專利名稱:用于從平面板脈沖成形盤形物的方法和設備的制作方法
技術領域:
本發(fā)明一般來說涉及成形領域,提供用于成形的設備和方法。本發(fā)明具體來說涉及其中的成形力是通過電脈沖快速放電產(chǎn)生的設備。
金屬具有一定塑性,因此,一種形狀的金屬工件經(jīng)??沙尚螢榱硪环N形狀。例如,通過使用一臺機械式的壓力機可以將金屬板成形和切割成許多的期望形狀。這樣一種壓制方法就需要極昂貴的大型設備,才能獲得必要的壓力,獲得所期望的最終的工件。
PMF是通過脈沖磁場使金屬工件或其一部分快速移動因而可使工件變形的的一種方法。PMF方法的一個優(yōu)點是這種方法的能耗最小,因此根本不需或只需極少對工件加熱。此外,這種方法沒有留下加工痕跡的缺點,許多其它技術有這種缺點。PMF方法使用一個或多個放電電容器,一個成形線圈,并且通常使用一個磁場整形器,用于產(chǎn)生一個瞬時的強磁場。按PMF方法產(chǎn)生的極強磁場是存儲在電容器中的電能通過成形線圈迅速釋放的結(jié)果。在工件中感應出來的最終的渦流在工件和成形線圈之間產(chǎn)生磁性排斥,使工件變形。
在美國專利3654787、3961739、4170887、4531393、4807731、5353617、5442846和PCT申請出版物WO97/22426中可以找到有關用PMF方法加工金屬工件的現(xiàn)有技術的方法和設備的背景技術。
脈沖放電成形(PDF)是利用通過一種流體放電產(chǎn)生的電火花或擊穿的一種方法,這種流體是可以產(chǎn)生等離子體和/或形成蒸汽的特殊液體,這種電火花或擊穿將在液體內(nèi)產(chǎn)生沖擊波。PDF方法已經(jīng)用于大量的需要產(chǎn)生一個突發(fā)的壓力波來實施加工的過程,例如巖石爆破等。
當從平面金屬板成形為有一定形狀的金屬工件時,經(jīng)常必須作的兩件事一是將板成形為期望的三維圖式形狀,二是修整邊緣以確定成形的金屬工件的邊界。
本發(fā)明的一個目的是提供一種設備和方法,用于使金屬板成形為具有期望的三維圖式形狀的盤形物。
在流體盆中形成等離子體或蒸汽,將產(chǎn)生沖擊金屬板的壓力波,使金屬板變形,并且通過模具呈現(xiàn)三維圖形。在此過程中,沿模具的所說邊緣對于周邊部分進行了剪切。
在流體盆中的流體最好是液體,特別是一種水性溶液。
按照本發(fā)明的另一個方面,提供一種用于成形大體上平面金屬板為具有三維圖形的盤形物的方法,該方法包括如下步驟(a)提供一個模具,所說模具具有其外形對應于所說三維圖形的成形表面,并且具有對應于盤形物的邊界的邊緣,這些邊緣由基本上垂直于成形平面的側(cè)壁確定;(b)把金屬板放在模具的成形表面上;(c)提供一個成形裝置,所說成形裝置包括流體盆和在流體中的多對放電部件,所說成形裝置具有一個面對模具的開口,多對放電部件連接到放電電路;和(d)促使所說放電電路放電,產(chǎn)生通過每一對放電部件的強電流短脈沖,在流體內(nèi)產(chǎn)生電火花或擊穿,在所說流體盆內(nèi)產(chǎn)生壓力波,這個壓力波沖擊靠在所說模具上的金屬板并使其變形。
可以理解,步驟(a)、(b)、(c)的順序是可以改變的,例如改變成如下的順序(a)-(c)-(b)或(c)-(b)-(a)或(c)-(b)-(a)等。
按照本發(fā)明的一個實施例,盤形物有一個中凹的凹陷部分,用作盤形物的中凹部分的型板。在這種情況下的模具的周邊部分基本上為平面形,因此確定了這個盤形物的裙部。模具的周邊部分還可以包括凹陷部分,例如環(huán)形的凹陷部分,于是確定了盤形物的裙部的圖形。這種盤形物的一個非限制性實例是企圖用作天線的盤形物,例如衛(wèi)星盤形天線。
