板料电致塑性无模复合渐进成形系统的制作方法

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无模复合渐进成形系统。

背景技术：

板料电致塑性渐进成形是引入快速原型制造技术及分层制造思想，将复杂的三维数字模型沿等高线方向离散成许多等高面层，并生成等高线层面上的加工轨迹，具体操作过程为，在数控机床上通过计算机程序控制刀具头运行轨迹，逐层形成板类件的三维包络面，从而实现金属板料局部塑性变形。板料电致塑性渐进成形有效利用材料在高频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。

板料电致塑性渐进成形装置主要由机床、电致塑性电源和刀具头组成，在成形过程中，电致塑性电源提供低压大电流，使用载流较大的导线辅助刀具头导电，刀具头连接机床主轴，机床主轴带动刀具头转动行进，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，如此将电致塑性效应、转动刀具头摩擦热效应相结合，适于提高板材的成形性能和成形精度。

现有的板料电致塑性渐进成形装置中刀具头与机床主轴直接连接，在刀具头转动渐进成形工作过程中，由于夹持柄等构件在使用过程中导电，危害使用者的生命安全，且刀具头旋转的过程中易致使载流导线绕线，不利于板料电致塑性渐进成形加工的进行。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种板料电致塑性无模复合渐进成形系统，更加方便板料电致塑性渐进成形装置的使用，便于板料电致塑性渐进成形。

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无模复合渐进成形系统，包括：电致塑性电源、机床、导电旋转刀柄组件、板料夹持架和触点液压导电支撑装置；其中：

所述机床包括工作台和机床主轴，所述板料夹持架固定连接所述工作台，所述板料夹持架包括立柱和夹持板，所述立柱固定连接所述夹持板，且所述立柱与所述夹持板的连接接触处设置绝缘垫片；

所述导电旋转刀柄组件包括刀柄、滑环、刀具头、刀柄外壳、电刷和电刷架；所述刀柄的一端可拆卸连接所述机床，所述刀柄的另一端固定连接所述滑环，且所述刀柄与所述滑环的连接处设置绝缘垫；所述滑环的轴线上设置刀具头安装槽，所述滑环通过所述刀具头安装槽固定连接所述刀柄，且所述刀具头的外壁与所述刀具头安装槽的内壁紧密接触；所述电刷架固定设置在所述刀柄外壳内，所述电刷架上设置所述电刷，所述滑环和刀具头穿过所述刀柄外壳，且所述滑环通过轴承连接所述刀柄外壳，远离所述电刷架一端的所述电刷紧密接触所述滑环；

所述触点液压导电支撑装置包括多个单触点液压导电支撑件和绝缘垫板，所述单触点液压导电支撑件固定连接所述绝缘垫板，所述绝缘垫板设置在所述板料夹持架的底板上；

所述电致塑性电源的一个电极电连接所述电刷架，所述电致塑性电源的另一个电极分别电连接所述单触点液压导电支撑件。

优选的，上述板料电致塑性无模复合渐进成形系统中，所述电刷包括若干电刷本体，所述电刷本体均包括电刷支撑架、电刷压块和碳刷；所述电刷支撑架的横轴上设置通孔，所述电刷架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，上述板料电致塑性无模复合渐进成形系统中，所述电刷本体成对出现，所述电刷支撑架上设置弹簧连接点，每一对所述电刷本体上设置弹簧，所述弹簧固定连接所述弹簧连接点，每一对所述电刷本体通过所述弹簧连接。

优选的，上述板料电致塑性无模复合渐进成形系统中，所述滑环上设置多个万向球吸振支撑滚珠支撑连接所述刀柄外壳，所述万向球吸振支撑滚珠设置在所述滑环的顶端或底端，所述万向球吸振支撑滚珠的一端固定连接所述滑环，所述万向球吸振支撑滚珠的另一端支撑所述刀柄外壳。

优选的，上述板料电致塑性无模复合渐进成形系统中，所述滑环通过强力夹头固定连接所述刀柄。

优选的，上述板料电致塑性无模复合渐进成形系统中，所述系统还包括三维测力传感器平台，所述三维测力传感器平台设置在所述板料夹持架和所述工作台之间，所述板料夹持架通过所述三维测力传感器平台固定连接所述工作台。

