電動液壓成形室的製作方法

2023-07-29 02:02:46 2

本發明涉及成形領域，更具體地涉及電動液壓成形領域。本發明涉及一種電動液壓成形室，特別用於小尺寸工件的成形。

背景技術：

液壓成形方法通常用作製造方法，特別是用於複雜工件的成形。它們涉及使用流體壓力，優選為液體的壓力，使保持在模具中的鋼板產生塑性變形。然後，流體作用在鋼板上，使其遵循模具的形狀。可以通過各種方式對該流體加壓。

在現有的液壓成形方法中，可以引用稱為ehf方法的電動液壓成形方法。該方法是一種非常高速的變形成形方法，其基於多個電容器中存儲的高能量的放電，所述多個電容器位於填充有流體的腔室中的兩個電極之間，或者位於填充有流體的腔室中的爆炸絲中。當該流體中發生放電時，在該流體中產生衝擊波，該衝擊波進行傳播並使鋼板向模具投擲。因此，在鋼板上產生的動態壓力使向模具投擲的鋼板的構成材料發生高速變形，從而使其成形。

這種方法可以使鋼板成形，也可以使由塑性可變形材料製成的其它工件成形。其用於生產大尺寸工件，即其特徵長度明顯大於兩個電極之間距離的工件。

這種方法提供了許多優點，特別是獲得工件上非常細微的細節，例如蝕刻，不存在彈性回復，或甚至製造成本低。

然而，如專利us7493787所示，其缺點之一在於工件成形所需的周期。實際上，眾所周知，通過ehf方法的成形周期分為幾個步驟：

-將待成形工件放置在電動液壓成形室中，

-用流體填充電動液壓成形室中的一個中空室，

-電動液壓放電至包含在中空室中的流體，

-排空該中空室，

-移除成形工件。

其中填充和排空中空室的步驟為最耗時的步驟。

技術實現要素：

本發明的目的特別在於提供一個可以使工件成形的有效解決方案，其在減少成形周期的同時保證相同的成果。

因此，本發明涉及一種用於使工件成形的電動液壓成形室。

用於使工件成形的電動液壓成形室包括：

-稱為放電框架的一個第一部分，其包括限定一個放電室的一個內壁，放電室用於容納一定體積的流體，

-稱為模具的一個第二部分，其包括具有一個壓印模的一個成形室，壓印模與工件變形後的形狀互補，

-一個電動液壓放電系統。

在電動液壓放電系統啟動之前，工件位於電動液壓成形室內，在放電室和成形室之間，電動液壓放電系統的啟動將導致工件向成形室的壓印模投擲並且使工件變形。

應該理解的是，啟動意味著通過電動液壓放電系統在流體中放電，從而產生在流體中傳播的衝擊波。

放電框架優選由高強度材料製成，例如由鋼等金屬材料製成，以承受電動液壓放電系統啟動時所產生的高壓。

根據本發明，內壁的全部或一部分上具有一個非金屬塗層。

塗層是沉積在一個部件表面的一層材料，以賦予部件特定的性質，這裡的塗層為工件內壁的表面上的一層材料。塗層的構成材料部分地或完全地覆蓋內壁，但構成塗層的材料最終和內壁的表面成為一個整體。

優選地，非金屬的塗層設置在內壁上，在放電室中電動液壓放電系統的埠的周圍和附近。

這種非金屬塗層能夠有利地避免在電動液壓放電系統和內壁之間形成電弧。這樣的電弧可能損壞內壁，並且大幅降低電動液壓放電系統的效率，使得鋼板無法成形。

因此，可以減小放電室的尺寸而無需擔心這樣的電弧。放電室尺寸的減小有利地減小了填充放電室所需的流體的體積。因此，使用這種電動液壓成形室執行成形方法，所需的成形周期大幅縮短，生產率大幅提高。

