一種超聲波輔助精衝成形工藝及其模具的製作方法
2023-12-12 02:36:57 1
一種超聲波輔助精衝成形工藝及其模具的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種精衝成形工藝及其裝置。超聲波輔助精衝成形工藝是指在精衝成形過程中將超聲波輸入到凸模中，使凸模產生共振，在凸模的底面產生高頻振動，從而改變傳統精衝變形特點，提高精衝件質量。超聲波輔助精衝成形與傳統精衝成形的相比具有以下優點：1）提高精衝材料成形性能，降低材料的流變應力，提高精衝零件質量，2）降低成形載荷，延長精衝模具壽命。本發明還設計了一種超聲波輔助精衝成形模具裝置。本發明對於擴大精衝材料範圍，提高精衝件質量，延長精衝模具壽命具有重要意義。
【專利說明】一種超聲波輔助精衝成形工藝及其模具
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種精衝成形工藝及其裝置。
【背景技術】
[0002]精衝是一種先進的金屬塑性成形工藝。通常意義上的精衝指的是強力壓邊精衝，與普通衝裁相比，一次精衝成形就可得到衝裁斷面光亮、表面平整、尺寸精度高的零件。由於其優質、高效和低耗的特點，精衝工藝目前在航空航天、機械、電子和軍工等領域得到了愈來愈廣泛的應用。對於要求最小尺寸公差、具有最小粗糙度的功能零件，均可廣泛使用精衝零件。目前隨著汽車產業的興起，精衝技術在汽車上的應用也得到長足的發展，一輛轎車上大約有40-200個精衝件。
[0003]目前精衝主要應用於低碳鋼材料，中高碳鋼的研究和應用非常少。這是因為隨著材料含碳量升高，材料的強度升高、塑性降低。比如20號鋼，45號鋼和60號鋼，其屈服強度分別為275MPa，355MPa和400MPa，伸長率分別為25%，16%和12%。在精衝過程中坯料受三向壓應力而產生純剪切變形，因此要求精衝材料具有較好的塑性，並且具有較低的強度。這不僅是保證實現精衝的重要條件，而且是提高產品質量，降低生產成本的重要保證。當材料塑性較差時，精衝工藝容易出現以下問題:1)零件易於出現各種缺陷。在精衝成形過程中，理想的精衝件斷面為100%光亮剪切面。當材料塑性較差時，精衝件斷面容易出現撕裂和破裂等缺陷。有時還會同時出現撕裂和破裂現象，從而出現二次剪切面和二次破裂缺陷。這些缺陷會嚴重影響精衝件的尺寸精度、零件的強度及其他使用性能。2)降低模具壽命。在精衝成形過程中，板料的塑性變形主要發生在由凸凹模形成的狹窄的剪切變形區裡，剪切區裡的材料在完全處於三向壓應力狀態下以純剪切應變的方式進行衝裁。這種變形方式一方面能提高衝裁斷面光潔度和尺寸精度，但是另一方面卻使精衝模具的工作環境變得非常惡劣。另外由於精衝過程中的熱效應和劇烈的摩擦等原因，在生產時很容易產生模具刃口側面粘連、凹模脹裂、凸模崩刃以及塑性失穩等，導致精衝件質量下降以及模具磨損，甚至報廢。當材料的塑性較差時，隨著變形抗力增加，模具更加容易出現上述缺陷。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於克服現有精衝成形技術中的不足，提供一種超聲波輔助精衝成形工藝及其模具，將超聲波應用到精衝成形工藝中，利用超聲波輔助塑性加工中的「表面效應」和「體積效應」，提高精衝材料成形性能，降低材料的流變應力，降低成形載荷。本發明能有效提聞精衝零件質量，延長精衝1?具壽命。
[0005]為了實現上述目的， 本發明所採取的技術方案是:一種超聲波輔助精衝成形工藝，其特徵在於它包括如下步驟:
I)準備超聲波輔助精衝成形模具:
所述超聲波輔助精衝成形模具包括上模板1、凸模座2、壓力墊板3、導柱5、V形壓邊圈
