CN104162595A - 超声振动辅助箔板精密微冲裁成形装置及方法 - Google Patents

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Abstract

超声振动辅助箔板精密微冲裁成形装置及方法，它涉及一种微冲裁成形装置及方法，具体涉及一种超声振动辅助箔板精密微冲裁成形装置及方法。本发明为了解决现有精密箔板普通冲裁成形质量不够高，断面质量和形位公差不能满足要求，以及模具磨损严重、使用寿命低等难题，同时针对大尺寸构件振动辅助成形中能量传递困难、振动系统难以实现等瓶颈问题。本发明的上模板、上垫板、卸料板、凹模固定板、下垫板、下模板由上至下依次叠加设置，上模板中部的通孔与上垫板中部的通孔组成上腔体，压电陶瓷、振子、凸模固定块、冲头由上至下依次插装在上腔体内，凹模嵌装在下垫板上表面的中部内，冲头的下部插装在卸料板上表面中部的卸料孔内。本发明用于机械加工领域。

Description

超声振动辅助箔板精密微冲裁成形装置及方法
技术领域
本发明涉及一种微冲裁成形装置及方法，具体涉及一种超声振动辅助箔板精密微冲裁成形装置及方法，属于机械加工领域。
背景技术
现代技术中微系统技术和微机电系统的快速发展，对箔板微型构件有了越来越高的要求。不仅应用范围拓展，需求量增加，箔板微型构件成形质量也需要提高，如箔板微型构件在保证较高的几何尺寸精度的同时还要求有良好的冲裁断面质量、较高的形位精度等。一般，这些箔板微型构件板厚较小，一般小于0.2mm，整体尺寸也只有数个毫米级，因而很难进行二次加工，必须一次冲裁成形出尺寸精度和形位精度等均满足要求的微型箔板构件。另外，高精度的箔板冲裁成形中，凸凹模间隙很小，变形区晶粒少，受尺寸效应影响较大，冲裁断面质量差，工艺重复性差，冲裁力也会显著增加。同时，微冲裁成形中模具磨损严重、模具寿命低等问题。
超声振动已在传统塑性成形中获得应用，来降低变形抗力、提高成形质量，但是，由于传统塑性成形件尺寸大，受振动能量需求大且传递困难、振动系统结构设计难度大等限制，因而应用范围受到很大制约，仅在丝材拉拔等工艺中有应用。而箔板微冲裁尺寸小，需要的能量小，振动系统易于实现等优势，超声振动辅助箔板微冲裁成形装置及工艺方法具有重要的实际应用价值，必将产生显著的经济效益。
发明内容
本发明为解决现有精密箔板普通冲裁成形质量不够高，断面质量和形位公差不能满足要求，以及模具磨损严重、使用寿命低等难题，同时针对大尺寸构件振动辅助成形中能量传递困难、振动系统难以实现等瓶颈问题，提出超声振动辅助箔板精密微冲裁成形装置及方法。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明所述成形装置包括上模板、上垫板、导柱、卸料板、凹模固定板、下垫板、下模板、压电陶瓷、振子、凸模固定块、冲头和凹模，上模板、上垫板、卸料板、凹模固定板、下垫板、下模板由上至下依次叠加设置，导柱由上至下依次穿过上垫板、卸料板、凹模固定板，上模板中部的通孔与上垫板中部的通孔组成上腔体，压电陶瓷、振子、凸模固定块、冲头由上至下依次插装在上腔体内，凹模嵌装在下垫板上表面的中部内，冲头的下部插装在卸料板上表面中部的卸料孔内，凹模上表面的中部开有凹模孔，凹模孔中心线与卸料孔的中心线重合。
本发明所述成形方法的具体步骤如下：
步骤一、将超声振动辅助箔板微冲裁成形装置放入精密冲裁成形机内，将下模板固定安装在精密冲裁成形机的下工作台上，将上模板固定安装在精密冲裁成形机的上工作台上
步骤二、设定振动频率20-40KHz，接通超声电源通过振子使冲头进行超声振动；
步骤三、上模板在精密冲裁成形机带动下向下移动达到设定的下死点，冲头与箔板接触，冲头与凹模给箔板一定的剪切力，箔板在剪切力的作用下发生弹性变形、塑性变形并产生裂纹撕裂，最终将坯料从箔板上沿凹模的刃口轮廓剪切下来；
步骤四、冲裁成形结束后，上模板在精密冲裁成形机的带动下上上死点移动，压边弹簧释放并推动卸料板实现卸料，然后上模板继续向上移动直至到达上死点，完成冲裁成形。
