[发明专利]一种基于电爆炸的金属加工工件矫形加工装置及方法

说明书

本发明提供了一种基于电爆炸的金属加工工件矫形加工装置及方法，属于金属材料加工领域，方法为：根据金属加工工件达到贴合模具条件所需受力大小和分布，设置导电金属阵列的空间分布；在金属加工工件与电极盖板之间的间隙中灌注液体，使导电金属阵列浸入液体中；利用脉冲电源系统向导电金属阵列中通入脉冲电流，使导电金属阵列发生不同方向不同强度的爆炸冲击波，进而使金属加工工件发生变形，与模具贴合。本发明能够确保在大尺寸金属加工工件高速成形的过程中，使金属加工工件与模具贴合。

技术领域

本发明属于金属材料加工领域，更具体地，涉及一种基于电爆炸的金属加工工件矫形加工装置及方法。

背景技术

轻质合金材料的广泛使用为工业生产轻量化提供了有效的实现途径，在其诸多加工工艺中，轻质合金材料壳体件的成形在航空航天领域有十分重要的应用。然而，常规工艺无法满足其高性能成形制造需求，常用的轻质合金材料(如铝合金和钛合金等)在常温下成形性能较差，容易出现过度减薄和显著回弹等缺陷。研究表明，高速成形可以显著改善成形质量。根据驱动的机理不同，常见的高速成形工艺主要包括以下两种：

电磁成形，是通过在金属加工工件中产生与焊接线圈方向相反的涡流，进一步产生电磁排斥力驱动金属加工工件的局部区域发生高速形变进而达到加工目的，可用于铝和铜等高电导率小尺寸金属板管件成形与焊接自动批量化生产。但以下几点不足，限制了其应用：(1)针对不同加工需求，需针对性地设计和制造专用的磁场发生器，导致装备成本较高；(2)受限于磁场发生器极限能量密度，该工艺的能量加载有限，所以很难应用于大尺寸、高厚度的工件加工；(3)电磁脉冲加工因为需要在工件表面感应涡流，只能应用于电导率较强的金属材料；(4)电磁成型加工的壳体件外缘起皱明显，仍需要后续工艺进行矫正。

电爆炸成形，是指利用脉冲电源系统向铝丝通入脉冲电流，铝丝在水中爆炸产生剧烈的冲击波，冲击波的能量转化为水的动能，进而使金属工件产生机械响应，完成高速变形过程。电爆炸成形加工工艺相较于电磁成形加工工艺有如下优点：(1)无需进行线圈设计，每次加工仅需要更换金属丝，实施成本较低；(2)电爆炸工艺是利用类似爆炸原理产生的机械冲击波进行金属加工，对待加工金属工件的电导率等电磁特性无特殊要求，能量利用率高，工艺适用性广泛。

虽然电爆炸成形在使用成本和金属加工工件的选择范围上明显优于电磁成形工艺，但是由于传统的电爆炸成形的爆炸源为单点爆炸源，主要在板件中心正上方爆炸，对于尺寸较小的加工件的加工效果较好，但是对于大尺寸金属加工工件而言，单点爆炸源会导致板件在高速变形的过程中受力分布极不均匀，进而引发加工件边缘起皱，贴模精度不达标等一系列问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于电爆炸的金属加工工件矫形加工装置及方法，旨在解决现有的对大尺寸金属加工工件加工时，单点爆炸源会导致金属加工工件在高速变形的过程中受力分布极不均匀，引发金属加工工件边缘起皱，贴模精度不达标的问题。

为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种基于电爆炸的金属加工工件矫形加工装置，包括：固定约束结构、电极盖板、模具、导电金属阵列和脉冲电源系统；

导电金属阵列安装在电极盖板的下方，导电金属阵列在电极盖板下方的安装位置由金属加工工件各位置与模具贴合所需的受力分布确定；导电金属阵列与脉冲电源系统相连；电极盖板的上方设置有固定约束结构；

当金属加工工件矫形加工时，金属加工工件放置在模具上方，金属加工工件与电极盖板间隙间灌注有液体，电极盖板放置在金属加工工件上方，导电金属阵列浸入液体中；导电金属阵列与脉冲电源系统导通；

模具用于支撑金属加工工件；固定约束结构用于将金属加工工件固定在电极盖板与模具之间；脉冲电源系统用于为导电金属阵列提供脉冲电流；导电金属阵列用于通过设置不同的空间分布，在脉冲电流的作用下产生不同方向不同强度的爆炸冲击波，使金属加工工件发生变形；

其中，金属加工工件为与电极盖板下表面不完全贴合的金属板件。