CN115415400B - 一种超声空化辅助精密冲裁加工的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及精密冲裁制造领域，具体是一种超声空化辅助精密冲裁加工的方法和装置。本发明通过超声波发生器对振子施加轴向振动，诱导超声空化效应，产生致密的气泡群，携带磨料颗粒不停的轰击板材，从而实现对落料件和冲裁孔的抛光、去毛刺以及清洗的效果，提高冲裁件的表面质量与精密性；通过控制循环水路实现落料件的自动收集，提高加工效率。
Description
技术领域
本发明涉及精密冲裁制造领域，具体是一种超声空化辅助精密冲裁加工的方法和装置。
背景技术
机械加工金属件或非金属件时，产品周围会存在不同程度的毛刺，这是机械制造业一直备受困扰的问题。随着微电子、现代光学及薄膜科学的快速发展，对于零件的精密性提出了更高的要求，例如超光滑表面、无毛刺等。
微小毛刺的存在大大影响产品的机械性能和使用寿命，目前去毛刺的方法虽然有很多，但是对于微小毛刺的去除并不是很理想，并且去毛刺效率和经济性都不高，据统计去毛刺的费用占产品成本的比例大约为20％～40％。
超声波是一种机械波，一般是指振动频率不低于20kHz的声波。超声波去毛刺主要的作用机理是超声空化作用，空化泡在超声波的作用下塌陷、破裂，把集中的声场能量在极短的时间和极小的空间内释放出来，进而产生很大的冲击力，在空化作用中，微气泡的闭合使介质形成几百到几千K的局部高温和超过数百个甚至上千个大气压的瞬间高压，连续不断的瞬间高压就像一连串的“炸弹”不停地轰击毛刺，使部件表面及缝隙之中毛刺与母体工件的连接强度逐渐降低，最终使其破坏并迅速脱落，达到去毛刺的效果。超声波去毛刺技术是一种环保绿色科技，使用的液体介质可以为纯水，对环境无任何危害，有加工效率高，加工效果好等优点。
微小落料零件采用传统冲裁加工工艺制造时，由于落料件是经拉伸挤压后从板材上断裂分离的，容易存在大量微小毛刺，并且无法避免；另外在传统的加工方法下，去毛刺、抛光和清洗工序需要在零件加工完成后分别单独进行，工序繁琐而冗长。针对上述传统冲裁加工的不足点，对其加工工艺进行改进，有效利用超声空化作用，发明一种超声空化辅助精密冲裁加工的方法和装置，实现冲裁成型的精密加工。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种超声空化辅助精密冲裁加工的方法和装置。本发明通过改进传统冲压装置结构，并结合超空化加工工艺，一次加工实现有效去除冲裁件的微小毛刺、表面抛光和清洗多步工序，解决了对于此类精密零件工艺繁琐的问题，从而提高表面质量和加工效率，降低成本。
本发明采用的具体技术方案如下：
一种超声空化辅助精密冲裁加工的装置，所述装置包括蓄水槽、冲裁模具、超声空化发生装置和落料件回收装置，冲裁模具包括凹模，凹模固定在蓄水槽底部；蓄水槽注有含有磨料的悬浊液，落料回收装置通过水管连接与冲裁模具连接；超声空化发生装置位于凹模下方位置，超声空化发生装置的超声波振动子的轴线与待加工的金属板材平面垂直以及与凹模下料口的轴线重合。
进一步地，所述含有磨料的悬浊液为含有粒径为50nm-80nm的纳米SiO2的微磨料水溶液，悬浊液质量分数为10％～50％；含有磨料的悬浊液至少浸没凹模高度的2/3。
所述冲裁模具包括凸模、凹模、导柱、导套、弹簧和冲头。所述凸模通过导柱在导套内的上下运动和所述凹模形成上下运动关系；所述导柱上安装有弹簧，起缓冲作用；所述冲头固定在凸模上，冲头数不少于两个。
凹模浸在悬浊液中；凹模内高度方向1/2处设有水平方向上贯通的水流道，，水流道的尺寸必须大于落料件的尺寸，以便落料件可以通过流道进行回收；所述冲裁模具凹模内设有落料件超声空化加工区域，大量空泡聚集并在落料件的近壁面发生溃灭，从而实现对毛刺去除、清洗和抛光的效果。
进一步地，所述超声空化发生装置由超声波发生器和超声波振动子组成，超声波发生器与超声振动子之间用信号线连接；所述超声波振动子由超声换能器和变幅杆组成，变幅杆是插入凹模内部的，其轴线是与凹模下料口轴线是重合的，且超声波振动子至少有两个；所述超声波振动子用防水混合胶与蓄水槽底部胶合。
进一步地，落料件回收装置由进水管、出水管、水泵、调节阀、电动球阀、过滤盘和回收水槽组成。蓄水槽一端通过进水管与回收水槽连接，蓄水槽另一端连接出水管，出水管位于回收水槽上方。
