一种基于电枢发射体的高速冲击成形方法及装置

摘要

本发明公开一种基于电枢发射体的高速冲击成形方法及装置，在电枢发射体的正前方并且间隔一段距离处设置发射体回收装置；水平设置的高速推动杆后端伸入发射体回收装置中、正前方是冲压座；冲压座7前端面固接聚氨酯橡胶冲头，钢模集装器中套有聚氨酯橡胶冲头且套有与钢模集装器轴向滑动连接的顶模固定器，顶模固定器后端固定连接钢模，钢模和聚氨酯橡胶冲头之间设置工件；电磁高速推动炮通入电流产生磁场，磁场力驱动电枢发射体与高速推动杆的后端面发生碰撞撞击冲压座，带动聚氨酯橡胶冲头和钢模集装器冲击工件，可根据工件的性质和成形形状优化冲击参数，实现工件的精确成形。

权利要求

1.一种基于电枢发射体的高速冲击成形装置，其特征是：包括电磁高速发射系统，电磁高速发射系统由电磁高速推动炮（1）和电枢发射体（2）组成；电枢发射体（2）的正前方并且间隔一段距离处设有发射体回收装置（3）；水平设置的高速推动杆（5）后端伸入发射体回收装置（3）中，高速推动杆（5）正前方是成形装夹系统；成形装夹系统包括冲压座（7）、钢模集装器（8）、聚氨酯橡胶冲头（9）、钢模（11）和顶模固定器（12），冲压座（7）位于高速推动杆（5）的正前方，冲压座（7）固定连接钢模集装器（8）且在冲压座（7）前端面上固定连接聚氨酯橡胶冲头（9）；钢模集装器（8）是套筒状，其中套有聚氨酯橡胶冲头（9）且套有与钢模集装器（8）轴向滑动连接的顶模固定器（12），顶模固定器（12）后端固定连接钢模（11），钢模（11）和聚氨酯橡胶冲头（9）之间设有工件（10）；

电磁高速推动炮（1）通入电流产生磁场，磁场力驱动电枢发射体（2）运动一段距离后与高速推动杆（5）的后端面发生高速碰撞，高速推动杆（5）在冲击力作用下迅速撞击成形装夹系统中的冲压座（7），冲压座（7）带动聚氨酯橡胶冲头（9）和钢模集装器（8）向前运动冲击工件（10），装夹在钢模（11）上的工件（10）向钢模（11）的模腔内弯曲变形，复制出模腔的形状。

说明书

一种基于电枢发射体的高速冲击成形方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及机械制造领域，特指一种基于高速冲击成形的方法及装置，其适用于金属薄板成形，也适用于金属板料的高效成形。

背景技术

[0002] 目前，国内外金属薄板塑性成形的方法有很多。其中冲压成形是最常见的成形方法，这种方法主要用于对低碳薄板、铝合金板、紫铜板及部分黄铜板的成形。由于高速成形相对传统的成形方法具有压力大、压力持续时间短，工件变形速度快的特点，所以特别适合于常规方法难以成形或根本无法成形的材料成形。

[0003] 目前典型的高速成形方法有以下几种：电磁成形、爆炸成形和电液成形。专利公开号为CN101590501、名称为“镁合金板材温热电磁成形方法”提出将镁合金板材置于凹模上，通过凹模内的加热棒加热使镁合金板材升温至100-300℃，电磁成形线圈在压力机的作用下压紧镁合金板材，再通过电磁成形设备对电磁成形线圈放电，使镁合金板材贴模成形。其特点在于：通过储能电容对电磁成形线圈瞬间放电产生强脉冲磁场，使加热的坯料在冲击电磁力作用下高速成形，由于复合了温成形与电磁成形的优势，镁合金板材的成形性能得到有效提高，而且克服了单一温成形中的润滑及由此所带来的材料与环境污染、成形速度受限、模具强度、成形工艺条件较苛刻、参数可调整范围小等局限性。专利号为200780035514.9、名称为“用于爆炸成形的方法和装置”提出将至少一个工件设置在至少一个工具中，借助于炸药爆炸产生的冲击波成形，这种方法具有高效节能、成本低、结构简单的特点。电液成形则是利用高压电击穿电极板间隙放电，形成强大的冲击电流在介质中引起冲击波及液流冲击，使金属坯料成形，这种方法可以进行拉伸、胀形、校形、冲孔等。但这三种高速成形方法的共同缺陷是：成形速度慢，效率比较低，成形过程难以控制。

发明内容

[0004] 本发明的目的是为克服上述现有高速成形方法的不足，提供一种成形速度快、冲压件表面质量好的基于电枢发射体高速冲击成形的方法及装置，根据物理学中运动电荷或载流导体在磁场中受到电磁力（即洛伦兹力)作用的基本原理来加速电枢发射体以高速冲压工件。

[0005] 为实现上述目的，本发明基于电枢发射体的高速冲击成形装置采用的技术方案是：包括电磁高速发射系统，电磁高速发射系统由电磁高速推动炮和电枢发射体组成；电枢发射体的正前方并且间隔一段距离处设置发射体回收装置；水平设置的高速推动杆后端伸入发射体回收装置中，高速推动杆正前方是成形装夹系统；成形装夹系统包括冲压座、钢模集装器、聚氨酯橡胶冲头、钢模和顶模固定器；冲压座位于高速推动杆的正前方，冲压座固定连接钢模集装器且在冲压座的前端面上固定连接聚氨酯橡胶冲头，钢模集装器是套筒形状，钢模集装器中套有聚氨酯橡胶冲头且套有与钢模集装器轴向滑动连接的顶模固定器，顶模固定器后端固定连接钢模，钢模和聚氨酯橡胶冲头之间设置工件。

