CN106475758A - 一种基于高低频振动载荷加载的下料方法 - Google Patents

一种基于高低频振动载荷加载的下料方法 Download PDF

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化春键
袁浩
陆云健
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P17/00—Metal-working operations, not covered by a single other subclass or another group in this subclass
    • B23P17/02—Single metal-working processes; Machines or apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/10—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy
    • B06B1/16—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy operating with systems involving rotary unbalanced masses

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Abstract

本发明公开了一种基于高低频振动载荷加载的下料方法，涉及金属棒料精密下料领域。所述高低频振动载荷包含频率较高振幅较小的高频部分和频率较低振幅较大的低频部分。所述带V形槽缺口的棒料一端固定，一端施加高低频振动载荷。合理的控制两种频率的载荷大小和速率，使得棒料在应力集中作用下，在V形槽缺口处形成疲劳断裂。利用高低频振动载荷可以快速的使金属材料萌生和扩展裂纹的特点，提高金属棒料下料效率。较之现有技术，这种技术是一种绿色的下料技术，效率高，可以大大降低棒料和刀具的消耗，不会有塌角、菱形畸变或“马蹄”口等缺陷。并且由于V形槽的存在，下料完成后的棒料两端会存在45°倒角。

Description

一种基于高低频振动载荷加载的下料方法
技术领域
本发明涉及金属棒料精密下料领域，尤其是一种基于高低频振动载荷加载的下料方法。
背景技术
工业生产中的众多领域均存在着棒料的精密下料问题，如各种金属链条销、金属标准件、轴承、微电机轴、内燃机配件(如活塞销、挺杆)等零件的生产之中。随着全球经济的发展,国内外机械加工行业对毛坯的质量要求愈来愈高,数量愈来愈大。毛坯分离的质量、生产率、材料利用率及成本等也直接影响着企业的经济效益。尤其是工具、轴承、齿轮、汽车和拖拉机行业,原材料的分离成为影响大批量产品生产的制约环节之一。目前，在工业生产中采用的下料方法一般为剪切下料和金属切削下料。剪切下料往往会造成分离力大，降低了剪切模具的使用寿命。棒料产生塌角，下料断面质量差，使毛坯产生诸如菱形畸变、马蹄口等缺陷。金属切削下料在原材料上造成一定宽度的切口,而切口内的材料最终变成了切屑，故浪费的材料多，消耗的能量大。并且，刀具的消耗较大,这一点在高强度材料的分离中尤为显著。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种基于高低频振动载荷加载的下料方法，该方法可以有效地减少传统方法所造成的塌角、菱形畸变、“马蹄口”以及棒料和刀具的消耗，并提高效率。
本文发明的技术方案如下：利用高低频振动载荷可以快速的使金属材料萌生和扩展裂纹的特点，把高低频振动载荷加载到含预制V形槽棒料上。将带V形槽缺口的棒料一端固定，一端施加低频率大振幅和高频率小振幅的振动载荷。合理的控制两种频率的载荷大小和速率，使得棒料在应力集中作用下，在V形槽缺口处形成疲劳断裂。
将高低频振动载荷施加到金属材料上时，金属材料所受振动的应力比r为-1，这种振动波形下的金属材料就容易萌生疲劳裂纹。截取叠加波形的t1-t2部分，观察其特性可知，t1-t2部分可以近似地看成是应力比为r固定值的振动波，当此种振动施加到金属材料上时，此时金属材料上的应力比为较大的正数，这种状态下金属材料上的疲劳裂纹就会快速的扩展。因此可快速的实现下料。
本发明有益效果：这种技术是一种绿色的下料技术，效率高，可以大大降低棒料和刀具的消耗，不会有塌角、菱形畸变或“马蹄”口等缺陷的存在。并且由于V形槽的存在，下料完成后的棒料两端会存在45°倒角。
附图说明
图1为高低频振动力学模型。
图2为大偏心块振动所产生的振动波。
图3为小偏心块振动所产生的振动波。
图4为大偏心块振动所产生的振动波与小偏心块振动所产生的振动波的叠加波形。
图5为大小偏心块所产生叠加波形的t1-t2部分。
图6为含预制V形槽的金属圆棒料。
图7为高低频振动载荷加载到棒料的方式。包括定夹具、含预制V形槽的棒料和动模具。
具体实施方式
本发明提出的基于高低频振动载荷加载的下料方法结合附图和实例说明如下，以下实施方式仅用于本发明，而并非对本发明的限制本发明的专利保护范围应由各权利要求限制。
如图1所示，大小偏心块的转速之比为1:n，所以当大偏心块旋转过的角度为ωt，则小偏心块就会转过nωt的角度，ω为大偏心块的旋转角速度。大偏心块和小偏心块的制造和安装有特殊要求，所以在旋转时上下完全对称，产生的偏心力在垂直方向的分力大小相等方向相反，因此可以相互抵消，所以实验装置工作时在垂直方向上的力可以保持平衡，故无上下的振动。每对偏心块的离心力在水平方向上的分力大小相等方向相同，所以相互叠加就会让振动体做周期性的往复运动。每当大偏心块旋转一周时，小偏心块刚好旋转n周，大偏心块在水平方向上的激振力一个周期改变一次，小偏心块刚好可以改变n次，这就是卧式高低频复合振动实验装置特有的动力学性质。
当小偏心块静止不动，只有大偏心块以大小为ω的角速度做匀速旋转运动时，大偏心块产生的激振力就会带动振动体做往复运动，如图2所示的时间-位移图。当大偏心块静止不动，只有小偏心块以大小为nω的角速度做匀速旋转运动时，小偏心块产生的激振力就会带动振动体做往复运动，如图3所示的时间-位移图。当大偏心块以大小为ω的角速度和小偏心块以大小为nω的角速度同时做匀速旋转运动时，振动体的时间-位移图就是图2和图3形的叠加，如图4所示。高频振动和低频振动是相对而言的，高低频振动的频率低但是振幅大，低频振动的频率高但是振幅低。
如图4振动施加到金属材料上时，金属材料所受振动的应力比r为-1，这种振动波形下的金属材料就会容易萌生疲劳裂纹。截取图4中的t1-t2部分如图5所示，观察其特性可知，t1-t2部分可以近似的看成若干个周期的波组成的振动波，当此种振动施加到金属材料上时，此时金属材料上的应力比为较大的正数，这种状态下金属材料上的疲劳裂纹就会快速的扩展。
金属棒料上含有预制V形槽，V形槽起到应力集中的作用，使棒料的断裂位置可控，并且更容易断裂，如图6所示。
金属圆棒料一端用定夹具约束住所有自由度，金属棒料上的V形槽位于定夹具和动模具之间，棒料的另一端使用动模具把振动载荷加载到金属棒料上，使金属棒料在V型槽处发生疲劳断裂，完成下料过程，如图7所示。

