一種彈性變形條件下的振動(dòng)時(shí)效成形方法及裝置制造方法
【專利摘要】一種彈性變形條件下的振動(dòng)時(shí)效成形方法及裝置。本發(fā)明通過模具的作用使金屬平板料產(chǎn)生彎曲變形，并且變形量在彈性范圍內(nèi)，卸下模具后金屬板料能夠恢復(fù)原樣，這樣通過模具的作用給板料加載了一個(gè)彎曲預(yù)應(yīng)力，連接振動(dòng)時(shí)效裝置，通過激振器產(chǎn)生周期性激振力，在其作用下，使板料達(dá)到共振狀態(tài)，利用共振消除和均化板料內(nèi)部彎曲預(yù)應(yīng)力，通過這種彎曲預(yù)應(yīng)力的釋放過程，使金屬板料產(chǎn)生一定塑性變形，得到與模具曲率半徑相當(dāng)?shù)膹澢慵?。本發(fā)明克服了鈑金件成形過程中模具制造成本高，回彈難以控制的不足，并且減小振動(dòng)時(shí)效時(shí)零件表面摩擦損傷及振動(dòng)能量損失，提高成形工件表面質(zhì)量，縮短了生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)成本。
【專利說明】一種彈性變形條件下的振動(dòng)時(shí)效成形方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及時(shí)效成形加工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種彈性變形條件下的振動(dòng)時(shí)效成形方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，國內(nèi)使用振動(dòng)時(shí)效方法與相應(yīng)設(shè)備越越來越多，同時(shí)能夠環(huán)保、節(jié)能、高效的處理工件應(yīng)力問題，強(qiáng)勢(shì)的突出了其有點(diǎn)與未來的發(fā)展前景，讓更多的工業(yè)廠家與企業(yè)針對(duì)性的使用振動(dòng)時(shí)效設(shè)備，提高工作效率與效益。隨著振動(dòng)時(shí)效的應(yīng)用廣泛，工藝上也取得了不小的發(fā)展。振動(dòng)時(shí)效是指夾持在工件上的激振器產(chǎn)生周期性激振力，在其作用下，使構(gòu)件達(dá)到共振狀態(tài)，松弛工件的內(nèi)應(yīng)力，保持工件尺寸穩(wěn)定的方法。振動(dòng)消除應(yīng)力實(shí)際上就是用周期的動(dòng)應(yīng)力與工件內(nèi)應(yīng)力疊加，使構(gòu)件局部產(chǎn)生塑性變形而釋放應(yīng)力。
[0003]中國專利CN102551096A (—種鈑金零件振動(dòng)時(shí)效方法和振動(dòng)時(shí)效裝置)將加工成型的鈑金零件連同模胎一起固定在振動(dòng)時(shí)效臺(tái)上，將激振器與振動(dòng)時(shí)效臺(tái)鋼性固定，用控制系統(tǒng)啟動(dòng)激振器使振動(dòng)時(shí)效臺(tái)以及與其固定連接的模胎和鈑金零件同時(shí)振動(dòng)，以消除及均化飯金零件的內(nèi)部應(yīng)力，但是，該方法有如下缺點(diǎn)，首先，直接將鈑金件用繃帶捆綁在模胎上，由于鈑金件與模胎固有頻率不同，會(huì)引起不同的振動(dòng)響應(yīng)，造成接觸表面的摩擦，影響工件表面質(zhì)量，另外，激振器的振動(dòng)能量通過振動(dòng)時(shí)效臺(tái)傳遞給與其剛性固定的模胎，最后傳遞給與模胎固連的鈑金零件，這種大范圍的傳遞會(huì)造成振動(dòng)能量的大量損失，不利于節(jié)能環(huán)保。振動(dòng)時(shí)效是在材料的彈性狀態(tài)下進(jìn)行的，然而目前研究主要集中在已成型的工件的殘余應(yīng)力處理上，利用共振消除和均化金屬構(gòu)件內(nèi)部殘余應(yīng)力，起到增強(qiáng)構(gòu)件抗變能力、穩(wěn)定尺寸精度。