6、導套8、下模板9、凸模16、凹模17、頂料杆18 ;上模板I和下模板9可作相對運動；壓力墊板3固定在上模板I上,壓力墊板3上設有通孔,上模板I上開有一凸模座孔，凸模座2穿入上模板I上的凸模座孔中，凸模座上端的螺紋孔與液壓機上的液壓柱塞相連接；導柱5的上端與上模板I固定，導柱5的下端位於導套8內，導套8的下端與下模板9固定；V形壓邊圈6位於壓力墊板3的下方並與壓力墊板3固定，凸模16的下端穿過V形壓邊圈6上的凸模通孔；凹模17固定在下模板9上，頂料杆18的上端穿過凹模17上的頂料杆通孔，頂料杆18與液壓柱塞相連；
凸模16的上端與凸模座2之間由超聲波振動裝置固定；
根據精衝落料零件19的尺寸，確定凸模16的外徑，根據超聲波發生器產生的超聲振動的頻率，確定凸模16的長度，使凸模16在輸入的超聲波作用下能產生共振；
2)將板料7置於V形壓邊圈6和凹模17之間；
3)啟動液壓機(一臺液壓機可分控制上模板I下行、凸模座2下行、頂料杆18上行)，模具的上模板I和下模板9在液壓機作用下作相對運動並帶動壓力墊板3和V形壓邊圈6運動，從而使V形壓邊圈6壓住板料7 (以一定的壓邊力壓住板料7)；
4)啟動超聲波振動裝置，使凸模在超聲波作用下產生共振，凸模的底面粒子產生高頻振動；
5)液壓機的液壓柱塞下行，推動凸模座下行，同時頂料杆對板料施加一個反壓力，實現凸模對材料的精密衝裁；
6 )凸模座和凸模上行，頂料杆上行，頂出零件(精衝落料零件)。
[0006]所述的超聲波振動裝置包括超聲波放大器11、超聲波換能器4和超聲波發生器；凸模16通過螺釘與超聲波放大器11相連)，超聲波放大器11與超聲波換能器4固定連接(通過螺杆緊密連接)，超聲波換能器4通過電纜10連接超聲波發生器；超聲波換能器4位於超聲波放大器11的上面，超聲波放大器11和超聲波換能器4位於壓力墊板3上的通孔內；超聲波放大器11固定在凸模座2上。
[0007]為了固定超聲波振動裝置，超聲波放大器11上設有一個法蘭，法蘭上設有6個孔；通過螺釘14通過法蘭上的孔，將超聲波放大器11與墊板13連接起來；4根螺杆12的上端部分別與凸模座2通過螺紋連接，4根螺杆12的下端部分別穿過墊板13上的孔後由螺帽15固定。
[0008]實現上述工藝的超聲波輔助精衝成形模具，其特徵在於它包括上模板1、凸模座
2、壓力墊板3、導柱5、V形壓邊圈6、導套8、下模板9、凸模16、凹模17、頂料杆18 ;上模板I和下模板9可作相對運動；壓力墊板3固定在上模板I上，壓力墊板3上設有通孔，上模板I上開有一凸模座孔，凸模座2穿入上模板I上的凸模座孔中，凸模座上端的螺紋孔與液壓機上的液壓柱塞相連接；導柱5的上端與上模板I固定，導柱5的下端位於導套8內，導套8的下端與下模板9固定；V形壓邊圈6位於壓力墊板3的下方並與壓力墊板3固定，凸模16的下端穿過V形壓邊圈6上的凸模通孔；凹模17固定在下模板9上，頂料杆18的上端穿過凹模17上的頂料杆通孔，頂料杆18與液壓柱塞相連；凸模16的上端與凸模座2之間由超聲波振動裝置固定。
[0009]本發明的有益效果是:基於精衝過程中存在的問題，本發明提出將超聲波應用到精衝成形工藝中。通過將高強度超聲波輸入到衝頭中，在衝頭表面產生高頻周期振動位移。因此，在超聲波輔助精衝成形過程中衝頭與工件之間由于振動而產生瞬間分離，從而使工件產生強烈的「體積效應」和「表面效應」，主要體現在以下四個方面:1)由於靜應力的疊加和溫度效應的影響使得坯料的流變應力減小；2)摩擦力矢量反向使得在振動周期的部分時間裡摩擦力有利於變形加工；3)局部熱效應的作用使得局部粘焊現象減少；4)振動改善加工潤滑條件。因此，通過超聲波高頻振動，提高材料精衝成形性能、降低精衝變形抗力，有效克服上述精衝成形工藝所存在的問題。這對於提高精衝件質量和延長精衝模具壽命具有重要意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明的超聲波輔助精衝模具示意圖。
[0011]圖2是精衝零件的示意圖。
[0012]圖3是墊板的示意圖。
