液电成形金属零件的实验研究

作者:xingyang                         时间：2010-12-02

轴承及轴承相关技术文章（轴承型号查询网提供） 关键字：轴承,金属零件 1　概述　　液电成形是利用液中强电流脉冲放电所产生的机械效应，即液电效应，对金属进行加工的一种高能成形新工艺，相对于常规的冲击成形方法，液电成形具有以下特点。　　①　成形速度高，液电成形产生超音速的冲击波，因而液电成形的成形速度很高，一般在每秒几百米，而机械成形加工的成形速度约为每秒几米至几十米。　　②　成形精度高，液电成形可以获得较高的成形精度，一般认为可达0.02～0.05mm，国外曾经报道，液电成形在成形长3660～4880mm的整块工件时，精度可达0.13mm,成形后不需再加工。　　③　工装少，利用液电成形方法可以同时进行拉深，冲孔，剪切，压印，翻边等复合加工工序，因此，加工一些形状复杂的零件，可以简化工序，减少工装，液电成形只需要阴模，不但省去了阳模，更消除了阴阳模配合问题，这就大大缩短了生产周期，降低了成本。　　④　特别适合于加工管件胀形零件，用一般机械方法加工管材胀形件的工序比较复杂，而当零件形状不对称或型面较复杂时则更为困难甚至无法加工，然而，用液电成形就可以比较容易地解决，而且能量利用率高，用这种方法也可以加工波纹管及不对称的零件。　　由于液电成形的上述特点，开展液电成形的实验研究很有必要，将使液电成形技术尽快走向实际生产。2　液电成形实验研究2.1　实验装置　　图1是液电成形实验装置的原理图，整个装置可分为两个部分：①充电回路，它包括高压变压器B，高压整流管G和充电电阻R，②放电回路，放电回路也称主回路，它包括电容器组C，辅助，空气，间隙K和主间隙F。[img]http://www.jinkouzc.com/0904202157315895.bmp[/img]图1　液电成形实验装置原理图2.2　液电成形机理　　当合上电源后，交流电源即通过变压器升压并经整流管整流向电容器组充电，这时，电容器组开始储存电能，当电容器组电压上升到所需值后，点燃辅助间隙，电容器组便通过辅助和主间隙放电，如果放电回路参数选配得恰当，则整个放电过程可以控制在几个或几十个微秒之内。　　因此，电容器积存的能量在极短的时间内发出，就在主回路中产生了巨大的瞬时功率，只要回路的电阻足够小，那么，大部分能量就会集中在液体间隙中，使液体间隙被击穿，液体间隙击穿时，大电流在极短的时间内通过放电间隙，电极间的液体介质水急剧游离，同时温度迅速上升。　　由于放电通道周围液体的惯性作用(液体几乎是不可压缩的)，致?高温气体(即等离子体)不能正比于温度而膨胀，因而压力在极短的时间内上升到峰值而产生冲击波并在液体介质中迅速向四周扩散，冲击波作用到工件上，就促使工件成形，这就是液电成形的机理。表1　一次拉深成形实验结果序号电压UC/kV电容C/μF主间隙/mm拉深深度/mm拉深比拉深后最厚度/mm变薄率1302.62521.461:0.140.9010%2362.62824.581:0.160.8812%3402.63231.061:0.210.8614%4452.63736.041:0.240.8218%2.3　成形实验2.3.1　拉深拉深也称拉延，是利用冲击力使平面毛坯变成为开口的空心零件的冲压方法，对材料为L2Y210的试件进行了一次拉深成形和多次拉深成形的对比实验，试件厚度为1mm,成形最大直径为150mm,工件与电极的距离取为40mm,毛坯最大直径为200mm,水深500mm，一次拉深成形的实验数据如表1所示。注：变薄率=[(t0-t)/t0]×100%式中　t0?工件拉深成形前厚度；　　　t?工件拉深成形后厚度。　　对于工件型面比较复杂的工件，有些位置曲率半径很小，材料机械强度又大，要一次放电完全贴模需要的能量较大，所以采用多次放电拉深，为此，进行了多次拉深实验，多次拉深的实验条件与一次拉深一样，只是在每次拉深之后重新夹紧试件，调整间隙，再进行下一次拉深实验，实验结果如表2所示。