[0004]英國學(xué)者沃德爾和沃克在振動(dòng)時(shí)止可有效防止焊接裂紋的形成和工件的畸變，提高構(gòu)件的疲勞壽命，增強(qiáng)焊縫的力學(xué)效技術(shù)的基礎(chǔ)上研究焊接之前先將被焊部件進(jìn)行振動(dòng)，且邊振動(dòng)邊焊接，直到焊完為性能，還可以省去焊后消應(yīng)力處理，縮短了生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)成本，該研究說明振動(dòng)時(shí)效方法不僅僅應(yīng)用到發(fā)生塑性變形后零件消除殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力的處理上，也可以應(yīng)用到塑性變形前預(yù)應(yīng)力的處理上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的在鈑金件成形過程中模具制造成本高，回彈難以控制的不足，本發(fā)明提出了一種彈性變形條件下的振動(dòng)時(shí)效成形方法及裝置。
[0006]本發(fā)明所述彈性變形條件下的振動(dòng)時(shí)效成形方法的具體步驟是:
[0007]第一步，安裝待成形工件的板料。
[0008]第二步，確定工件的共振頻率。激振器進(jìn)行掃頻，掃頻頻率為0-400HZ、掃頻功率為400W，掃頻時(shí)間為6min。記錄工件的振幅頻率(Α-f)曲線，得到掃頻曲線。若得到的掃頻曲線有一個(gè)振幅峰，形成一階共振峰，則以該一階共振峰對(duì)應(yīng)的頻率作為工件的共振頻率。若得到的掃頻曲線有多個(gè)振幅峰，則以多個(gè)振幅峰中頻率最低的峰作為一階共振峰，以該一階共振峰對(duì)應(yīng)的頻率作為工件的共振頻率，后續(xù)振幅峰對(duì)應(yīng)的頻率作為高次諧振頻率。
[0009]第三步，振動(dòng)成形。振動(dòng)成形中，調(diào)整激振器的工作頻率與工件的共振頻率一致，設(shè)定振動(dòng)時(shí)效時(shí)間為30min。調(diào)節(jié)激振器的偏心距，使工件的彎曲成形中應(yīng)力最集中部位的動(dòng)應(yīng)力峰值介于該部位工件預(yù)應(yīng)力值的1/3?2/3之間進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效。激振器的輸出功率為該激振器額定功率的80%。
[0010]第四步，振動(dòng)時(shí)效結(jié)束后，測(cè)量工件的彎曲半徑，若工件的彎曲半徑滿足設(shè)計(jì)要求，完成對(duì)工件的彎曲成形。若超出誤差范圍，重新裝夾工件，重復(fù)步驟3進(jìn)行補(bǔ)振，直至工件的曲率半徑滿足設(shè)計(jì)要求。
[0011]所述補(bǔ)振中，若得到的掃頻曲線有一個(gè)振幅峰，則以步驟2得到的工件共振頻率附近取頻率值作為激振器工作頻率進(jìn)行補(bǔ)振；若得到的掃頻曲線有多個(gè)振幅峰，以步驟2得到的工件的高次諧振頻率作為激振器工作頻率進(jìn)行補(bǔ)振。
[0012]本發(fā)明所述的彈性變形條件下的振動(dòng)時(shí)效成形裝置，包括上模具、下模具、激振器、夾具、激振器底座、傳感器和控制器。激振器位于工件的一端，通過激振器底座安裝在工件的上表面。激振器底座的上表面與激振器的底板配合；通過夾具將激振器、激振器底座與下模具固緊。下模具的上表面為成形工件所需的弧面。上模具有多個(gè)，均為條形。所述上模具的下表面為成形工件所需的凹面。使用時(shí)，將工件安放在下模具的上表面；將上模具從位于工件一端的激振器內(nèi)側(cè)至工件的另一端之間均布，并且相鄰兩個(gè)上模具側(cè)表面之間的間距為150?250mm。傳感器安放在工件另一端的上表面；并通過數(shù)據(jù)線與控制器連通。激振器和傳感器均與控制器連通。