[0013]圖4是超聲波放大器的示意圖。
[0014]圖5是螺杆的示意圖。
[0015]圖中:1_上模板；2_凸模座；3_壓力墊板；4_超聲波換能器；5_導柱；6_V形壓邊圈；7_板料；8-導套；9_下模板；10_電纜(連接超聲波發生器)；11-超聲波放大器；12_螺杆；13_墊板；14_螺釘；15_螺帽；16_凸模(或稱精衝凸模)；17_凹模；18_頂料杆，19-精衝落料零件(精衝零件)。
【具體實施方式】
[0016]一種超聲波輔助精衝成形工藝，它包括如下步驟:
1)準備超聲波輔助精衝成形模具:
所述超聲波輔助精衝成形模具包括上模板1、凸模座2、壓力墊板3、導柱5、V形壓邊圈
6、導套8、下模板9、凸模16、凹模17、頂料杆18 ;上模板I和下模板9可作相對運動(設在模架上);壓力墊板3固定在上模板I上，壓力墊板3上設有通孔，上模板I上開有一凸模座孔，凸模座2穿入上模板I上的凸模座孔中，凸模座上端的螺紋孔與液壓機上的液壓柱塞相連接；導柱5的上端與上模板I固定，導柱5的下端位於導套8內，導套8的下端與下模板9固定；V形壓邊圈6位於壓力墊板3的下方並與壓力墊板3固定(V形壓邊圈6起到壓料作用)，凸模16的下端穿過V形壓邊圈6上的凸模通孔；凹模17固定在下模板9上，頂料杆18的上端穿過凹模17上的頂料杆通孔，頂料杆18與液壓柱塞相連；
凸模16的上端與凸模座2之間由超聲波振動裝置固定；
根據精衝落料零件19的尺寸，確定凸模16的外徑，根據超聲波發生器產生的超聲振動的頻率，確定凸模16的長度，使凸模16在輸入的超聲波作用下能產生共振；
2)將板料7置於V形壓邊圈6和凹模17之間；
3)啟動液壓機(一臺液壓機可分控制上模板I下行、凸模座2下行、頂料杆18上行)，模具的上模板I和下模板9在液壓機作用下作相對運動並帶動壓力墊板3和V形壓邊圈6運動，從而使V形壓邊圈6壓住板料7 ；
4)啟動超聲波振動裝置，使凸模在超聲波作用下產生共振，凸模的底面粒子產生振幅為μ的高頻振動；
5)液壓機的液壓柱塞下行，推動凸模座下行，同時頂料杆對板料施加一個反壓力，實現凸模對材料的精密衝裁；
6 )凸模座和凸模上行，頂料杆上行，頂出零件(精衝落料零件)。
[0017]所述的超聲波振動裝置(或稱超聲振動系統)包括超聲波放大器(或稱振幅放大器)11、超聲波換能器4和超聲波發生器；凸模16通過螺釘與超聲波放大器11相連，超聲波放大器11與超聲波換能器4通過螺杆緊密連接，超聲波換能器4通過電纜10連接超聲波發生器；超聲波換能器4位於超聲波放大器11的上面，超聲波放大器11和超聲波換能器4位於壓力墊板3上的通孔內；超聲波放大器11固定在凸模座2上。
[0018]為了固定超聲波振動裝置，超聲波放大器11上設有一個法蘭，法蘭上設有6個孔；通過螺釘14通過法蘭上的孔，將超聲波放大器11與墊板13連接起來；4根螺杆12的上端部分別與凸模座2通過螺紋連接，4根螺杆12的下端部分別穿過墊板13上的孔後由螺帽15固定。
[0019]實現上述工藝的超聲波輔助精衝成形模具，它包括上模板1、凸模座2、壓力墊板
3、導柱5、V形壓邊圈6、導套8、下模板9、凸模16、凹模17、頂料杆18 ;上模板I和下模板9可作相對運動；壓力墊板3固定在上模板I上，壓力墊板3上設有通孔，上模板I上開有一凸模座孔，凸模座2穿入上模板I上的凸模座孔中，凸模座上端的螺紋孔與液壓機上的液壓柱塞相連接；導柱5的上端與上模板I固定，導柱5的下端位於導套8內，導套8的下端與下模板9固定；V形壓邊圈6位於壓力墊板3的下方並與壓力墊板3固定，凸模16的下端穿過V形壓邊圈6上的凸模通孔；凹模17固定在下模板9上，頂料杆18的上端穿過凹模17上的頂料杆通孔，頂料杆18與液壓柱塞相連；凸模16的上端與凸模座2之間由超聲波振動裝置固定。
【權利要求】
