一种电脉冲辅助旋压成形机床的制作方法

本实用新型涉及机械工程的特种加工技术领域，特别涉及一种电脉冲辅助旋压成形机床。

背景技术：

对难变形金属进行旋压成形，常要采取一些工艺措施来提高金属的塑性及降低变形抗力，如先将毛坯用加热炉进行加热然后再放到机床进行旋压，或将加热方式改成直接在机床上采用火焰或电感应加热。近年来研发了电致塑性方法：将高能脉冲电流通过金属材料，产生大量的定向漂移的自由电子，漂移电子群频繁地定向撞击位错，对位错段产生类似于外加应力的电子风力，促进位错在其滑移面上的移动。同时，施加高能脉冲电流时电能、热能和应力是被瞬时输入到材料中，原子本来的随机热运动在高能脉冲电流瞬时冲击力作用下获得足够的动能离开平衡位置，原子的扩散能力加强，位错更容易滑移、攀移，从而提高了金属的塑性。

旋压成形的特点是瞬时变形区很小，并且变形区始终位于旋轮与坯料的接触点附近，因此旋压成形工艺在利用电脉冲辅助成形技术时，如果不能将变形区置于高能脉冲电流密度最高的区域，则会严重影响电致效应的发挥。目前的电致塑性旋压机床中，电流的加载方法要么是电源两极分别加载于毛坯与尾顶杆，所形成的通电闭环回路无法使旋轮与毛坯点接触区成为强电致塑性区域，更多的则是利用电热效应而不是电致塑性效应进行旋压成形的，因此无法充分发挥对材料塑性的提升作用；要么是电源两极分别加载于芯模和旋轮臂，而旋轮与旋轮臂之间通常都由各种油脂进行润滑，其绝缘作用难免造成电流通道狭窄进而局部接触电阻增加，导致旋轮内部轴承温度升高而寿命急剧缩短，即电热效应未能施加在坯料上而是错误地旋加在旋轮的轴承上。

技术实现要素：

为克服现有旋压技术的不足，本实用新型提供一种电脉冲辅助旋压成形机床，其可最大限度地利用材料的电致塑性，降低生产成本，提高材料的旋压成形性能。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：一种电脉冲辅助旋压成形机床，包括机床本体、高能脉冲电源和控制单元，所述机床本体的两端分别固定有床头箱和尾顶，所述床头箱的主轴上安装有芯模，所述主轴、芯模和尾顶的中心线重合，所述芯模和尾顶的两侧各设有一个可在机床本体上移动的移动平台，各所述移动平台上均安装有可转动的旋轮座，各所述旋轮座上均安装有旋轮，所述高能脉冲电源的正极通过电刷与芯模连接，负极通过电刷与各旋轮连接，所述控制单元对主轴、尾顶、芯模、移动平台、旋轮座和旋轮的运动进行CNC控制。

进一步地，各所述旋轮座为多工位旋转旋轮座，各所述多工位旋转旋轮座均安装有至少两个旋轮。

进一步地，所述芯模与主轴之间设有绝缘结构。

进一步地，所述尾顶与芯模或工件坯料之间设有绝缘结构。

进一步地，所述旋轮与旋轮座之间设有绝缘结构。

有益效果：本实用新型通过在芯模和旋轮之间施加高能脉冲电流，从而在芯模、工件、旋轮之间形成最短电流通路，避免由于过多的中间环节导致电流利用率降低，并能够始终把旋压变形区限制在高能脉冲电流密度最大的部位，实现最大限度提高电致塑性效率的目的，降低生产成本，提高材料的旋压成形性能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中芯模的结构示意图；

图3为本实用新型中尾顶端部的局部结构示意图；

图4为本实用新型中旋轮的结构示意图；

图5为本实用新型中旋轮与电刷的接触状态示意图；

图6为本实用新型采用单个旋轮进行旋压成形的状态示意图；

图7为本实用新型采用等距的两个旋轮进行旋压成形的状态示意图；

图8为本实用新型采用错距的两个旋轮进行旋压成形的状态示意图。

具体实施方式

参照图1，本实用新型为一种电脉冲辅助旋压成形机床，其包括机床本体1、高能脉冲电源8和控制单元10，机床本体1的两端分别固定有床头箱2和尾顶3，床头箱2的主轴21上安装有芯模4，芯模4随主轴21一起转动，主轴21、芯模4和尾顶3的中心线重合，芯模4和尾顶3的两侧各设有一个可在机床本体1上移动的移动平台5，两个移动平台5上均安装有可转动的旋轮座6，各旋轮座6上均安装有旋轮7，高能脉冲电源8的正极通过电刷9与芯模4连接，负极通过电刷9与各旋轮7连接，控制单元10对主轴21、尾顶3、芯模4、移动平台5、旋轮座6和旋轮7的运动进行CNC控制。