[0013]在安放工件時(shí)，在工件與下模具上表面之間安放有第二橡膠墊，在工件與上模具之間亦安放有第一橡膠墊。
[0014]在所述下模具安裝激振器一端的端面有卡裝夾具的矩形槽。
[0015]本發(fā)明通過設(shè)計(jì)一種簡易的成形裝置來實(shí)現(xiàn)在彈性變形條件下的振動(dòng)時(shí)效成形，具體成形方法是:通過模具的作用使金屬平板料產(chǎn)生彎曲變形，并且變形量在彈性范圍內(nèi)，卸下模具后金屬板料能夠恢復(fù)原樣，這樣通過模具的作用給板料加載了一個(gè)彎曲預(yù)應(yīng)力，連接振動(dòng)時(shí)效裝置，通過激振器產(chǎn)生周期性激振力，在其作用下，使板料達(dá)到共振狀態(tài)，利用共振消除和均化板料內(nèi)部彎曲預(yù)應(yīng)力，通過這種彎曲預(yù)應(yīng)力的釋放過程，使金屬板料產(chǎn)生一定塑性變形，得到與模具曲率半徑相當(dāng)?shù)膹澢慵?br> [0016]本發(fā)明中的試驗(yàn)裝置，主要由控制器、激振器、傳感器、橡膠墊、夾具、電纜線、電源線和模具等構(gòu)成，在裝置裝配時(shí)，先將橡膠墊、金屬板料、上模具安裝在下模具上，接著用夾具將激振器安裝在凹模上，然后通過電纜線和電源線將激振器和測(cè)振器以及電源接通。
[0017]本發(fā)明借鑒常規(guī)的在發(fā)生塑性變形條件下消除殘余應(yīng)力的振動(dòng)時(shí)效成形原理，充分利用振動(dòng)時(shí)效設(shè)備簡單，易于搬動(dòng)，不受構(gòu)件大小和材料的限制，高效節(jié)能、無污染、設(shè)備投資少、操作簡單等特點(diǎn)，成形時(shí)間由熱時(shí)效的20h縮短為40min以內(nèi)。同時(shí)采用橡膠墊將上、下模具與待成形板料隔開，可以防止板料表面的摩擦損傷，成形工件表面質(zhì)量好，避免激振器的振動(dòng)能量傳遞給上、下模具，造成振動(dòng)能量的大量損失，有利于節(jié)能環(huán)保。另外，通過模具的作用使板料產(chǎn)生預(yù)彎變形，接著振動(dòng)消除和均化板料內(nèi)部彎曲預(yù)應(yīng)力，省去了零件常規(guī)成形中所伴隨的回彈等缺陷的繁瑣控制過程及常規(guī)成形后殘余應(yīng)力的處理，縮短了生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)成本。[0018]本發(fā)明克服了鈑金件成形過程中模具制造成本高，回彈難以控制的不足，并且減小振動(dòng)時(shí)效時(shí)零件表面摩擦損傷及振動(dòng)能量損失，提高成形工件表面質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0020]圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是本發(fā)明裝置的俯視圖。
[0022]圖3是本發(fā)明裝置中上、下模具與橡膠墊和板料連接結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0023]圖4是本發(fā)明裝置中去除上模具及第一橡膠墊后的側(cè)視圖。
[0024]圖5是本發(fā)明裝置中下模具結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖6是本發(fā)明裝置中上模具結(jié)構(gòu)示意圖。其中:
