一種基于超聲波的中高碳鋼精沖成型裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于超聲波的中高碳鋼精沖成型裝置，其通過在傳統(tǒng)的精沖成型裝置基礎(chǔ)之上，一方面，增加了超聲波發(fā)生系統(tǒng)，在成型過程中，通過將超聲波傳導(dǎo)至模具與坯料，以增加材料的位錯密度，降低材料的內(nèi)摩擦力，在超聲波產(chǎn)生的交變應(yīng)力場與彈塑性變形產(chǎn)生的應(yīng)力場耦合作用下，使得待加工機(jī)件的變形抗力得到顯著降低；另一方面，增加了溫度反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，采用微電腦控制系統(tǒng)集中控制的方式，以保持精沖過程時超聲波的最佳振動頻率，提高成型效率和精度。本發(fā)明的精沖成型裝置，加工成型精度高、噪音低沖壓設(shè)備的使用壽命長，適于對各種中高碳鋼材料進(jìn)行精沖成型加工。
【專利說明】一種基于超聲波的中高碳鋼精沖成型裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種中高碳鋼精沖成型裝置，尤其涉及一種基于超聲波的中高碳鋼精沖成型裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]精沖作為一種先進(jìn)的塑性加工方法并經(jīng)一個多世紀(jì)的發(fā)展，在工業(yè)領(lǐng)域中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，依據(jù)其自身優(yōu)質(zhì)、高效、低能耗等優(yōu)點(diǎn)，逐步形成了與其他如彎曲、拉伸、擠壓等成型工藝相結(jié)合以生產(chǎn)具有較高附加值的三維零件，在保證較低成本的前提下，改善了產(chǎn)品質(zhì)量，提高了材料成型性能，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益。
[0003]不過，現(xiàn)有技術(shù)的精沖成型裝置在精沖成型方面尚存在諸多方面的不足，主要表現(xiàn)在以下幾個方面:
[0004]1、適用范圍受限。其主要適用于一些塑性高的材料成型，對于塑性較低的中高碳鋼很難實(shí)現(xiàn)精沖成型。
[0005]2、成型效果穩(wěn)定性不高。對于不同塑性材料其加工效果也存在明顯差異，對于塑性偏低的材料則很難保證加工精度。
[0006]3、對成型材料的厚度或硬度方面也有一定要求。比如，對于厚度偏大或者硬度不均勻的材料，其成型的精度也會降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是，提供一種精沖成型效果穩(wěn)定、精度高，適于對各種中高碳鋼材料進(jìn)行精沖成型加工的基于超聲波的中聞碳鋼精沖成型裝置。
[0008]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的需要解決的技術(shù)問題是，在傳統(tǒng)的精沖成型裝置基礎(chǔ)之上，如何通過在增加超聲波發(fā)生系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)將超聲波均勻快速的傳導(dǎo)至模具以及所要加工材料中，充分利用超聲波在精沖成型過程中改變待加工材料的摩擦行為以及金屬流動行為、以及產(chǎn)生的熱量，來有效增加其位錯密度，降低其內(nèi)摩擦力和變形抗力，提高材料的塑性變形能力，并且細(xì)化其晶粒的技術(shù)問題。
[0009]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，一種基于超聲波的中高碳鋼精沖成型裝置，其特征在于，包括超聲波發(fā)生系統(tǒng)、精沖模具系統(tǒng)和溫度反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述超聲波發(fā)生系統(tǒng)通過變幅桿與安裝在所述精沖模具系統(tǒng)上的超聲波接收器相連接，所述變幅桿通過超聲波換能器與超聲波發(fā)生器相連接；
