電塑性流動旋壓成形裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及旋壓成形技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及電塑性流動旋壓成形裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]旋壓成形是近代新興的一種先進(jìn)塑性成形技術(shù)，綜合了鍛造、擠壓、拉伸、彎曲、環(huán)車U橫軋和滾壓等工藝特點(diǎn)，是成形制造空心回轉(zhuǎn)體零件的少無切削加工的先進(jìn)制造技術(shù)之一。旋壓成形具有變形條件好，制品性能高，尺寸精度高，材料利用率高，適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。旋壓成形可分為流動旋壓和剪切旋壓，其中流動旋壓是制備無縫筒形件和管件的重要成形方法之一。
[0003]隨著航空航天工業(yè)的迅猛發(fā)展，飛機(jī)、導(dǎo)彈、航天飛行器等產(chǎn)品的性能不斷提高，所采用新材料的加工難度越來越大。對鈦合金、鎂合金、高溫合金、鈦鋁金屬間化合物等輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐高溫材料的筒形件和管件的需求不斷增大。該類材料大部分室溫塑性變形能力較差，變形抗力大，加工硬化劇烈，目前大多采用熱旋壓成形工藝。熱旋壓成形普遍采用噴槍火焰加熱方式，存在環(huán)境污染大、溫度難以控制，溫度均勻性較差等缺點(diǎn)，導(dǎo)致熱旋壓生產(chǎn)勞動強(qiáng)度大，產(chǎn)品容易出現(xiàn)開裂、過燒等缺陷，廢品率高，生產(chǎn)效率低。
[0004]近年來，利用脈沖電流的電致塑性效應(yīng)在材料塑性加工的應(yīng)用越來越廣泛，電致塑性效應(yīng)是指對正在變形的金屬施加高能脈沖電流，利用脈沖電流的瞬時高能促進(jìn)原子擴(kuò)散、位錯運(yùn)動，從而降低材料的變形抗力，提高材料的塑性變形能力。研宄表明，電塑性拉伸TC4鈦合金絲材時，在240A/mm2的脈沖電流作用下，拉拔力可降低24%。電塑性加工不僅可以有效降低材料變形抗力，提高材料塑性變形能力，而且由于電流的焦耳熱效應(yīng)，脈沖電流還可以起到對材料高效加熱的作用。電塑性加工尤其適用于難變形材料的成形。電塑性加工在軋制、拉拔等領(lǐng)域已得到了成功應(yīng)用，但在流動旋壓成形方面還沒有具體解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實(shí)施例提供一種電塑性流動旋壓成形裝置，用以在流動旋壓成形方面應(yīng)用電塑性技術(shù)，該裝置包括:
[0006]旋壓機(jī)、脈沖電源、第一電極3、第二電極5、芯模6、工件2和旋輪4 ；
[0007]芯模6安裝在旋壓機(jī)的主軸I上，芯模6與主軸I同軸連接，工件2安裝在芯模6上，工件2內(nèi)側(cè)與芯模6外側(cè)貼合；
[0008]旋輪4與工件2發(fā)生變形的部位接觸；
[0009]第一電極3、第二電極5分別接觸在工件2發(fā)生變形的部位的兩側(cè)；第二電極5、第一電極3分別連接脈沖電源正負(fù)兩極；
[0010]脈沖電源輸出的脈沖電流依次通過第二電極5、第一電極3和工件2構(gòu)成回路；
[0011]主軸I帶動芯模6和工件2做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，第一電極3、第二電極5與旋輪4同步向主軸I方向做進(jìn)給運(yùn)動。
[0012]一個實(shí)施例中，旋壓機(jī)為臥式或立式。
[0013]—個實(shí)施例中，脈沖電源輸出的脈沖電流峰值不小于100A。
[0014]一個實(shí)施例中，第一電極3、第二電極5與工件2滑動接觸或滾動接觸。
[0015]一個實(shí)施例中，第一電極3和/或第二電極5上安裝有彈簧頂緊裝置。
[0016]一個實(shí)施例中，第一電極3和第二電極5通過支架安裝在旋輪4座上，隨旋輪4做軸向進(jìn)給運(yùn)動。
[0017]一個實(shí)施例中，芯模6與主軸I的連接處安裝有絕緣材料；旋輪4座與滑臺的連接處安裝有絕緣材料；第一電極3和第二電極5與支架固定位置安裝有絕緣材料。
[0018]一個實(shí)施例中，第一電極3、第二電極5與工件2接觸的位置分別在旋輪4的左右兩側(cè)；
[0019]或，第一電極3直接連接旋輪4，第二電極5連接工件2 ；
[0020]或，第一電極3、第二電極5與工件2接觸的位置分別在旋輪4的上下兩側(cè)。
[0021]本發(fā)明實(shí)施例還提供一種應(yīng)用上述電塑性流動旋壓成形裝置進(jìn)行電塑性流動旋壓成形的方法，用以在流動旋壓成形方面應(yīng)用電塑性技術(shù)，該方法包括:
[0022]將芯模6安裝在主軸I上，將工件2安裝在芯模6上，調(diào)節(jié)第一電極3、第二電極5與工件2接觸；
[0023]設(shè)置主軸I轉(zhuǎn)速，旋壓機(jī)和脈沖電源的工藝參數(shù)；
[0024]啟動主軸I帶動工件2旋轉(zhuǎn)，打開脈沖電源開始對工件2放電，調(diào)節(jié)旋壓機(jī)的旋輪軸向進(jìn)給開始旋壓；
