CN201552234U - 电液成型工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电液成型工具，电液成型工具用于形成金属板材坯料并具有一对电极，该对电极能够用于产生冲击波，以便于相对于成型模具形成金属板材坯料。电液成型工具包括：容器，在容器腔内具有液体，并且容器上端敞开；成型模具，设置在容器的上端之上，成型模具具有模具腔，该模具腔通过成型表面被部分地限定；至少两个电极，设置在容器腔内，每个电极具有尖端、主体和轴，前端可松开地连接到主体的前端，轴覆盖主体的至少一部分；至少一个定位件，布置在尖端和主体的前端之间或者布置在主体的末端和轴之间。在操作过程中可调节所述电极。如果所述电极被连续使用，导致所述电极的效率降至期望的阈值之下，则上面的做法将是有用的。

Description

电液成型工具

技术领域

本实用新型涉及一种电液成型(electrohydraulic forming)(EHF)工具。

背景技术

铝合金和先进高强度钢作为用于汽车车身构造的材料变得日益普通。与低碳钢(mild steel)相比，推广这些材料的主要障碍之一是这些材料本身缺乏可成形性。将轻质材料(例如先进高强度钢(AHSS)和铝合金(AA))应用于量产汽车(high-volume automotive)对减轻车辆重量、提高燃料经济性以及降低排气管排放(tailpipe emision)很重要。将轻质材料应用于量产产品的最主要障碍是冲压问题以及AHSS和AA材料本身缺乏可成形性。

在汽车生产中应用AHSS和AA会带来许多冲压挑战。用于冲压车身面板和结构部件的主要方法是在安装在多工位压力机或者一行压力机上的一系列的两个侧模之间成型片材(sheet material)。在燃油价格低的时期，大部分汽车部件由深冲击(DDQ)钢或者超深冲击(EDDQ)钢冲压而成，在平面应变方面，这两种合金表现出的最大延伸率(elongation)超过了45％。另一方面，铝合金的可成形性通常不超过25％。在实践中，冲压工程师不想成型平面应变高于(beyond)水平为15％的金属板材(sheet metal)，这是因为在这些应变范围内的金属的加工硬化系数(work-hardening modulus)太低以及坯料表面存在局部干燥条件(local dry condition)的危险。AHSS的可成形性通常在30％左右。可成形性不足使得由几个部件焊接形成面板必然变得困难或者使得用于形成面板的坯料的厚度必然增加。

电液成型(EHF)是一种可通过将金属板材坯料按照大的应变率(strainrate)形成在下半模中来显著提高金属板材的可成形性的工艺。通过利用液电效应获得大的应变率，该液电效应可被描述为浸入水中的电极之间的电能的快速放电以及产生的冲击波通过水的传播，这是一种涉及高压电通过液体放电的复杂现象。通过放电时两个电极之间形成的等离子体通道(plasmachannel)的扩张开始的液体中的冲击波按照高速朝着坯料传播，冲击波导致的水的质量和动量使坯料变形进入具有成型表面的开式模中。冲击波促使坯料与成型表面接合，以使金属坯料形成期望的形状。

实用新型内容

本实用新型公开一种电液成型工具，该电液成型工具用于形成金属板材坯料，该电液成型工具包括：容器，在容器腔内具有液体，并且容器上端敞开；成型模具，设置在容器的上端之上，成型模具具有模具腔，该模具腔通过成型表面被部分地限定；至少两个电极，设置在容器腔内，每个电极具有尖端、主体和轴，前端可松开地连接到主体的前端，轴覆盖主体的至少一部分；至少一个定位件，布置在尖端和主体的前端之间或者布置在主体的末端和轴之间。

根据本实用新型，尖端和主体包括对应的螺纹，如果定位件布置在尖端和主体之间并且被螺纹紧固，则定位件形成为安装在螺纹的顶部，并在尖端的端部和主体的轴肩之间被压迫。

根据本实用新型，主体从轴可滑动地被拆卸，如果定位件布置在轴和主体之间并且被挤压在一起，则定位件形成为安装在主体的顶部，并在轴的端部和主体的轴肩之间被压迫。

根据本实用新型，所述工具还包括轴紧固件，该轴紧固件形成为与轴和主体的对应部分均接合，并将轴和主体挤压在一起。

根据本实用新型，提供一种用于形成金属板材坯料的电液成型工具，该工具包括：容器，在容器腔内具有液体，并且容器上端敞开；成型模具，设置在容器的上端之上；至少两个开口，通向容器腔，每侧开口被弹性材料件覆盖，所述弹性材料件用于防止液体泄露出容器腔；电极，设置在所述每个开口内，每个电极具有与弹性材料件接合的波形外表面。

