基于超聲波震動(dòng)的薄板復(fù)合微成形裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種基于超聲波震動(dòng)的薄板復(fù)合微成形裝置，包括底板，所述底板上設(shè)置有至少兩根支撐桿，所述底板上還設(shè)置有至少兩根氮?dú)鈴椈?，所述氮?dú)鈴椈傻闹蠎覓煊泄ぷ髑?，所述支撐桿上方設(shè)置有與所述工作腔匹配的變幅桿固定板，所述變幅桿固定板設(shè)置在所述工作腔內(nèi)，所述變幅桿固定板上設(shè)置有多根變幅桿，還包括超聲波發(fā)生器和與之連接的換能器，所述換能器與所述的變幅桿固定板法蘭連接；所述變幅桿固定板以上的工作腔內(nèi)設(shè)置有固態(tài)顆粒介質(zhì)，所述工作腔上方設(shè)置有上模。本實(shí)用新型能結(jié)合固態(tài)顆粒介質(zhì)軟模成形和超聲振動(dòng)輔助成形的技術(shù)優(yōu)勢，有效提高薄板微成形性能和質(zhì)量。
【專利說明】
基于超聲波震動(dòng)的薄板復(fù)合微成形裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種薄板復(fù)合微成形的裝置及方法，屬于金屬薄板冷沖壓成形技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]微成形是指成形零件的尺寸至少有兩個(gè)維度介于宏觀尺度和微觀尺度之間即
0.01?Imm內(nèi)，同時(shí)要求產(chǎn)品的精度定義在0.01?Imm之間的成形加工。以電子工業(yè)和精密機(jī)械兩大行業(yè)為代表的高速發(fā)展，使得微細(xì)化產(chǎn)品的需要日益旺盛。但隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)微成形技術(shù)與傳統(tǒng)的塑性成形技術(shù)并不完全相同，在加工過程總出現(xiàn)了許多與宏觀塑性成形不同的現(xiàn)象和特點(diǎn)即“尺度效應(yīng)”，因此，不能簡單的將傳統(tǒng)塑性成形理論直接移植到微成形加工中。由于尺寸的減小，使得材料的流變應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、摩擦性能、成形設(shè)備、工具、輔具等產(chǎn)生變化，給微成形帶來一系列問題，如回彈、毛刺、貼膜性、表面質(zhì)量等。近年來，一些新的工藝方法應(yīng)用于微成形加工中。雖然這些新的介觀尺度薄板成形工藝具有傳統(tǒng)工藝不具備的優(yōu)點(diǎn)如僅需單邊模具、有效避免起皺、減小回彈、提高成形極限等，但也存在一些弊端，如成形筒形件時(shí)，隨著深徑比的增大，工件直壁部位的形狀精度很難保證;結(jié)構(gòu)復(fù)雜的微成形件，幾何精度也同樣難以滿足。為了解決介觀尺度薄板成形上述存在的問題，迫切尋求一種能有效提高介觀尺度薄板成形性能的方法。
[0003]板料軟模成形是利用某種材料代替剛性凸?；虬寄Ｗ鳛榘辶铣尚蔚膫髁橘|(zhì)，再用一剛性模具作為凹模或凸模，在傳力介質(zhì)作用下使板料和凸?；蛘甙寄Ｐ蚊尜N合，從而形成凸?；虬寄Ｐ蚊嫠s束的形狀。根據(jù)介質(zhì)的狀態(tài)特性一般可分為固態(tài)軟模、半固態(tài)軟模及液態(tài)軟模三大類。與傳統(tǒng)的板料冷成形相比較，軟模成形具有成形件表面質(zhì)量好、利于復(fù)雜件成形及回彈小、起皺小、成本低及周期短等優(yōu)點(diǎn)。固態(tài)軟膜成形中的固態(tài)介質(zhì)由于具有良好的填充能力和流動(dòng)性能，且化學(xué)穩(wěn)定性好，對提高成形件表面質(zhì)量，改善貼模性及成形精度等有著明顯優(yōu)勢，因此，固態(tài)介質(zhì)軟模成形是一種有效，且可行的板料成形新方法和手段。雖然軟模成形技術(shù)擁有諸多優(yōu)點(diǎn)，但固態(tài)介質(zhì)的內(nèi)部成形力依賴外部成形力，其填充能力和流動(dòng)性能對成形力影響較大，尤其是強(qiáng)度較高及形狀較復(fù)雜的板料成形時(shí)，容易導(dǎo)致成形件的形狀精度變低，貼膜性變差以及回彈變大等缺陷。
