[发明专利]一种脉冲电流辅助精密冲裁加工时的电流加载方法

说明书

本发明电流作用于金属具有电加热效应、电致塑性，其中高频脉冲电流作用具有愈合金属塑性应变损伤的能力。本发明将电致塑性和电热升温软化效应引入到精冲技术中，降低高强度钢板的精冲难度；利用电热效应导致金属材料受热升温膨胀，缓解冲裁中末期金属材料剪切区静水压应力下降过快的不足，提升抑制剪切区空洞萌生‑扩展的能力；通过适时适当的脉冲电流作用方式和加载方法，针对冲裁过程中容易产生空洞和微裂纹的剪切带局部区域，适时、高密度、集中地注入电流能量愈合空洞和微裂纹，修复应变损伤，避免其进一步发展为宏观裂纹，以及最终形成精冲断面上的粗糙撕裂带，为精冲更广泛地应用于高强度类型料提供了更大可能。

技术领域

本发明设计的是一种高强度板材加工领域的技术，具体是一种精密冲裁过程中脉冲电流加载方法。

背景技术

由于航天、航空和汽车行业的快速发展，对减轻运载平台自重、提高燃料利用率、减少污染、提升平台安全性等方面性能提出了更高要求。高强度钢板由于其具有高强塑积、高比强度和高碰撞吸收性能等优点，被众多航空航天和汽车制造行业所关注，广泛应用于航空航天、军事兵器和车辆机械等诸多制造领域。

冲裁是机械加工行业最经济的必需工艺和必经环节，其中精密冲裁零件具有成形精度高的优点，可获得100％光洁的硬化端面，精冲后零部件即可达到直接装配精度，无需常规传统冲裁所必须的后续打磨、抛光和精度检验等繁琐环节，显著提升生产效率，降低生产成本。但是，目前主要局限于强度低和延展性好的金属材料，无法适用于强度和硬度偏高的钢板，极大限制了精冲在高强度类钢板冲压加工中的应用和推广。

专利《电辅助冲裁装置及方法》(申请公布号CN 108237171A)中通过上模下行压紧橡胶块施加压边力，但其在实际使用中存在问题如下：在凸模刚刚接触金属材料以及冲裁金属材料初期，迫切需要有足够大的压边力压住金属材料，对剪切区金属材料形成稳定的半封闭空间，为冲裁刃口附近金属材料建立足够高的静水压应力状态，对冲裁剪切区域金属材料实现校直，避免/抑制剪切端面的塌角高度和宽度偏高的问题，同时有利于避免/抑制金属材料剪切带内空洞和微裂纹的萌生和扩展，进而避免/抑制冲裁后端面上宏观裂纹(撕裂带)的形成。但是，在已有专利中，压边力是随着凸模进入金属材料深度的增加而增大。在上述专利中凸模刚刚接触金属材料时，金属材料剪切带附近表面上的压边力却为零；即使凸模冲裁金属材料初期，也存在压边力明显过小的不足的问题。由此容易引发金属材料剪切带内空洞和微裂纹的萌生，导致冲裁结束后，冲裁端面上表面粗糙的撕裂带所占比例过大的问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有精冲技术对高强度钢板冲裁能力不足的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种脉冲电流辅助精密冲裁加工中的电流加载方法，包括如下步骤：

步骤一、在脉冲电流辅助精密冲裁加工装置中，在待加工的金属材料与凹模法兰部接触表面的另一侧表面增设由绝缘陶瓷制备的压边圈，使得凸模冲裁金属材料过程中，联合凹模法兰部实现对金属材料表面施加压应力，由此在待加工的金属材料的剪切区建立高幅值的静水压应力；

进一步的，本发明主张的电流加载方法均适合具有剪切变形的金属材料的工艺加工过程；

步骤二、在使用脉冲电流辅助精密冲裁加工装置对金属材料进行加工之前，对金属材料的成型应变极限进行测试，为通电激励时机提供参数信息；

进一步的，所述应变极限测试包括金属材料的应变硬化和应变损伤等。

步骤三、关闭电源开关，按照电流流经区域路线为凸模刃口-金属材料剪切区-凹模刃口，反之亦可的原则将高频脉冲电流电源的电极与加工装置的相关部件相连，实现电流流向的调控。

进一步的、电源正负电极分别与凸模和凹模连通；

进一步的、电源的两极分别与金属材料和凸模，或者金属材料和凹模接通；