[0025]待旋壓結(jié)束后，停止旋輪軸向進(jìn)給，關(guān)閉脈沖電源，退出旋輪4 ;
[0026]通過卸料裝置卸下工件2，關(guān)閉主軸I轉(zhuǎn)動，關(guān)閉旋壓機(jī)。
[0027]一個實(shí)施例中，設(shè)置旋壓機(jī)和脈沖電源的工藝參數(shù)，包括:設(shè)置旋壓機(jī)的旋輪進(jìn)給速度和減薄率，脈沖電源的脈沖電流頻率和放電電壓。
[0028]本發(fā)明實(shí)施例的電塑性流動旋壓成形裝置及方法，在流動旋壓成形方面應(yīng)用了電塑性技術(shù)，可以為鈦合金、鎂合金、高溫合金、金屬間化合物等難變形材料的流動旋壓成形提供具體解決方案，擴(kuò)大該類材料回轉(zhuǎn)體零件的應(yīng)用范圍。
【附圖說明】
[0029]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中:
[0030]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中電塑性流動旋壓成形裝置(脈沖電流的加載方式一)的示意圖；
[0031]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中電塑性流動旋壓成形裝置(脈沖電流的加載方式二)的示意圖；
[0032]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中脈沖電流的加載方式三的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳細(xì)說明。在此，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
[0034]為了在流動旋壓成形方面提供應(yīng)用電塑性技術(shù)的具體解決方案，對鈦合金、鎂合金、高溫合金、金屬間化合物等難變形材料進(jìn)行流動旋壓成形，擴(kuò)大該類材料回轉(zhuǎn)體零件的應(yīng)用范圍，本發(fā)明實(shí)施例提供一種電塑性流動旋壓成形裝置。
[0035]本發(fā)明實(shí)施例的電塑性流動旋壓成形裝置利用了脈沖電流的電致塑性效應(yīng)和焦耳熱效應(yīng)，是一種新型電塑性流動旋壓成形技術(shù)。具體的，是在旋壓成形過程中，向旋壓工件正在發(fā)生變形的部位通入脈沖電流，也就是向旋輪與工件接觸的部位通入脈沖電流。
[0036]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中電塑性流動旋壓成形裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，該電塑性流動旋壓成形裝置可以包括:
[0037]旋壓機(jī)、脈沖電源、第一電極3、第二電極5、芯模6、工件2和旋輪4 ；
[0038]芯模6安裝在旋壓機(jī)的主軸I上，芯模6與主軸I同軸連接，工件2安裝在芯模6上，工件2內(nèi)側(cè)與芯模6外側(cè)貼合；
[0039]旋輪4與工件2發(fā)生變形的部位接觸；
[0040]第一電極3、第二電極5分別接觸在工件2發(fā)生變形的部位的兩側(cè)；第二電極5、第一電極3分別連接脈沖電源正負(fù)兩極；
[0041]脈沖電源輸出的脈沖電流依次通過第二電極5、第一電極3和工件2構(gòu)成回路；
[0042]主軸I帶動芯模6和工件2做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，第一電極3、第二電極5與旋輪4同步向主軸I方向做進(jìn)給運(yùn)動。
[0043]由圖1可知，本發(fā)明實(shí)施例的電塑性流動旋壓成形裝置主要包括旋壓機(jī)、脈沖電源、第一電極3、第二電極5、相關(guān)模具工裝(芯模6、工件2)和旋輪4等部分。
[0044]實(shí)施例中，旋壓機(jī)可以是臥式或立式。脈沖電源是可以提供脈沖電流的電源設(shè)備，實(shí)施例中，脈沖電流峰值可設(shè)為不小于100A。
[0045]通入脈沖電流的方式是將脈沖電源的兩極分別通過第一電極3、第二電極5接觸在工件2發(fā)生變形的部位的兩側(cè)，以保證脈沖電流流過工件2發(fā)生變形的部位。脈沖電流的加載方式可以有多種，例如圖1中示出了方式一，在方式一中，第一電極3、第二電極5與工件2接觸的位置分別在旋輪4的左右兩側(cè)，工件2中電流方向(虛線箭頭)為軸向。圖2中示出了方式二，在方式二中，第一電極3直接連接旋輪4，第二電極5連接工件2，工件2中電流方向(虛線箭頭)為軸向。圖3中示出了方式三，在方式三中，第一電極3、第二電極5與工件2接觸的位置分別在旋輪4的上下兩側(cè)，工件2中電流方向(虛線箭頭)為周向。
[0046]實(shí)施例中，第一電極3、第二電極5與工件2的接觸方式可以是滑動接觸或滾動接觸。
[0047]實(shí)施例中，第一電極3和/或第二電極5上可以安裝彈簧頂緊裝置，保證電極與工件良好接觸。第一電極3和第二電極5可以通過支架安裝在旋輪4座上，隨旋輪4做軸向進(jìn)給運(yùn)動。
[0048]為了避免漏電或其他安全事故發(fā)生，可以對芯模6、旋輪座和電極三個帶動部件進(jìn)行絕緣隔離處理，具體可以是:在芯模6與主軸I的連接處安裝絕緣材料進(jìn)行隔離；在旋輪4座與滑臺的連接處安裝絕緣材料進(jìn)行隔離；在第一電極3和第二電極5與支架