[0010]所述精沖模具系統(tǒng)包括凹模、超聲波接收器、凸模、反頂塊、壓邊圈、V型齒圈和液壓裝置；
[0011]所述超聲波接收器均勻分布在所述凹模上；
[0012]所述凹模和所述凸模通過所述液壓裝置的液壓桿相連接；
[0013]所述液壓裝置為精沖成型提供動力；
[0014]所述微電腦控制系統(tǒng)分別與所述超聲波發(fā)生器和所述溫度反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)相連接，所述溫度反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過溫度傳感器與所述精沖模具系統(tǒng)相連接。
[0015]上述技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，超聲波發(fā)生系統(tǒng)通過變幅桿直接與精沖模具系統(tǒng)的超聲波接收器相連接，可以確保在進(jìn)行坯料成型時，超聲波振動可以通過超聲波接收器均勻快速的傳遞到模具和坯料中。超聲波發(fā)生器可以根據(jù)不同的材料將交流電轉(zhuǎn)換成超聲頻的電振動正弦信號，輸出功率與振動頻率可以根據(jù)材料的特性進(jìn)行調(diào)節(jié)；上述超聲波換能器可以將超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的正弦電信號裝變成機(jī)械振動然后通過變幅桿得到穩(wěn)定的超聲波振動，以滿足不同工況的使用要求；
[0016]超聲波發(fā)生系統(tǒng)的超聲波振幅變幅桿末端與精沖模具系統(tǒng)的超聲波接收器直接相連接，在工作時，可以確保在進(jìn)行坯料成型時超聲波振動可以通過超聲波接收器均勻快速的傳遞到模具和坯料中。即，超聲波振動通過變幅桿直接傳到精沖模具系統(tǒng)的超聲波接收器，然后通過超聲波接收器模具傳導(dǎo)至模具和坯料中，坯料在超聲波與精沖模具的沖壓力共同作用下實(shí)現(xiàn)材料的精沖成型。
[0017]更為重要的是，通過溫度反饋調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)精沖過程時超聲波的最佳振動頻率，這種方式通過建立一種溫度與超聲波反饋調(diào)節(jié)機(jī)制來調(diào)節(jié)超聲波的振動頻率，從而確保溫度與超聲波頻率的最佳搭配，充分利用了成型過程中產(chǎn)生的熱量，因而可提高成型效率并獲得更高的成型精度。
[0018]上述技術(shù)方案的基于超聲波的中高碳鋼精沖成型裝置，其利用超聲波的作用，改變了傳統(tǒng)塑性變形中的摩擦行為，降低了材料的抵抗變形力，降低了金屬流動應(yīng)力，減小了工件與模具間的摩擦，擴(kuò)大了金屬材料塑性成型能力，可獲得較好的產(chǎn)品表面質(zhì)量和較高的尺寸精度，從而不需要通過增加原有的精沖模具擠壓力即可實(shí)現(xiàn)對中高碳鋼等塑性較低的材料的精沖成型加工。
[0019]作為優(yōu)選，上述超聲波換能器通過特定接口與超聲波發(fā)生器直接相連接，并將所述超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的正弦電信號轉(zhuǎn)變成機(jī)械振動然后通過變幅桿得到穩(wěn)定的超聲波振動，以滿足不同工況的使用要求。最后將得到的超聲波振動傳導(dǎo)至精沖模具系統(tǒng)的超聲波接收器中。
[0020]該優(yōu)選技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，進(jìn)一步保證了精沖加工過程工藝調(diào)節(jié)的靈活性與可靠性。
[0021]進(jìn)一步優(yōu)選，上述精沖模具系統(tǒng)的凹模上還設(shè)置有散熱器。
