CN215199228U - 一种超声辅助无模成形机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种超声辅助无模成形机，包括工作台和无模成形装置，工作台的上表面设有金属板料加工工位，无模成形装置位于金属板料加工工位的上方，无模成形装置从上往下依次包括机床主轴、超声换能器、压电陶瓷片、变幅杆和无模成形工具头，超声换能器将高频振荡信号转换成高频机械振动后传递给变幅杆，经变幅杆将振幅放大后传递到无模成形工具头，使无模成形工具头产生高频率低振幅的高频振动。本实用新型利用极小振幅的高频振动极大的增强了金属材料在加工时的流动性，从而有效改善了因材料流动不充分导致的表面光洁度较差、壁厚分布不均匀、零件破裂等成形质量问题，同时，在保证加工质量的条件下可适当加大层高参数，大大提升加工效率。

Description

一种超声辅助无模成形机

技术领域

本实用新型涉及无模成形技术领域，具体涉及一种超声辅助无模成形机。

背景技术

20 世纪 90 年代，日本学者松原茂夫提出将零件复杂的三维形状沿 Z 轴方向离散化进行加工的一种新型制造技术，称为金属板材渐进成形技术，也称为无模成形技术。无模成形对于一些小批量多品种制件的开发有很大的优势。对于一般形状表面比较简单的工件可以采用负成形，那么就不需要专用模具，只需要固定板料的夹具以及工具球头就可完成成形加工。对于一些形状表面比较复杂，难以成形的工件，则可以采用正成形方式，比如说加工一个人脸脸谱等。正成形需要简单夹具和支撑模，走刀轨迹相对负成形来说要复杂一些，最后能够通过数控加工设备加工出比一般板材成形极限要大，并且成形形状比较复杂的板金件。渐进成形技术将待加工工件按照分层的思想，剖分成很多个层面，这样就由三维图变化为二维图，数控机床按照预定的成形轨迹控制刀具运动，每加工完一层材料，支撑控制板料下降一定距离，对板料进行逐层加工成形，最后完成复杂三维板金件的整体成形。

综上所述，无模成形是一种采用快速成形技术中“分层制造”的思想，将复杂的三维板材外形沿 Z 轴方向离散化分解成一系列二维轮廓，分层局部塑性成形的新型制造技术，对于一些小批量多品种制件的开发有很大的优势，可快速成形，成形极限较大，可完成形状复杂的钣金零件。

但目前的无模成形技术还存在以下缺陷：成形质量较差（零件破裂、表面光洁度较差、壁厚分布不均匀等）与成形效率不高，这些缺陷是限制当前无模成形工艺应用与推广的主要因素。

零件成形质量差的主要原因是由于无模成形基本原理是由成形压头对材料进行局部物理碾压使板料按照预先规划的路径进行拉伸，在加工过程中由于材料流动不充分造成材料分布不均匀，从而导致壁厚分布不均匀，某些部位材料堆积过多，某些部位材料分布过少，也导致零件表面光洁度较差，在后续加工中，材料分布过少的部位在拉伸应力的作用下极易发生破裂。为了保证零件成形质量，每次加工的层高高度就必须设置较小，尤其是对于高强度低弹性材料，从而严重影响了加工效率。

发明内容

本实用新型的目的在于针对无模成形加工过程中材料流动不充分的问题，提出一种超声辅助无模成形机，通过将超声振动与无模成形相结合来有效解决以上问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种超声辅助无模成形机，包括工作台和无模成形装置，所述工作台的上表面设有金属板料加工工位，所述无模成形装置位于所述金属板料加工工位的上方，所述无模成形装置从上往下依次包括机床主轴、超声换能器、压电陶瓷片、变幅杆和无模成形工具头，所述超声换能器通过将高频振荡信号转换成高频机械振动后传递给变幅杆，经变幅杆将振幅放大后传递到无模成形工具头，使无模成形工具头产生高频率低振幅的高频振动。

