CN104139106B - 一种板材超声振动颗粒介质成形装置 - Google Patents

一种板材超声振动颗粒介质成形装置 Download PDF

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Abstract

发明公开了一种板材超声振动颗粒介质成形装置，它由超声波系统和颗粒介质成型系统组成；超声波系统由超声波发生器、换能器、变幅杆、工具和频率跟踪器组成；颗粒介质成型系统由凹模、压头、上模、固体颗粒介质和压边调整垫组成；超声波发生器通过数据线分别与换能器、频率跟踪器相连接，频率跟踪器连接在换能器上；换能器的端面上连接有变幅杆；变幅杆的另一端连接有工具，工具通过压力作用在上模上。本发明的应用可以增加材料的位错密度，提高材料的屈服强度，还可以得到精度高和表面质量高的零件。

Description

一种板材超声振动颗粒介质成形装置
技术领域
发明涉及一种成形装置，尤其涉及一种板材超声振动颗粒介质成形装置。
背景技术
传统的冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集型产品。随着现代工业技术的发展，板料成形产品的种类越来越多，伴随着高强度难成形材料的大量使用，板料成形产品的成形也越来越困难。这些零件的形状复杂、成形难度大，且产品的需求量不多，这使得板料成形产品的生产由大批量逐渐向多品种和小批量发展。在这种情况下，若采用传统的刚性模具冲压方法对这一类产品进行生产，一是成形难度较大，成形所需的费用高，二是模具的设计和制造以及调试需要大量的时间和费用，而且在利用传统刚性模冲压成形方法对一些复杂形状零件进行成形时，会因为板料的悬空区域过大而引起起皱及回弹过大等缺陷造成成形失败；因此需要一种更加先进的成型装置。
发明内容
为了解决上述问题中的不足之处，发明提供了一种板材超声振动颗粒介质成形装置。
为解决以上技术问题，发明采用的技术方案是：一种板材超声振动颗粒介质成形装置，它由超声波系统和颗粒介质成型系统组成；超声波系统由超声波发生器、换能器、变幅杆、工具和频率跟踪器组成；颗粒介质成型系统由凹模、压头、上模、固体颗粒介质和压边调整垫组成；
超声波发生器通过数据线分别与换能器、频率跟踪器相连接，频率跟踪器连接在换能器上；换能器的端面上连接有变幅杆；变幅杆的另一端连接有工具，工具通过压力作用在上模上。
上模的上端容纳有压头。凹模上端法兰的边缘上设置有一缺口，缺口内放置有压边调整垫。
本发明将超声波直接施加在模具上，通过模具把振动传递给固体颗粒介质，固体颗粒介质在超声波作用下内部微结构被外部环境激化，板材坏料在超声波产生的交变应力场与弹塑性变形产生的应力场耦合作用下发生成形。本发明的应用可以增加材料的位错密度，提高材料的屈服强度，还可以得到精度高和表面质量高的零件。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2、图3是本发明的固体颗粒介质坯料成形原理示意图。
图4是本发明的超声波系统频率跟踪反馈框图。
图中：1、超声波发生器；2、换能器；3、变幅杆；4、工具；5、频率跟踪器；6、凹模；7、压头；8、上模；9、固体颗粒介质；10、压边调整垫；11、板材坯料。
具体实施方式
如图1-图4所示，本发明由超声波系统和颗粒介质成型系统组成。超声波系统由超声波发生器1、换能器2、变幅杆3、工具4和频率跟踪器5组成。颗粒介质成型系统由凹模6、压头7、上模8、固体颗粒介质9和压边调整垫10组成。
超声波发生器1通过数据线分别与换能器2、频率跟踪器5相连接，频率跟踪器连接在换能器2上。换能器2的端面上连接有变幅杆3。变幅杆3的另一端连接有工具4，工具4通过一定的压力作用在上模8上。上模8的上端容纳有压头7。上模8和凹模6中间加置有板材坯料11；凹模6上端法兰的边缘上设置有一缺口，缺口内放置有压边调整垫10。
超声波发生器1和换能器2是本发明的核心部件，提供振动。超声波系统通过频率跟踪器5来控制超声波发生器，使超声波发生器的频率在一定范围内跟踪换能器的共振点，让频率发生器工作在最佳状态。
为更好地理解本发明，现以待加工的板材坯料11为例，详细说明成形过程：
超声波发生器1产生16-25kHz的高频电信号，作为功率源提供给换能器2工作所需的超声频电功率，换能器2将超声频电功率转换为机械振动，此机械振动的振幅很小，不能直接用于加工，需要通过变幅杆3将其放大再传给工具4，工具4以一定的压力作用在上模8上(超声波的机械振动经变幅杆传给工具使超声振动能量集中，最后再把振动传给颗粒介质成形系统的固体颗粒)。
如图1-图3的原理图所示将颗粒介质成形系统的板材坯料11放置在凹模6上，给压头7施加一定的成形力，使固体颗粒介质9产生成形压力，在超声波产生的交变应力场与弹塑性变形产生的应力场耦合作用下，板材坯料11在非均匀成形压力作用下产生变形。随着施加的力的不断增大，板材坯料的变形也逐渐增大，最后材料进入凹模6并完全贴模。此工序中不需要任何辅助工序即可成功的一次拉深成形出合格的深曲面零件。
上模8同时具备颗粒容器和刚性压边圈的作用，刚性压边间隙的大小通过调整刚性压边调整垫10的厚度控制。
当换能器2工作在共振频率点时，其效率最高，工作最稳定。由于超声振动系统自身的谐振频率对外界负载、热载荷等因素较为敏感，这些因素的改变会引起超声振动系统谐振频率的变化，导致系统失谐或者停止工作，所以超声波系统必须具备频率跟踪的功能。频率跟踪信号可以控制超声波发生器1，使超声波发生器1的频率在一定范围内跟踪换能器2的共振点，让超声波发生器1工作在最佳状态。
如图4所示，反馈是对换能器2的电流和电压采样，再对采样信号进行一定处理，然后送回到超声波发生器1去控制振荡频率，以确保换能器2工作在共振频率点上。这种反馈完全借助电子元器件实现，制作方便，而且方案灵活，实现的具体方式也非常多样。
上述实施方式并非是对发明的限制，发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种板材超声振动颗粒介质成形装置，其特征在于：它由超声波系统和颗粒介质成型系统组成；所述超声波系统由超声波发生器(1)、换能器(2)、变幅杆(3)、工具(4)和频率跟踪器(5)组成；所述颗粒介质成型系统由凹模(6)、压头(7)、上模(8)、固体颗粒介质(9)和压边调整垫(10)组成；
所述超声波发生器(1)通过数据线分别与换能器(2)、频率跟踪器(5)相连接，频率跟踪器连接在换能器(2)上；换能器(2)的端面上连接有变幅杆(3)；变幅杆(3)的另一端连接有工具(4)，工具(4)通过压力作用在上模(8)上。
2.根据权利要求1所述的板材超声振动颗粒介质成形装置，其特征在于：所述上模(8)的上端容纳有压头(7)。
3.根据权利要求1所述的板材超声振动颗粒介质成形装置，其特征在于：所述凹模(6)上端法兰的边缘上设置有一缺口，缺口内放置有压边调整垫(10)。
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