[0026]1.第一橡膠墊、2.上模具、3.工件、4.下模具、5.激振器、6.夾具、7.激振器底座、8.傳感器、9.控制器、10.第二橡膠墊。
【具體實(shí)施方式】
[0027]實(shí)施例一
[0028]本實(shí)施例是一種在彈性變形條件下的振動(dòng)時(shí)效成形的方法，具體步驟是:
[0029]第一步，安裝待成形工件的板料。將裝待成形工件的板料和橡膠墊安裝在上模具與下模具之間，并使第一橡膠墊的上表面與上模具的下表面貼合，第二橡膠墊的下表面與下模具的上表面貼合，同時(shí)使待成形工件的板料上表面與第一橡膠墊的下表面貼合，待成形工件的板料下表面與第二橡膠墊的上表面貼合。用常規(guī)的“C”形夾將激振器固定在板料上。通過電纜線和電源線將激振器和傳感器以及電源接通。其中激振器選擇ZS1000K1型，該激振器的額定激振力為10KN，額定功率為0.6KW，額定轉(zhuǎn)速為10000r/min。
[0030]第二步，確定工件的共振頻率。首先激振器進(jìn)行掃頻，掃頻頻率為0-400HZ、掃頻功率為400W，掃頻時(shí)間為6min。掃頻中，激振器頻率逐漸線性增大。隨著掃頻頻率的逐漸增大，工件振幅發(fā)生變化。記錄工件的振幅頻率(A-f)曲線，得到掃頻曲線。若得到的掃頻曲線有一個(gè)振幅峰，形成一階共振峰，則以該一階共振峰對(duì)應(yīng)的頻率作為工件的共振頻率。若得到的掃頻曲線有多個(gè)振幅峰，則以多個(gè)振幅峰中頻率最低的峰作為一階共振峰，以該一階共振峰對(duì)應(yīng)的頻率作為工件的共振頻率，后續(xù)振幅峰對(duì)應(yīng)的頻率作為高次諧振頻率。
[0031]第三步，振動(dòng)成形。振動(dòng)成形中，調(diào)整激振器的工作頻率與工件的共振頻率一致，設(shè)定振動(dòng)時(shí)效時(shí)間為30min。調(diào)節(jié)激振器的偏心距，使工件的彎曲成形中應(yīng)力最集中部位的動(dòng)應(yīng)力峰值介于該部位工件預(yù)應(yīng)力值的1/3?2/3之間進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效。激振器的輸出功率為該激振器額定功率的80%，本實(shí)施例中，激振器的輸出功率為400W。
[0032]第四步，測(cè)量成形效果。振動(dòng)時(shí)效結(jié)束后，關(guān)閉電源，拆卸模具，取下工件，測(cè)量彎曲半徑，與預(yù)期值進(jìn)行對(duì)比。若工件的彎曲半徑滿足設(shè)計(jì)要求，完成對(duì)工件的彎曲成形。若超出誤差范圍，重新裝夾工件，重復(fù)步驟3進(jìn)行補(bǔ)振，直至工件的曲率半徑滿足設(shè)計(jì)要求。補(bǔ)振中，若得到的掃頻曲線有一個(gè)振幅峰，則以步驟2得到的工件共振頻率附近取頻率值作為激振器工作頻率進(jìn)行補(bǔ)振，若得到的掃頻曲線有多個(gè)振幅峰，以步驟2得到的工件的高次諧振頻率作為激振器工作頻率進(jìn)行補(bǔ)振，直至工件的彎曲半徑滿足設(shè)計(jì)要求。[0033]實(shí)施例二
[0034]本實(shí)施例是一種用于實(shí)現(xiàn)實(shí)施例1所述在彈性變形條件下的振動(dòng)時(shí)效成形方法的單曲率工件的成形裝置。所成形工件的長度為1000mm，寬度為400mm，彎曲半徑為1500mm。所成形工件為招合金板。
[0035]所述單曲率鋁合金工件的成形裝置包括成形裝置的第一橡膠墊1、上模具2、下模具4、激振器5、夾具6、激振器底座7、傳感器8、控制器9和第二橡膠墊10。