优选的，上述板料电致塑性无模复合渐进成形系统中，所述刀柄外壳的所述滑环上设置8个所述万向球吸振支撑滚珠，所述滑环的顶端和底端分别设置4个所述万向球吸振支撑滚珠，且所述万向球吸振支撑滚珠均匀分布。

优选的，上述板料电致塑性无模复合渐进成形系统中，所述刀柄外壳的内表面设置卡位槽，所述卡位槽与所述万向球吸振支撑滚珠的顶端配合使用。

优选的，上述板料电致塑性无模复合渐进成形系统中，所述电刷包括4对所述电刷本体，相邻每对所述电刷本体的距离相等。

与现有技术相比，本发明提供的板料电致塑性无模复合渐进成形系统中，刀具头通过刀柄固定连接机床主轴，机床主轴移动和转动时，刀具头同步移动和转动。为实现刀具头工作过程中带电，刀具头通过滑环与刀柄固定连接，其中：滑环的外部设置刀柄外壳，刀柄外壳内设置电刷架，电刷架上设置电刷，电刷与滑环接触配合，滑环与刀柄外壳通过轴承连接，在系统通电工作时候，滑环转动，刀柄外壳不会发生转动，如此将不会发生绕线现象，滑环与刀柄连接处设置绝缘垫，可防止刀具头带电工作过程中将电流传递给机床。板料夹持架固定支撑待加工的板料，触点液压导电支撑装置支撑板料，且其还作为加工的电极。刀具头通电情况下安全旋转，改善刀具头与板料接触状态，产生摩擦强化效应、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。本发明提供的板料电致塑性无模复合渐进成形系统，更加方便板料电致塑性渐进成形装置的使用，便于板料电致塑性渐进成形。

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电致塑性无模复合渐进成形系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的导电旋转刀柄组件的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的电刷与滑环的主视图；

图4是本发明实施例提供的电刷与滑环的左视图；

图5是本发明实施例提供的触点液压导电支撑装置的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的板料夹持架的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的固体电刷本体的主视图；

图8是本发明实施例提供的固体电刷本体的侧视图。

其中：

1-电致塑性电源，2-机床，201-工作台，202-机床主轴，3-导电旋转刀柄组件，301-刀柄，302-滑环，303-刀具头，304-强力夹头，305-绝缘垫，306-万向球吸振支撑滚珠，307-刀柄外壳，308-电刷架，309-电刷，3091-电刷支撑架，3092-电刷压块，3093-碳刷，310-轴承，4-板料夹持架；401-立柱，402-夹持板，403-绝缘垫片，5-触点液压导电支撑装置，501-多个单触点液压导电支撑件，502-绝缘垫板，6-三维测力传感器平台。

具体实施方式

本发明实施例提供的一种板料电致塑性无模复合渐进成形系统，更加方便板料电致塑性渐进成形装置的使用，便于板料电致塑性渐进成形。

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。

请参考附图1，该图示出了本发明实施例提供的电致塑性无模复合渐进成形系统的结构。

本发明实施例提供的电致塑性无模复合渐进成形系统，用于板料电致塑性渐进成形，包括电致塑性电源1、机床2、导电旋转刀柄组件3、板料夹持架4和触点液压导电支撑装置5。其中：

电致塑性电源1为可以低压大电流脉冲的电源，输入电压为380V，输出电压0-15V可调，输出电流0-5000A可调，且最高脉冲峰值电流≥5000A。

机床2选择可以控制主轴旋转且做Z向进给运动的机床，机床2包括工作台201和机床主轴202，工作台201用于盛放板料夹持架4和触点液压导电支撑装置5，机床主轴202用于固定连接导电旋转刀柄组件3，优选带数控回转工作台的数控机床，如数控铣床、数控镗床等。

导电旋转刀柄组件3包括刀柄301、滑环302、刀具头303、刀柄外壳307、电刷309和电刷架308，具体形状参考附图2。

刀柄301的一端可拆卸连接机床主轴202，刀柄301的另一端固定连接滑环302，刀柄301与滑环302的连接处设置绝缘垫305，绝缘垫305将刀柄301和滑环302隔绝，保证在所述系统工作使用的时候刀柄301和滑环302之间绝缘。绝缘垫305一般采用绝缘塑料材料，优选PBI，PBI为当今最高级别的工程塑料，绝缘隔热性能优良。滑环302远离刀柄301的一端用于固定连接刀具头303，优选的，在滑环302与刀具头303连接处设置刀具头安装槽，刀具头安装槽的轴线与滑环302的轴线重合，且刀具头安装槽的轴线与刀柄301的轴线重合，刀具头303通过刀具头安装槽与滑环302固定连接，刀具头303的外壁与刀具头安装槽的内壁紧密接触。优选的，刀柄301与滑环302通过强力夹头304固定连接。