電流通過多對放電部件脈沖放電的結(jié)果,促使各部分金屬板極其快速移動,或者產(chǎn)生成形或者產(chǎn)生剪切。在快速移動的金屬表面移動進入凹陷部分的地方,仍舊存在在凹陷部分內(nèi)的任何氣體都可能阻礙這種移動,妨礙獲得由模具確定的所期望形狀,在凹陷部分很大的情況下,例如,在上述實施例的中凹的凹陷部分,這尤其成為問題。因此,按照本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例,提供氣體導管,以便讓氣體從模具中的一個或多個凹陷部分流走。優(yōu)選地,將這些導管連接到一個真空源,借此在產(chǎn)生脈沖磁力之前排走所有的氣體。
按照本發(fā)明的一個實施例,將金屬板直接放在流體盆的開口處。按照本發(fā)明的另一個實施例,流體盆的開口用一個柔性壁密封,這個柔性壁可以將沖擊波傳送到金屬板。
按照本發(fā)明的一個實施例,該設備包括一個平面形的成形線圈部件,對于平面形成形線圈部件進行配置以確定一個圍繞流體盆的開口的框架,用于使板的周邊部分變形。將這樣一種線圈部件連接到放電電路,以便通過這個線圈部件產(chǎn)生強電流放電。例如,線圈部件可定位在模具邊緣的對面。
按照本發(fā)明的一個實施例,每一對放電部件都由一對流體盆內(nèi)的電極組成。按照本發(fā)明的另一個實施例,每一對放電部件都由一個同軸電極的兩個極組成。按照本發(fā)明的下一個實施例,這個放電部件對由流體盆的壁和一個電極組成,因此放電在這個電極和所說的壁之間發(fā)生。
該設備可以包括任何數(shù)目的放電部件對。例如,該設備包括的放電部件對的數(shù)目可以是2、3、4、6、8、等。在多個放電部件對的情況下,所有的放電部件對都連接到同一個放電電路,在這種情況下放電電流同時通過所有的電極;或者,按另一種方式,每個放電部件對都連接到不同的放電電路。在后一種情況下,通過所有的放電部件對的放電可以是同時的,或者,優(yōu)選地,對于放電定時,以得到預定的放電順序。
可以理解,所產(chǎn)生的沖擊金屬板的壓力波在板的不同部分產(chǎn)生不同的作用力。為了在位于開口處板的整個表面上產(chǎn)生基本上均勻的力,分布在整個流體盆上的一系列放電部件對在流體中可以基本上同時地放電。其結(jié)果是,一系列壓力波或一個基本上均勻的壓力波前,在整個所說的部分上產(chǎn)生了基本上均勻的成形力,所說的壓力波前是沖擊金屬板的各個壓力波的組合。然而,經(jīng)常發(fā)生的情況是,期望依次在板的不同部分上施加成形力。按照本發(fā)明的一個實施例可以實現(xiàn)這一要求,即為多個放電部件對中的每一個提供單獨地放電電路,然后依次通過不同的放電部件對產(chǎn)生放電電流脈沖。
按照本發(fā)明的另一個其它方面,本發(fā)明進一步提供一個成形力產(chǎn)生裝置,它包括其中設有放電部件的一個流體盆,放電部件連接到放電電路,以便通過放電部件產(chǎn)生快速和強大的放電電流,在各對放電部件之間產(chǎn)生電火花或擊穿,在流體內(nèi)產(chǎn)生壓力沖擊波;其特征在于放電電路包括一個電容器組,電容器組的一個極連接到這種放電部件對的至少一個放電部件上,電容器組的另一個極連接到電源的一個極并且連接到放電開關的一個極;放電開關的另一個極連接到所說這對放電部件對的另一個放電部件上,并且連接到所說電源的另一個極上。
