一種基於超聲波的中高碳鋼精衝成型裝置製造方法
2023-10-10 02:56:14 2
一種基於超聲波的中高碳鋼精衝成型裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於超聲波的中高碳鋼精衝成型裝置，其通過在傳統的精衝成型裝置基礎之上，一方面，增加了超聲波發生系統，在成型過程中，通過將超聲波傳導至模具與坯料，以增加材料的位錯密度，降低材料的內摩擦力，在超聲波產生的交變應力場與彈塑性變形產生的應力場耦合作用下，使得待加工機件的變形抗力得到顯著降低；另一方面，增加了溫度反饋調節系統，採用微電腦控制系統集中控制的方式，以保持精衝過程時超聲波的最佳振動頻率，提高成型效率和精度。本發明的精衝成型裝置，加工成型精度高、噪音低衝壓設備的使用壽命長，適於對各種中高碳鋼材料進行精衝成型加工。
【專利說明】一種基於超聲波的中高碳鋼精衝成型裝置【技術領域】
[0001]本發明涉及一種中高碳鋼精衝成型裝置，尤其涉及一種基於超聲波的中高碳鋼精衝成型裝置。
【背景技術】
[0002]精衝作為一種先進的塑性加工方法並經一個多世紀的發展，在工業領域中已經得到了廣泛應用，依據其自身優質、高效、低能耗等優點，逐步形成了與其他如彎曲、拉伸、擠壓等成型工藝相結合以生產具有較高附加值的三維零件，在保證較低成本的前提下，改善了產品質量，提高了材料成型性能，產生了巨大的經濟技術效益。
[0003]不過，現有技術的精衝成型裝置在精衝成型方面尚存在諸多方面的不足，主要表現在以下幾個方面:
[0004]1、適用範圍受限。其主要適用於一些塑性高的材料成型，對於塑性較低的中高碳鋼很難實現精衝成型。
[0005]2、成型效果穩定性不高。對於不同塑性材料其加工效果也存在明顯差異，對於塑性偏低的材料則很難保證加工精度。
[0006]3、對成型材料的厚度或硬度方面也有一定要求。比如，對於厚度偏大或者硬度不均勻的材料，其成型的精度也會降低。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是，提供一種精衝成型效果穩定、精度高，適於對各種中高碳鋼材料進行精衝成型加工的基於超聲波的中聞碳鋼精衝成型裝置。
[0008]本發明為實現上述目的需要解決的技術問題是，在傳統的精衝成型裝置基礎之上，如何通過在增加超聲波發生系統的基礎上，實現將超聲波均勻快速的傳導至模具以及所要加工材料中，充分利用超聲波在精衝成型過程中改變待加工材料的摩擦行為以及金屬流動行為、以及產生的熱量，來有效增加其位錯密度，降低其內摩擦力和變形抗力，提高材料的塑性變形能力，並且細化其晶粒的技術問題。
[0009]本發明為解決上述技術問題採用的技術方案是，一種基於超聲波的中高碳鋼精衝成型裝置，其特徵在於，包括超聲波發生系統、精衝模具系統和溫度反饋調節系統，所述超聲波發生系統通過變幅杆與安裝在所述精衝模具系統上的超聲波接收器相連接，所述變幅杆通過超聲波換能器與超聲波發生器相連接；
[0010]所述精衝模具系統包括凹模、超聲波接收器、凸模、反頂塊、壓邊圈、V型齒圈和液壓裝置；
[0011]所述超聲波接收器均勻分布在所述凹模上；
[0012]所述凹模和所述凸模通過所述液壓裝置的液壓杆相連接；
[0013]所述液壓裝置為精衝成型提供動力；
[0014]所述微電腦控制系統分別與所述超聲波發生器和所述溫度反饋調節系統相連接，所述溫度反饋調節系統通過溫度傳感器與所述精衝模具系統相連接。