刀柄301可以用于导电旋转刀柄组件3的安装，由于导电旋转刀柄组件3配合机床2使用，主要安装于机床主轴2上，为方便其安装，刀柄301选择标准刀柄。选择标准刀柄可以避免机床2的改造，当需要使用板料电致塑性渐进成形时，导电旋转刀柄组件3替换机床2上的原有刀具，当选用的机床2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刀具头组件3的安装，还能保证刀具头组件3安装固定的稳定性。

参见附图2，刀柄外壳307罩设在滑环302的外部，且滑环302和刀具头303穿过刀柄外壳307，电刷架308固定设置在刀柄外壳307内，电刷309设置在电刷架308上，滑环302通过轴承310连接刀柄外壳307，轴承310的内圈固定连接滑环302，轴承310的外圈固定连接刀柄外壳307。轴承310选用优质的滚动轴承，优选SKF轴承，一般设置两个轴承，如附图2所示。电刷309的一端设置在电刷架308上且与电刷架308紧密配合，电刷309的另一端与滑环302紧密接触。滑环302与电刷309的配合参见附图3和4，附图3和4示出了本发明实施例提供的滑环302、电刷架308和电刷309结构。

刀柄外壳307的材料一般采用绝缘材料，优选PEEK材料，PEEK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。电刷309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306的材料为金属材料，优选金属铜。刀具头303的材料为硬质合金或工具钢等材料，优选YG15硬质合金。电刷架308的材料为金属材料或石墨，优选金属铜。

触点液压导电支撑装置5包括多个单触点液压导电支撑件501和绝缘垫板502，单触点液压导电支撑件501固定连接绝缘垫板502，所述绝缘垫板502设置在所述板料夹持架4的底板上，参见附图5。单触点液压导电支撑件501可根据板料加工的形状选择排列的位置以及其高度，在所述系统工作过程中单触点液压导电支撑件501的高度可根据加工需要进行调整，其可作为导电电极和限位装置，提高板料成形加工的精度。在加工过程中，单触点液压导电支撑件501的顶端与板料接触，单触点液压导电支撑件501下部设置绝缘垫板502，将起到良好的绝缘作用，提高所述系统的安全性。

板料夹持架4的结构参照附图1和6，板料夹持架4固定连接工作台201，板料夹持架4包括立柱401和夹持板402，立柱401固定连接夹持板402，且立柱401与夹持板402的连接接触处设置绝缘垫片403，夹持板402用于夹持待加工的板料，夹持板402的使用方便板料加工过程中的固定。板料夹持架4一般选用4根立柱401组成。

电致塑性电源1的一个电极电连接电刷架308，电致塑性电源1的另一个电极分别电连接单触点液压导电支撑件501。

板料电致塑性无模复合渐进成形系统工作过程中，以电刷架308正极连接电刷架308为例，电流流向：电致塑性电源1电连接电刷架308，电流通过电刷架308流入电刷309，经电刷309流入滑环302，经滑环302流入待加工的板料，经板料流入单触点液压导电支撑件501，经单触点液压导电支撑件501流入电致塑性电源1的负极。如此实现本发明提供板料电致塑性无模复合渐进成形系统的工作带电。刀具头303的旋转由机床主轴202带动刀柄301带动。在刀具头303带电旋转的过程中，由于滑环302与刀柄外壳307通过轴承310连接，滑环302与刀柄外壳307发生相对旋转，且滑环302不会带动刀柄外壳307旋转，本发明实施例提供的板料电致塑性无模复合渐进成形系统，在完成刀具头303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。

