板料电致塑性渐进成形用通电旋转刀具系统的制作方法

本发明涉及金属加工技术领域，更为具体地说，涉及一种板料电致塑性渐进成形用通电旋转刀具系统。

背景技术：

板料电致塑性渐进成形是利用材料在高频率电脉冲的作用下变形抗力降低、塑性增加的特性，采用快速原型制造技术中的分层制造思想的一种新兴的成形工艺。板料电致塑性渐进成形利用电致塑性效应，不但能够降低流动应力、提高材料的塑性、改善制品的组织的性能，还能避免加热和热处理的诸多不足，降低设备成本。板料电致塑性渐进成形取消了对特定模具的需求，满足低成本多样式订制或新产品的快速成样调试生产要求，易于实现自动化加工，与传统一次拉深成形相比，能加工出曲面更复杂、延伸率更高的成形件，加工精度和表面质量均较好，板料电致塑性渐进成形发展前景非常广阔。

在刀具头转动渐进成形过程中，刀具头转动行进，且转动的刀具头与板料产生摩擦热使板料局部温度升高，板料加工时为刀具头提供合适的转速，有助于提高板料成形性能，如将电致塑性效应、转动刀具头摩擦热效应相结合，有利于提高板材的成形性能和成形精度。

刀具头转动渐进成形工作过程中，电致塑性电源设备提供低压大电流，使用载流较大的导线辅助刀具头导电，然而现有的刀具头在通电状态下，受导线绕线限制，不便于旋转，影响刀具头的正常使用，影响渐进成形工艺的开展。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种板料电致塑性渐进成形用通电旋转刀具系统，在板料电致塑性渐进成形中使用的避免产生绕线，便于刀具头的旋转使用。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

本发明提供的板料电致塑性渐进成形用通电旋转刀具系统，包括刀柄和刀具头，其中：所述刀柄的下部固定连接所述刀具头，所述刀柄的中部套设滑环，所述刀柄的上部用于所述刀具系统的固定安装，所述刀具头固定连接刀具导体环，所述滑环固定连接所述刀具导体环；

所述刀具系统还包括电刷架，固体电刷组件和导电棒，所述固体电刷组件设置在所述电刷架内，所述电刷架的底端设置通孔，所述导电棒设置在所述通孔内，且所述导电棒接触连接所述固体电刷组件，所述固体电刷组件接触配合所述滑环；

所述电刷架与所述滑环连接处设置轴承，所述轴承的外圈固定连接所述电刷架，所述轴承的内圈固定连接所述滑环。

优选的，上述板料电致塑性渐进成形用通电旋转刀具系统中，所述固体电刷组件包括两个固体电刷，所述固体电刷包括电刷支撑架、电刷压块和碳刷；所述电刷支撑架的横轴上设置通孔，所述导电棒通过所述通孔配合连接所述电刷支撑架，所述电刷支撑架和碳刷通过所述电刷压块固定连接，所述碳刷接触配合所述滑环。

优选的，上述板料电致塑性渐进成形用通电旋转刀具系统中，所述固体电刷组件还包括弹簧，所述电刷支撑架上设置弹簧连接点，所述弹簧固定连接所述弹簧连接点。

优选的，上述板料电致塑性渐进成形用通电旋转刀具系统中，所述刀具系统还包括锥形滑环支架，所述锥形滑环支架固定连接所述刀柄的上部，且所述锥形滑环支架固定支撑所述滑环。

优选的，上述板料电致塑性渐进成形用通电旋转刀具系统中，所述刀具系统还包括下锥形件，所述下锥形件固定连接所述刀柄的下部，且所述下锥形件固定支撑所述滑环。

优选的，上述板料电致塑性渐进成形用通电旋转刀具系统中，所述刀具导体环与所述滑环固定连接处设置转接块，所述转接块分别固定连接所述刀具导体环和滑环。

优选的，上述板料电致塑性渐进成形用通电旋转刀具系统中，所述滑环与所述刀柄之间存在间隙。

优选的，上述板料电致塑性渐进成形用通电旋转刀具系统中，所述刀具头通过强力夹头和夹头端盖固定连接所述刀柄。

优选的，上述板料电致塑性渐进成形用通电旋转刀具系统中，所述强力夹头与所述刀具头连接处设置绝缘套筒。

优选的，上述板料电致塑性渐进成形用通电旋转刀具系统中，所述刀具系统还包括绝缘罩，所述绝缘罩的上端固定连接所述电刷架，所述绝缘罩的下端设置刀具头通孔，所述刀具头穿过所述刀具头通孔。