這種電動液壓成形室尤其適用於小尺寸工件的生產，例如用精細蝕刻製成的usb（通用串行總線）快閃記憶體盤殼體。

根據優選實施方式，本發明還滿足下列可以單獨地應用或者以在技術上可行的組合來應用的特徵。

根據優選實施方式，為了進一步減輕產生電弧的風險，塗層是由電絕緣材料製成的塗層。

根據優選實施方式，內壁由多個非金屬塗層覆蓋。

根據優選實施方式，電動液壓放電系統包括兩個用於連接到電能儲存單元的電極。

根據優選實施方式，電動液壓放電系統包括一個用於連接到電能儲存單元的爆炸絲。

根據優選實施方式，電動液壓放電系統包括一個用於連接在兩個電極之間的爆炸絲。

本發明還涉及一種電動液壓成形機，其包括根據實施方式之一的一個電動液壓成形室和連接到電動液壓放電系統的一個電能儲存單元。

附圖說明

參照圖1至圖3，以下的示例性實施方式清楚地說明本發明的特徵和優點，實施方式僅提供舉例說明，並不以任何方式限制本發明，其中：

圖1表示根據本發明的一個實施方式的電動液壓成形室的橫截面圖，

圖2示出根據本發明的另一實施方式的電動液壓成形室的橫截面圖，

圖3示出通過根據本發明的實施方式之一的電動液壓成形室蝕刻的u盤殼體。

具體實施方式

圖1示出根據本發明的一個實施方式的用於使工件50成形的電動液壓成形室10。待成形工件可以是扁平工件，或者作為一種變型，可以是管狀工件。工件也可以通過常規衝壓技術進行預成形。

該電動液壓成形室用於下文提到的常規成形方法中。

電動液壓成形室10分為兩部分製成。電動液壓成形室10包括稱為放電框架20的一個第一部分，和稱為模具30的一個第二部分。如圖所示，放電框架20代表電動液壓成形室的上部（根據圖的方向），模具30代表下部。作為變型，在不脫離本發明範圍的情況下，可以設想放電框架20代表電動液壓成形室的下部（根據圖的方向），模具30代表上部。作為變型，第一部分可以代表電動液壓成形室的左部（根據圖的方向），第二部分可以代表電動液壓成形室的右部（根據圖的方向），反之亦然。

放電框架20包括限定放電室22的內壁21。

針對這一部分，模具30包括成形室32，當在放電框架20和模具30組裝後，該成形室32與放電室22相對。

放電框架20和模具30彼此可拆卸，以允許待成形工件50的插入和移除。

待成形工件設置在模具30和放電框架20之間的界面33處，並且密封地保持在該位置上。待成形工件在電動液壓成形室中就位時將成形室32與放電室22分隔開。

在圖1的實例中，待成形工件為扁平形狀的工件。在圖2的實例中，待成形工件為管狀的工件。

成形室32具有一個面向待成形工件的壓印模31，該壓印模31對應於待成形工件變形後的形狀。

放電框架20和模具30優選地由鋼等金屬材料製成，以便在成形過程中呈現各個室（放電室22和成形室32）的結構強度，並且承受在電動液壓放電時產生的高壓。實際上，電動液壓放電時的電壓可以達到幾萬伏。

放電室22用於填充有不可壓縮流體，優選為液體，例如水。

一個供水管道23設置在放電框架20中，使得放電室22與一個盛水的罐（未示出）相連，並且向放電室20供水。

一個排水管道（未示出）設置在放電框架20中，使得放電室22與一個罐相連，並且將水從放電室排放到該罐中。

在一個變型例中，供水管道23和排水管道是同一個管道，使得水可以從單個罐供應到放電室，並從放電室排放到同一個罐中。

成形室32，其內部優選為真空。

一個管道（未示出）設置在模具30中，使得成形室32與一個真空泵（未示出）相連。然而，作為變型或者在沒有產生真空的機構的情況下，管道可以將成形室32處於大氣中並提供多個通氣孔，使得空氣可以在成形過程中被排出。

