超聲波振動等徑角擠壓組合模具的製作方法

2023-12-06 11:38:16 2

超聲波振動等徑角擠壓組合模具的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種超聲波振動等徑角擠壓組合模具，超聲波振動系統沿豎直方向固定於模具底座上，超聲波振動系統輸出端上開有L型凹模孔；凹模孔進料方向與超聲波振動方向平行，出料方向與超聲波振動方向垂直；模具底座上均勻固定有導柱，導柱上配合有與導柱相對運動的導套，導套固定於模具頂座上，凸模也固定於模具頂座上；模具底座上均勻固定有多根導料套支撐杆，導料套支撐杆頂部固定有導料套固定板，導料套固定板上固定有與凸模配合的導料套，導料套位於凹模孔上方，與凹模孔之間存在間隙。將超聲波振動系統和等徑角擠壓模具合理布置在一套組合模具上，既降低了材料的屈服應力和流動應力，又能對材料的晶粒進行細化，提高材料的綜合力學性能。
【專利說明】超聲波振動等徑角擠壓組合模具

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及材料擠壓設備【技術領域】，具體涉及一種超聲波振動等徑角擠壓組合模具。

【背景技術】
[0002]隨著超聲波技術在金屬探傷、零件清洗、機械加工和焊接等方面的廣泛應用，超聲波技術在塑性成形中也取得了很大的發展，已經在不同程度上應用於拉拔、擠壓、鉚接等技術中，特別是超聲波拉絲已用於工業生產。實驗研究表明，在金屬塑性加工時，對其施加超聲波振動，材料會出現屈服應力和流動應力明顯降低的現象，從而達到降低變形力，增加金屬塑性流動時的填充性，能夠使金屬的塑性變形更加充分均勻，可以明顯提高工件成形質量。等徑角擠壓作為一種利用純剪切變形來實現細化晶粒的大塑性變形加工方法，其主要機理是通過細化晶粒來提高材料的綜合力學性能，由於這種技術可以在試樣橫截面保持不變的前提下進行多次擠壓以獲得超細晶粒，目前，這種技術已經逐漸成為國際前沿令人矚目的課題。但是，單純利用超聲波或者等徑角擠壓的加工方法在改善組織結構及材料力學性能方面仍然存在不理想的地方。已有的專利申請文件中公開了一種晶粒細化方法和裝置，該專利的技術方案存在如下明顯缺陷:1、如圖10所示，超聲波系統輸出的超聲波的振動方向與等徑角擠壓模具的進料方向垂直，與出料方向平行，等徑角擠壓模具劇烈振動，導致凸模與等徑角擠壓模具無法相互配合，因此該專利文件所記載的技術方案是無法實施的，存在明顯錯誤。2、該文件中記載了「所述超聲波系統的輸出端與等徑角擠壓模具的出口距離0?500mm」。如圖10所示，當超聲波系統的輸出端與等徑角擠壓模具出口距離為0mm時,等徑角擠壓模具與超聲波的振動工具頭直接連接，在連接處會由於高頻振動而引起模具與工具頭之間的強烈摩擦，導致模具與工具頭的燒損，不能用於實際生產。3、等徑角擠壓模具在超聲波的作用下劇烈震動，導致凸模與等徑角擠壓模具直接接觸並產生強烈摩擦，將導致模具燒損，不能用於實際生產。
實用新型內容
[0003]本實用新型就是針對上述技術問題，提供一種超聲波振動等徑角擠壓組合模具，該模具能很好地解決上述技術問題，有效改善材料的力學性能。
[0004]為實現此目的，本實用新型所設計的超聲波振動等徑角擠壓組合模具，包括超聲波振動系統和凸模，其特徵在於:所述超聲波振動系統沿豎直方向固定於模具底座上，所述超聲波振動系統的輸出端上開有L型的凹模孔；凹模孔的進料方向與超聲波的振動方向平行，出料方向與超聲波的振動方向垂直；模具底座上均勻固定有導柱，導柱上配合有與導柱相對運動的導套，導套固定於模具頂座上，所述凸模也固定於模具頂座上；模具底座上均勻固定有多根導料套支撐杆，導料套支撐杆頂部固定有導料套固定板，導料套固定板上固定有與凸模配合的導料套，導料套位於凹模孔上方，與凹模孔之間存在間隙。
[0005]進一步地，所述模具底座包括底座座板，底座座板上均勻固定有多根底座支撐杆，底座支撐杆上固定有超聲波振動系統墊板，超聲波振動系統墊板上固定有超聲波振動系統固定板，所述超聲波振動系統固定於超聲波振動系統固定板上；所述導柱和導料套支撐杆均固定於超聲波振動系統固定板上。
