CN111069393B - 带筋筒形件超声辅助旋压成形装置 - Google Patents

带筋筒形件超声辅助旋压成形装置 Download PDF

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Abstract

一种带筋筒形件超声辅助旋压成形装置，包括：超声波发生器、换能器、变幅杆、工具头和设有多方向筋槽的芯模，其中：超声波发生器与换能器通过导线相连，换能器、变幅杆和工具头依次连接，筒坯设置于芯模表面并与工具头接触；所述的变幅杆的节点处设有两片固定法兰和支架组成的固定装置，本发明芯模带有不同方向的筋槽，能够形成不同方向筋的筒形件；滚珠工具头相对于旋轮的体积小，超声振动能量更为集中，对材料的影响更显著；装置整体结构简洁，便于操作，能够适用于不同型号的设备。

Description

带筋筒形件超声辅助旋压成形装置
技术领域
本发明涉及的是一种金属塑性加工领域的技术，具体是一种带筋筒形件超声辅助旋压成形装置。
背景技术
带内筋的薄壁筒形件因其高刚度、高强度和低结构重量系数等优点，成为机械装备中薄壁结构件的首选。流动旋压有利于实现带筋筒形件整体成形，但是当结构件相邻内筋间距较大时，成形过程中构件材料流动差异显著，受到结构与芯模摩擦阻力等条件的约束，材料向筋部流动困难，容易出现内筋填充不足的问题，利用超声振动的声软化效应和减摩擦效应，可以改善材料的流动状况，有助于内筋的填充。现有技术不适用于带筋筒形件的超声辅助旋压，一方面是两种构件所需的芯模结构不同，另一方面是对成形过程中材料流动的要求不同，现有技术通过沿轴向加载的超声振动实现无内筋筒形件的减薄拉长，材料主要沿轴向进行流动，而带筋筒形件成形的问题在于内筋填充不足，需要材料尽可能向筋槽中流动。本发明重点实现带内筋筒形件旋压过程中沿径向加载超声振动，促进材料向筋槽的流动，从而获得更高的内筋。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种带筋筒形件超声辅助旋压成形装置，利用超声振动对材料的声软化效应与减摩擦效应，获得更高的内筋填充高度。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：超声波发生器、换能器、变幅杆、工具头和设有多方向筋槽的芯模，其中：超声波发生器与换能器通过导线相连，换能器、变幅杆和工具头依次连接，筒坯设置于芯模表面并与工具头接触。
所述的变幅杆为圆柱阶梯状结构，其与换能器连接的一侧的直径大于另一侧。
所述的变幅杆的节点处设有两片固定法兰和支架组成的固定装置，其中：两片固定法兰夹持于变幅杆的节点处，支架与固定法兰通过螺丝相连，支架与旋压机台座通过螺丝相连以确定装置方向。
所述的固定法兰上设有四个调平旋钮以调节变幅杆的位姿。
所述的工具头为滚珠工具头，该滚珠工具头为外六角滚珠螺丝。
技术效果
本发明整体解决了在带筋筒形件旋压的基础上，实现沿筒形件径向加载超声振动，促进材料向筋槽的流动，获得更高的内筋的技术空白。
与现有技术相比，本发明滚珠工具头相对于旋轮的体积小，超声振动能量更为集中，内筋高度提升的效果；装置整体结构简洁，便于操作，能够适用于不同型号的设备。
附图说明
图1为本发明的侧视图；
图2为本发明的俯视图；
图中：超声波发生器1、换能器2、变幅杆3、工具头4、固定法兰5、调平旋钮6、螺丝7、支架8、固定装置9、导线10、芯模11、筋槽12、筒坯13。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实施例包括：超声波发生器1、换能器2、变幅杆3、工具头4设有多方向筋槽12的芯模11和固定装置9，其中：超声波发生器1与换能器2通过导线10相连，换能器2与变幅杆3的一端胶接，变幅杆3的另一端与工具头4通过螺纹连接，筒坯13设置于芯模11表面并与工具头4接触，固定装置9设置于变幅杆3的节点处。
所述的固定装置9包括：两片固定法兰5和支架8，其中：两片固定法兰5夹持于变幅杆3的节点处，支架8与固定法兰通过螺丝7相连，支架8与旋压机台座通过螺丝7相连以确定装置方向。
所述的固定法兰5上设有四个调平旋钮6以调节变幅杆3的位姿。
所述的超声波发生器1将交流电信号转换为超声频率正弦电信号且频率保持不变，通过控制输出功率百分比控制振幅大小。
所述的换能器2为压电陶瓷圆盘换能器，将超声波发生器1输出的电信号转换为振动信号。
所述的变幅杆3为圆柱阶梯状结构，其与换能器2连接的一侧的直径大于另一侧，该结构将换能器2的振动信号幅值放大。
所述的变幅杆3通过固定装置9设置于旋压机台座上以匹配不同型号的旋压机。
所述的变幅杆3的末端攻有用于连接螺纹孔的工具头，通过固定装置9将超声振动设备与旋压设备结合，实现旋压过程中沿带筋筒形件径向加载超声振动。
所述的工具头4为滚珠工具头4，该滚珠工具头4为外六角滚珠螺丝7，该滚珠能够以任意方向转动。
所述的芯模11的表面带有六条沿轴向方向和两条沿周向方向的筋槽12。
本实施例通过将固定法兰5与变幅杆3连接，调节调平旋钮6使变幅杆3的末端平面与固定法兰5的平面平行，将滚珠工具头4连接在变幅杆3的末端，将支架8固定于旋压机台座上，换能器2与变幅杆3穿过支架8，固定法兰5与支架8通过螺丝连接。芯模11固定于旋压机主轴，筒坯13套于芯模11上，筒坯13的底面通过液压被旋压机的尾座紧压在芯模11上，通过对旋压机主轴的控制来使芯模11与筒坯13旋转。开启旋压机，旋压机台座的移动与主轴的转动通过西门子G代码程序控制，首先以180转/min的转速启动旋压机主轴，滚珠工具头4以600mm/min的进给速率靠近筒坯13，待滚珠工具头4达到与筒坯13表面距离为5mm时，沿筒坯13径向进给滚珠工具头4，进给速率为15mm/min，本实施例中设定旋压工艺参数下压量为1mm，即当滚珠工具头4沿径向进给6mm时，开启超声波发生器1，设置超声波发生器输出功率为20％，对应变幅杆3的振幅约为6μm，此时超声辅助旋压过程开始，超声振动由变幅杆3通过滚珠工具头4传递至筒坯13，此时控制滚珠工具头4向左以30mm/min速率进给，此过程中材料被挤压，由于超声振动的影响，促使材料向筋槽12径向流动，最终提高了筋填充高度。在本实施例中，无超声振动时，所得带筋筒形件内筋高度为0.67mm，当超声振幅为6μm时，内筋高度为0.91mm，约提高1/3。
经过具体实际实验，在所述的具体环境设置下，以所述参数运行上述装置，能够得到的实验数据是：无超声振动时，所得带筋筒形件内筋高度为0.67mm，当超声振幅约为6μm时，内筋高度为0.91mm。
与现有技术相比，本装置使带筋筒形件旋压所得内筋高度提升约1/3。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (2)

