CN108326137A - 一种通用精密超声振动成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于超声振动成形技术领域，并公开了一种通用精密超声振动成形装置，包括上压力板、支撑杆、支撑板、导套、导柱、下座板、工作台、下模具、变幅杆、超声换能器和工具头；导套竖直安装在所述支撑板上，导柱的上端穿过所述导套并且该导柱的下端穿过所述工作台后固定安装在所述下座板上；变幅杆穿过所述支撑板并且该变幅杆固定安装在所述支撑板上；变幅杆的上端安装所述超声换能器并且该变幅杆的下端安装所述工具头；工作台上设置有贯穿孔，以便所述工具头对下模具上的工件进行加工。本发明具有很强的普适性，可以根据不同的工艺需求来配置不同的工具头以及下模具，从而满足不同的成形工艺，适用于各种不同的工艺场合。

Description

一种通用精密超声振动成形装置

技术领域

本发明属于超声振动成形技术领域，更具体地，涉及一种通用精密超声振动成形装置。

背景技术

近年来，科技的不断发展对加工制造技术提出了更高的要求，越来越多的高强度、难变形的材料，如钛合金、镍基高温合金、非晶合金等被广泛用于航空航天、国防军工等高端制造领域，这对传统加工方法提出了考验。对于这一类难加工材料，传统加工方法很难保证成形过程高精度、高效率的要求。

超声振动成形技术作为一种辅助成形技术，可以有效地改善难变形材料的成形性能，显著减小加工过程中的成形力，降低成形对设备的要求，还可以减少模具和材料之间的摩擦，从而提高零件的表面质量和尺寸精度，同时模具的寿命也得到了极大地提高。

而在现有的超声振动成形装置中，凸凹模都是完全固定在装置上的，模具替换困难，缺乏柔性，无法根据实际需要更换模具，这不仅增大了加工成本，还延长了产品的生产周期，不具有普适性。

专利104690138A提供了一种镁合金板材超声振动单点渐进成形装置，利用微电脑控制系统上预设的CAD模型直接控制成形工具头的运动，从而在镁合金板材上实现单点渐进成形。该装置结构简单，但同时也存在运动控制不够精细的问题，产品精度得不到保证。

专利205519645U提供了一种实现金属件化合物高性能镇压成形设备，通过数据采集系统和PLC控制系统可以实现金属间化合物自动、高效、精准的振压成形，同时借助太阳能和供电网的相互转换保证了设备的正常运转，降低了生产成本。但该设备也存在功能相对单一、普适性不强的问题，不能应用于其他场合。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了通用精密超声振动成形装置，以解决现有的超声振动装置功能相对单一、结构相对固定、精度难以保证、模具不可替换、不具有普适性的问题。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种通用精密超声振动成形装置，其特征在于，包括上压力板、支撑杆、支撑板、导套、导柱、下座板、工作台、下模具、变幅杆、超声换能器和工具头，其中，

所述上压力板、支撑板、工作台和下座板均水平设置，并且它们按从上至下的顺序设置；

所述上压力板和所述支撑板通过竖直设置的支撑杆固定连接；

所述导套竖直安装在所述支撑板上，所述导柱的上端穿过所述导套并且该导柱的下端穿过所述工作台后固定安装在所述下座板上；

所述下模具搁置在所述下座板上；

所述工作台搁置在所述下模具上；

所述变幅杆穿过所述支撑板并且该变幅杆固定安装在所述支撑板上；

所述变幅杆的上端安装所述超声换能器并且该变幅杆的下端安装所述工具头；

所述工作台在对应于所述工具头的位置设置有贯穿孔，以便所述工具头对下模具上的工件进行加工。

优选地，所述支撑杆设置有四根并且它们呈菱形布置。

优选地，所述导柱设置有四根并且它们呈长方形布置，相应地，所述导套也设置有四根。

优选地，所述变幅杆包括上下设置的、连接在一起的第一变幅杆和第二变幅杆，所述第一变幅杆的侧面设置有第一法兰，所述支撑板在对应于所述第一法兰的位置设置有贯通孔，法兰盘固定安装在所述支撑板的贯通孔处，并且该法兰盘的第二法兰贴住所述支撑板的下表面，螺栓穿过所述第二法兰和第一法兰后将所述第一变幅杆和法兰盘固定连接在一起。