进一步地，所述过滤盘放置于回收水槽上方，以滤干水分收集落料件；所述回收水槽也作为供水箱，与进水管相连，实现微磨料水溶液的循环利用；所述电动球阀设置在出水管上，所述调节阀和水泵均设置在进水管上。
一种超声空化辅助精密冲裁加工的方法，利用上述装置，通过超声空化效应产生的空泡群对冲裁件二次精密加工，实现去毛刺、抛光和清洗的目的，具体步骤如下：
A将待加工板材放置于凹模上，使悬浊液充入凹模内腔；
B打开超声波发生器，超声波振动子使悬浊液产生振动，振动频率不低于25kHz，并在凹模内部激发空泡群；
C凸模向下运动，开始冲裁，落料件由于水压的原因，在下落过程中抑制吸附在冲头的下端面上；
D空泡群对落料件进行加工，去除毛刺并对表面进行抛光清洗；
E落料件加工完成，冲头将落料件送至水流道处，水泵和球阀打开，使落料件随水流流到过滤盘，实现落料件的收集和悬浊液的回收；
F自动拉料机拉动待加工板材到下一个位置，重复步骤B～E，加工下一个落料件；
G将落料件放入烘干机烘干后，检验包装并入库。
进一步地，所述步骤E中水流流量和压力可以通过调节阀进行自由调节，以保证落料件可以顺利收集。
进一步地，所述冲头表面和凹模内腔应经过表面处理，表面处理包括淬火和表面渗氮，提高表面硬度和耐磨性，避免表面因长期受空泡溃灭而导致腐蚀，提高模具寿命。
本发明的有益效果是：
本发明提出的装置通过超声波发生器对振子施加轴向振动，诱导超声空化效应，产生致密的气泡群，携带磨料颗粒不停的轰击板材，从而实现对落料件和冲裁孔的抛光、去毛刺以及清洗的效果，提高冲裁件的表面质量与精密性；通过控制循环水路实现落料件的自动收集，提高加工效率。
本发明提出的方法利用所述超声空化辅助精密冲裁加工的装置，实现冲裁件的微小毛刺、表面抛光和清洗多步工序的一次性加工，并且易于实现自动化，从而可以有效缩短生产周期和成本，具有清洁高效的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为超声空化辅助精密冲裁加工装置的正视图。
图2为超声空化辅助精密冲裁加工装置的左视图。
图3为超声空化辅助精密冲裁加工装置的俯视图。
图4为超声空化辅助精密冲裁加工装置的三维图。
图5为超声空化辅助精密冲裁加工方法的流程图。
图6为超声空化辅助精密冲裁加工的加工过程示意图。
图7为超声空化辅助精密冲裁加工方法的预期效果图
其中，1为冲头，2为凸模，3为电动球阀，4为出水管，5为水泵，6为调节阀，7为进水管，8为导柱，9为弹簧，10为超声波振动子，11为六角螺母，12为螺栓，13为过滤盘，14为回收水槽，15为待加工板材，16为凹模，17为蓄水槽，18为磨料，19为落料件，20为超声波发生器，21为信号线。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1-图4所示，一种超声空化辅助精密冲裁加工的装置包括蓄水槽17、含有磨料18的悬浊液、待加工板材15、冲裁模具、超声空化发生装置、落料件回收装置，冲裁模具的凹模16固定在蓄水槽17底部，超声波振动子10安装在正对凹模16下料口的位置，且超声波振动子10的轴线与待加工的金属板材平面垂直。
冲裁模具的凹模16浸没在悬浊液中；所述冲裁模具内设有水流道，水流道的尺寸必须大于落料件19的尺寸，以便落料件可以通过水流道进行回收；所述冲裁模具凹模内设有落料件超声空化加工区域，大量空泡聚集并在近壁面发生溃灭，从而实现对毛刺去除、清洗和抛光的效果。
超声空化发生装置由超声波发生器20和超声波振动子10组成，超声波发生器与超声振动子之间用信号线21连接。所述超声波振动子由超声换能器和变幅杆组成，且至少有两个；所述超声波振动子用防水混合胶与蓄水槽14底部胶合。悬浊液为含有粒径为50nm-80nm的纳米SiO2的微磨料水溶液，溶液质量分数为10％～50％。落料件回收装置由进水管7、出水管4、水泵5、调节阀6、电动球阀3、过滤盘13和回收水槽14组成，蓄水槽17一端通过进水管与回收水槽连接，蓄水槽17另一端连接出水管，出水管位于回收水槽14上方。过滤盘13放置于回收水槽14上方，以滤干水分收集落料件19；所述回收水槽14也作为供水箱，与进水管7相连，实现微磨料水溶液的循环利用；所述电动球阀设置在出水管4上，所述调节阀6和水泵5均设置在进水管7上。