1.一种带筋筒形件超声辅助旋压成形装置，其特征在于，包括：超声波发生器、压电陶瓷圆盘换能器、变幅杆、外六角滚珠螺丝工具头和设有多方向筋槽的芯模，其中：超声波发生器与压电陶瓷圆盘换能器通过导线相连，压电陶瓷圆盘换能器、变幅杆和外六角滚珠螺丝工具头依次连接，筒坯设置于芯模表面并与外六角滚珠螺丝工具头接触；
所述的变幅杆为圆柱阶梯状结构，其与压电陶瓷圆盘换能器连接的一侧的直径大于另一侧；
所述的变幅杆的节点处设有两片固定法兰和支架组成的固定装置，其中：两片固定法兰夹持于变幅杆的节点处，支架与固定法兰通过螺丝相连，支架与旋压机台座通过螺丝相连以确定装置方向；
所述的固定法兰上设有四个调平旋钮以调节变幅杆的位姿；
所述的变幅杆的末端攻有用于连接螺纹孔的外六角滚珠螺丝工具头，通过固定装置将超声振动设备与旋压设备结合，实现旋压过程中沿带筋筒形件径向加载超声振动；
所述的超声辅助旋压成形是指：通过对旋压机主轴的控制来使芯模与筒坯旋转，首先以180转/min的转速启动旋压机主轴，外六角滚珠螺丝工具头以600mm/min的进给速率靠近筒坯，待外六角滚珠螺丝工具头达到与筒坯表面距离为5mm时，沿筒坯径向进给外六角滚珠螺丝工具头，进给速率为15mm/min，设定旋压工艺参数下压量为1mm，即当外六角滚珠螺丝工具头沿径向进给6mm时，开启超声波发生器，设置超声波发生器输出功率为20％，对应变幅杆的振幅为6μm，此时超声辅助旋压过程开始，超声振动由变幅杆通过外六角滚珠螺丝工具头传递至筒坯，此时控制外六角滚珠螺丝工具头向左以30mm/min速率进给，此过程中材料被挤压，由于超声振动的影响，促使材料向筋槽径向流动，最终提高了筋填充高度。
2.根据权利要求1所述的带筋筒形件超声辅助旋压成形装置，其特征是，所述的固定法兰连有支架以与不同型号的旋压机台座相连并确定相对位置。
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