装置及方法，属于金属成形制造技术领域，装置包括：电极、注液模块、导电金属条、模具、缸体和柔性容器；使用时，柔性容器位于金属工件的矫形区域上方；模具位于金属工件的正下方；注液模块用于在导电金属条放电之前，使液体注入柔性容器；电源用于在对金属工件矫形时，向导电金属条放电，提供脉冲电流；导电金属条用于在脉冲电流的作用下爆炸，在液体中形成冲击波；柔性容器用于在冲击波的作用下与金属工件的缺陷自行适应，驱动金属工件的矫形区域变形，完成对金属工件的矫形。本发明提供的金属工件的电液局部矫形装置适用于各种类型缺陷的矫形。

Description

一种金属工件的电液局部矫形装置及方法
技术领域
本发明属于金属成形制造技术领域，更具体地，涉及一种金属工件的电液局部矫形装置及方法。
背景技术
对于结构复杂的金属零件，传统的成形制造技术难以满足工业生产需求，从而涌现了液压成形、旋压成形、热形成和高速率成形等工艺。其中，高速率成形具有成形精度高、表面质量好、材料成形性能高等优点，被认为是实现当前金属成形制造的一种有效方案。在金属工件高速成形过程中，当某变形区域的压应力较大并超过某一临界值时，会导致此区域的变形偏离原有的平衡路径，从而导致工件的起皱和回弹现象。因此，在大型板件成形技术中，矫正金属工件的起皱和回弹问题，对提高金属工件的品质和材料利用率有着重要的意义。
在大型板件矫形技术中，主要是采用人工矫形、液压矫形和爆炸整体矫形，其存在如下一些问题：1.人工矫形：工件矫形精度低且周期长；2.液压矫形：矫形装置复杂，无法适应各种类型缺陷；3.爆炸矫形：无法有针对性的对局部不均匀区域进行矫正，爆炸能量巨大，增加构件结构强度要求，大大限制了爆炸矫形技术的应用范围。
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金属工件的电液局部矫形装置及方法，旨在解决现有的液压矫形装置由于结构复杂，无法适应各种类型缺陷的问题。
为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种金属工件的电液局部矫形装置，包括：电极、注液模块、导电金属条、模具、缸体和柔性容器；
导电金属条位于两电极之间；缸体开口向下；柔性容器与缸体的开口端连接，形成封闭空间；注液模块与缸体相连；导电金属条位于封闭空间内部；
使用时，柔性容器位于金属工件的矫形区域上方；模具位于金属工件的正下方；注液模块用于在导电金属条放电之前，使液体注入柔性容器；在对金属工件矫形时，电极与电源接通，提供脉冲电流；所述导电金属条用于在脉冲电流的作用下放电爆炸，在液体中形成冲击波；所述柔性容器用于在冲击波的作用下与所述金属工件的缺陷自行适应，驱动所述金属工件的矫形区域变形，完成对所述金属工件的矫形。
优选地，注液模块为阀门。
优选地，缸体与柔性容器间通过压板和密封圈连接；压板用于固定缸体和柔性容器；在压板与柔性容器间设置密封圈。
优选地，电极与缸体间设置有绝缘套管，用于使脉冲电流集中于导电金属条处，避免脉冲电流的损耗，最大限度的保证能量的利用率。
优选地，导电金属条为铝丝或铝箔。
优选地，电源为电容储能型电源。
优选地，密封圈的材料为聚四氟乙烯；柔性容器为PVC塑料。
本发明中柔性容器采用柔性材料，注入液体后，与金属工件待矫形区域贴合充分，有利于冲击波的传递；同时，调整柔性容器的高度，控制能量的传递路径，以调控冲击波的空间分布，更有效地实现矫形，提高工件的成形精度，满足更复杂的矫形需求。
本发明中铝丝或铝箔通过选取不同直径或不同厚度材料，可以调控爆炸能量。
另一方面，本发明提供了一种金属工件的电液局部矫形方法，包括以下步骤：
将导电金属条放置于两个电极之间，柔性容器放置在缸体底部；
向柔性容器中注入液体后，将金属工件的矫形区域放置于柔性容器的下方，在两电极间施加电压；
在电压的作用下导电金属条放电产生脉冲电流，激发爆炸冲击波；
爆炸冲击波通过液体传递至金属工件的矫形区域，矫形区域在爆炸冲击波的作用下变形，完成矫形工作。
优选地，矫形金属工件的回弹和起皱误差。
优选地，控制爆炸冲击波的方法为：
通过调节柔性容器的高度，控制爆炸能量的传递路径，以控制爆炸冲击波的空间分布；通过选取不同直径不同厚度的导电金属条，调控爆炸能量，以控制爆炸冲击波的大小。
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：
本发明提供的柔性容器不拘泥于成形缺陷的尺寸和外观，增强了矫形装置的适应性，提高了爆炸能量的利用率，大大扩张了电液矫形的应用范围。电液局部矫形不仅仅局限于密封的空间，针对金属工件表面的不均匀和起皱区域，有针对性的矫形，多次矫形，直至件数工件满足设计要求，因此，本发明提供的金属工件的电液局部矫形装置适用于各种类型缺陷的矫形。
附图说明
图1是本发明实施例提供的电液局部矫形装置工作示意图；
图2是本发明实施例提供的电液局部矫形装置的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的电液局部矫形方法矫形后的示意图；
图4是本发明实施例提供的采用电容储能型电源系统的电流波形示意图；
在所有附图中，相同的附图标记用以表示相同的元件或结构，其中：
1.电源；2.阀门；3：缸体；4.绝缘套管；5.柔性容器；6.液体；7.铝丝；8.电极；9.密封圈；10.压板；11.金属工件；12-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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
如图1所示，电液局部矫形装置不受安装位置的局限，置于金属工件表面缺陷处。电液局部矫形装置的柔性容器与各种类型和各种尺寸的缺陷(起皱、回弹)自行适用，充分接触。
如图2所示，本发明提供了一种电液局部矫形装置，包括：阀门2、缸体3、绝缘套管4、柔性容器5、铝丝7、电极8、密封圈9、压板10和模具12；
金属工件11和模具12相对放置；密封圈9置于柔性容器5和压板10之间；柔性容器5置于密封圈9和缸体3之间；铝丝7置于两电极8之间；阀门2用于往缸体3和柔性容器5中注入液体，并在成形过程中提供传递介质；电源1用于为装置提供能量。
优选地，本实施例中的电液局部矫形装置还可以采用分离式多个电液矫形装置组合，以及由多个电源分别进行供电的多个电液装置相配合，通过电源、铝丝和柔性容器进行优化配置，实现对成形缺陷的空间分布更精准地调控，以满足更复杂精确的成形要求。
如图3所示，本实施例提供了电液局部矫形方法实施后电液局部矫形装置示意图，用于对金属板件材料回弹和起皱，导致的成形精度不足的金属工件进行矫形。其中，通过铝丝7选取不同直径或不同厚度材料，可以调控爆炸能量；密封圈9压紧后有一定的密封性，材料为聚四氟乙烯；柔性容器5注入液体后与金属工件的矫形区域自行适配，材料为PVC塑料；电源1为电容储能型电源，提供的线圈波形如图4所示；
电液局部矫形方法包括以下步骤：
(1)将铝丝7置于两个电极8之间，并保证两者有良好的接触；
(2)将柔性容器5置于缸体3地面和压板10上表面之间，并压紧密封圈9保持一定密封性；
(3)将液体6通过阀门2注入，达到液位后停止注入；
(4)将电液局部矫形装置置于金属工件的矫形区域，并将电源1进行电气连接；
(5)通过电源1对铝丝7放电，产生脉冲电流，在周围激发爆炸冲击波，进而通过液体6传递至金属工件的矫形区域，从而金属工件矫形区域上产生冲击波驱动金属工件区域高速变形以矫正回弹和起皱误差至金属工件。
本发明与现有技术相比，存在以下优势：
本发明提供的柔性容器不拘泥于成形缺陷的尺寸和外观，增强了矫形装置的适应性，提高了爆炸能量的利用率，大大扩张了电液矫形的应用范围。电液局部矫形不仅仅局限于密封的空间，针对金属工件表面的不均匀和起皱区域，有针对性的矫形，多次矫形，直至件数工件满足设计要求，因此，本发明提供的金属工件的电液局部矫形装置适用于各种类型缺陷的矫形。
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 (8)