本发明的有益效果是：本发明是将超声振动加载在冲裁过程中，超声振动对金属具有软化效应，降低材料塑性变形抗力以及降低摩擦力。高精度冲裁中因为间隙较小而使得冲裁力明显增加的问题得到缓解，在超声振动的辅助下能够降低材料的塑性变形抗力，使得冲裁力较小。冲裁力和摩擦力的降低，可以降低冲裁成形中变形区所受的弯矩，使得冲裁断面中圆角部分比重较小，使得断面质量得到提高，更重要的是能够显著提高箔板成形件的形位精度，如平整度等。同时，超声振动在冲裁成形中能够抑制裂纹的萌生和扩展，延迟冲裁成形过程中裂纹的产生，降低撕裂的角度，因而降低了冲裁断面中撕裂带的比例、提高光亮带的比例，改善冲裁断面的表面质量。本发明微冲裁成形件小，所需的冲头等工具尺寸也小、重量轻、惯性小，很容易实现超声振动。本发明中，一体化设计了振子和冲头，将振动能量直接作用到坯料上，省去了变幅杆等结构。不但结构紧凑，易于实现超声振动，而且能量利用率高。
附图说明
图1是本发明所述成形装置的整体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述超声振动辅助箔板精密微冲裁成形装置包括上模板1、上垫板2、导柱3、卸料板5、凹模固定板6、下垫板7、下模板8、压电陶瓷10、振子12、凸模固定块15、冲头16和凹模18，上模板1、上垫板2、卸料板5、凹模固定板6、下垫板7、下模板8由上至下依次叠加设置，导柱3由上至下依次穿过上垫板2、卸料板5、凹模固定板6，上模板1中部的通孔与上垫板2中部的通孔组成上腔体19，压电陶瓷10、振子12、凸模固定块15、冲头16由上至下依次插装在上腔体19内，凹模18嵌装在下垫板7上表面的中部内，冲头16的下部插装在卸料板5上表面中部的卸料孔5-1内，凹模18上表面的中部开有凹模孔18-1，凹模孔18-1中心线与卸料孔5-1的中心线重合。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述超声振动辅助箔板精密微冲裁成形装置还包括压边弹簧导柱13和压边弹簧17，上模板1的上表面开有复位通孔1-1，压边弹簧导柱13的上端插装在复位通孔1-1内，压边弹簧导柱13的下端穿过上垫板2下表面上的弹簧安装孔2-1后插装在卸料板5的上表面内，压边弹簧17套装在压边弹簧导柱13上，且压边弹簧17位于弹簧安装孔2-1内，压边弹簧17的上端与弹簧安装孔2-1顶部的卡台接触，压边弹簧17的下端与卸料板5的上表面接触。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述超声振动辅助箔板精密微冲裁成形装置的压电陶瓷10通过紧固螺母9固定安装在振子12的上端端面上。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述超声振动辅助箔板精密微冲裁成形装置的振子12上端边沿通过多个第一紧固螺栓11与上垫板2的上表面固定连接。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述超声振动辅助箔板精密微冲裁成形装置的冲头16通过多个第二紧固螺栓14与涂膜固定块15的下表面固定连接。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种利用具体实施方式一所述成形装置进行超声振动辅助箔板精密冲裁成形方法是通过如下步骤实现的：
步骤一、将超声振动辅助箔板微冲裁成形装置放入精密冲裁成形机内，将下模板7固定安装在精密冲裁成形机的下工作台上，将上模板1固定安装在精密冲裁成形机的上工作台上
步骤二、设定振动频率20-40KHz，接通超声电源通过振子使冲头进行超声振动；
步骤三、上模板1在精密冲裁成形机带动下向下移动达到设定的下死点，卸料板5在弹簧17作用下压紧箔板，冲头16与箔板接触，冲头16与凹模18给箔板一定的剪切力，箔板在剪切力的作用下发生弹性变形、塑性变形并产生裂纹撕裂，最终将坯料从箔板上沿凹模18的刃口轮廓剪切下来；
步骤四、冲裁成形结束后，上模板1在精密冲裁成形机的带动下上上死点移动，压边弹簧17释放并推动卸料板5实现卸料，然后上模板1继续向上移动直至到达上死点，完成冲裁成形。