根据本实用新型，所述外表面的至少一部分大于弹性材料件的直径。

根据本实用新型，所述波形外表面的特征在于电极的主要部分具有直径与相邻的部分的直径不同的连续部分。

根据本实用新型，至少两对电极布置在容器腔内。

根据本实用新型，每对电极包括可拆卸的定位件。

根据本实用新型，提供一种用于形成金属板材坯料的电液成型工具，该工具包括：容器，在容器腔内具有液体，并且容器上端敞开；成型模具，设置在容器的上端之上，成型模具具有模具腔，该模具腔通过成型表面被部分地限定；至少两对不同的电极，其中，所述电极对彼此垂直。

根据本实用新型，在操作过程中，可对电极进行调节以克服电极被连续使用而使效率降至期望的阈值之下的问题。

本实用新型还提供这样一种装置，一组电极一直被使用，直到它们的性能劣化到可接受的阈值之下。当不满足上述阈值时，放电可被切换到另一组电极上。这样本实用新型就允许切换电极，并且直到后来更便于打开模具时才维修劣化的电极。当接通的电极被使用时，劣化的电极最好可被拆下，以用于维修。

附图说明

在权利要求中具体示出了本实用新型。然而，通过参照下面结合附图进行的详细的描述，本实用新型的其它特点将变得更加清楚，并且本实用新型将被更好地理解，其中：

图1示意性示出了EHF工艺；

图2示出了根据本实用新型的一个非限制性方面的电极构造；

图3和图4示出了根据本实用新型的一个非限制性方面的定位件；

图5和图6示出了根据本实用新型的一个非限制性方面的电极构造；

图7示出了根据本实用新型的一个非限制性方面的用于布置和组合多对电极的构造；

图8示出了根据本实用新型一个非限制性方面的成对的电极系统。

具体实施方式

图1示意性示出了EHF工艺。通过变压器222和一组二极管224的协助可将电能储存在高压电容器220中。特殊开关或者放电装置226(例如放电管、真空放电器或者半导体开关)可用于闭合电路并将储存在电容器220中的高压传输给电极228和230。限定EHF工艺的效率的参数包括电极228和230的相互位置、液体的电性质、充电电压、电容、设备和连接线缆的电感和电阻、腔室的容积以及放电通道和坯料之间的距离。

在放电工艺开始时，电极228和230之间的通道的电阻按照几个数量级下降，但是由于等离子体通道的扩张和温度升高，电流急剧增大。由于大量电能通过狭小且电离的通道注入，所以温度会升高，并且通道内的压力会在短时间间隔内增大。通过这样的高压的驱动，放电通道快速扩张并产生冲击波。

对于一些部件，坯料232可被夹在腔室234和模具236之间，模具236限定成型表面，在成型期间，坯料232被挤压在该成型表面上。然而，在一些情况下，部件的外边缘可具有三维轮廓。可使用具有对应的形状的压料件(binder)(未示出)以支撑坯料232。为了防止电极228和230(电极228和230通常由钢制成)之间短路，电极228和230应该与腔室234电绝缘，并且绝缘材料应该能够承受上述工艺的最大电压。当将电极228和230插入到腔室234中时，应该提供适当的液压绝缘以防止水在电极228和230的周围泄露。腔室234应该被适当地密封，以避免坯料232和腔室234之间的水泄露。坯料232和模具236之间的空气应该被排出，以避免在成型步骤过程中由于空气被加热和压缩而在EHF工艺中使能量损失。

电极228和230之间高压电的重复放电会导致电极228和230逐渐腐蚀。这种腐蚀会导致电极228和230之间的距离随着时间缓慢增大，如果电极228和230不被调节和周期性地重新定位，则这种腐蚀会对EHF工艺的效率产生不利影响。由于需要将电极228和230与EHF腔室234电绝缘，所以试图恢复期望的间距和效率而对电极228和230进行调节和重新定位会变得困难和麻烦。

图2示出了根据本实用新型的一个非限制性方面的电极构造10。一对电极12和14可包括在主体20和22的前端的可消耗的电极尖端16和18。尖端16和18可被更换，而不需要替换形成主体20和22的整个实心杆。可消耗的电极尖端16和18可螺纹连接或者压配合到电极12和14。聚亚安酯(polyurethane)绝缘层或者其它弹性材料件26和28可直接铸造在主体20和22上。主体20和22可包括具有不同直径的连续部分的波形外表面。上述一些直径或者所有的直径可大于弹性材料件的内直径。直径抵触会足以迫使弹性材料件26和28填充波形外表面内的空腔。这就允许弹性材料件使主体20和22电绝缘，并限制液体流出腔室30。