本发明提供的板料电致塑性渐进成形用通电旋转刀具系统，主要包括刀柄、刀具头、电刷架、固体电刷组件、导电棒和滑环。刀具头固定在刀柄的下部；电刷架、固体电刷组件、导电棒和滑环组合成导电装置，滑环与固体电刷组件接触连接且滑环与固体电刷组件之间可以相对转动，滑环与电刷架通过轴承连接，滑环可相对电刷架相对转动；刀柄的中部套设在滑环中，刀具头通过刀具导体环与滑环固定连接。如此，当导电棒接通电源时候，可以实现刀具头带电。由于滑环与固体电刷组件之间可以相对转动，在刀具头使用时候，刀柄连接机床或其他驱动装置，刀柄的旋转带动刀具头旋转，由于滑环与电刷架之间是轴承连接以及滑环与固体电刷组件之间可相对转动，刀柄和刀具头的转动不会带动电刷架以及固体电刷组件转动。

如此，本发明提供的板料电致塑性渐进成形用通电旋转刀具系统在使用的过程能够满足刀具头带电以及刀具头旋转，同时导电连接装置而不发生旋转，有效避免产生绕线。工具头通电情况下安全旋转，改善工具头与板料接触状态，产生摩擦热效应，成形过程中可减小加工中的成形力，加工成本低；提高板材的成形效果

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的板料电致塑性渐进成形用通电旋转刀具系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的板料电致塑性渐进成形用通电旋转刀具系统的外轮廓结构示意图；

图3是本发明实施例提供的板料电致塑性渐进成形用通电旋转刀具系统的半剖结构示意图；

图4是本发明实施例提供的固体电刷组件的主视图；

图5是本发明实施例提供的固体电刷组件的侧视图。

其中：

1-刀柄，2-锥形滑环支架，3-轴承，4-电刷架，5-固体电刷组件，501-电刷支撑架，502-电刷压块，503-碳刷，6-滑环，7-夹头端盖，8-强力夹头，9-刀具导体环，10-刀具头，11-绝缘套筒，12-下锥形件，13-转接块，14-导电棒，15-绝缘罩。

具体实施方式

本发明实施例提供一种板料电致塑性渐进成形用通电旋转刀具系统，在板料电致塑性渐进成形中使用的避免产生绕线，便于刀具头的旋转使用。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中的技术方案作进一步详细的说明。

本发明实施例提供的板料电致塑性渐进成形用通电旋转刀具系统(简称刀具系统)，用于板料电致塑性渐进成形，请参考附图1-3，该图示出了板料电致塑性渐进成形用通电旋转刀具系统的结构。

本发明实施例提供的板料电致塑性渐进成形用通电旋转刀具系统包括刀柄1、轴承3、电刷架4、固体电刷组件5、滑环6、刀具导体环9、刀具头10和导电棒14，其中：

刀柄1可以用于所述刀具系统的安装以及刀具头10的固定，由于所述刀具系统配合机床使用，主要安装于机床的主轴上，为方便其安装，刀柄1选择标准刀柄。选择标准刀柄可以避免机床的改造，当需要使用板料电致塑性渐进成形时，所述刀具系统替换机床上的刀具，当选用的机床为铣床时，可以选用标准铣刀刀柄，如BT50-ER40-150刀柄，选用标准刀柄不仅方便所述刀具系统的安装，还能保证所述刀具系统安装固定的稳定性。刀柄1可以分为上部、中部和下部，上部用于所述刀具系统的安装，下部用于刀具头10的固定，中部用于其他结构的支撑和固定。

刀柄1的中部套设滑环6，滑环6外部设置固体电刷组件5，滑环6的外侧面与固体电刷组件5接触配合，且滑环6与固体电刷组件5可以发生相对转动，即滑环6可在固体电刷组件5内转动。固体电刷组件5的外部设置电刷架4，电刷架4可以保护固体电刷组件5，且电刷架4能够固定固体电刷组件5，电刷架4通过轴承3与滑环6连接。导电棒14与固体电刷组件5接触配合。滑环6通过刀具导体环9与刀具头10固定连接，且刀具导体环9分别与滑环6和刀具头10之间可导电。