进一步的，所述高频振荡信号由一超声波发生器所产生，所述超声波发生器通过将220V或380V的交流电转换成一定功率输出的高频振荡信号。

进一步的，所述无模成形工具头的一侧设置有激光微位移传感器，所述激光微位移传感器通过一控制计算机与所述超声波发生器信号连接，通过激光微位移传感器对无模成形工具头的超声振动位置进行动态的快速测量，并将其转换为包含有超声振动相位、幅值、频率信息的数字信号传递给控制计算机，由控制计算机将实际超声振动信息与规划的超声振动参数进行对比，在发生偏差的时候由控制计算机发出指令进行超声参数和电参数的自动调节。

进一步的，所述工作台包括浮动板和至少三个升降驱动装置，所述浮动板平设在所述若干个升降驱动装置上，通过所述若干个升降驱动装置带动上下移动，所述金属板料加工工位设于所述浮动板的上表面。

进一步的，所述升降驱动装置由无杆气缸和导柱所组成，所述无杆气缸活动设置在所述导柱上，所述浮动板与所述无杆气缸固定。

进一步的，所述工作台还包括气动开关，所述气动开关通过气管与所述无杆气缸连接。

进一步的，所述工作台还包括固定底板，所述若干个升降驱动装置立设于所述固定底板上，通过所述固定底板连接。

进一步的，所述固定底板为矩形，所述升降驱动装置设有四个，且分别设于所述固定底板的四个转角处。

进一步的，所述浮动板的下方还设置有支撑块，所述支撑块固定在所述固定底板上。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果在于：本实用新型在超声波辅助下无模成形工具头附带了极小振幅的高频振动，与传统单点渐进无模成形相比，本实用新型在发生单点碾压的同时由于无模成形工具头的高频超声振动，无模成形工具头对金属板料产生高频撞击，极大的增强了金属材料的流动性，从而有效改善了因材料流动不充分导致的表面光洁度较差、壁厚分布不均匀、零件破裂等成形质量问题，同时，在保证加工质量的条件下可适当加大层高参数，大大提升加工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所提供的一种超声辅助无模成形机的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所提供的一种超声辅助无模成形机的结构原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、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实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

为了说明本实用新型所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例

请参阅图1、图2，本实用新型实施例提供一种超声辅助无模成形机，包括工作台10和无模成形装置20，工作台10包括浮动板7、固定底板12和四个升降驱动装置，固定底板12为矩形，四个升降驱动装置分别立设于固定底板12的四个转角处，通过固定底板12连接，浮动板7平设在四个升降驱动装置上，本实施例，升降驱动装置由无杆气缸13和导柱9所组成，无杆气缸13活动设置在导柱9上，浮动板7与无杆气缸13固定，固定底板12的一侧设置有气动开关10，气动开关10通过气管8与无杆气缸13连接，通过无杆气缸13带动浮动板7沿着导柱9上下移动，浮动板7的上表面设有金属板料加工工位，加工时，金属板料6放置在金属板料加工工位上，通过无模成形装置20对金属板料6进行无模成形，无模成形装置20位于金属板料加工工位的上方，无模成形装置20从上往下依次包括机床主轴1、超声换能器2、压电陶瓷片3、变幅杆4和无模成形工具头5，超声换能器2通过将高频振荡信号转换成高频机械振动后传递给变幅杆4，经变幅杆4将振幅放大后传递到无模成形工具头5，使无模成形工具头5产生高频率低振幅的高频振动。无模成形工具头5在机床主轴1的驱动下按照预先规划的运动轨迹对金属板料6进行单点渐进碾压，在碾压的同时由于无模成形工具头5的高频超声振动，无模成形工具头5对金属板料6产生高频撞击，相比传统单点渐进无模成形极大的增强了金属材料的流动性，从而有效改善因材料流动不充分导致的表面光洁度较差、壁厚分布不均匀、零件破裂等成形质量问题，同时，在保证加工质量的条件下可适当加大层高参数，大大提升加工效率。浮动板7的下方还设置有支撑块14，支撑块14固定在固定底板12上。