优选地，所述下模板内优选设置有垫块和衬套，所述导柱的下端伸入所述衬套内，螺栓的螺杆部分穿过所述垫块后伸入所述导柱内，从而将导柱固定连接在所述垫块上。

优选地，所述工具头上优选设置有加热装置。

优选地，所述下模具上优选设置有加热装置。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本发明具有很强的普适性，可以根据不同的工艺需求来配置不同的工具头以及下模具，从而满足不同的成形工艺，适用于各种不同的工艺场合；

2)本发明既有很强的拓展性，可以根据需要添加加热系统、数据采集系统和反馈控制系统等，很容易就可以实现计算机的自动控制；

3)本发明通过四柱式导柱导套机构来严格控制工具头的运动，保证工具头的精细运动，可以实现较高精度的成形。

附图说明

图1是本发明的剖视图。

图2是本发明的三维结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图1、图2，一种通用精密超声振动成形装置，上压力板1、支撑杆2、支撑板6、导套7、导柱8、下座板14、工作台11、下模具12、变幅杆、超声换能器3和工具头10，其中，

所述上压力板1、支撑板6、工作台11和下座板14均水平设置，并且它们按从上至下的顺序设置；

所述上压力板1和所述支撑板6通过竖直设置的支撑杆2固定连接；

所述导套7竖直安装在所述支撑板6上，所述导柱8的上端穿过所述导套7并且该导柱8的下端穿过所述工作台11后固定安装在所述下座板14上；

所述下模具12搁置在所述下座板14上；

所述工作台11搁置在所述下模具12上；

所述变幅杆穿过所述支撑板6并且该变幅杆固定安装在所述支撑板6上；

所述变幅杆的上端安装所述超声换能器3并且该变幅杆的下端安装所述工具头10；

所述工作台11在对应于所述工具头10的位置设置有贯穿孔，以便所述工具头10对下模具12上的工件进行加工。

进一步，所述支撑杆2设置有四根并且它们呈菱形布置。

进一步，所述导柱8设置有四根并且它们呈长方形布置，相应地，所述导套7也设置有四根。

进一步，所述变幅杆包括上下设置的、连接在一起的第一变幅杆4和第二变幅杆9，所述第一变幅杆4的侧面设置有第一法兰，所述支撑板6在对应于所述第一法兰的位置设置有贯通孔，法兰盘5固定安装在所述支撑板6的贯通孔处，并且该法兰盘5的第二法兰贴住所述支撑板6的下表面，螺栓穿过所述第二法兰和第一法兰后将所述第一变幅杆4和法兰盘5固定连接在一起。

进一步，所述下模板内设置有垫块15和衬套13，所述导柱8的下端伸入所述衬套13内，螺栓的螺杆部分穿过所述垫块15后伸入所述导柱8内，从而将导柱8固定连接在所述垫块15上。

进一步，所述工具头10上设置有加热装置，便于更好地加工零件。

进一步，所述下模具12上设置有加热装置，便于更好地加工零件。

本发明的上压力板1上设置沉孔，往上通过四个螺钉和压力机的滑块连接在一起，往下通过螺钉和支撑杆2固定在一起，支撑杆2另一端同样用螺纹螺钉和支撑板6连接在一起，支撑板6则通过法兰盘5和超声振动系统连接在一起，压力机滑块的运动通过支撑杆2和支撑板6传递到超声振动系统上，也把压力机上的压力传递到超声振动系统上。