与现有技术相比，本发明提供的板料电致塑性无模复合渐进成形系统中，刀具头303通过刀柄301固定连接机床主轴202，机床主轴202移动和转动时，刀具头303同步移动和转动。为实现刀具头303工作过程中带电，刀具头303通过滑环302与刀柄301固定连接，其中：滑环302的外部设置刀柄外壳307，刀柄外壳307内设置电刷架308，电刷架308上设置电刷309，电刷309与滑环302接触配合，滑环302与刀柄外壳307通过轴承310连接，在系统通电工作时候，滑环302转动，刀柄外壳307不会发生转动，如此将不会发生绕线现象，滑环302与刀柄301连接处设置绝缘垫，可防止刀具头303带电工作过程中将电流传递给机床2。板料夹持架4固定支撑待加工的板料，触点液压导电支撑装置5固定支撑板料，且其还作为加工的电极。本发明提供的板料电致塑性无模复合渐进成形系统，更加方便板料电致塑性渐进成形装置的使用，便于板料电致塑性渐进成形。

进一步优化技术方案，电刷309包括若干电刷本体，电刷本体的结构参考附图7和8，电刷本体包括电刷支撑架3091、电刷压块3092和碳刷3093。电刷压块3092用于固定连接电刷支撑架3091和碳刷3093。电刷支撑架3091的横轴上设置通孔，该通孔用于穿过电刷架308。碳刷3093的一侧面为圆弧形，在电刷本体安装使用的时候，该圆弧形侧面与滑环302配合，圆弧形侧面包裹滑环302，与滑环302紧密接触。在安装使用的时候，优选的电刷本体成对出现，每一对电刷本体中两个电刷本体轴对称分布，电刷支撑架3091的通孔位于同一条直线上，电刷架308穿过两个孔，碳刷3093的圆弧形侧面相对设置，将滑环302合抱在两个碳刷3093围成的圆内。为方便滑环302与碳刷3093良好的接触，在电刷支撑架3091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3091固定，弹簧为两个固体电刷提供预紧力，保证工作过程中，流经电刷309的电流顺利导入滑环302。电刷309可选用多对电刷本体，为有效减小电刷的尺寸选择4对所述电刷本体，为保证使用时候具有稳定的导电性，相邻每对电刷本体的距离相等，参见附图3。

本发明实施例提供的为保证板料电致塑性无模复合渐进成形系统，为保证滑环302与刀柄外壳307连接的牢固与稳定，位于刀柄外壳307的滑环302上设置多个万向球吸振支撑滚珠306，每一个万向球吸振支撑滚珠306设置在滑环302的顶端或底端，万向球吸振支撑滚珠306的一端固定连接滑环302，万向球吸振支撑滚珠306的另一端支撑所述刀柄外壳307。万向球吸振支撑滚珠306能够支撑连接滑环302和刀柄外壳307，且不妨碍滑环302与刀柄外壳307之间的相对旋转。万向球吸振支撑滚珠306的数量可根据需要进行选择。优选的，滑环302上设置8个万向球吸振支撑滚珠306，滑环302的顶端和底端分别设置4个万向球吸振支撑滚珠306，且万向球吸振支撑滚珠306均匀对称分布在滑环302的顶端和底端。滑环302为圆柱结构，万向球吸振支撑滚珠306设置在滑环302的端面上。

为方便万向球吸振支撑滚珠306的滚动，在刀柄外壳307的内表面设置卡位槽，卡位槽与万向球吸振支撑滚珠306的顶端配合使用，当滑环302转动时候，万向球吸振支撑滚珠306沿卡位槽滑动。

进一步优化技术方案，本发明实施例提供的板料电致塑性无模复合渐进成形系统还包括三维测力传感器平台6，三维测力传感器平台6设置在板料夹持架4和工作台201之间，板料夹持架4通过三维测力传感器平台6固定连接工作台201，三维测力传感器平台6与板料夹持架4的位置关系参考附图6。三维测力传感器平台6用于测试电塑性渐进成形加工的施加力。三维测力传感器平台6的选用方便指导电塑性渐进成形加工，有助于了解电塑性渐进成形加工过程中施加力对成形的影响。

本发明提供的导电旋转刀柄组件3，可以直接代替原机床2上的刀具，在机床2上设置触点液压导电支撑装置5，在电刷架308和单触点液压导电支撑件501上分别接通电致塑性电源的正、负极，导电旋转刀柄组件3可进行板料电致塑性渐进成形加工。本发明提供的导电旋转刀柄组件3的使用，可以直接使用原有的数控机床，不需要进行机床结构的改造，可以直接安装在数控机床上进行，并对机床的原有功能不造成影响，降低成本，且导电旋转刀柄组件3拆卸使用方便，便于板料电致塑性渐进成形的操作。刀具头303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303带电工作过程中，实现刀具头303和其它导电装置对刀柄301和机床2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。