[0006]進一步地，所述超聲波振動系統包括超聲波換能器，超聲波換能器連接有超聲波發生器，超聲波發生器連接有超聲波變幅杆；凹模孔開設於超聲波變幅杆的頂端，凹模孔的頂面與超聲波變幅杆的頂面位於同一水平面上，凹模孔的進料方向與變幅杆的軸向方向相同，凹模孔的出料方向與變幅杆的軸向方向垂直。
[0007]進一步地，所述超聲波振動系統的超聲波發生器上套設固定有法蘭，法蘭固定於超聲波振動系統固定板上；超聲波發生器底部穿過超聲波振動系統墊板連接超聲波換能器，頂部穿過超聲波振動系統固定板連接超聲波變幅杆。
[0008]進一步地，所述超聲波振動系統固定板中部開有階梯型過孔，階梯型過孔包括位於超聲波振動系統固定板下部與法蘭直徑對應的第一過孔，和位於超聲波振動系統固定板上部與超聲波發生器直徑對應的第二過孔，且超聲波振動系統固定板上開有與法蘭周向的銷孔相對應的螺紋孔；法蘭設置於第一過孔內，螺栓穿過銷孔固定於螺紋孔內。
[0009]進一步地，所述法蘭與超聲波振動系統固定板之間設有法蘭墊片，法蘭墊片套設於超聲波發生器上，所述螺栓穿過銷孔、法蘭墊片固定於螺紋孔中。
[0010]進一步地，所述模具頂座包括凸模座板，凸模座板的左右兩側分別固定有兩個導套，凸模座板的中部固定有凸模墊板，凸模墊板上固定有凸模固定板，所述凸模固定於凸模固定板上。
[0011]進一步地，所述變幅杆的長度是超聲波波長的整數倍，且變幅杆頂面到凹模孔的交切角的距離為5?20mm。
[0012]進一步地，所述超聲波振動系統固定板的左右兩側分別固定有兩根導柱，超聲波振動系統固定板的左側的兩根導柱的中間固定有一根保護杆，超聲波振動系統固定板的右側的兩根導柱中間也固定有一根保護杆，兩根保護杆均固定於超聲波振動系統固定板上，且兩根保護杆對稱設置於超聲波振動系統固定板的左右兩側。
[0013]更進一步地，所述底座座板的前後兩側分別固定有四根底座支撐杆，所述導料套支撐杆有四根。
[0014]本實用新型的有益效果是:本實用新型通過將超聲波振動系統和等徑角擠壓模具合理有效地布置在一套組合模具上，對金屬冷加工時，既能對材料施加超聲波振動，降低材料的屈服應力和流動應力，增加材料塑性流動的填充性，使材料的塑性變形更加充分均勻，又可以通過等徑角擠壓模具對材料的晶粒進行細化，提高材料的綜合力學性能，從而明顯提高工件的成形質量。凹模孔的進料方向和變幅杆的軸向方向相同，出料方向與變幅杆軸向方向垂直，避免了超聲波振動對進料的影響，有效保證了進料的穩定。將變幅杆的長度設計為超聲波振幅的整數倍，使凹模孔的交切角位於超聲波的振幅附近，提高了超聲波對於試樣的振動效果。通過導料套的結構可避免凸模與凹模孔直接接觸，保證了模具的穩定，且導料套與凹模孔之間存在間隙，因此導料套與振幅杆也不直接接觸，保證了導料套位置和結構的穩定。本實用新型的結構設計合理，操作方便，具有很好的實用性和市場應用價值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型中組合模具的正面剖視圖；
[0016]圖2為本實用新型中A處的結構放大圖；
[0017]圖3為本實用新型中B處的結構放大圖；
[0018]圖4為本實用新型中超聲波系統固定板的結構示意圖；
[0019]圖5為本實用新型中超聲波發生器部分的結構示意圖；
[0020]圖6為本實用新型中組合模具的側視圖；
[0021]圖7為本實用新型中組合模具的俯視圖；
[0022]圖8為本實用新型中組合模具的開模圖；
[0023]圖9為本實用新型中試樣經一次擠壓後應力與位移的曲線圖；
[0024]圖10為已有的專利申請文件中的附圖；