上述的成形力產(chǎn)生裝置例如可以用作任何一個上述設備中的成形裝置。
下面,參照附圖以非限制性的方式描述本發(fā)明。
特定實施例的詳細描述首先參照附
圖1,其中表示用標號10總體表示的一個設備,設備10包括模具12和成形力產(chǎn)生裝置14,在它們之間夾持一塊金屬板16。
模具12有大體上圓形的成形表面18,成形表面18的邊緣20由直壁22確定,直壁22有一個中間為拱頂形的凹陷部分24和一個環(huán)形槽26。可以理解,確定在設備中要成形的盤形物的形狀的模具的這種具體形狀只是一個例子,模具可以采取各種其它形狀。例如,模具可以有完全矩形形狀,可以有不同種類的凹陷部分來形成具有不同三維圖形的盤形物,等。于是,具體說明的實施例不會降低這里定義的本發(fā)明的普遍性。
在模具12中形成多個導管28,導管從凹陷部分24引到一個真空源(未示出),真空源從凹陷部分24抽吸空氣(在圖2中用箭頭表示)。
模具12的周圍有一個環(huán)形部件32,環(huán)形部件32在距平面表面18一定距離處有上表面34,并且具有倒角的內(nèi)部36,用于接納和保持剪下的材料廢物(參見下述)。
成形力產(chǎn)生裝置14包括一個PDF裝置,總體用標號40表示,PDF裝置40包括一個流體盆42,保存其中放置的流體43和多個放電電極44(在這個剖面圖中只示出兩個放電電極44,但可以理解,可以在流體盆內(nèi)各個不同位置提供較多數(shù)量的放電電極)。流體43在一般情況下是一種液體(但不排除其它),一般來說是水性溶液。流體43有時也可以是一種氣體。流體盆有開口46,開口46通過在開口的邊緣50上延伸的并且固定到這個邊緣50上的一個柔性壁48封閉(固定的方式本身是公知的,這里沒有示出)。
開口46的大小應該是這樣的開口46在模具的主凹陷部分的對面,并且最好還要在其它的凹陷部分(如凹陷部分26)的對面。
成形力產(chǎn)生裝置14進一步包括平面形成形線圈部件52,對于這個線圈部件52進行安排以確定出一個圍繞開口46的框架,并且具有一個面54,所說的這個面54面對金屬板并且緊密靠近金屬板16。線圈部件54的位置和尺寸應該是這樣的線圈部件54是板16的對面的部分,并且包括對面的邊緣20和從這里沿周邊方向伸出的那些部分在內(nèi)。應該理解,在成形線圈部件52內(nèi)的成形線圈56最好是和板16以及其它的導電物體(如PDF裝置40的主體)電絕緣,這是在這個PDF裝置40的主體是由金屬或其它導電物體制成的情況所要求的。但應該注意的是,PDF裝置40的主體最好由具有剛性的非金屬硬物質(zhì)構(gòu)成,以便承受流體盆42內(nèi)產(chǎn)生的壓力,并且相應地可將其嵌入電絕熱材料中或用電絕熱材料覆蓋。
電極44和成形線圈56電連接到放電電路60。
圖4表示電極44的結(jié)構(gòu)的示意圖。電極44是由一個具有腔62的金屬管構(gòu)成,所說的管有逐漸變細的放電端64。電極涂有電絕緣層66。腔62連接到氣體源,如空氣,由壓縮機或壓縮氣體庫(未示出)向腔62提供氣體。進入流體盆42的這種氣體便于在流體盆42中所包含的液體43(一般為水性溶液)內(nèi)產(chǎn)生放電和形成等離子體。在本發(fā)明的某些實施例中,電極可以包括單個導電的尖端(非透氣體的尖端)。
對于圖4所示的這種類型的電極,或者包括單個導電尖端的電極,每個放電部件對都是由兩個電極構(gòu)成的。