[0015]上述技術方案直接帶來的技術效果是，超聲波發生系統通過變幅杆直接與精衝模具系統的超聲波接收器相連接，可以確保在進行坯料成型時，超聲波振動可以通過超聲波接收器均勻快速的傳遞到模具和坯料中。超聲波發生器可以根據不同的材料將交流電轉換成超聲頻的電振動正弦信號，輸出功率與振動頻率可以根據材料的特性進行調節；上述超聲波換能器可以將超聲波發生器產生的正弦電信號裝變成機械振動然後通過變幅杆得到穩定的超聲波振動，以滿足不同工況的使用要求；
[0016]超聲波發生系統的超聲波振幅變幅杆末端與精衝模具系統的超聲波接收器直接相連接，在工作時，可以確保在進行坯料成型時超聲波振動可以通過超聲波接收器均勻快速的傳遞到模具和坯料中。即，超聲波振動通過變幅杆直接傳到精衝模具系統的超聲波接收器，然後通過超聲波接收器模具傳導至模具和坯料中，坯料在超聲波與精衝模具的衝壓力共同作用下實現材料的精衝成型。
[0017]更為重要的是，通過溫度反饋調節來實現精衝過程時超聲波的最佳振動頻率，這種方式通過建立一種溫度與超聲波反饋調節機制來調節超聲波的振動頻率，從而確保溫度與超聲波頻率的最佳搭配，充分利用了成型過程中產生的熱量，因而可提高成型效率並獲得更高的成型精度。
[0018]上述技術方案的基於超聲波的中高碳鋼精衝成型裝置，其利用超聲波的作用，改變了傳統塑性變形中的摩擦行為，降低了材料的抵抗變形力，降低了金屬流動應力，減小了工件與模具間的摩擦，擴大了金屬材料塑性成型能力，可獲得較好的產品表面質量和較高的尺寸精度，從而不需要通過增加原有的精衝模具擠壓力即可實現對中高碳鋼等塑性較低的材料的精衝成型加工。
[0019]作為優選，上述超聲波換能器通過特定接口與超聲波發生器直接相連接，並將所述超聲波發生器產生的正弦電信號轉變成機械振動然後通過變幅杆得到穩定的超聲波振動，以滿足不同工況的使用要求。最後將得到的超聲波振動傳導至精衝模具系統的超聲波接收器中。
[0020]該優選技術方案直接帶來的技術效果是，進一步保證了精衝加工過程工藝調節的靈活性與可靠性。
[0021]進一步優選，上述精衝模具系統的凹模上還設置有散熱器。
[0022]該優選技術方案直接帶來的技術效果是，通過在精衝模具系統的凹模上增加散熱器，根據需要實時對精衝模具的溫度進行調節，以使其工作溫度保持相對穩定。這樣，一方面，有利於降低和減小超聲波振動頻率調節的幅度和頻次，並提聞精衝成型的質量；另一方面，有利於對精衝成型模具的保護，從而延長其使用壽命。
[0023]綜上所述，本發明的基於超聲波的中高碳鋼精衝成型裝置，其有益效果是:
[0024]本發明在傳統的精衝成型裝置基礎之上，一方面，增加了超聲波發生系統，在成型過程中，通過超聲波發生系統將超聲波傳導至模具與坯料當中，通過模具的振動改變傳統塑性變形中的摩擦行為以及金屬流動行為；另外，在精衝成型過程中超聲波通過模具傳導到坯料中，超聲波在材料中傳播時可以增加材料的位錯密度，降低材料的內摩擦力，並且產生熱量，在超聲波產生的交變應力場與彈塑性變形產生的應力場耦合作用下，使得待加工機件的變形抗力得到顯著降低，大大提高了材料的塑性變形能力，而且細化了晶粒，提高了成型後廣品的性能；
[0025]另一方面，增加了溫度反饋調節系統，採用微電腦控制系統集中控制的方式，通過溫度反饋調節來實現精衝過程時超聲波的最佳振動頻率，這種方式通過建立一種溫度與超聲波反饋調節機制來調節超聲波的振動頻率，從而確保溫度與超聲波頻率的最佳搭配，充分利用了成型過程中產生的熱量，因而可提高成型效率並獲得更高的成型精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1是本發明的基於超聲波的中高碳鋼精衝成型裝置的工作原理示意圖；
[0027]圖2是本發明的基於超聲波的中高碳鋼精衝成型裝置的振動傳遞機構結構示意圖；
[0028]圖3是本發明的基於超聲波的中高碳鋼精衝成型裝置的精衝模具系統主體部分剖面結構示意圖；