[0025]其中，1 一超聲波振動系統，1.1 一超聲波換能器，1.2—超聲波發生器，1.3—超聲波變幅杆，2—凹模孔，3 —凸模，4一模具底座，4.1 一底座座板，4.2—底座支撐杆，4.3—超聲波振動系統墊板，4.4一超聲波振動系統固定板,5一導柱,6一導套,7一模具頂座,7.1一凸模座板，7.2一凸模墊板，7.3一凸模固定板，8一法蘭,9一階梯型過孔，9.1一第一過孔，9.2—第二過孔，10—銷孔，11 一螺紋孔，12—螺栓，13—法蘭墊片，14一導料套支撐杆，15—導料套固定板，16—導料套，17—保護杆，18—試樣，19一振幅放大器，20—等徑角擠壓模具。

【具體實施方式】
[0026]以下結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步地詳細說明:
[0027]如圖1?2所示的超聲波振動等徑角擠壓組合模具，包括超聲波振動系統1和凸模3,超聲波振動系統1沿豎直方向固定於模具底座4上,所述超聲波振動系統1的輸出端上開有L型的凹模孔2 ;凹模孔2的進料方向與超聲波的振動方向平行，出料方向與超聲波的振動方向垂直；模具底座4上均勻固定有導柱5,導柱5上配合有與導柱5相對運動的導套6，導套6固定於模具頂座7上，所述凸模3也固定於模具頂座7上；模具底座4上均勻固定有多根導料套支撐杆14，導料套支撐杆14頂部固定有導料套固定板15，導料套固定板15上固定有與凸模3配合的導料套16，導料套16位於凹模孔2上方，與凹模孔2之間存在間隙。
[0028]通過超聲波振動系統1產生超聲波作用於凹模孔2內材料的同時，通過凸模3將試樣壓入凹模孔2，通過凹模孔2的對試樣進行等徑角擠壓，有效提高了材料的力學性能，通過導料套16的結構，避免了凸模3與凹模孔2直接接觸，保證了凸模3和凹模孔2的結構穩定。
[0029]上述技術方案中，如圖1和圖6所示，模具底座4包括底座座板4.1，底座座板4.1上均勻固定有多根底座支撐杆4.2，底座支撐杆4.2上固定有超聲波振動系統墊板4.3，超聲波振動系統墊板4.3上固定有超聲波振動系統固定板4.4，超聲波振動系統1固定於超聲波振動系統固定板4.4上；導柱5和導料套支撐杆14均固定於超聲波振動系統固定板4.4上。
[0030]模具底座4的結構設計合理，安裝方便，進一步提高了模具的實用性。
[0031]上述技術方案中，如圖1?2所示，超聲波振動系統1包括超聲波換能器1.1，超聲波換能器1.1連接有超聲波發生器1.2，超聲波發生器1.2連接有超聲波變幅杆1.3 ;凹模孔2開設於超聲波變幅杆1.3的頂端，凹模孔2的頂面與超聲波變幅杆1.3的頂面位於同一水平面上，凹模孔2的進料方向與變幅杆1.3的軸向方向相同，凹模孔2的出料方向與變幅杆1.3的軸向方向垂直。
[0032]超聲波振動方向與變幅杆1.3的軸向方向相同，因此將凹模孔2開設於變幅杆1.3的頂部，使凹模孔2的頂面與變幅杆1.3的頂面位於同一水平面上，即可保證凹模孔2的進料方向與超聲波的振動方向相同，保證進料的穩定，超聲波振動系統1的結構設計合理，實用性好。
[0033]上述技術方案中，如圖1和圖3— 5所示，超聲波振動系統1的超聲波發生器1.2上套設固定有法蘭8，法蘭8固定於超聲波振動系統固定板4.4上；超聲波發生器1.2底部穿過超聲波振動系統墊板4.3連接超聲波換能器1.1，頂部穿過超聲波振動系統固定板4.4連接超聲波變幅杆1.3。
[0034]超聲波發生器1.2和法蘭8為一體結構，超聲波發生器1.2通過法蘭8和螺栓12固定於超聲波系統固定板4.4上，安裝方便，實用性好。
[0035]上述技術方案中，超聲波振動系統固定板4.4中部開有階梯型過孔9，階梯型過孔9包括位於超聲波振動系統固定板4.4下部與法蘭8直徑對應的第一過孔9.1,和位於超聲波振動系統固定板4.4上部與超聲波發生器1.2直徑對應的第二過孔9.2，且超聲波振動系統固定板4.4上開有與法蘭8周向的銷孔10相對應的螺紋孔11 ;法蘭8設置於第一過孔9.1內，螺栓12穿過銷孔10固定於螺紋孔11內。
[0036]上述技術方案中，法蘭8與超聲波振動系統固定板4.4之間設有法蘭墊片13，法蘭墊片13套設於超聲波發生器1.2上，螺栓12穿過銷孔10、法蘭墊片13固定於螺紋孔11中。
[0037]通過法蘭墊片13的結構，進一步保證了法蘭8固定的穩定性。