Claims (6)

1.超声振动辅助箔板精密微冲裁成形装置，其特征在于：所述超声振动辅助箔板精密微冲裁成形装置包括上模板(1)、上垫板(2)、导柱(3)、卸料板(5)、凹模固定板(6)、下垫板(7)、下模板(8)、压电陶瓷(10)、振子(12)、凸模固定块(15)、冲头(16)和凹模(18)，上模板(1)、上垫板(2)、卸料板(5)、凹模固定板(6)、下垫板(7)、下模板(8)由上至下依次叠加设置，导柱(3)由上至下依次穿过上垫板(2)、卸料板(5)、凹模固定板(6)，上模板(1)中部的通孔与上垫板(2)中部的通孔组成上腔体(19)，压电陶瓷(10)、振子(12)、凸模固定块(15)、冲头(16)由上至下依次插装在上腔体(19)内，凹模(18)嵌装在下垫板(7)上表面的中部内，冲头(16)的下部插装在卸料板(5)上表面中部的卸料孔(5-1)内，凹模(18)上表面的中部开有凹模孔(18-1)，凹模孔(18-1)中心线与卸料孔(5-1)的中心线重合。
2.根据权利要求1所述超声振动辅助箔板精密微冲裁成形装置，其特征在于：所述超声振动辅助箔板精密微冲裁成形装置还包括压边弹簧导柱(13)和压边弹簧(17)，上模板(1)的上表面开有复位通孔(1-1)，压边弹簧导柱(13)的上端插装在复位通孔(1-1)内，压边弹簧导柱(13)的下端穿过上垫板(2)下表面上的弹簧安装孔(2-1)后插装在卸料板(5)的上表面内，压边弹簧(17)套装在压边弹簧导柱(13)上，且压边弹簧(17)位于弹簧安装孔(2-1)内，压边弹簧(17)的上端与弹簧安装孔(2-1)顶部的卡台接触，压边弹簧(17)的下端与卸料板(5)的上表面接触。
3.根据权利要求1或2所述超声振动辅助箔板精密微冲裁成形装置，其特征在于：压电陶瓷(10)通过紧固螺母(9)固定安装在振子(12)的上端端面上。
4.根据权利要求3所述超声振动辅助箔板精密微冲裁成形装置，其特征在于：振子(12)上端边沿通过多个第一紧固螺栓(11)与上垫板(2)的上表面固定连接。
5.根据权利要求3所述超声振动辅助箔板精密微冲裁成形装置，其特征在于：冲头(16)通过多个第二紧固螺栓(14)与凸模固定块(15)的下表面固定连接。
6.一种利用权利要求1所述成形装置进行超声振动辅助箔板精密冲裁成形方法，其特征在于：所述超声振动辅助箔板精密微冲裁成形方法是通过如下步骤实现的：
步骤一、将超声振动辅助箔板微冲裁成形装置放入精密冲裁成形机内，将下模板(7)固定安装在精密冲裁成形机的下工作台上，将上模板(1)固定安装在精密冲裁成形机的上工作台上
步骤二、设定振动频率20-40KHz，接通超声电源通过振子使冲头进行超声振动；
步骤三、上模板(1)在精密冲裁成形机带动下向下移动达到设定的下死点，冲头(16)与箔板接触，冲头(16)与凹模(18)给箔板一定的剪切力，箔板在剪切力的作用下发生弹性变形、塑性变形并产生裂纹撕裂，最终将坯料从箔板上沿凹模(18)的刃口轮廓剪切下来；
步骤四、冲裁成形结束后，上模板(1)在精密冲裁成形机的带动下上上死点移动，压边弹簧(17)释放并推动卸料板(5)实现卸料，然后上模板(1)继续向上移动直至到达上死点，完成冲裁成形。
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