在一個優選實施方式中，電動液壓成形室10和放電室22具有大致圓柱形的幾何形狀。

但在不脫離本發明範圍的情況下，電動液壓成形室10和放電室22可以具有任何幾何形狀。更具體地，放電室22優選地具有一種幾何形狀，其使得內壁21向待成形工件50反射在電動液壓放電時獲得的衝擊波。例如，如圖2所示，內壁的上部可以為錐形。

電動液壓成形室10還包括電動液壓放電系統40。

在圖1所示的非限制性示例中，電動液壓放電系統40包括兩個不同的電極41。

每個電極41均穿過放電框架20。每個電極的第一端42位於放電框架20的放電室22內。位於放電框架20外部的第二端43通過電源線連接到一個電能儲存單元（未示出）。

兩個電極41優選地覆蓋有電絕緣材料的護套44，使得它們與形成放電框架20的金屬材料電絕緣。

電極41設置在電動液壓成形室10中，以在兩個電極41的第一端42之間產生電極間距離d1。眾所周知，在振幅和持續時間方面，電極間距離d1可以限定電動液壓放電時產生的衝擊波的功率。

根據待成形工件待獲得的形狀的複雜性和/或待成形工件的構成材料來增大或減小電極間距離d1，以調節電動液壓放電時達到的能量並影響衝擊波的功率。

在一個實施方式中，電極間距離d1可以通過如螺母系統等常規設定機構（未示出）進行調節，只要其設定操作不會損壞兩個電極41即可。

兩個電極也相對於工件進行設置，以便在電動液壓放電的位置和工件之間保持距離d2。距離d2通過直達波有助於使工件成形。

兩個電極41所連接的電能儲存單元尤其包括至少一個電容器。對於本領域技術人員，電能儲存單元的各種組件的形式和操作是已知的，在本說明書中不做詳細描述。

電動液壓成形室和電能儲存單元組合形成一個電動液壓成形機。

放電框架20的內壁21的一部分具有非金屬塗層24。

非金屬塗層24是沉積在內壁21的全部或一部分上的一個層。非金屬塗層24部分地覆蓋內壁21，並通過適當的手段與內壁形成為一個整體。

優選地，非金屬塗層24具有厚度e，以完全消除一個電極41的第一端42和金屬放電框架20之間產生電弧的風險。

在一個優選實施方式中，為了減小厚度e，非金屬塗層24由電絕緣材料製成。

優選地，非金屬塗層24選取介電強度非常高的材料，介電強度大於20kv/mm。

在一個示例性實施方式中，當電動液壓放電達到的電壓為100kv，並且非金屬塗層24選取介電強度為20kv·mm-1的材料時，塗層將具有5mm的厚度。

塗層還受到與衝擊波衝擊內壁相關聯的應力。塗層具有拉伸強度，優選為大於20mpa。

在優選的示例性實施方式中，塗層的材料為塑料，例如：

-高密度聚乙烯（pehd）；

-聚四氟乙烯（ptfe）；

-聚醯胺，如聚醯胺6（pa6）；

-聚碳酸酯（pc）；

-聚氯乙烯（pvc）；

-聚醚醚酮（peek）；

-聚氨酯（pu）。

在其他示例性實施方式中，塗層的材料為陶瓷材料，例如瓷器材料。

塗層也可以由這些材料的組合構成。

每個電極41在內壁21的非金屬塗層24處穿過放電框架20。

雖然電弧可以沿著一個電極41的護套44通過蠕變傳播，並且朝向金屬放電室22傳播，但是在兩個電極41之間的電動液壓放電時，在絕緣體（電極41的護套44，和內壁21的絕緣塗層24）接合處產生電弧的風險被大大減弱。實際上，壓力波在電極41的方向上壓縮電極-護套組件。作為響應，電極-護套組件通過在靠近絕緣塗層24處膨脹而徑向變形。這種變形增大了絕緣體之間的接觸壓力，並阻塞了一個潛在電弧的通道。