[0038]上述技術方案中，如圖1所不，模具頂座7包括凸模座板7.1,凸模座板7.1的左右兩側分別固定有兩個導套6，凸模座板7.1的中部固定有凸模墊板7.2，凸模墊板7.2上固定有凸模固定板7.3,凸模3固定於凸模固定板7.3上。
[0039]模具頂座7的結構設計合理，凸模3安裝固定方便，通過合理布置的四個導套6，有效保證了凸模3與凹模孔2的配合，從而確保等徑角擠壓的擠壓效果。
[0040]上述技術方案中，所述變幅杆1.3的長度是超聲波波長的整數倍，且變幅杆1.3頂面到凹模孔2的交切角的距離為5?20mm。
[0041]由於超聲波振動的最大振幅發生在倍波長處，為了利用該振動，將等徑角的交切角設計在倍波長附近，將變幅杆1.3的長度設計成了超聲波波長的整數倍，將凹模孔2設置於倍波長處，且保證交切角到凹模孔2頂面的距離很小，進一步保證了交切角在倍波長附近。
[0042]上述技術方案中，如圖6—7所示，所述超聲波振動系統固定板4.4的左右兩側分別固定有兩根導柱5，超聲波振動系統固定板4.4的左側的兩根導柱5的中間固定有一根保護杆17，超聲波振動系統固定板4.4的右側的兩根導柱5中間也固定有一根保護杆17，兩根保護杆17均固定於超聲波振動系統固定板4.4上，且兩根保護杆17對稱設置於超聲波振動系統固定板4.4的左右兩側。
[0043]通過合理設計的保護杆17的結構，可保證模具在不工作時，能承受壓力，保證模具不被損壞。
[0044]上述技術方案中，如圖7所示，導料套支撐杆14有四根。
[0045]合理分布的導料套支撐杆14有效保證了導料套16運動的穩定。
[0046]上述技術方案中，如圖7所示，底座座板4.1的前後兩側分別固定有四根底座支撐杆4.2，導料套支撐杆14有四根。
[0047]合理分布的底座支撐杆4.2有效保證了模具底座4.1的結構穩定性，進一步增加了模具的穩定。
[0048]本實用新型中，如圖8所示，凸模3在壓力機的作用下，進入導料套16中，對試樣18進行擠壓，試樣18從導料套進入凹模孔2中進行等徑角擠壓，同時開啟超聲波振動系統1對材料施放超聲波。在擠壓過程中，凸模3與凹模孔2並不接觸，當凸模3底面與導料套16底面平齊後，再次進料，通過下一次的進料試樣，擠壓上一次殘留在凹模孔2中的試樣，即可實現凸凹模的不接觸式擠壓。這樣，經過等徑角擠壓和超聲波的雙重作用，材料的綜合力學性能得到明顯提高。如圖9所示，位於圖9中的上方曲線代表的是經過本實用新型所設計的組合模具的一次擠壓後的試樣，下方曲線代表的是未經過本實用新型的組合模具擠壓的試樣。由此可以看出:相比於單純使用等徑角擠壓的模具或超聲波振動的模具而言，本實用新型具有更好的實用性，對於材料性能的提升也具有更好的實際效果，且本實用新型所設計的組合模具的結構合理，穩定性高，具有較高的市場應用價值。
[0049]以上所述，僅為本實用新型的【具體實施方式】，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本領域的技術人員在本實用新型所揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應該以權利要求書所限定的保護範圍為準。
【權利要求】
1.一種超聲波振動等徑角擠壓組合模具，包括超聲波振動系統(I)和凸模(3)，其特徵在於:所述超聲波振動系統(I)沿豎直方向固定於模具底座(4)上，所述超聲波振動系統(I)的輸出端上開有L型的凹模孔(2);凹模孔(2)的進料方向與超聲波的振動方向平行，出料方向與超聲波的振動方向垂直；模具底座(4)上均勻固定有導柱(5)，導柱(5)上配合有與導柱(5)相對運動的導套(6)，導套(6)固定於模具頂座(7)上，所述凸模(3)也固定於模具頂座(7)上；模具底座(4)上均勻固定有多根導料套支撐杆(14)，導料套支撐杆(14)頂部固定有導料套固定板(15)，導料套固定板(15)上固定有與凸模(3)配合的導料套(16)，導料套(16)位於凹模孔(2)上方，與凹模孔(2)之間存在間隙。