[0022]該優(yōu)選技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，通過在精沖模具系統(tǒng)的凹模上增加散熱器，根據(jù)需要實(shí)時對精沖模具的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使其工作溫度保持相對穩(wěn)定。這樣，一方面，有利于降低和減小超聲波振動頻率調(diào)節(jié)的幅度和頻次，并提聞精沖成型的質(zhì)量；另一方面，有利于對精沖成型模具的保護(hù)，從而延長其使用壽命。
[0023]綜上所述，本發(fā)明的基于超聲波的中高碳鋼精沖成型裝置，其有益效果是:
[0024]本發(fā)明在傳統(tǒng)的精沖成型裝置基礎(chǔ)之上，一方面，增加了超聲波發(fā)生系統(tǒng)，在成型過程中，通過超聲波發(fā)生系統(tǒng)將超聲波傳導(dǎo)至模具與坯料當(dāng)中，通過模具的振動改變傳統(tǒng)塑性變形中的摩擦行為以及金屬流動行為；另外，在精沖成型過程中超聲波通過模具傳導(dǎo)到坯料中，超聲波在材料中傳播時可以增加材料的位錯密度，降低材料的內(nèi)摩擦力，并且產(chǎn)生熱量，在超聲波產(chǎn)生的交變應(yīng)力場與彈塑性變形產(chǎn)生的應(yīng)力場耦合作用下，使得待加工機(jī)件的變形抗力得到顯著降低，大大提高了材料的塑性變形能力，而且細(xì)化了晶粒，提高了成型后廣品的性能；
[0025]另一方面，增加了溫度反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，采用微電腦控制系統(tǒng)集中控制的方式，通過溫度反饋調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)精沖過程時超聲波的最佳振動頻率，這種方式通過建立一種溫度與超聲波反饋調(diào)節(jié)機(jī)制來調(diào)節(jié)超聲波的振動頻率，從而確保溫度與超聲波頻率的最佳搭配，充分利用了成型過程中產(chǎn)生的熱量，因而可提高成型效率并獲得更高的成型精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明的基于超聲波的中高碳鋼精沖成型裝置的工作原理示意圖；
[0027]圖2是本發(fā)明的基于超聲波的中高碳鋼精沖成型裝置的振動傳遞機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3是本發(fā)明的基于超聲波的中高碳鋼精沖成型裝置的精沖模具系統(tǒng)主體部分剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖4是本發(fā)明的基于超聲波的中高碳鋼精沖成型裝置的工藝流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對本發(fā)明的基于超聲波的中高碳鋼精沖成型裝置進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0031]本發(fā)明的基于超聲波的中高碳鋼精沖成型裝置，其工作原理如圖1和圖4所示，包括超聲波發(fā)生系統(tǒng)、精沖模具系統(tǒng)和溫度反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述超聲波發(fā)生系統(tǒng)通過變幅桿12與精沖模具的凹模5相連接，所述的變幅桿12通過超聲波換能器13與超聲波發(fā)生器10相連接，所述精沖模具系統(tǒng)包括凹模5、凸模1、反頂塊6、壓邊圈2、V型齒圈3和液壓裝置；其中，凹模5和凸模I通過液壓裝置的液壓桿7相連接。該液壓裝置為精沖成型提供動力。
[0032]上述微電腦控制系統(tǒng)11分別與超聲波發(fā)生器10和溫度反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)9相連接溫度反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)9通過溫度傳感器8與精沖模具系統(tǒng)相連接。
[0033]上述超聲波換能器13通過特定接口與超聲波發(fā)生器10直接相連接，并將超聲波發(fā)生器10產(chǎn)生的正弦電信號轉(zhuǎn)變成機(jī)械振動然后通過變幅桿得到穩(wěn)定的超聲波振動，以滿足不同工況的使用要求。