本实用新型通过在芯模4和旋轮7之间施加高能脉冲电流，从而在芯模4、工件、旋轮7之间形成最短电流通路，即构成“高能脉冲电源8－电刷9－芯模4－工件坯料－旋轮7－电刷9－高能脉冲电源8”的电流回路，避免由于过多的中间环节导致电流利用率降低，并能够始终把旋压变形区限制在高能脉冲电流密度最大的部位，实现最大限度提高电致塑性效率的目的，降低生产成本，提高材料的旋压成形性能。

为了提高机床的灵活性，使其能够适应多种旋压加工工序，旋轮座6采用多工位旋转旋轮座，各多工位旋转旋轮座均安装有至少两个旋轮7。在本实施例中，各多工位旋转旋轮座上旋轮7的数量各为两个，即一共设有四个旋轮7，将这四个旋轮7分别编号为71、72、73和74，并将连接在旋轮71、72、73和74上的电刷9分别编号为91、92、93和94，此外，将与芯模4连接的电刷9编号为90，如图1所示。

参照图6，本实用新型可采用单个旋轮7进行旋压成形。首先，用尾顶3将工件坯料顶紧在芯模4上，调用其中一个旋轮，如71，将旋轮71按控制单元10设定的轨迹移动，从而成形出所需要的零件。旋压成形时，由“高能脉冲电源8－电刷90－芯模4－工件坯料－旋轮71－电刷91－高能脉冲电源8”构成回路，旋压变形区位于旋轮71与工件坯料接触部位，即位于电流回路上工件坯料内部电流密度最大的部位，因此旋压成形时能够最大限度利用电致塑性。

参照图7，本实用新型可采用等距的两个旋轮7进行旋压成形。首先，用尾顶3将工件坯料顶紧在芯模4上，调用两个旋轮座6上的各一个旋轮，如72和73，并将其对称布置，再将两个旋轮72和73按控制单元10设定的轨迹移动，从而成形出所需要的零件。旋压成形时，由“高能脉冲电源8－电刷90－芯模4－工件坯料－旋轮72及73并联－电刷92及93并联－高能脉冲电源8”构成回路。

参照图8，本实用新型可采用错距的两个旋轮7进行旋压成形，根据工艺需要，将两个旋轮7在芯模4的轴向和径向产生一定的错距，即L1≠L2，R1≠R2。首先，用尾顶3将工件坯料顶紧在芯模4上，调用两个旋轮座6上的各一个旋轮，如72和74，再将两个旋轮72和74按控制单元10设定的轨迹移动，从而成形出所需要的零件。旋压成形时，由“高能脉冲电源8－电刷90－芯模4－工件坯料－旋轮72及74并联－电刷92及94并联－高能脉冲电源8”构成回路。

参照图2，芯模4与主轴21之间设有绝缘结构，该绝缘结构包括设置在芯模4和主轴之间的第一绝缘套41和第一螺栓绝缘套42。第一绝缘套41套设在芯模4靠近主轴21的一端，避免芯模4与主轴21直接接触，芯模4的该端部上设有用于与主轴21连接的法兰，法兰上设有多个螺栓孔，多个第一螺栓绝缘套42安装在螺栓孔内，这样，当芯模4与主轴21连接时，即可避免第一连接螺栓将主轴21与芯模4导通电流。

参照图3，尾顶3与芯模4或工件坯料之间设有绝缘结构，该绝缘结构包括连结块31、绝缘垫32、第二螺栓绝缘套33和第二连接螺栓34。连结块31与尾顶3的端部通过绝缘垫32间隔开，连接块31和尾顶3的端部均设有螺栓孔，第二螺栓绝缘套33安装在螺栓孔内，这样，当尾顶3将工件坯料顶紧在芯模4上时，即可避免第二连接螺栓34将连接块31和尾顶3导通电流。

参照图4，旋轮7与旋轮座6之间设有绝缘结构，该绝缘结构包括旋轮绝缘套7-1和第三螺栓绝缘套7-2，旋轮绝缘套7-1和第三螺栓绝缘套7-2安装在旋轮7上的开孔，旋轮7通过第三连接螺栓穿过开孔从而安装在旋轮座6。这样，当旋轮7与旋轮座6连接时，旋轮7与旋轮座6之间不会导通电流。

参照图5，为了保证在旋轮7有限的侧面积上实现较大的电刷接触面积，降低接触电阻产生的能量损失，将电刷9与旋轮7的接触面形状设计开口圆环形。与常规的正方形或长方形电刷相比，开口圆环面积要明显大得多，因此可以充分利用旋轮7侧面所暴露出来的有限面积，避免导致不必要的接触电阻增加，从而达到提高电流利用率的目的。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。