2.如權利要求1所述的一種超聲波振動等徑角擠壓組合模具，其特徵在於:所述模具底座(4)包括底座座板(4.1)，底座座板(4.1)上均勻固定有多根底座支撐杆(4.2)，底座支撐杆(4.2)上固定有超聲波振動系統墊板(4.3)，超聲波振動系統墊板(4.3)上固定有超聲波振動系統固定板(4.4),所述超聲波振動系統(I)固定於超聲波振動系統固定板(4.4)上；所述導柱(5)和導料套支撐杆(14)均固定於超聲波振動系統固定板(4.4)上。
3.如權利要求2所述的一種超聲波振動等徑角擠壓組合模具，其特徵在於:所述超聲波振動系統(I)包括超聲波換能器(1.1)，超聲波換能器(1.1)連接有超聲波發生器(1.2)，超聲波發生器(1.2)連接有超聲波變幅杆(1.3);凹模孔(2)開設於超聲波變幅杆(1.3)的頂端，凹模孔(2)的頂面與超聲波變幅杆(1.3)的頂面位於同一水平面上，凹模孔(2)的進料方向與變幅杆(1.3)的軸向方向相同，凹模孔⑵的出料方向與變幅杆(1.3)的軸向方向垂直。
4.如權利要求3所述的一種超聲波振動等徑角擠壓組合模具，其特徵在於:所述超聲波振動系統(I)的超聲波發生器(1.2)上套設固定有法蘭(8)，法蘭(8)固定於超聲波振動系統固定板(4.4)上；超聲波發生器(1.2)底部穿過超聲波振動系統墊板(4.3)連接超聲波換能器(1.1)，頂部穿過超聲波振動系統固定板(4.4)連接超聲波變幅杆(1.3)。
5.如權利要求4所述的一種超聲波振動等徑角擠壓組合模具，其特徵在於:所述超聲波振動系統固定板(4.4)中部開有階梯型過孔(9)，階梯型過孔(9)包括位於超聲波振動系統固定板(4.4)下部與法蘭(8)直徑對應的第一過孔(9.1)，和位於超聲波振動系統固定板(4.4)上部與超聲波發生器(1.2)直徑對應的第二過孔(9.2)，且超聲波振動系統固定板(4.4)上開有與法蘭⑶周向的銷孔(10)相對應的螺紋孔(11);法蘭⑶設置於第一過孔(9.1)內，螺栓(12)穿過銷孔(10)固定於螺紋孔(11)內。
6.如權利要求5所述的一種超聲波振動等徑角擠壓組合模具，其特徵在於:所述法蘭(8)與超聲波振動系統固定板(4.4)之間設有法蘭墊片(13)，法蘭墊片(13)套設於超聲波發生器(1.2)上，所述螺栓(12)穿過銷孔(10)、法蘭墊片(13)固定於螺紋孔(11)中。
7.如權利要求1所述的一種超聲波振動等徑角擠壓組合模具，其特徵在於:所述模具頂座(7)包括凸模座板(7.1)，凸模座板(7.1)的左右兩側分別固定有兩個導套(6)，凸模座板(7.1)的中部固定有凸模墊板(7.2)，凸模墊板(7.2)上固定有凸模固定板(7.3)，所述凸模(3)固定於凸模固定板(7.3)上。
8.如權利要求3所述的一種超聲波振動等徑角擠壓組合模具，其特徵在於:所述變幅杆(1.3)的長度是超聲波波長的整數倍，且變幅杆(1.3)的頂面到凹模孔(2)的交切角的距離為5?2Ctam。
9.如權利要求2所述的一種超聲波振動等徑角擠壓組合模具，其特徵在於:所述超聲波振動系統固定板(4.4)的左右兩側分別固定有兩根導柱(5)，超聲波振動系統固定板(4.4)的左側的兩根導柱(5)的中間固定有一根保護杆(17)，超聲波振動系統固定板(4.4)的右側的兩根導柱(5)中間也固定有一根保護杆(17)，兩根保護杆(17)均固定於超聲波振動系統固定板(4.4)上，且兩根保護杆(17)對稱設置於超聲波振動系統固定板(4.4)的左右兩側。
10.如權利要求2所述的一種超聲波振動等徑角擠壓組合模具，其特徵在於:所述底座座板(4.1)的前後兩側分別固定有四根底座支撐杆(4.2)，所述導料套支撐杆(14)有四根。
【文檔編號】B21C25/02GK204074783SQ201420605396
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月20日 優先權日:2014年10月20日
【發明者】左治江, 文亮 申請人:江漢大學