[0004]1955年，Blaha和Langenecker對鋅單晶拉伸實(shí)驗(yàn)中引入超聲振動(dòng)，并觀察到材料的變形力出現(xiàn)突減的現(xiàn)象即“軟化現(xiàn)象”，也稱為Blaha效應(yīng)。為此，許多學(xué)者針對超聲振動(dòng)對塑性成形的理論機(jī)制，以及超聲振動(dòng)在拉絲、拉拔、板料成形、旋壓等塑性成形工藝中的應(yīng)用進(jìn)行了大量研究。在傳統(tǒng)的金屬板料塑性成形過程中，引入超聲振動(dòng)技術(shù)，不僅可以降低工件和模具之間的成形力即“表面效應(yīng)”，同時(shí)還能減小板料的流變應(yīng)力即“體積效應(yīng)”。因此，超聲振動(dòng)輔助成形技術(shù)能有效提高板料的成形性能，改善的工件表面質(zhì)量，減小回彈等優(yōu)點(diǎn)。但針對大型板料的成形加工，由于受到工件和模具尺寸、成形裝置及重量等因素的制約，現(xiàn)有的超聲振動(dòng)技術(shù)難以滿足大型板料的成形工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種基于超聲波震動(dòng)的薄板復(fù)合微成形裝置，能結(jié)合固態(tài)顆粒介質(zhì)軟模成形和超聲振動(dòng)輔助成形的技術(shù)優(yōu)勢，有效提高薄板微成形性能和質(zhì)量。
[0006]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的基于超聲波震動(dòng)的薄板復(fù)合微成形裝置，包括底板，其特征在于:所述底板上設(shè)置有至少兩根支撐桿，所述底板上還設(shè)置有至少兩根氮?dú)鈴椈?，所述氮?dú)鈴椈傻闹蠎覓煊泄ぷ髑?，所述支撐桿上方設(shè)置有與所述工作腔匹配的變幅桿固定板，所述變幅桿固定板設(shè)置在所述工作腔內(nèi)，所述變幅桿固定板上設(shè)置有多根變幅桿，還包括超聲波發(fā)生器和與之連接的換能器，所述換能器與所述的變幅桿固定板法蘭連接;所述變幅桿固定板以上的工作腔內(nèi)設(shè)置有固態(tài)顆粒介質(zhì)，所述工作腔上方設(shè)置有上模。
[0007]所述的變幅桿的高度和數(shù)量可調(diào)地設(shè)置在變幅桿固定板上。
[0008]所述工作腔上端面的邊沿固定有壓邊圈，所述的氮?dú)鈴椈赏ㄟ^所述的壓邊圈與所述的工作腔連接。
[0009]本實(shí)用新型還提供了使用所述裝置進(jìn)行薄板復(fù)合微成形的方法，包括:首先將板料放置于壓邊圈上，安裝于壓力機(jī)滑塊上的上模下行與板料接觸，在氮?dú)鈴椈商峁┑膲哼吜ψ饔孟聣壕o板料，向下運(yùn)動(dòng)執(zhí)行拉深成形工藝;在拉深成形開始、過程中、結(jié)束三個(gè)階段中，至少一個(gè)階段開啟超聲振動(dòng)功能;然后上模上升，氮?dú)鈴椈蓮?fù)位完成開模。
[0010]與傳統(tǒng)的成形技術(shù)相比，本實(shí)用新型通過固態(tài)顆粒介質(zhì)與板料接觸實(shí)現(xiàn)軟凸模功能，避免了剛性凸模成形時(shí)對成形件表面質(zhì)量的影響，利用固態(tài)顆粒介質(zhì)流動(dòng)性能和填充能力的優(yōu)勢對復(fù)雜形狀工件的成形時(shí)具有良好的貼膜性能有效提高工件的形狀精度，同時(shí)，由于采用固態(tài)顆粒介質(zhì)作為軟凸模即單邊模具，省去了部分復(fù)雜的模具加工裝置及工藝，節(jié)省了成形裝備的成本;本實(shí)用新型結(jié)合了超聲振動(dòng)技術(shù)，能進(jìn)一步提高和改善成形時(shí)的固態(tài)顆粒介質(zhì)流動(dòng)性能和填充能力，利于提高成形工件的形狀復(fù)雜性，此外，在超聲振動(dòng)作用下使得固態(tài)顆粒介質(zhì)與板料的接觸面產(chǎn)生振動(dòng)，能有效抑制成形件的回彈問題。
【附圖說明】
[0011]圖1為本實(shí)用新型的基于超聲波震動(dòng)的薄板復(fù)合微成形裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為本實(shí)用新型基于超聲波震動(dòng)的薄板復(fù)合微成形裝置的工作狀態(tài)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
[0014]如圖1、圖2可見，本實(shí)用新型的基于超聲波震動(dòng)的薄板復(fù)合微成形裝置，包括底板I，所述底板I上設(shè)置有至少兩根支撐桿2，所述底板I上還設(shè)置有至少兩根氮?dú)鈴椈?，所述氮?dú)鈴椈?的柱塞上懸掛有工作腔4，所述支撐桿2上方設(shè)置有與所述工作腔4匹配的變幅桿固定板5，所述變幅桿固定板5設(shè)置在所述工作腔4內(nèi)，所述變幅桿固定板5上設(shè)置有多根變幅桿6，還包括超聲波發(fā)生器7和與之連接的換能器8，所述換能器8與所述的變幅桿固定板5法蘭連接;所述變幅桿固定板5以上的工作腔4內(nèi)設(shè)置有固態(tài)顆粒介質(zhì)40，所述工作腔4上方設(shè)置有上模9。