[0036]激振器5位于工件的一端，通過激振器底座7安裝在工件3的上表面。激振器底座7的上表面與激振器的底板配合，通過夾具6將激振器5、激振器底座7與下模具4固緊。所述激振器底座7的下表面為與下模具4上表面相適應(yīng)的弧面。激振器5的控制線與控制器9連通。
[0037]下模具4的上表面為成形工件所需的弧面。在所述下模具4安裝激振器5 —端的端面有卡裝夾具6的矩形槽。上模具2有三個(gè)，均為條形。所述上模具2的下表面為成形工件所需的凹面。使用時(shí)，將工件安放在下模具4的上表面；將上模具2從位于工件一端的激振器5內(nèi)側(cè)至工件的另一端之間均布并固緊。相鄰兩個(gè)上模具側(cè)表面之間的間距為150?250mm,本實(shí)施例中，相鄰兩個(gè)上模具側(cè)表面之間的間距為180mm。
[0038]傳感器8安放在工件另一端的上表面，并通過數(shù)據(jù)線與控制器9連通。
[0039]在安放工件3時(shí)，在工件3與下模具4上表面之間安放有第二橡膠墊10，在工件3與上模具2之間亦安放有第一橡膠墊I。
[0040]夾具6將激振器5緊固到鋁合金板料3的上表面，夾具6的下端位于下模具4端面的的矩形槽內(nèi)，上端位于激振器5的底部上表面上方，夾具6上端螺栓底部端面與激振器5的底部上表面貼合。第二橡膠墊10的下表面與下模具4的上表面貼合，同時(shí)招合金板料3的下表面與第二橡膠墊10的上表面貼合，鋁合金板料3的上表面與第一橡膠墊的下表面貼合,第一橡膠墊I的上表面與上模具2的下表面貼合。傳感器8安裝在所述招合金板料3的上表面，位于遠(yuǎn)離激振器5的一端。外凸型下模具4兩側(cè)平面處有螺紋孔與上模具2連接。
[0041]所述下模具4為本實(shí)施例的載體，下模具4呈外凸型，其尺寸根據(jù)所需成形工件外形尺寸以及各個(gè)部件的裝配位置和裝置剛度的要求確定，材料為45鋼，起安放其他部件和與上模具配合來使板料發(fā)生彈性彎曲變形的作用。在下模具4安裝夾具6處，開有300mmX40mmX60mm的矩形槽以保證夾具6的順利安裝與拆卸。在下模具4兩側(cè)平面處有上模具2的安裝孔。
[0042]所述激振器5選擇ZS1000K1型，其參數(shù)如下，額定激振力為10KN，額定功率為0.6KW，額定轉(zhuǎn)速為10000r/min，額定輸人電流1.5A，靜力常數(shù)0.5kg/A，動(dòng)圈直流電阻約6 Ω，最大位移2mm，線圈可動(dòng)部分質(zhì)量40g土 10 %，外型尺寸Φ 75 X 150mm,重量約3.5kg。
[0043]所述上模具2呈內(nèi)凹型，底部具有圓弧形內(nèi)凹槽，內(nèi)凹圓弧面曲率與鋁合金工件的外凸圓弧面曲率一致，上模具2的尺寸由下模具外形尺寸及裝置剛度的要求確定，材料為45鋼，與下模配合來使板料發(fā)生彈性彎曲變形的作用，兩端開有圓孔用來安裝螺栓與下模具4配合。
[0044]所述的激振器底座7呈內(nèi)凹型，其尺寸由所需成形工件和激振器的外形尺寸及成形裝置剛度的要求確定，材料為45鋼，起安放激振器的作用的作用，激振器底座7的內(nèi)凹圓弧面曲率與鋁合金工件的外凸圓弧面曲率一致，保證兩者充分接觸，使用過程中為保證效果與激振器5的底部通過焊接的方式進(jìn)行連接。
[0045]所述第一橡膠墊I和第二橡膠墊10均為矩形塊狀，由于激振器5安裝在所述鋁合金板料3的上表面，激振器底座7的內(nèi)凹圓弧面與鋁合金工件的外凸圓弧面貼合，需要留出安裝空間，第一橡膠墊I的尺寸小于第二橡膠墊10的尺寸，可以防止鋁合金工件直接與上、下模具接觸引起的接觸表面的摩擦，影響工件表面質(zhì)量，另外，避免激振器的振動(dòng)能量傳遞給上、下模具，造成振動(dòng)能量的大量損失，有利于節(jié)能環(huán)保。
[0046]所述夾具6呈“C”型，將激振器5緊固到鋁合金板料3的上表面，夾具6的下端位于下模具4端面的的矩形槽內(nèi)，上端位于激振器5的底部上表面上方，夾具6上端螺栓底部端面與激振器5的底部上表面貼合。