1.一種超聲波輔助精衝成形工藝，其特徵在於它包括如下步驟: 1)準備超聲波輔助精衝成形模具: 所述超聲波輔助精衝成形模具包括上模板(I)、凸模座(2)、壓力墊板(3)、導柱(5)、V形壓邊圈(6)、導套(8)、下模板(9)、凸模(16)、凹模(17)、頂料杆(18);壓力墊板(3)固定在上模板(I)上，壓力墊板(3)上設有通孔，上模板(I)上開有一凸模座孔，凸模座(2)穿入上模板(I)上的凸模座孔中，凸模座上端的螺紋孔與液壓機上的液壓柱塞相連接；導柱(5)的上端與上模板(I)固定，導柱(5)的下端位於導套(8)內，導套(8)的下端與下模板(9)固定^形壓邊圈(6)位於壓力墊板(3)的下方並與壓力墊板(3)固定，凸模(16)的下端穿過V形壓邊圈(6)上的凸模通孔；凹模(17)固定在下模板(9)上，頂料杆(18)的上端穿過凹模(17)上的頂料杆通孔，頂料杆(18)與液壓柱塞相連； 凸模(16)與凸模座(2)之間由超聲波振動裝置固定； 根據精衝落料零件(19)的尺寸，確定凸模(16)的外徑，根據超聲波發生器產生的超聲振動的頻率，確定凸模(16)的長度，使凸模(16)在輸入的超聲波作用下能產生共振； 2)將板料(7)置於V形壓邊圈(6)和凹模(17)之間； 3)啟動液壓機，模具的上模板(I)和下模板(9)在液壓機作用下作相對運動並帶動壓力墊板(3)和V形壓邊圈(6)運動，從而使V形壓邊圈(6)壓住板料(7)； 4)啟動超聲波振動裝置，使凸模在超聲波作用下產生共振，凸模的底面粒子產生高頻振動； 5)液壓機的液壓柱塞下行，推動凸模座下行，同時頂料杆對板料施加一個反壓力；隨著凸模下行，頂料杆下行，實現凸模對材料的精密衝裁； 6)凸模座和凸模上行，頂料杆上行，頂出零件。
2.根據權利要求1所述的一種超聲波輔助精衝成形工藝，其特徵在於:所述的超聲波振動裝置包括超聲波放大器(11)、超聲波換能器(4)和超聲波發生器；凸模(16)通過螺釘與超聲波放大器(11)相連，超聲波放大器(11)與超聲波換能器(4)固定連接，超聲波換能器(4)通過電纜(10)連接超聲波發生器；超聲波換能器(4)位於超聲波放大器(11)的上面，超聲波放大器(11)和超聲波換能器(4)位於壓力墊板(3)上的通孔內；超聲波放大器(11)固定在凸模座(2)上。
3.根據權利要求1所述的一種超聲波輔助精衝成形工藝，其特徵在於:超聲波放大器(11)上設有一個法蘭，法蘭上設有(6)個孔；由螺釘(14)通過法蘭上的孔，將超聲波放大器(11)與墊板(13)連接起來；4根螺杆(12)的上端部分別與凸模座(2)通過螺紋連接，4根螺杆(12)的下端部分別穿過墊板(13)上的孔後由螺帽(15)固定。
4.根據權利要求1所述工藝的超聲波輔助精衝成形模具，其特徵在於它包括上模板(I)、凸模座(2)、壓力墊板(3)、導柱(5)、V形壓邊圈(6)、導套(8)、下模板(9)、凸模(16)、凹模(17)、頂料杆(18);壓力墊板(3)固定在上模板(I)上，壓力墊板(3)上設有通孔，上模板(I)上開有一凸模座孔，凸模座(2)穿入上模板(I)上的凸模座孔中，凸模座上端的螺紋孔與液壓機上的液壓柱塞相連接；導柱(5)的上端與上模板(I)固定，導柱(5)的下端位於導套(8)內，導套(8)的下端與下模板(9)固定；V形壓邊圈(6)位於壓力墊板(3)的下方並與壓力墊板(3)固定，凸模(16)的下端穿過V形壓邊圈(6)上的凸模通孔；凹模(17)固定在下模板(9)上，頂料杆(18)的上端穿過凹模(17)上的頂料杆通孔，頂料杆(18)與液壓柱塞相連；凸模(16)與凸模座(2)之間由超聲波振動 裝置固定。
【文檔編號】B21D28/02GK103611774SQ201310592706
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月22日 優先權日:2013年11月22日
【發明者】劉豔雄, 華林, 宋燕利, 趙新浩 申請人:武漢理工大學