加工轨迹采用快速成形技术中“分层制造”的思想，将复杂的三维板材外形沿 Z轴方向离散化分解成一系列二维轮廓，分层局部塑性成形，正成形时，气动开关10打开，金属板料每加工完一层，浮动板7在无模成形工具头5向下的步进压力下随动下降，反成形时，气动开关10关闭，在气压和支撑块14的作用力下固定住浮动板7使其在加工过程中无法移动，仅工件材料随无模成形工具头5向下进行局部拉伸成形。

如图2所示，超声换能器2的高频振荡信号由一超声波发生器所产生，超声波发生器通过将220V或380V的交流电转换成一定功率输出的高频振荡信号再传递给超声换能器2，再由超声换能器2将高频振荡信号转换成高频机械振动后传递给变幅杆4。

无模成形工具头5的一侧设置有激光微位移传感器11，激光微位移传感器11通过一控制计算机与超声波发生器信号连接，通过激光微位移传感器11对无模成形工具头5的超声振动位置进行动态的快速测量，并将其转换为包含有超声振动相位、幅值、频率信息的数字信号传递给控制计算机，由控制计算机将实际超声振动信息与规划的超声振动参数进行对比，在发生偏差的时候由控制计算机发出指令进行超声参数和电参数的自动调节，保持加工过程优化。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超声辅助无模成形机，包括工作台和无模成形装置，所述工作台的上表面设有金属板料加工工位，所述无模成形装置位于所述金属板料加工工位的上方，其特征在于：所述无模成形装置从上往下依次包括机床主轴、超声换能器、压电陶瓷片、变幅杆和无模成形工具头，所述超声换能器通过将高频振荡信号转换成高频机械振动后传递给变幅杆，经变幅杆将振幅放大后传递到无模成形工具头，使无模成形工具头产生高频率低振幅的高频振动。

2.根据权利要求1所述的一种超声辅助无模成形机，其特征在于：所述高频振荡信号由一超声波发生器所产生，所述超声波发生器通过将220V或380V的交流电转换成一定功率输出的高频振荡信号。

3.根据权利要求2所述的一种超声辅助无模成形机，其特征在于：所述无模成形工具头的一侧设置有激光微位移传感器，所述激光微位移传感器通过一控制计算机与所述超声波发生器信号连接，通过激光微位移传感器对无模成形工具头的超声振动位置进行动态的快速测量，并将其转换为包含有超声振动相位、幅值、频率信息的数字信号传递给控制计算机，由控制计算机将实际超声振动信息与规划的超声振动参数进行对比，在发生偏差的时候由控制计算机发出指令进行超声参数和电参数的自动调节。

4.根据权利要求1所述的一种超声辅助无模成形机，其特征在于：所述工作台包括浮动板和至少三个升降驱动装置，所述浮动板平设在所述若干个升降驱动装置上，通过所述若干个升降驱动装置带动上下移动，所述金属板料加工工位设于所述浮动板的上表面。

5.根据权利要求4所述的一种超声辅助无模成形机，其特征在于：所述升降驱动装置由无杆气缸和导柱所组成，所述无杆气缸活动设置在所述导柱上，所述浮动板与所述无杆气缸固定。

6.根据权利要求5所述的一种超声辅助无模成形机，其特征在于：所述工作台还包括气动开关，所述气动开关通过气管与所述无杆气缸连接。

7.根据权利要求4所述的一种超声辅助无模成形机，其特征在于：所述工作台还包括固定底板，所述若干个升降驱动装置立设于所述固定底板上，通过所述固定底板连接。

8.根据权利要求7所述的一种超声辅助无模成形机，其特征在于：所述固定底板为矩形，所述升降驱动装置设有四个，且分别设于所述固定底板的四个转角处。

9.根据权利要求7所述的一种超声辅助无模成形机，其特征在于：所述浮动板的下方还设置有支撑块，所述支撑块固定在所述固定底板上。

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