[0015]如圖1可見，本實(shí)施例中，所述工作腔4與所述的變幅桿固定板5間隙配合，從而使得變幅桿固定板5可相對于工作腔上下運(yùn)動(dòng)。法蘭41設(shè)置于所述變幅桿固定板5下方中部。
[0016]所述的上模9根據(jù)不同成形件的尺寸與形狀可進(jìn)行更換，上模9與壓力機(jī)的滑塊相連接實(shí)現(xiàn)上升和下降運(yùn)動(dòng)。
[0017]所述的變幅桿為多桿組合式，根據(jù)成形工件的不同形狀可進(jìn)行變幅桿高度和數(shù)量調(diào)整，實(shí)現(xiàn)工件成形時(shí)的不同區(qū)域振動(dòng)強(qiáng)度調(diào)節(jié)。本實(shí)施例中，所述的變幅桿6通過螺紋與變幅桿固定板5相連接，從而使得其高度易于調(diào)整，數(shù)量易于增減。
[0018]所述工作腔4上端面的邊沿固定有壓邊圈10，所述的氮?dú)鈴椈?通過所述的壓邊圈10與所述的工作腔4連接。本實(shí)施例中，所述的工作腔4的上端面與壓邊圈10通過螺紋連接。
[0019]所述的工作腔4與壓邊圈10連接組成一體式運(yùn)動(dòng)下模，由壓力機(jī)提供的合模運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)向下運(yùn)動(dòng)，開模時(shí)在氮?dú)鈴椈?的作用力下實(shí)現(xiàn)向上復(fù)位運(yùn)動(dòng)。
[0020]所述的固態(tài)顆粒介質(zhì)40置于工作腔內(nèi)，將壓力機(jī)的沖壓力通過使固態(tài)顆粒介質(zhì)傳遞至板料實(shí)現(xiàn)工件成形所需的成形力。
[0021]所述的氮?dú)鈴椈?為壓邊圈10提供恒定壓邊力和脫模力。
[0022]使用所述裝置進(jìn)行薄板復(fù)合微成形的方法，包括:首先將板料11放置于壓邊圈10上，安裝于壓力機(jī)滑塊上的上模9下行與板料11接觸，在氮?dú)鈴椈?提供的壓邊力作用下壓緊板料11，所述上模9、板料11、工作腔4整體向下運(yùn)動(dòng)執(zhí)行拉深成形工藝;在拉深成形開始、過程中、結(jié)束三個(gè)階段中，至少一個(gè)階段開啟超聲振動(dòng)功能，開啟時(shí)機(jī)根據(jù)具體的工藝要求選擇;然后上模9上升，氮?dú)鈴椈?復(fù)位完成開模。
[0023]當(dāng)然，本實(shí)用新型還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本實(shí)用新型精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本實(shí)用新型作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于超聲波震動(dòng)的薄板復(fù)合微成形裝置，包括底板(I)，其特征在于:所述底板(I)上設(shè)置有至少兩根支撐桿(2)，所述底板(I)上還設(shè)置有至少兩根氮?dú)鈴椈?3)，所述氮?dú)鈴椈?3)的柱塞上懸掛有工作腔(4)，所述支撐桿(2)上方設(shè)置有與所述工作腔(4)匹配的變幅桿固定板(5)，所述變幅桿固定板(5)設(shè)置在所述工作腔(4)內(nèi)，所述變幅桿固定板(5)上設(shè)置有多根變幅桿(6)，還包括超聲波發(fā)生器(7)和與之連接的換能器(8)，所述換能器(8)與所述的變幅桿固定板(5)法蘭連接;所述變幅桿固定板(5)以上的工作腔(4)內(nèi)設(shè)置有固態(tài)顆粒介質(zhì)(40)，所述工作腔(4)上方設(shè)置有上模(9)。2.如權(quán)利要求1所述的基于超聲波震動(dòng)的薄板復(fù)合微成形裝置，其特征在于:所述的變幅桿(6)的高度和數(shù)量可調(diào)地設(shè)置在變幅桿固定板(5)上。3.如權(quán)利要求1或2所述的基于超聲波震動(dòng)的薄板復(fù)合微成形裝置，其特征在于:所述工作腔(4)上端面的邊沿固定有壓邊圈(10)，所述的氮?dú)鈴椈?3)通過所述的壓邊圈(10)與所述的工作腔(4 )連接。
【文檔編號(hào)】B21D22/22GK205519150SQ201620343870
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月22日
【發(fā)明人】查長禮, 裴中旺, 徐曉峰, 陳世軍
【申請人】安慶師范學(xué)院