在刀具系统工作过程中，刀具头10的带电过程：供电装置电连接导电棒14，电流通过导电棒14流入固体电刷组件5，再经固体电刷组件5流入滑环6，通过滑环6流入刀具导体环9，最后流入刀具头10，刀具头10带电。刀具头10的旋转，在刀具系统安装在机床上后，机床带动刀柄1旋转，刀柄1带动刀具头10旋转，刀柄1带动刀具头10、刀具导体环9和滑环6转动。由于滑环6与电刷架4通过轴承3连接且滑环6可在固体电刷组件5内转动，滑环6将不会带动电刷架4和固体电刷组件5一起转动。本发明实施例提供的刀具系统，在完成刀具头10的带电以及旋转时候，又不会因为其转动致使绕线现象的发生，方便板料电致塑性渐进成形的进行。

电刷架4将导电棒14、固体电刷组件5和滑环6进行了位置限定，在电刷架4的底端设置通孔，导电棒14穿过该通孔与电刷架4固定连接。为方便安装，电刷架4包括上、下两个片状结构体，导电棒14分别固定连接上、下两个片状结构体，固体电刷组件5被上、下两个片状结构体加在中间，导电棒14穿过固体电刷组件5。通过电刷架4、导电棒14、固体电刷组件5的相互连接作用，实现电刷架4对导电棒14和固体电刷组件5的固定和支撑。电刷架4、导电棒14和固体电刷组件5的连接结构不局限于此。优选的，导电棒14的两端固定连接电刷架4，导电棒14的中部与固体电刷组件5过盈配合。电刷架4一般采用绝缘材料，优选PEI，PEI具有很强的高温稳定性、很好的韧性和强度，还有良好的阻燃性、抗化学反应以及电绝缘特性。

滑环6与电刷架4的连接处设置轴承3，优选的，设置两个轴承，分别在电刷架4的上、下两个片状结构体上设置一个。轴承3的外圈固定连接电刷架4，轴承3的内圈固定连接滑环6。轴承3的选用保证滑环6位置可固定和滑环6可相对电刷架4转动。

刀柄1的中部套设在滑环6内，优选刀柄1与滑环6不接触，即刀柄1与滑环6之间存在间隙。电刷架4和固体电刷组件5被限制在刀柄的中部位置，如此，电刷架4、固体电刷组件5和导电棒14的位置设置不会影响到刀具头10，为刀具头10在板料电致塑性渐进成形过程中有足够的操作空间。为方便刀具头10在旋转工作过程中能够与滑环6的电流导通并能随刀具头10的旋转而旋转，刀具头10与滑环6通过刀具导体环9固定连接，要求刀具导体环9满足一定的强度要求且具有良好的导电作用。

为保证刀具导体环9与为刀具头10良好的接触，刀具导体环9为两个刀具导体半环组成，每一个刀具导体半环中间设置一个半圆，在安装时候，将刀具头10卡在半圆组成的圆孔内，再将两个刀具导体半环固定在一起。优选的两个刀具导体半环上设置相对应的螺钉通孔，通过长螺栓将两个刀具导体半环固定在一起，圆孔与刀具头10过盈配合。

为方便本发明提供的刀具系统使用，固体电刷组件5、滑环6、刀具导体环9、刀具头10和导电棒14需要满足强度要求且具有良好的导电作用，固体电刷组件5、滑环6、刀具导体环9刀具头10和导电棒14选用具有一定强度的且具有良好导电作用的材料。固体电刷组件5采用金属、石墨或两者的结合，优选的采用导电性能良好的铜、石墨或两者的结合，石墨具有良好的导电作用且具有良好的润滑作用。滑环6的材料为金属材料，优选金属铜。刀具导体环9的材料为金属材料，优选金属铜或铜合金。刀具头10的材料为硬质合金或工具钢等材料，优选YG15硬质合金。导电棒14的材料为金属材料或石墨，优选金属铜。轴承3选用优质的滚动轴承，优选SKF轴承。

进一步优化技术方案，固体电刷组件5包括两个固体电刷，固体电刷的结构参考附图4和5，固体电刷包括电刷支撑架501、电刷压块502和碳刷503。电刷压块502用于固定连接电刷支撑架501和碳刷503。电刷支撑架501的横轴上设置通孔，该通孔用于穿导电棒14。碳刷503的一侧面为圆弧形，在固体电刷安装使用的时候，该圆弧形侧面与滑环6配合，圆弧形侧面包裹滑环6。在安装使用的时候，两个固体电刷轴对称分布，电刷支撑架501的通孔位于同一条直线上，导电棒14穿过两个孔，将固体电刷固定，且碳刷503的圆弧形侧面相对设置，将滑环6合抱在两个碳刷503围成的圆内。为方便滑环6与碳刷503良好的接触，在电刷支撑架501上设置弹簧连接点，通过弹簧连接点用弹簧将两个电刷支撑架501固定，弹簧为两个固体电刷提供预紧力，保证工作过程中，流经固体电刷组件5的电流顺利导入滑环6。