[0034]上述精沖模具系統(tǒng)的凸模I通過液壓桿與凹模5相連接，通過液壓缸7為精沖成型提供動力。
[0035]上述精沖模具系統(tǒng)的凹模5上還設(shè)置有散熱器(圖中省略未畫出)。
[0036]為更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)以待精沖成型的板材坯料4進(jìn)行為例，結(jié)合附圖1至圖3詳細(xì)說明精沖成型過程。
[0037]如圖1至圖3所示，本發(fā)明的基于超聲波的中高碳鋼精沖成型裝置，其采用的超聲波發(fā)生系統(tǒng)包括有超聲波發(fā)生器10、超聲波換能器13、變幅桿12 ;精沖模具系統(tǒng)包括凹模
5、凸模1、反頂塊6、壓邊圈2、V型齒圈3、超聲波接收器14 ;該超聲波發(fā)生系統(tǒng)具有以下特
占-
^ \\\.[0038]超聲波發(fā)生系統(tǒng)通過變幅桿3直接與精沖模具系統(tǒng)相連接，確保在進(jìn)行坯料4成型時超聲波振動可以通過模具直接傳到坯料4中。
[0039]超聲波發(fā)生器可以根據(jù)不同的材料將220V或380V的交流電轉(zhuǎn)換成超聲頻的電振動正弦信號，輸出功率與振動頻率可以根據(jù)材料的特性進(jìn)行調(diào)節(jié)。對于不同型號中高碳含碳量的不同，所需超聲波的功率大小也不同，這就需要通過多次的試驗(yàn)分析得出最佳的振動頻率，從而達(dá)到最佳的精沖成型效果。
[0040]超聲波換能器10可以將超聲波發(fā)生器5產(chǎn)生的正弦電信號裝變成機(jī)械振動然后通過變幅桿12得到穩(wěn)定的超聲波振動，以滿足不同工況的使用要求。
[0041]超聲波發(fā)生系統(tǒng)的超聲波振幅變幅桿12末端與精沖模具系統(tǒng)的超聲波接收器相連接，在工作時，超聲波振動通過變幅桿12通過超聲波接收器均勻快速的傳導(dǎo)至精沖模具系統(tǒng)中，然后通過模具傳導(dǎo)至坯料4，坯料4在超聲波與精沖模具共同作用下實(shí)現(xiàn)材料的精沖成型。
[0042]超聲波發(fā)生系統(tǒng)的功能:
[0043]當(dāng)通過超聲波發(fā)生器發(fā)出的超聲波通過超聲波換能器13、變幅桿12、超聲波接收器14然后傳導(dǎo)到模具以及坯料4當(dāng)中時，在超聲波作用下，改變了傳統(tǒng)塑性變形中的摩擦行為，降低了材料的抵抗變形力，降低了金屬流動應(yīng)力，減小了工件與模具間的摩擦，擴(kuò)大了金屬材料塑性成型能力，可獲得較好的產(chǎn)品表面質(zhì)量和較高的尺寸精度?？梢栽谠械木珱_模具不用增加擠壓力的情況下實(shí)現(xiàn)對中高碳鋼等塑性較低的材料實(shí)現(xiàn)精沖成型。而且降低了沖壓過程中對模具的沖擊，一定程度上延長了設(shè)備使用壽命。
[0044]如圖2至圖4所示，本發(fā)明的基于超聲波的中高碳鋼精沖成型裝置工藝流程如下:
[0045]1、超聲波發(fā)生系統(tǒng)
[0046]首先根據(jù)精沖成型的材料，選調(diào)合適的超聲波振動頻率以及相應(yīng)型號的超聲波換能器，具體的振動頻率以及超聲波的選擇功率要根據(jù)之前的試驗(yàn)以及精沖模具系統(tǒng)施加壓力大小還有成型過程中溫度高低進(jìn)行相應(yīng)調(diào)試；
[0047]2、精沖模具系統(tǒng)
[0048]在超聲波振動頻率以及功率調(diào)試完成后，精沖I旲具系統(tǒng)開始工作，如圖3所不:弟一步是用帶V形齒圈3的強(qiáng)力壓料板和反頂裝置(與凹模內(nèi)腔形狀相同)夾緊坯料4 ;第二步是凸模I向下攻克反頂板8的頂力和材料的塑性力進(jìn)行沖裁，在沖裁的過程中，坯料4受到反頂板8的反向壓力和壓料板的壓力，在超聲波產(chǎn)生的交變應(yīng)力場與彈塑性變形產(chǎn)生的應(yīng)力場耦合作用下；第三步是沖裁完成，壓料板和凸模I退回，產(chǎn)品被反頂板從凹模7頂出，整個工藝過程完成。
[0049]3、溫度控制與反饋系統(tǒng)