在圖5中可以看見本發(fā)明的電極100的另一個實施例。這個實施例的電極100是一個同軸電極,具有一個中央電極部件102和一個周邊環(huán)形電極部件104,用非導電層106隔離這兩個電極部件。電極部件102和104連接到放電電路110。以此方式,在發(fā)生快速和強大的放電電流脈沖時,將在電極102和104之間產(chǎn)生火花。
應該注意,在某些其它的實施例中,流體盆107主體可以形成放電部件對的放電部件之一,因此,放電將在一個電極和這個主體之間進行。
按照本發(fā)明的另一個實施例的設備120示于圖6之中。設備120不同于圖1所示的設備10之處在于(ⅰ)設備120不包括柔性壁,因此流體盆中的流體和金屬板直接接觸;和(ⅱ)設備不包括周邊剪切線圈。對于設備120,在液體內(nèi)產(chǎn)生的壓力波直接作用在金屬板上使其變形并且剪切它的周邊部分。
現(xiàn)在參照附圖7,圖7表示設備130,它包括具有多個電極134、136、138、140的流體盆132。每個電極對(134、136、等)分別都連接到一個對應的放電電路142、144、146、148,它們都在控制電路150的控制之下。
在每對電極之間都產(chǎn)生放電電流,并且可以對它們進行定時,或者使得所有的放電都是同時進行的,或者按照預定的順序通過不同的放電部件對進行放電。
在圖8A和8B中分別表示放電電路60A和60B的兩個實施例。放電電路60A包括電源70、大電流快速放電開關72、和觸發(fā)單元74,電源70可以是一個電容器或一組電容器,諸如可控的真空放電管(可以是本身已知的任何一個這樣的器件,或者是在以色列專利出版物第119826號及其對應的PCT申請第PCT/IL97/00383號中公開的這種器件),觸發(fā)單元74驅(qū)動開關72放電。開關和電源與成形線圈54串聯(lián)連接,并且與沒入流體盆42中的電極44串聯(lián)連接。這個放電電路在80處一起接地。在通過觸發(fā)單元74觸發(fā)時,開關72閉合,在電極44中產(chǎn)生通過線圈53的放電。
對于另一種放電電路60B,其中的線圈54和電極44不是串聯(lián)連接,電路60B中提供兩個并聯(lián)的電路82和84,第一個電路82用于通過線圈54放電,第二個電路84用于產(chǎn)生通過流體盆42內(nèi)的電極44放電。通過一個觸發(fā)單元74′并行地觸發(fā)兩個電路中的電開關70′和70。這兩個電路82和84各有它們自已的獨立的電源。圖5B中的所示的的電路60B用于電極和線圈之間的阻抗失配的情況。
現(xiàn)在回到圖2,在激勵電路60時,(或者按另一種方式,如圖5B所示的那樣),放電電流同時穿過電極44和線圈56,在流體盆42中產(chǎn)生火花,在液體43中產(chǎn)生等離子體和蒸汽。這就產(chǎn)生了壓力波,壓力波在柔性壁48上施加壓力,借此使金屬板16按照模具12中的凹陷部分提供的型板變形。通過線圈56的放電在板的周邊部分產(chǎn)生脈沖式的磁力,將這些周邊部分切掉。于是,如圖3所示,形成一個盤形物90。盤形物90有一個中凹的凹陷部分92和周邊環(huán)形槽94。這樣一種盤形物是有用的,例如用作一個天線,尤其是可以用在衛(wèi)星通信中。
然后把環(huán)形部件32推向并超過邊緣20,以釋放周邊部分84。
