一種基于超聲波的中高碳鋼精沖成型裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于超聲波的中高碳鋼精沖成型裝置，其通過(guò)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(guò)程中，通過(guò)將超聲波傳導(dǎo)至模具與坯料，以增加材料的位錯(cuò)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(chǎng)與彈塑性變形產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)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(guò)程時(shí)超聲波的最佳振動(dòng)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(zhǎng)，適于對(duì)各種中高碳鋼材料進(jìn)行精沖成型加工。
【專(zhuān)利說(shuō)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(gè)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(guò)，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(gè)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(duì)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(duì)于不同塑性材料其加工效果也存在明顯差異，對(duì)于塑性偏低的材料則很難保證加工精度。
[0006]3、對(duì)成型材料的厚度或硬度方面也有一定要求。比如，對(duì)于厚度偏大或者硬度不均勻的材料，其成型的精度也會(huì)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(duì)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(wèn)題是，在傳統(tǒng)的精沖成型裝置基礎(chǔ)之上，如何通過(guò)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(guò)程中改變待加工材料的摩擦行為以及金屬流動(dòng)行為、以及產(chǎn)生的熱量，來(lái)有效增加其位錯(cuò)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(wèn)題。
[0009]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)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(dòng)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(guò)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(lái)的技術(shù)效果是，超聲波發(fā)生系統(tǒng)通過(guò)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(shí)，超聲波振動(dòng)可以通過(guò)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(dòng)正弦信號(hào)，輸出功率與振動(dòng)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(hào)裝變成機(jī)械振動(dòng)然后通過(guò)變幅桿得到穩(wěn)定的超聲波振動(dòng)，以滿(mǎn)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(shí)，可以確保在進(jìn)行坯料成型時(shí)超聲波振動(dòng)可以通過(guò)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(dòng)通過(guò)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(guò)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(guò)溫度反饋調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)精沖過(guò)程時(shí)超聲波的最佳振動(dòng)頻率，這種方式通過(guò)建立一種溫度與超聲波反饋調(diào)節(jié)機(jī)制來(lái)調(diào)節(jié)超聲波的振動(dòng)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(guò)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(dòng)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(guò)增加原有的精沖模具擠壓力即可實(shí)現(xiàn)對(duì)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(guò)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(hào)轉(zhuǎn)變成機(jī)械振動(dòng)然后通過(guò)變幅桿得到穩(wěn)定的超聲波振動(dòng)，以滿(mǎn)足不同工況的使用要求。最后將得到的超聲波振動(dòng)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(lái)的技術(shù)效果是，進(jìn)一步保證了精沖加工過(guò)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(lái)的技術(shù)效果是，通過(guò)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(shí)對(duì)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(duì)穩(wěn)定。這樣，一方面，有利于降低和減小超聲波振動(dòng)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(duì)精沖成型模具的保護(hù)，從而延長(zhǎng)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(guò)程中，通過(guò)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(guò)模具的振動(dòng)改變傳統(tǒng)塑性變形中的摩擦行為以及金屬流動(dòng)行為；另外，在精沖成型過(guò)程中超聲波通過(guò)模具傳導(dǎo)到坯料中，超聲波在材料中傳播時(shí)可以增加材料的位錯(cuò)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(chǎng)與彈塑性變形產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)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(guò)溫度反饋調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)精沖過(guò)程時(shí)超聲波的最佳振動(dòng)頻率，這種方式通過(guò)建立一種溫度與超聲波反饋調(diào)節(jié)機(jī)制來(lái)調(diào)節(jié)超聲波的振動(dòng)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(guò)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(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)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(dòng)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(duì)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(shuō)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(guò)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(guò)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(guò)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(dòng)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(guò)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(guò)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(hào)轉(zhuǎn)變成機(jī)械振動(dòng)然后通過(guò)變幅桿得到穩(wěn)定的超聲波振動(dòng)，以滿(mǎn)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(guò)液壓桿與凹模5相連接，通過(guò)液壓缸7為精沖成型提供動(dòng)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(huà)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(shuō)明精沖成型過(guò)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(guò)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(shí)超聲波振動(dòng)可以通過(guò)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(dòng)正弦信號(hào)，輸出功率與振動(dòng)頻率可以根據(jù)材料的特性進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)于不同型號(hào)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(guò)多次的試驗(yàn)分析得出最佳的振動(dòng)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(hào)裝變成機(jī)械振動(dòng)然后通過(guò)變幅桿12得到穩(wěn)定的超聲波振動(dòng)，以滿(mǎn)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(shí)，超聲波振動(dòng)通過(guò)變幅桿12通過(guò)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(guò)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(guò)超聲波發(fā)生器發(fā)出的超聲波通過(guò)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(shí)，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(dòng)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。可以在原有的精沖模具不用增加擠壓力的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)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(guò)程中對(duì)模具的沖擊，一定程度上延長(zhǎng)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(dòng)頻率以及相應(yīng)型號(hào)的超聲波換能器，具體的振動(dòng)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(guò)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(dòng)頻率以及功率調(diào)試完成后，精沖I旲具系統(tǒng)開(kāi)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(guò)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(chǎng)與彈塑性變形產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)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(gè)工藝過(guò)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(gè)很關(guān)鍵的因素，因?yàn)椴煌臏囟认拢暡▽?duì)材料的影響也大不相同。在超聲波輔助成型時(shí)，在超聲波以及模具壓力雙重作用下必然會(huì)產(chǎn)生熱量，成型過(guò)程中溫度會(huì)升高，必然會(huì)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(dòng)頻率的最佳搭配，對(duì)于溫度控制有兩種控制方案，具體如下:
[0051]I)、通過(guò)溫度反饋調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)精沖過(guò)程時(shí)超聲波的最佳振動(dòng)頻率。這種方式通過(guò)建立一種溫度與超聲波反饋調(diào)節(jié)機(jī)制來(lái)調(diào)節(jié)超聲波的振動(dòng)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(guò)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(huì)有所差異，所以對(duì)于一些規(guī)律比較明顯的呈線(xiàn)性相關(guān)的材料可以采用這種方法。
[0052]2)、通過(guò)增加散熱器(圖中省略未畫(huà)出)確保溫度保持相對(duì)穩(wěn)定。通過(guò)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(gè)相對(duì)穩(wěn)定范圍內(nèi)波動(dòng)，這樣就不需要調(diào)節(jié)超聲波的振動(dòng)頻率，方法簡(jiǎn)單。但是通過(guò)這種方式來(lái)調(diào)節(jié)，如果設(shè)定溫度底，會(huì)浪費(fèi)熱量；溫度設(shè)定過(guò)高可能在成型過(guò)程中某一段時(shí)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(xiàn)性關(guān)系的材料成型過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(dòng)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(guò)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(guò)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(hào)轉(zhuǎn)變成機(jī)械振動(dòng)然后通過(guò)變幅桿得到穩(wěn)定的超聲波振動(dòng)，以滿(mǎn)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(hào)】B21D26/00GK103691792SQ201310700057
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)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(qǐng)人:山東科技大學(xué)