1.一种金属工件的电液局部矫形装置，其特征在于，包括：电极、注液模块、导电金属条、模具、缸体和柔性容器；
所述导电金属条位于两所述电极之间；所述缸体开口向下；所述柔性容器与所述缸体的开口端连接，形成封闭空间；所述注液模块与所述缸体相连；所述导电金属条位于所述封闭空间内部；
使用时，所述柔性容器位于金属工件的矫形区域上方；所述模具位于金属工件的正下方；所述注液模块用于在导电金属条放电之前，使液体注入所述柔性容器；在对金属工件矫形时，所述电极与电源接通，提供脉冲电流；所述导电金属条用于在脉冲电流的作用下放电爆炸，在液体中形成冲击波；所述柔性容器用于在冲击波的作用下与所述金属工件的缺陷自行适应，驱动所述金属工件的矫形区域变形，完成对所述金属工件的矫形；
所述电极与所述缸体间设置有绝缘套管，用于使脉冲电流集中于导电金属条处。
2.根据权利要求1所述的电液局部矫形装置，其特征在于，所述注液模块为阀门。
3.根据权利要求1或2所述的电液局部矫形装置，其特征在于，所述缸体与所述柔性容器间通过压板和密封圈连接；所述压板位于柔性容器的下方；所述压板用于固定缸体和柔性容器；在所述压板与所述柔性容器间设置密封圈。
4.根据权利要求1所述的电液局部矫形装置，其特征在于，所述导电金属条为铝丝或铝箔。
5.根据权利要求1所述的电液局部矫形装置，其特征在于，所述电源为电容储能型电源。
6.基于权利要求1所述的电液局部矫形装置的矫形方法，其特征在于，包括以下步骤：
将导电金属条放置于两个电极之间，柔性容器放置在缸体底部；
向柔性容器中注入液体后，将金属工件的矫形区域放置于柔性容器的下方，在两电极间施加电压；
在所述电压的作用下导电金属条放电产生脉冲电流，激发爆炸冲击波；
所述爆炸冲击波通过液体传递至金属工件的矫形区域，所述矫形区域在爆炸冲击波的作用下变形，完成矫形工作。
7.根据权利要求6所述的矫形方法，其特征在于，矫形金属工件的回弹和起皱误差。
8.根据权利要求6或7所述的矫形方法，其特征在于，控制所述爆炸冲击波的方法为：
通过调节柔性容器的高度，控制爆炸能量的传递路径，以控制爆炸冲击波的空间分布；通过选取不同直径不同厚度的导电金属条，调控爆炸能量，以控制爆炸冲击波的大小。
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