加工一个直径为10mm、厚度为0.4mm以及材料为C2680的圆形落料件，其加工工艺如图5所示。以2穴模具为例，冲压速度为80SPM，将待加工板材放置于凹模16上，使悬浊液充满凹模内腔如图6(a)；打开超声波发生器，超声波振动子10使悬浊液产生振动，振动频率为30kHz，并在凹模内部激发空泡群；凸模向下运动，开始冲裁，落料件19由于水压的原因下落过程中抑制吸附在冲头的下端面上；空泡群对落料件19进行加工，去除毛刺并对表面进行抛光清洗，如图6(b)所示；落料件19加工完成，冲头将落料件19送至水流道处，水泵5和电动球阀3打开，使落料件19随水流流到过滤盘13，实现落料件19的收集和悬浊液的回收,，如图6(c)所示；自动拉料机拉动待加工板材到下一个位置，重复步骤上述步骤，加工下一个落料件；将落料件放入烘干机烘干后，检验包装并入库。预期效果如图7所示，侧边毛刺被去除，表面光泽度更好等。
Claims (3)
1.一种超声空化辅助精密冲裁加工的装置，其特征在于，所述装置包括蓄水槽、冲裁模具、超声空化发生装置和落料件回收装置，冲裁模具包括凹模，凹模固定在蓄水槽底部；蓄水槽注有含有磨料的悬浊液，落料回收装置通过水管连接与冲裁模具连接；超声空化发生装置位于凹模下方位置，超声空化发生装置的超声波振动子的轴线与待加工的金属板材平面垂直以及与凹模下料口的轴线重合；所述含有磨料的悬浊液为含有粒径为50nm-80nm的纳米SiO2的微磨料水溶液，悬浊液质量分数为10%~50%；含有磨料的悬浊液至少浸没凹模高度的2/3；所述冲裁模具包括凸模、凹模、导柱、导套、弹簧和冲头；所述凸模通过导柱在导套内的上下运动和所述凹模形成上下运动关系；所述导柱上安装有弹簧，起缓冲作用；所述冲头固定在凸模上，冲头数不少于两个；所述冲头表面和凹模内腔应经过表面处理，表面处理包括淬火和表面渗氮，提高表面硬度和耐磨性，避免表面因长期受空泡溃灭而导致腐蚀，提高模具寿命；凹模浸在悬浊液中；凹模内高度方向1/2处设有水平方向上贯通的水流道，水流道的尺寸必须大于落料件的尺寸，以便落料件通过流道进行回收；所述冲裁模具凹模内设有落料件超声空化加工区域，大量空泡聚集并在落料件的近壁面发生溃灭，从而实现对毛刺去除、清洗和抛光的效果；所述超声空化发生装置由超声波发生器和超声波振动子组成，超声波发生器与超声振动子之间用信号线连接；所述超声波振动子由超声换能器和变幅杆组成，变幅杆是插入凹模内部的，其轴线是与凹模下料口轴线是重合的，且超声波振动子至少有两个；所述超声波振动子用防水混合胶与蓄水槽底部胶合；落料件回收装置由进水管、出水管、水泵、调节阀、电动球阀、过滤盘和回收水槽组成；蓄水槽一端通过进水管与回收水槽连接，蓄水槽另一端连接出水管，出水管位于回收水槽上方；所述过滤盘放置于回收水槽上方，以滤干水分收集落料件；所述回收水槽也作为供水箱，与进水管相连，实现微磨料水溶液的循环利用；所述电动球阀设置在出水管上，所述调节阀和水泵均设置在进水管上。
2.利用如权利要求1所述装置实施超声空化辅助精密冲裁加工的方法，其特征在于，通过超声空化效应产生的空泡群对冲裁件二次精密加工，实现去毛刺、抛光和清洗的目的，具体步骤如下：
A 将待加工板材放置于凹模上，使悬浊液充入凹模内腔；
B 打开超声波发生器，超声波振动子使悬浊液产生振动，振动频率不低于25kHz，并在凹模内部激发空泡群；
C 凸模向下运动，开始冲裁，落料件由于水压的原因，在下落过程中抑制吸附在冲头的下端面上；
D 空泡群对落料件进行加工，去除毛刺并对表面进行抛光清洗；
E 落料件加工完成，冲头将落料件送至水流道处，水泵和球阀打开，使落料件随水流流到过滤盘，实现落料件的收集和悬浊液的回收；
F 自动拉料机拉动待加工板材到下一个位置，重复步骤B~E，加工下一个落料件；
G 将落料件放入烘干机烘干后，检验包装并入库。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤E中，水流流量和压力能够通过调节阀进行自由调节，以保证落料件顺利收集。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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