[0006] 本发明基于电枢发射体高速冲击成形方法采用的技术方案是：先是电磁高速推动炮通入电流产生磁场，磁场力驱动电枢发射体运动一段距离后与高速推动杆的后端面发生高速碰撞，然后高速推动杆在冲击力作用下迅速撞击成形装夹系统中的冲压座，冲压座带动聚氨酯橡胶冲头和钢模集装器向前运动冲击工件，最后，装夹在钢模上的工件向钢模的模腔内弯曲变形，复制出模腔的形状。

[0007] 本发明采用上述技术方案后的有益效果是：

[0008] 1、可根据工件的性质和成形形状优化冲击参数，从而实现工件的精确成形，实现拉深、弯曲、扩孔、冲孔等冲压加工，特别适合于常规方法难以成形或根本无法成形的材料成形，生产重复性好，效率高，能够实现大批量自动化生产。

[0009] 2、利用聚氨酯橡胶做冲头，避免了传统金属冲头与工件直接接触导致的金属刻印现象，同时由于聚氨酯橡胶具有不可压缩性及超弹特性，能够与工件均匀接触并紧密贴合，能够均布载荷、避免接触应力集中，有利于工件变形的均匀性，成形质量好，精度高，成形能力强。由于聚氨酯橡胶本身具有吸震功能，所以震动或者噪声较小，能够满足要求减少震动等条件的较高场合。

附图说明

[0010] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

[0011] 图1为本发明提出的基于电枢发射体高速冲击成形的装置示意图；

[0012] 图2为图1中成形装夹系统的结构放大图；

[0013] 图中：1.电磁高速推动炮；2.电枢发射体；3.发射体回收装置；4.可调支撑；5.高速推动杆；6.底座；7.冲压座；8.钢模集装器；9.聚氨酯橡胶冲头；10.工件；11.钢模；12.顶模固定器。

具体实施方式

[0014] 参见图1-2，本发明包括电磁高速发射系统、发射体回收装置3、可调支撑4、高速推动杆5、底座6和成形装夹系统，整个装置采用横向结构布置。电磁高速发射系统由电磁高速推动炮1和电枢发射体2组成，为整个装置提供高速脉冲动力，电磁高速推动炮1上安装电枢发射体2，在电枢发射体2的正前方并且间隔一定距离处设置发射体回收装置3，用于对撞击后的电枢发射体2立即进行回收。电枢发射体2水平发射。高速推动杆5水平设置，高速推动杆5的后端伸入发射体回收装置3中，高速推动杆5的正前方是成形装夹系统。在高速推动杆5的中间位置连接至少一个可调支撑4，使可调支撑4、发射体回收装置3、电磁高速推动炮1均固定在底座6上。高速推动杆5的中心、发射体回收装置3的中心，电枢发射体2的水平运动轨迹三者同轴。

[0015] 如图2所示，成形装夹系统实现工件的装夹定位和最终成形，其包括冲压座7、钢模集装器8、聚氨酯橡胶冲头9、钢模11和顶模固定器12。冲压座7位于高速推动杆5的正前方，冲压座7的正前方固定连接钢模集装器8，冲压座7的前端面上固定连接聚氨酯橡胶冲头9。钢模集装器8是套筒形状，聚氨酯橡胶冲头9套在钢模集装器8的套筒内，在钢模集装器8中套装顶模固定器12，并且钢模集装器8与顶模固定器12之间为轴向滑动连接，钢模集装器8可沿顶模固定器12表面轴向滑动。顶模固定器12的后端上固定连接钢模11，在钢模11和聚氨酯橡胶冲头9之间设置工件10，工件10装夹在钢模11上。顶模固定器12的前端伸出钢模集装器8外且通过支撑座固定在底座6上。

[0016] 对图1所示装置中的电磁高速推动炮1通入电流产生磁场，磁场力驱动其上的电枢发射体2高速运动，电枢发射体2运动一段距离后进入发射体回收装置3，与发射体回收装置3中的高速推动杆5的后端面发生高速碰撞，高速推动杆5在冲击力作用下，使得其前端迅速撞击成形装夹系统的冲压座7，冲压座7带动聚氨酯橡胶冲头9和钢模集装器8向前运动，迅速冲击工件10。由于聚氨酯橡胶具有不可压缩性及超弹特性，高速的冲击压力使得聚氨酯橡胶冲头9与工件10均匀接触并紧密贴合，在轴向应力及由聚氨酯橡胶冲头9和工件10之间的摩擦产生的径向力作用下，装夹在钢模11上的工件10向钢模11的模腔内弯曲变形，最终复制出模腔的形状，从而实现材料生产与成形的同步进行。

[0017] 本发明可通过改变电磁高速推动炮1中通入的电流以调整冲击力的大小，并且适当选取电枢发射体2的类型和尺寸，根据工件10的性质和成形形状优化冲击参数，从而实现工件的精确成形。电磁高速发射系统产生的高速脉冲动力，可以使电枢发射体2达到最高4000m/s的速度，电枢发射体2所受的力可由以下公式计算得到：

[0018] ；

[0019] 式中： F为洛伦兹力（N)、L 为电磁高速推动炮1的炮筒导轨电感梯度 ( H／m)、I为电流强度( A)。

[0020] 电枢发射体2的加速度为：

[0021] ；

[0022] 式中：a为电枢发射体2的加速度(m／s)、m为电枢发射体2的质量 (Kg)。