[0029]圖4是本發明的基於超聲波的中高碳鋼精衝成型裝置的工藝流程示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖和具體實施例，對本發明的基於超聲波的中高碳鋼精衝成型裝置進行詳細說明。
[0031]本發明的基於超聲波的中高碳鋼精衝成型裝置，其工作原理如圖1和圖4所示，包括超聲波發生系統、精衝模具系統和溫度反饋調節系統，所述超聲波發生系統通過變幅杆12與精衝模具的凹模5相連接，所述的變幅杆12通過超聲波換能器13與超聲波發生器10相連接，所述精衝模具系統包括凹模5、凸模1、反頂塊6、壓邊圈2、V型齒圈3和液壓裝置；其中，凹模5和凸模I通過液壓裝置的液壓杆7相連接。該液壓裝置為精衝成型提供動力。
[0032]上述微電腦控制系統11分別與超聲波發生器10和溫度反饋調節系統9相連接溫度反饋調節系統9通過溫度傳感器8與精衝模具系統相連接。
[0033]上述超聲波換能器13通過特定接口與超聲波發生器10直接相連接，並將超聲波發生器10產生的正弦電信號轉變成機械振動然後通過變幅杆得到穩定的超聲波振動，以滿足不同工況的使用要求。
[0034]上述精衝模具系統的凸模I通過液壓杆與凹模5相連接，通過液壓缸7為精衝成型提供動力。
[0035]上述精衝模具系統的凹模5上還設置有散熱器(圖中省略未畫出)。
[0036]為更好地理解本發明，現以待精衝成型的板材坯料4進行為例，結合附圖1至圖3詳細說明精衝成型過程。
[0037]如圖1至圖3所示，本發明的基於超聲波的中高碳鋼精衝成型裝置，其採用的超聲波發生系統包括有超聲波發生器10、超聲波換能器13、變幅杆12 ;精衝模具系統包括凹模
5、凸模1、反頂塊6、壓邊圈2、V型齒圈3、超聲波接收器14 ;該超聲波發生系統具有以下特
佔-
^ \\\.[0038]超聲波發生系統通過變幅杆3直接與精衝模具系統相連接，確保在進行坯料4成型時超聲波振動可以通過模具直接傳到坯料4中。
[0039]超聲波發生器可以根據不同的材料將220V或380V的交流電轉換成超聲頻的電振動正弦信號，輸出功率與振動頻率可以根據材料的特性進行調節。對於不同型號中高碳含碳量的不同，所需超聲波的功率大小也不同，這就需要通過多次的試驗分析得出最佳的振動頻率，從而達到最佳的精衝成型效果。
[0040]超聲波換能器10可以將超聲波發生器5產生的正弦電信號裝變成機械振動然後通過變幅杆12得到穩定的超聲波振動，以滿足不同工況的使用要求。
[0041]超聲波發生系統的超聲波振幅變幅杆12末端與精衝模具系統的超聲波接收器相連接，在工作時，超聲波振動通過變幅杆12通過超聲波接收器均勻快速的傳導至精衝模具系統中，然後通過模具傳導至坯料4，坯料4在超聲波與精衝模具共同作用下實現材料的精衝成型。
[0042]超聲波發生系統的功能:
[0043]當通過超聲波發生器發出的超聲波通過超聲波換能器13、變幅杆12、超聲波接收器14然後傳導到模具以及坯料4當中時，在超聲波作用下，改變了傳統塑性變形中的摩擦行為，降低了材料的抵抗變形力，降低了金屬流動應力，減小了工件與模具間的摩擦，擴大了金屬材料塑性成型能力，可獲得較好的產品表面質量和較高的尺寸精度。可以在原有的精衝模具不用增加擠壓力的情況下實現對中高碳鋼等塑性較低的材料實現精衝成型。而且降低了衝壓過程中對模具的衝擊，一定程度上延長了設備使用壽命。
[0044]如圖2至圖4所示，本發明的基於超聲波的中高碳鋼精衝成型裝置工藝流程如下:
[0045]1、超聲波發生系統
[0046]首先根據精衝成型的材料，選調合適的超聲波振動頻率以及相應型號的超聲波換能器，具體的振動頻率以及超聲波的選擇功率要根據之前的試驗以及精衝模具系統施加壓力大小還有成型過程中溫度高低進行相應調試；