弹性材料件26和28的压配合性质允许主体20和22通过附着到腔室30上的电极轴或者轴环(collar)40和42容易地被插入和抽出。只要需要替换尖端16和18，或者只要需要调节电极之间的距离，就可将电极12和14从腔室30拆下或者安装到腔室30上。如图3和图4所示，定位件(spacer)44可布置在腔室30内，以便于将电极12和14推到期望的位置。图3示出了位于腔室中的浮雕(relief)或者其它固定件46内的定位件44，图4示出了通过机器人(未示出)的臂而自动布置的定位件44。

当定位件44被定位时，电极12和14可被推进以接触定位件44。如果定位件44位于有利于放电效率的位置，按照这种方式推进电极12和14允许电极12和14位于期望的相对于彼此的位置。可手动和/或通过机器人或者其它工具推进电极12和14。在电极12和14可被推进之前，电极12和14上的波形以及弹性材料件26和28与轴环40和42之间的压配合会需要克服特定量的力。用于将弹性材料件26和28压迫到主体20和22上以及密封腔室30的螺母50和52和压缩环54和56会影响布置电极12和14需要的力的大小。螺母50可从其正常的紧固状态松弛以减小上述压力。

图5和图6示出了根据本实用新型的一个非限制性方面的电极构造80。与图2示出的腔室30不同，图6中示出的腔室82在向上倾斜的方向不成角度布置。虽然图2或者图6都未示出坯料和成型模具，但是坯料或者成型模具均将位于腔室82的顶部之上或者位于布置在腔室的顶部的压料件(未示出)的顶部之上。具有尖端88和90、主体92和94以及轴96和98的一对电极84和86布置在腔室82的侧开口内。电极84和86可被操作以在液体中放电形成冲击波，从而按照上述形式使坯料成型。

弹性材料件102和104可布置在开口内，以密封轴96和98并限制液体泄露。一个或者多个密封件110、112、114、116、118以及120可位于压缩点(compression point)之间的关键位置，以帮助防止泄露。腔室紧固件124和126可被压配合、螺纹固定或者按照其它方式紧固到轴96和98的一部分上，并被操作性地连接以在将轴96和98相对于腔室82固定的同时使弹性材料件102和104的一部分压向腔室82的外侧。轴96和98的外直径可包括限定所述轴96和98可前进到腔室82中的距离的特征。这样有利于使该距离固定，从而每当所述轴96和98从开口被拆下并在之后被插入到开口中时，轴96和98均位于同一位置。这会有助于适当地布置电极84和86。

如果主体92和94在轴96和98内可滑动地运动，则可便于适当地布置电极84和86。优选地，主体92和94的外直径可小于轴96和98的内直径，从而主体92和94可完全从腔室82中拆下，而不需要松开轴96和98。主体92和94的端部可形成为包括在轴96和98的端部上延伸的轴肩130和132。主体紧固件134和136可压配合、螺纹固定或者按照其它方式紧固到主体92和94以及轴96和98的对应的位置上。紧固件134和136可被紧固以将轴92和94以及主体96和98压迫到一起。密封件可位于轴92和94以及主体96和98之间，以帮助防止泄露。

电极尖端88和90可压配合、螺纹固定或者按照其它方式紧固到主体92和94的前端。主体92和94可包括轴肩140和142，尖端88和90可抵住该轴肩140和142而被固定。由于可消耗的尖端88和90在液体内连续放电而会腐蚀或者所述尖端88和90的性能会随着时间而劣化，所以该可消耗的尖端88和90可被丢弃和用新的尖端来更换。通过松开主体紧固件134和136并从轴96和98中可滑动地拆下主体92和94就可容易地更换所述尖端88和90。

图6示出了可布置在主体92和94与轴96和98之间和/或主体92和94与尖端88和90之间的定位件144和146。定位件144和146可形成为安装在主体92和94上和/或另外被构造成各种其它类型的垫片(shim)。定位件144和146的目的是将主体92和94和/或尖端88和90从图6中示出的非平移位置平移。这就允许本实用新型初始设置尖端88和90的位置，之后，通过添加和/或拆下定位件144和146而简单地调节尖端88和90的位置。虽然主体92和94的每端被示出为包含一个定位件144和146，但是每端可包含任何形状或者厚度的多个定位件，以便于布置尖端88和90。