圖9表示一個成形力產(chǎn)生裝置160,其中所產(chǎn)生的成形力來自于液體內(nèi)的放電。按照本發(fā)明,將裝置160連接到一個放電電路162。為了進行比較,參照附圖10,圖10表示的是一個相同的設備160′,但設備160′連接到現(xiàn)有技術的放電電路164。通過比較在圖11和12(現(xiàn)有技術)之間分別放電時電位隨時間的變化,就可以評價圖9的電路優(yōu)于圖10所示電路的優(yōu)點。在圖9的放電電路中,電容器電池166與裝置160串聯(lián)連接,兩者再并聯(lián)連接到和控制器170相聯(lián)的放電開關168。來自于電源(由電極172、174表示)的電荷給電容器電池166充電,因此,總能在裝置160的放電部件對之間建立一個恒定的電位,這個電位可以達到由電源提供的最大值。因此,當控制電路170使開關168閉合時,電位保持在最高電平,因此,在裝置160的放電部件之間的放電電荷最大。然而,與此相對照,在圖10所示的現(xiàn)有技術電路中(使用和本發(fā)明的視圖相同的標號表示相似的部件),由于電極中的缺陷或由于電極尖端長,有電流泄漏到液體中,因此不能達到最大的期望電位(在圖12中由虛線表示),在較低的電位下產(chǎn)生火花,因而裝置的總體性能較差。
權利要求
1.一種用于成形大體上平面金屬板為具有三維圖形的盤形物的設備,該設備包括模具,所說模具具有其外形對應于所說三維圖形的成形表面,并且具有對應于盤形物的邊界的邊緣,這些邊緣由基本上垂直于成形平面的側(cè)壁確定;成形裝置,所說成形裝置包括流體盆和在流體中的多對放電部件,所說成形裝置具有面對模具的開口,以便允許壓力波從流體傳送到金屬板;和放電電路,用于通過多對放電部件放電來產(chǎn)生短而強的電流,在流體內(nèi)產(chǎn)生電火花或擊穿,從而形成等離子體、蒸汽、或兩者均有。
2.如權利要求1的設備,其特征在于在所說流體盆中的流體是一種液體。
3.如權利要求2的設備,其特征在于該液體是一種水性液體。
4.如權利要求1-3中任何一項中所述的設備,其特征在于所說成形表面包括對應于所說三維圖形的凹陷部分。
5.如權利要求1-3中任何一項中所述的設備,其特征在于所說模具的成形表面有一個中凹部分,它確定并用作要成形的盤形物的中凹部分的一個型板。
6.如權利要求4或5的設備,其特征在于中央凹陷部分設有導管,用于排放氣體。
7.如權利要求6的設備,其特征在于所說導管連接到一個真空源,用于從凹陷部分排走氣體。
8.如權利要求4-7中任何一項中所述的設備,其特征在于用于形成具有中凹部分和周邊裙部的盤形物。
9.如權利要求8的設備,其特征在于成形表面有周邊環(huán)形凹陷部分,用于成形盤形物的裙部中的周邊環(huán)形槽。
10.如前述權利要求中任何一項中所述的設備,其特征在于流體盆的開口由一個柔性壁密封。
11.如前述權利要求中任何一項中所述的設備,其特征在于成形設備包括一個平面形的成形線圈部件,對于成形線圈部件進行安排,以便可以在所說的開口的周圍確定出一個框架,用于變形板的周邊部分,所說的線圈部件連接到一個放電電路,以便可以通過線圈部件產(chǎn)生強放電電流。
12.如權利要求11的設備,其特征在于所說的線圈部件定位在所說模具的所說邊緣的對面。
13.如前述權利要求中任何一項中所述的設備,其特征在于每一對放電部件都由一對電極組成。
14.如權利要求1-12中任何一項中所述的設備,其特征在于每一個放電部件對都包括一個同軸電極。
15.如前述權利要求中任何一項中所述的設備,其特征在于放電在所有的放電部件中同時發(fā)生。
16.如權利要求1-14中任何一項中所述的設備,其特征在于按照一個預定的順序在不同的放電部件中放電。