[0050]在超聲波輔助精沖成型工藝中，溫度控制是一個很關(guān)鍵的因素，因?yàn)椴煌臏囟认?，超聲波對材料的影響也大不相同。在超聲波輔助成型時，在超聲波以及模具壓力雙重作用下必然會產(chǎn)生熱量，成型過程中溫度會升高，必然會影響成型工藝。所以要想實(shí)現(xiàn)最佳的成型工藝必須確保成型溫度與超聲波振動頻率的最佳搭配，對于溫度控制有兩種控制方案，具體如下:
[0051]I)、通過溫度反饋調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)精沖過程時超聲波的最佳振動頻率。這種方式通過建立一種溫度與超聲波反饋調(diào)節(jié)機(jī)制來調(diào)節(jié)超聲波的振動頻率，從而確保溫度與超聲波頻率的最佳搭配。這種方案充分利用了成型過程中產(chǎn)生的熱量，優(yōu)點(diǎn)是成型效率以及成型精度比較高；但是這種方式需要一套完整的溫度與超聲波頻率調(diào)節(jié)機(jī)制，不同的材料調(diào)節(jié)規(guī)律也會有所差異，所以對于一些規(guī)律比較明顯的呈線性相關(guān)的材料可以采用這種方法。
[0052]2)、通過增加散熱器(圖中省略未畫出)確保溫度保持相對穩(wěn)定。通過在精沖模具上加散熱器以及溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度在一個相對穩(wěn)定范圍內(nèi)波動，這樣就不需要調(diào)節(jié)超聲波的振動頻率，方法簡單。但是通過這種方式來調(diào)節(jié)，如果設(shè)定溫度底，會浪費(fèi)熱量；溫度設(shè)定過高可能在成型過程中某一段時間溫度達(dá)不到從而影響成型。這種方法適用于一些反饋調(diào)節(jié)機(jī)制規(guī)律不明顯的非線性關(guān)系的材料成型過程中。
【權(quán)利要求】
1.一種基于超聲波的中高碳鋼精沖成型裝置，其特征在于，包括超聲波發(fā)生系統(tǒng)、精沖模具系統(tǒng)和溫度反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述超聲波發(fā)生系統(tǒng)通過變幅桿(12)與安裝在所述精沖模具系統(tǒng)上的超聲波接收器(14)相連接，所述變幅桿(12)通過超聲波換能器(13)與超聲波發(fā)生器(10)相連接； 所述精沖模具系統(tǒng)包括凹模(5)、超聲波接收器(14)、凸模(I)、反頂塊(6)、壓邊圈(2)、V型齒圈(3)和液壓裝置； 所述超聲波接收器(14)均勻分布在所述凹模(5)上； 所述凹模(5)和所述凸模(I)通過所述液壓裝置的液壓桿(7)相連接； 所述液壓裝置為精沖成型提供動力； 所述微電腦控制系統(tǒng)(11)分別與所述超聲波發(fā)生器(10)和所述溫度反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)相連接，所述溫度反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)(9)通過溫度傳感器(8)與所述精沖模具系統(tǒng)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲波的中高碳鋼精沖成型裝置，其特征在于，所述超聲波換能器(13)通過特定接口與超聲波發(fā)生器(10)直接相連接，并將所述超聲波發(fā)生器(10)產(chǎn)生的正弦電信號轉(zhuǎn)變成機(jī)械振動然后通過變幅桿得到穩(wěn)定的超聲波振動，以滿足不同工況的使用要求。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于超聲波的中高碳鋼精沖成型裝置，其特征在于，所述精沖模具系統(tǒng)的凹模(5)上還設(shè)置有散熱器。
【文檔編號】B21D26/00GK103691792SQ201310700057
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】蘇春建, 董興華, 郭素敏, 高麗, 田石強(qiáng), 戴向云, 劉杰, 王海霞, 張金峰, 王明燕, 王薛濤, 張鵬 申請人:山東科技大學(xué)