[0047]2、精衝模具系統
[0048]在超聲波振動頻率以及功率調試完成後，精衝I旲具系統開始工作，如圖3所不:弟一步是用帶V形齒圈3的強力壓料板和反頂裝置(與凹模內腔形狀相同)夾緊坯料4 ;第二步是凸模I向下攻克反頂板8的頂力和材料的塑性力進行衝裁，在衝裁的過程中，坯料4受到反頂板8的反向壓力和壓料板的壓力，在超聲波產生的交變應力場與彈塑性變形產生的應力場耦合作用下；第三步是衝裁完成，壓料板和凸模I退回，產品被反頂板從凹模7頂出，整個工藝過程完成。
[0049]3、溫度控制與反饋系統
[0050]在超聲波輔助精衝成型工藝中，溫度控制是一個很關鍵的因素，因為不同的溫度下，超聲波對材料的影響也大不相同。在超聲波輔助成型時，在超聲波以及模具壓力雙重作用下必然會產生熱量，成型過程中溫度會升高，必然會影響成型工藝。所以要想實現最佳的成型工藝必須確保成型溫度與超聲波振動頻率的最佳搭配，對於溫度控制有兩種控制方案，具體如下:
[0051]I)、通過溫度反饋調節來實現精衝過程時超聲波的最佳振動頻率。這種方式通過建立一種溫度與超聲波反饋調節機制來調節超聲波的振動頻率，從而確保溫度與超聲波頻率的最佳搭配。這種方案充分利用了成型過程中產生的熱量，優點是成型效率以及成型精度比較高；但是這種方式需要一套完整的溫度與超聲波頻率調節機制，不同的材料調節規律也會有所差異，所以對於一些規律比較明顯的呈線性相關的材料可以採用這種方法。
[0052]2)、通過增加散熱器(圖中省略未畫出)確保溫度保持相對穩定。通過在精衝模具上加散熱器以及溫度傳感器實現溫度在一個相對穩定範圍內波動，這樣就不需要調節超聲波的振動頻率，方法簡單。但是通過這種方式來調節，如果設定溫度底，會浪費熱量；溫度設定過高可能在成型過程中某一段時間溫度達不到從而影響成型。這種方法適用於一些反饋調節機制規律不明顯的非線性關係的材料成型過程中。
【權利要求】
1.一種基於超聲波的中高碳鋼精衝成型裝置，其特徵在於，包括超聲波發生系統、精衝模具系統和溫度反饋調節系統，所述超聲波發生系統通過變幅杆(12)與安裝在所述精衝模具系統上的超聲波接收器(14)相連接，所述變幅杆(12)通過超聲波換能器(13)與超聲波發生器(10)相連接； 所述精衝模具系統包括凹模(5)、超聲波接收器(14)、凸模(I)、反頂塊(6)、壓邊圈(2)、V型齒圈(3)和液壓裝置； 所述超聲波接收器(14)均勻分布在所述凹模(5)上； 所述凹模(5)和所述凸模(I)通過所述液壓裝置的液壓杆(7)相連接； 所述液壓裝置為精衝成型提供動力； 所述微電腦控制系統(11)分別與所述超聲波發生器(10)和所述溫度反饋調節系統相連接，所述溫度反饋調節系統(9)通過溫度傳感器(8)與所述精衝模具系統相連接。
2.根據權利要求1所述的基於超聲波的中高碳鋼精衝成型裝置，其特徵在於，所述超聲波換能器(13)通過特定接口與超聲波發生器(10)直接相連接，並將所述超聲波發生器(10)產生的正弦電信號轉變成機械振動然後通過變幅杆得到穩定的超聲波振動，以滿足不同工況的使用要求。
3.根據權利要求1或2所述的基於超聲波的中高碳鋼精衝成型裝置，其特徵在於，所述精衝模具系統的凹模(5)上還設置有散熱器。
【文檔編號】B21D26/00GK103691792SQ201310700057
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月18日 優先權日:2013年12月18日
【發明者】蘇春建, 董興華, 郭素敏, 高麗, 田石強, 戴向雲, 劉傑, 王海霞, 張金峰, 王明燕, 王薛濤, 張鵬 申請人:山東科技大學