17.一種成形力產(chǎn)生裝置,它包括其中設有放電部件的流體盆,放電部件連接到放電電路,以便通過放電部件產(chǎn)生快速和強大的放電電流,在各對放電部件之間產(chǎn)生電火花或擊穿,在流體內(nèi)產(chǎn)生壓力沖擊波;其特征在于放電電路包括一個電容器電池,電容器電池的一個極連接到一個這樣的放電部件對的至少一個放電部件上,電容器電池的另一個極連接到一個電源的一個極并且連接到放電開關的一個極;放電開關的另一個極連接到所說這對放電部件對的另一個放電部件上,并且連接到所說電源的另一個極上。
18.如權利要求11-16中任何一項中所述的設備,其特征在于所說設備包括權利要求17中所述的成形力產(chǎn)生裝置。
19.一種用于成形大體上平面金屬板為具有三維圖形的盤形物的方法,該方法包括如下步驟(a)提供一個模具,所說模具具有其外形對應于所說三維圖形的成形表面,并且具有對應于盤形物的邊界的邊緣,這些邊緣由基本上垂直于成形平面的側(cè)壁確定;(b)把金屬板放在模具的成形表面上;(c)提供一個成形裝置,所說成形裝置包括流體盆和在流體中的多對放電部件,所說成形裝置具有一個面對模具的開口,多對放電部件連接到放電電路;和(d)促使所說放電電路放電,產(chǎn)生通過每一對放電部件的強電流短脈沖,在流體內(nèi)產(chǎn)生電火花或擊穿,在所說流體盆內(nèi)產(chǎn)生壓力波,這個壓力波使靠在所說模具上的金屬板變形。
20.如權利要求19的方法,其特征在于所說流體是一種液體。
21.如權利要求20的方法,其特征在于該液體是一種水性液體。
22.如權利要求19-21中任何一項中所述的方法,其特征在于所說模具的成形表面有一個中凹凹陷部分,它確定并用作盤形物的中凹部分的型板。
23.如權利要求22的方法,其特征在于包括從所說凹陷部分排放氣體。
24.如權利要求23的設備,其特征在于借助于一個真空源從所說的凹陷部分排走氣體。
25.如權利要求23和24中任何一項中所述的方法,其特征在于盤形物形成有大體上平面形的裙部。
26.如權利要求25的方法,其特征在于裙部形成一個環(huán)形槽。
27.如權利要求19-26中任何一項中所述的方法,其特征在于所形成的盤形物是天線的盤形物。
28.如權利要求19-27中任何一項中所述的方法,其特征在于所說的成形設備包括一個平面形的成形線圈部件,對于成形線圈部件進行安排,以便可以在所說的開口的周圍確定出一個框架,用于變形板的周邊部分,所說的線圈部件連接到一個放電電路,以便可以通過線圈部件產(chǎn)生強放電電流,并且,步驟(d)包括通過成形線圈產(chǎn)生強放電電流的短脈沖。
29.如權利要求19-28的方法,其特征在于流體盆包括多個放電部件對。
30.如權利要求29的方法,其特征在于放電電流在所說的多個放電部件中同時發(fā)生。
31.如權利要求29方法,其特征在于按照一個預定的順序在不同的放電部件中放電。
全文摘要
一種用于成形大體上平面金屬板為具有三維圖形的盤形物的設備,包括:模具,所說模具具有其外形對應于所說三維圖形的成形表面,并且具有對應于盤形物的邊界的邊緣,這些邊緣由基本上垂直于成形平面的側(cè)壁確定;成形裝置,所說成形裝置包括一個流體盆和在流體中的多對放電部件,所說成形裝置具有一個面對模具的開口,以便允許壓力波從流體傳送到金屬板;以及放電電路,用于通過多對放電部件放電來產(chǎn)生短而強的電流,在流體內(nèi)產(chǎn)生電火花或擊穿,從而形成等離子體、蒸汽、或兩者。
文檔編號B21D26/00GK1284017SQ98813441
公開日2001年2月14日 申請日期1998年12月29日 優(yōu)先權日1997年12月29日
發(fā)明者奧倫·加福里, 尤里·利夫希茨 申請人:普爾薩焊接有限公司