表2　多次拉深成形实验结果序号电压UC/kV电容C/μF主间隙/mm拉深深度/mm拉深比拉深后最厚度/mm变薄率1302.62523.661:0.150.928%2462.62829.021:0.190.9010%3402.63236.121:0.240.8911%4452.63740.341:0.260.8614%　　由表1可见，一次拉深的最大变形深度为36.04mm,最大拉深比为1:0.24,此时工件变薄率为18%。　　由表2可见，采用多次拉深最大变形深度可达40.34mm,拉深比可达1:0.269,变薄率下降到14%。　　由这些数据，就可以根据实际工件的拉深比和变薄率来确定具体工件材料所采用的拉深方式，确定出合理的工艺。2.3.2　冲孔　　对厚度为1mm的L2Y210材料进行了冲孔实验结果如表3所示，通过实验证明，在冲孔时，模具与工件之间不能有气体或液体存在，否则将使工件反鼓，不能实现冲孔，要得到高质量的冲件，必须使模具冲孔的边缘锋利，同时要布置好工件与电极的相对位置，并加强密封，建立真空装置。 表3　冲孔实验结果序号电压UC/kV电容C/μF主间隙/mm工件与电极距离/mm放电次数n／次冲孔质量1362.628305　有毛边2402.630323　稍有毛边3452.635371　无毛刺2.3.3　复合工艺　　对厚度为1mm的L2Y210材料，一次完成成形、压印，实验结果如表4所示。 表4　复合工艺实验结果序号电压UC/kV电容C/μF主间隙/mm工件与电极距离/mm放电次数n／次冲孔质量1362.628305没贴模2402.630323压边不明显3452.635371完全贴模　　表4中序号1是在模具没有密封，模具底部没有排气孔的情况下进行的，序号2是在模具底部有排气孔的情况下进行的，序号3是在加强了模具密封，但对排气孔采用虚密封，即成形时密封可被冲掉的情况下得到的。　　从3种实验的对比来看，在模具没有排气孔，又没有密封的情况下，由于模具内进水，成形时其水不能随变形迅速排出，因而工件根本不能贴模，而当工件有排气孔时，其水的排出速度也远不及工件变形速度，因而也只能局部贴模，当加强密封以保证模具内只有气没有水，并保证工件成形时气体能排出时，工件成形要好一些，但也不能保证贴模精度，因此，要获得较高的成形精度必须建立真空装置。　　通过实验可以看出，液电成形可以很方便地完成成形，冲孔，压印的复合工艺。2.3.4　管件胀形　　液电成形特别适用于管件胀形，尤其是对异形管材，用一般的方法很难实现，而液电成形不管是多么复杂的形状均可一次成形，图2是管件胀形加工示意图。[img]http://www.jinkouzc.com/0904202157468565.bmp[/img]图2　管件胀形加工示意图　　对直径为65mm的黄铜H68材料进行管件胀形实验，管件长80mm,变形区长70mm,实验结果如表5所示。表5　实验结果序号电压UC/kV电容C/μF主间隙/mm放电次数n/次变形后最大直径/mm1362.628379.062402.630582.473452.635281.36　　从实验结果来看，管件自由胀形时应采取绝缘措施，否则电极将对管壁放电，会造成放电效果不佳，管件胀形不规则，甚至对管件内壁造成损伤。 3　结束语　　对液电成形工艺进行了初步的实验研究，工艺装置有待于进一步完善，工艺参数也需要进一步优化，但从已获得的实验结果可得出以下结论：　　①　多次拉深可增大成形直径与成形深度比，减小变薄率。　　②　锋利的模口可提高冲件的质量。　　③　管件胀形要采取绝缘措施。　　④　真空系统对液电成形质量非常重要。【MechNet】

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