图7示出了用于布置和组合多对电极172、174、176、178、180和182的构造170。该布置主要产生几个小的EHF腔室，每个腔室包括其自身的电极对。该布置可被附着到单个压料件上，该单个压料件接着将用作形成大面板的大的EHF腔室。由于在EHF工艺中，一定量水中的可用的成型压力随着腔室容积的增加而减小，所以这种重构且模块化的EHF布置允许在腔室容积内在所有区域上产生高的成型压力。除了对工艺提供技术优点和物理优点(physical advantage)之外，重构的EHF腔室还存在降低加工EHF所花费的资本成本的可能性，这是因为相同的小腔室可根据需要附着到多个不同的压料件和上模上，即，单个腔室将同时被用于多个模具。由于特定部件在一个区域需要的成型压力可能大于在另一个区域需要的成型压力，所以上述构造允许对特定部件进行精确修整(tailoring)的EHF工艺。

图8示出了根据本实用新型一个非限制性方面的成对的电极系统190。该系统190包括第一组电极192和第二组电极194。每组电极192和194可按照上述方式被操作。所述两组电极192和194相对于彼此垂直地布置，使得所形成的冲击波基本上产生相同的结果，而与所述冲击波是否是源自第一组电极192还是源自第二组电极194无关。可通过使用上述定位件布置每组电极192和194。

每组电极192和194可被布置成使得每组电极192或者194均可被用于使坯料(未示出)成型。本实用新型试图提供这样一种装置，一组电极192一直被使用，直到它们的性能劣化到可接受的阈值之下。当不满足上述阈值时，放电可被切换到另一组电极194上。这样本实用新型就允许切换电极192和194，并且直到后来更便于打开模具时才维修劣化的电极。当接通的电极194被使用时，劣化的电极192最好可被拆下，以用于维修。

根据需要，本实用新型的详细实施例被公开于此，然而，应该理解，被公开的实施例仅仅是本实用新型的示例性实施例，本实用新型可按照各种可选的方式被实施。附图不必要受比例限制，一些特征可被夸大或者最小化，以示出具体组件的细节。因此，公开于此的具体结构和功能性细节不应该被解释为限制性的，而仅仅是作为权利要求的代表性基础和/或作为本领域技术人员不同地实施本实用新型的代表性基础。

Claims (10)

1.一种用于形成金属板材坯料的电液成型工具，其特征在于包括：

容器，在容器腔内具有液体，并且容器上端敞开；

成型模具，设置在容器的上端之上，成型模具具有模具腔，该模具腔通过成型表面被部分地限定；

至少两个电极，设置在容器腔内，每个电极具有尖端、主体和轴，前端可松开地连接到主体的前端，轴覆盖主体的至少一部分；

至少一个定位件，布置在尖端和主体的前端之间或者布置在主体的末端和轴之间。

2.如权利要求1所述的工具，其特征在于，尖端和主体包括对应的螺纹，如果定位件布置在尖端和主体之间并且被螺纹紧固，则定位件形成为安装在螺纹的顶部，并在尖端的端部和主体的轴肩之间被压迫。

3.如权利要求1所述的工具，其特征在于，主体从轴可滑动地被拆卸，如果定位件布置在轴和主体之间并且被挤压在一起，则定位件形成为安装在主体的顶部，并在轴的端部和主体的轴肩之间被压迫。

4.如权利要求1所述的工具，其特征在于还包括轴紧固件，该轴紧固件形成为与轴和主体的对应部分均接合，并将轴和主体挤压在一起。

5.一种用于形成金属板材坯料的电液成型工具，其特征在于包括：

容器，在容器腔内具有液体，并且容器上端敞开；

成型模具，设置在容器的上端之上；

至少两个开口，通向容器腔，每侧开口被弹性材料件覆盖，所述弹性材料件用于防止液体泄露出容器腔；

电极，设置在所述每个开口内，每个电极具有与弹性材料件接合的波形外表面。

6.如权利要求5所述的工具，其特征在于，所述外表面的至少一部分大于弹性材料件的直径。

7.如权利要求5所述的工具，其特征在于，所述波形外表面的特征在于电极的主要部分具有直径与相邻的部分的直径不同的连续部分。

8.如权利要求5所述的工具，其特征在于，至少两对电极布置在容器腔内。

9.如权利要求8所述的工具，其特征在于，每对电极包括可拆卸的定位件。

10.一种用于形成金属板材坯料的电液成型工具，其特征在于包括：

容器，在容器腔内具有液体，并且容器上端敞开；

成型模具，设置在容器的上端之上，成型模具具有模具腔，该模具腔通过成型表面被部分地限定；

至少两对不同的电极，其中，所述电极对彼此垂直。

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