在刀柄1的中部设置锥形滑环支架2，锥形滑环支架2是中间设置通孔的圆锥形结构，锥形滑环支架2的材料一般选择绝缘材料，优选PEI。锥形滑环支架2一部分可以为刀柄1与电刷支架4提供支撑，同时锥形滑环支架2的通孔内壁与刀柄1间隙配合，锥形滑环支架2的外侧面与滑环6的内壁配合，对滑环6有支撑作用，有效避免滑环6与刀柄1接触，提高滑环6与刀柄1的绝缘性。为更加优化技术方案，在刀柄1的下部设置下锥形件12，下锥形件12的材料一般选择绝缘材料，优选PEI。下锥形件12的中间设置通孔，下锥形件12的通孔与刀柄1间隙配合，下锥形件12的外侧面与滑环6的内壁配合，对滑环6有支撑作用。锥形滑环支架2和下锥形件12的共同作用，可以有效避免滑环6与刀柄1接触，避免电流通过滑环6流入刀柄1。

为方便刀具导体环9的安装，在刀具导体环9与滑环6固定连接处设置转接块13。转接块13分别通过螺钉固定连接滑环6和刀具导体环9。转接块13为环状结构，便于其与滑环6和刀具导体环9的紧密连接。转接块13为导电性能良好的金属材料，优选铜，在与滑环6和刀具导体环9良好接触的时候，保证滑环6的电流良好的流入刀具导体环9。

刀具头10与刀柄1的下部固定连接，为保证连接安装的便利，采用强力夹头8和夹头端盖7，强力夹头8和夹头端盖7选用与刀柄1配套的标准件，方便刀具头10的安装以及更换。优选的，在强力夹头8与刀具头10之间设置绝缘套筒11，绝缘套筒11与刀具头10过盈配合，且绝缘套筒11完全覆盖强力夹头8与刀具头10的接触面，保证强力夹头8与刀具头10之间被绝缘，有效避免带电刀具头10的电流流入强力夹头8。绝缘套筒11的材料为绝缘材料。因为刀具头10在工作期间会产生高温，为了消除温度对刀柄1的损害，绝缘套筒11在保证绝缘的同时，应具有良好的隔热性能，因此绝缘套筒11的材料优选PBI。PBI为当今最高级别的工程塑料，绝缘隔热性能优良，绝缘套筒11用此材料可满足使用要求。

锥形滑环支架2、下锥形件12和绝缘套筒11配合使用，在电流通入刀具系统的时候，实现刀具头10的带电过程中电流的流动路线：导电棒14—电刷7—滑环6—转接块13—刀具导体环9—刀具头10。如此，可以实现在刀具头10带电工作过程中，刀柄1不带电，保证电流不会流向机床，保证机床及工作的安全性。

为增加所述刀具系统的使用安全性，所述刀具系统还包括绝缘罩15，参见附图3，绝缘罩15的上端固定连接电刷架4，绝缘罩15的底端设置刀具头通孔，刀具头10穿过该刀具头通孔。绝缘罩15的材料为绝缘高分子材料，优选PVC材料。绝缘罩15将电刷架4、固体电刷组件5和刀具导体环9绝缘密封，有效避免因碰触刀具系统而触电的发生。

本发明提供的刀具系统，可以直接代替机床上的刀具，在机床设置板料夹持装置，在导电棒14和板料夹持装置上分别接通供电设备的正负极，刀具系统可进行板料电致塑性渐进成形加工。本发明提供的刀具系统的使用，不需要进行机床结构的改造，可以直接安装在数控机床上，并对机床的原有功能不造成影响，降低成本，且刀具系统拆卸使用方便，便于板料电致塑性渐进成形的操作。旋转刀具头10使用中，可产生摩擦热效应，提高板料电致塑性渐进成形中板材的成形效果。刀具头10带电工作过程中，实现刀具头10和其它导电装置对刀柄1和机床的绝缘，保证了整个加工过程的安全性。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。