家用的高频交流电信号(220V，50Hz)接入到超声发生器上，经过处理后转变成与换能器3相匹配的高频交流信号，接着通过换能器3被转换成高频机械振动信号，小振幅的机械振动信号经过变幅杆9放大成适合工具头的大幅度振动信号，从而将能量集中在工具头10上并完全作用在坯料的变形区域上。各部件之间都通过紧定螺钉相互连接，方便更换。

导套7装配固定在支撑板6的四个角上，导柱8和导套7以装配关系互相连接，导柱导套之间的精密配合关系保证了整个机构运动的精细程度，导柱8采用可拆卸式，依靠衬套13和垫块15反装在下模座14上，方便在损坏后进行替换。

工具头10通过紧定螺钉和变幅杆9连接在一起，这样既可以根据成形工艺安装不同的工具头，也便于在工具头磨损破坏后进行更换。同理，工作台11和下模具12也是活动的，同样也可以根据实际需求进行更换。

变幅杆增大振幅的原理是，假设通过变幅杆每个截面的超声波的总能量是一定的(即不考虑能量传递过程中的损耗)，若横截面积越小，则超声波强度越大。超声波强度I和振幅A之间存在如下的关系：

上式中，ρ为变幅杆所用材料的密度，c为超声波在介质中的传播速度，ω为角频率。从上式可知，变幅杆的横截面积越小，则超声波强度越大，超声波振幅也随之越大，由此实现将超声振动能量集中在面积相对较小的工具头上，来完成坯料超声振动成形。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种通用精密超声振动成形装置，其特征在于，包括上压力板、支撑杆、支撑板、导套、导柱、下座板、工作台、下模具、变幅杆、超声换能器和工具头，其中，

所述上压力板、支撑板、工作台和下座板均水平设置，并且它们按从上至下的顺序设置；

所述上压力板和所述支撑板通过竖直设置的支撑杆固定连接；

所述导套竖直安装在所述支撑板上，所述导柱的上端穿过所述导套并且该导柱的下端穿过所述工作台后固定安装在所述下座板上；

所述下模具搁置在所述下座板上；

所述工作台搁置在所述下模具上；

所述变幅杆穿过所述支撑板并且该变幅杆固定安装在所述支撑板上；

所述变幅杆的上端安装所述超声换能器并且该变幅杆的下端安装所述工具头；

所述工作台在对应于所述工具头的位置设置有贯穿孔，以便所述工具头对下模具上的工件进行加工。

2.根据权利要求1所述的一种通用精密超声振动成形装置，其特征在于，所述支撑杆设置有四根并且它们呈菱形布置。

3.根据权利要求1所述的一种通用精密超声振动成形装置，其特征在于，所述导柱设置有四根并且它们呈长方形布置，相应地，所述导套也设置有四根。

4.根据权利要求1～3中任一权利要求所述的一种通用精密超声振动成形装置，其特征在于，所述变幅杆包括上下设置的、连接在一起的第一变幅杆和第二变幅杆，所述第一变幅杆的侧面设置有第一法兰，所述支撑板在对应于所述第一法兰的位置设置有贯通孔，法兰盘固定安装在所述支撑板的贯通孔处，并且该法兰盘的第二法兰贴住所述支撑板的下表面，螺栓穿过所述第二法兰和第一法兰后将所述第一变幅杆和法兰盘固定连接在一起。

5.根据权利要求1～4中任一权利要求所述的一种通用精密超声振动成形装置，其特征在于，所述下模板内优选设置有垫块和衬套，所述导柱的下端伸入所述衬套内，螺栓的螺杆部分穿过所述垫块后伸入所述导柱内，从而将导柱固定连接在所述垫块上。

6.根据权利要求1～5中任一权利要求所述的一种通用精密超声振动成形装置，其特征在于，所述工具头上优选设置有加热装置。

7.根据权利要求1所述的一种通用精密超声振动成形装置，其特征在于，所述下模具上优选设置有加热装置。