【權(quán)利要求】
1.一種彈性變形條件下的振動(dòng)時(shí)效成形方法，其特征在于，具體步驟是: 第一步，安裝待成形工件的板料； 第二步，確定工件的共振頻率；激振器進(jìn)行掃頻，掃頻頻率為0-400HZ、掃頻功率為400W,掃頻時(shí)間為6min ;記錄工件的振幅頻率(Α-f)曲線,得到掃頻曲線；若得到的掃頻曲線有一個(gè)振幅峰，形成一階共振峰，則以該一階共振峰對(duì)應(yīng)的頻率作為工件的共振頻率；若得到的掃頻曲線有多個(gè)振幅峰，則以多個(gè)振幅峰中頻率最低的峰作為一階共振峰，以該一階共振峰對(duì)應(yīng)的頻率作為工件的共振頻率，后續(xù)振幅峰對(duì)應(yīng)的頻率作為高次諧振頻率； 第三步，振動(dòng)成形；振動(dòng)成形中，調(diào)整激振器的工作頻率與工件的共振頻率一致，設(shè)定振動(dòng)時(shí)效時(shí)間為30min ;調(diào)節(jié)激振器的偏心距，使工件的彎曲成形中應(yīng)力最集中部位的動(dòng)應(yīng)力峰值介于該部位工件預(yù)應(yīng)力值的1/3?2/3之間進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效；激振器的輸出功率為該激振器額定功率的80% ;第四步，振動(dòng)時(shí)效結(jié)束后，測(cè)量工件的彎曲半徑，若工件的彎曲半徑滿足設(shè)計(jì)要求，完成對(duì)工件的彎曲成形；若超出誤差范圍，重新裝夾工件，重復(fù)步驟3進(jìn)行補(bǔ)振，直至工件的曲率半徑滿足設(shè)計(jì)要求。
2.如權(quán)利要求1所述彈性變形條件下的振動(dòng)時(shí)效成形方法，其特征在于，補(bǔ)振中，若得到的掃頻曲線有一個(gè)振幅峰，則以步驟2得到的工件共振頻率附近取頻率值作為激振器工作頻率進(jìn)行補(bǔ)振；若得到的掃頻曲線有多個(gè)振幅峰，以步驟2得到的工件的高次諧振頻率作為激振器工作頻率進(jìn)行補(bǔ)振。
3.一種用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述彈性變形條件下的振動(dòng)時(shí)效成形方法的裝置，其特征在于，包括上模具、下模具、激振器、夾具、激振器底座、傳感器和控制器；激振器位于工件的一端，通過激振器底座安裝在工件的上表面；激振器底座的上表面與激振器的底板配合；通過夾具將激振器、激振器底座與下模具固緊；下模具的上表面為成形工件所需的弧面；上模具有多個(gè)，均為條形；所述上模具的下表面為成形工件所需的凹面；使用時(shí)，將工件安放在下模具的上表面；將上模具從位于工件一端的激振器內(nèi)側(cè)至工件的另一端之間均布，并且相鄰兩個(gè)上模具側(cè)表面之間的間距為150?250mm ;傳感器安放在工件另一端的上表面；并通過數(shù)據(jù)線與控制器連通；激振器和傳感器均與控制器連通。
4.如權(quán)利要求3所述一種彈性變形條件下的振動(dòng)時(shí)效成形裝置，其特征在于，在安放工件時(shí)，在工件與下模具上表面之間安放有第二橡膠墊，在工件與上模具之間亦安放有第一橡膠墊。
5.如權(quán)利要求3所述一種彈性變形條件下的振動(dòng)時(shí)效成形裝置，其特征在于，在所述下模具安裝激振器一端的端面有卡裝夾具的矩形槽。
【文檔編號(hào)】C22F3/00GK103464536SQ201310349210
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月12日
【發(fā)明者】王永軍, 孫寶龍, 郝耀武 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)