在一些變型例中，內壁全部覆蓋著一種非金屬塗層或多種非金屬塗層。

例如，圖2所示的內壁21覆蓋著兩種非金屬塗層24和25。位於兩個電極附近的非金屬塗層24選取介電強度比第二塗層25更大的材料，以便加強臨近電動液壓放電時放電框架20的結構和絕緣性質。

這種電動液壓成形室10通過內壁21的全部或一部分上的非金屬塗層24，有利地實現小體積的放電室22，例如，優選為小於1升，更優選為小於0.5升。小體積使得在大約5秒左右快速填充放電室。

因此，可以設想每分鐘進行多次電動液壓放電，例如每分鐘進行至少兩次電動液壓放電，優選地每分鐘進行六次電動液壓放電。

這樣的電動液壓成形室10尤其適用於生產小尺寸的工件，例如，如圖3所示，例如裝飾有精細蝕刻81等的usb盤殼體80。

本發明不限於上述作為非限制性實施例和變型例的優選實施方式。本發明還涉及本領域技術人員理解範圍內的變型例。

特別地，如圖2所示，電動液壓放電系統40可以具有不同於兩個電極的一個爆炸絲46。對於本領域技術人員，爆炸絲的操作是已知的，在本說明書中不做詳細描述。

在這個變型例中，一個通道管26設置在放電框架20中，其到達在靠近內壁21的非金屬塗層24處穿過該放電框架20，以允許爆炸絲46在放電室22中輸送。

爆炸絲46優選地定位在放電室與內壁的非金屬塗層相對的中心位置。

非金屬塗層24的厚度也是電動液壓放電時產生的能量的函數。

在另一個變型例中，電動液壓放電系統40包括一個在兩個電極之間的爆炸絲。

在這個變型例中，一個通道管設置在一個電極中，以允許爆炸絲在放電室中兩個電極之間輸送。

現在描述基於電動液壓成形室10的一種電動液壓成形方法的實例。

為了通過電動液壓成形使工件50成形，本方法包括第一步驟：將待成形工件定位在電動液壓成形室10中。

工件50，例如初始為扁平狀，定位在放電框架20和模具30之間。工件50設置在電動液壓成形室10中以面向壓印模31，並將放電室22與成形室32分隔開。

工件保持在電動液壓成形室的適當位置，以使成形室相對於放電室密封防水。

該方法進一步包括用水填充放電室的步驟。

將水通過供水管道23導入放電室，直到填滿放電室。

接下來，該方法包括在放電室包含的流體中電動液壓放電的步驟。

用於執行這一步驟的一種手段是將電能儲存單元的至少一個電容器快速放電。

啟動電動液壓放電系統。

在電極的變型中，電極之間產生電弧，從而在水中產生氣泡。

在爆炸絲的變型中，導入放電室的線通過蒸發而發生爆炸，在水中產生氣泡。

該氣泡破裂並以衝擊波的形式釋放其能量，該衝擊波在水中傳播並以非常高的速度（幾百米/秒）使工件投擲在成形室的壓印模上，導致工件變形並成形。放電時達到的電壓約為幾萬伏。

在工件為管狀的情況下，工件通過徑向膨脹造成變形，而不是通過衝壓造成變形。

在該步驟結束時，該工件成形。

然後，該方法包括排空放電室的步驟。

水通過排水管道從放電室泵送到罐中。

然後，在界面33處打開電動液壓成形室10，釋放進入成形室，從成形室取出已成形的工件。

上面的描述清楚地說明了本發明憑藉其各種特徵和優點實現了設定的目標。特別地，本發明提供了一種適於使小尺寸工件成形的電動液壓成形室。其優點在於包括具有一個非金屬塗層的一個內壁，這使得放電室的尺寸大幅減小，從而減小了該成形方法所需的液體的體積。成形周期大幅縮短。