[发明专利]高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置与成形方法

权利要求书

1.高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置，其特征在于：包括上模具、下模具和高能脉冲成形系统，所述上模具包括上模板、成形凹模和凹模固定板，所述下模具包括下模板、储液室和液室固定板，所述成形凹模通过所述凹模固定板固定在所述上模板上，所述成形凹模上开设有与外部的真空泵连接的排气孔；所述储液室固定在所述液室固定板上，所述液室固定板固定在所述下模板上，与供液设备相连接的所述储液室的两侧分别固定组装正负电极，通过引出线与所述高能脉冲成形系统相连接的所述正负电极之间设置有含能棒；所述上模板与下模板通过导套导柱配合安装；

所述含能棒包括含能材料、金属丝、绝缘管和端塞，将制备好的含能材料装入绝缘管内，所述绝缘管的两端用端塞通过胶接密封形成所述含能棒；所述含能棒内置金属丝的直径为0.1-1.0mm，有效放电长度为20-200mm；所述含能材料主要由铝粉、硝酸铵、高氯酸铵、氧化铜、聚四氟乙烯、镍粉中的两种或两种以上按比例混合而成。

2.根据权利要求1所述的高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置，其特征在于：所述上模板上装配的导套与安装在所述下模板上的导柱相配合，且所述导套过盈配合安装在所述上模板上，所述导柱过盈配合安装在所述下模板上，且所述导柱和导套之间采用间隙配合。

3.根据权利要求1所述的高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置，其特征在于：所述成形凹模是板材成形型腔。

4.根据权利要求1所述的高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置，其特征在于：所述储液室为台阶式，所述储液室两侧预设螺纹孔，所述正负电极的电极外部安装绝缘套，所述绝缘套通过螺纹钢套固定在所述储液室两侧的螺纹孔内。

5.根据权利要求4所述的高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置，其特征在于：所述成形凹模和储液室的接触位置设置有一号密封圈，所述绝缘套与螺纹钢套的接触位置设置有二号密封圈，所述绝缘套与所述储液室的接触位置设置有三号密封圈。

6.根据权利要求1所述的高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置，其特征在于：所述正负电极的电极端均设有用于锁紧所述含能棒两端的金属丝末端的弹球装置。

7.高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形方法，应用权利要求1-6中任一项所述的高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、用程序控制智能机械臂投放含能棒于正负电极之间，两电极端弹球装置锁紧含能棒两端的金属丝，用机械臂夹持板材放置于储液室指定位置，板材和储液室之间利用一号密封圈进行密封处理；

步骤2、凹模固定板和液室固定板通过紧固螺栓定模，上模板和下模板通过导柱导套导向合模，用液压机对模具预设一定的锁模力；

步骤3、检查真空泵与成形凹模、充液接口与供液设备、放电电极和高能脉冲放电设备的连接状态；

步骤4、启动真空泵使成形凹模型腔处于真空状态；

步骤5、打开供液设备通过充液接口向储液室充入定量液体；

步骤6、检查线路连接状态，若电路处于“导通”状态，即可进行放电加工；

步骤7、闭合充电开关，高压电源通过高压整流管和限流电阻对放电电容器组进行充电，达到预设电压后断开充电开关，打开放电触发信号源控制辅助放电间隙，对含能棒进行放电；

步骤8、放电结束后打开排液接口回收液体；

步骤9、启动液压机开模，通过机械臂进行取件，完成整个板材的成形工作。

8.根据权利要求7所述的高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形方法，其特征在于：步骤2的模具安装在通用液压机上，整个成形过程中的液体由外接的供液设备提供，储液室的液体通过排液接口回流进入废液处理系统中，进行电解、过滤、沉积后流入供液设备，使储液室内的液体渐进更新、二次循环利用；

步骤3供液设备充入液体为常温水介质且水的体积与储液室的体积大小相同；高能脉冲放电设备参数选取范围为：放电电容为1-2000μF，放电电压为1-30kV。

9.根据权利要求7所述的高能电脉冲驱动含能材料的金属板材成形方法，其特征在于：步骤7含能棒释能反应过程是高压脉冲设备电容器组被充电到预设电压，打开放电触发信号源、控制接通辅助放电间隙，高能脉冲电流通过正负电极流入金属丝，金属丝在高能脉冲电流的作用下发生短路并瞬间升温、融化、汽化产生纳米级的高温等离子体，等离子体迅速进入含能材料间隙中引燃并随之触发含能材料释放能量；金属丝爆炸和含能材料快速释放大量能量并产生强大的冲击波、化学能、热能作用于水介质，由于水为不可压缩介质，在获得的高动能后作用于难成形金属板材，完成板材的塑性成形。