Claims (4)

1.一种基于高低频振动载荷加载的下料方法，包括高低频振动载荷的生成方法，金属圆棒料V形槽的预制方法和高低频振动载荷加载到棒料的方法。
2.根据权利1所述的基于高低频振动载荷加载的下料方法，其特征是高低频复合振动载荷由低频大振幅的振动波和高频低振幅的振动波叠加生成，低频大振幅的振动由一对大偏心块提供，高频大振幅的振动由一对小偏心块提供。每对偏心块在旋转时上下都严格对称，偏心块所产生的离心力在竖直方向上相互抵消，因此在竖直方向不会产生振动，只会在水平方向上产生高低频振动载荷。
3.根据权利1所述的基于高低频振动载荷加载的下料方法，其特征是金属圆棒料在加载高低频振动载荷前需要预制V形槽，在V形槽底部形成应力集中，利于金属圆棒料的疲劳断裂。棒料上V形槽在自动开槽机上进行加工。
4.根据权利1所述的基于高低频振动载荷加载的下料方法，其特征是在含预制V形槽的金属圆棒料上施加高低频振动载荷，使金属圆棒料在V形槽处疲劳断裂。其特征是：
1)用定夹具将金属圆棒料的一端夹持住，约束住棒料的所有自由度；
2)用动模具把高低频振动载荷加载到金属圆棒料的另外一端，V形槽位于定夹具和动模具之间，在高低频复合振动的作用下，金属圆棒料V形槽底部发生疲劳破坏，直至完全断裂。
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