[发明专利]超声振动辅助塑性成形装置

说明书

技术领域

本发明属于塑性成形技术领域，具体涉及一种辅助塑性成形装置。

背景技术

多年的研究表明，超声振动对于塑性成形过程具有显著的改善效果，它具有降低加工过程中模具和工件之间的摩擦力，降低成形过程阻力，以及提高成形质量等有益效应。现有的比较成熟的工艺有超声冷拔丝与超声冷拔管，超声辅助拉深和超声辅助挤压等工艺也研究的比较深入。传统的超声辅助塑性成形设备也发展的比较成熟，能够可靠地在塑性成形过程中引入超声振动，实现超声辅助塑性成形。塑性成形过程中两个重要的加工参数分别是成形压力和成形位移，这两个参数的控制对实验研究具有重要的意义，以往的设备并未将压力控制和位移控制两个因素考虑进去。

发明内容

本发明的目的是：提供一种带有压力以及位置反馈的超声振动辅助塑性成形装置。

本发明的技术方案是：超声振动辅助塑性成形装置,它包括：机械本体、伺服电机、精密光栅尺、上模具、上模套、下模具、超声变幅杆、超声换能器以及压力传感器；

机械本体包括：平台底座、上横梁、立柱、中间固定横梁以及活动横梁；其中，平台底座由钢管和钢板焊接而成，两条立柱垂直固定在平台底座上，立柱的顶部设有上横梁，两条立柱的内侧设有导轨，精密光栅尺设置在导轨内侧，中间固定横梁安装在两条导轨的顶部，活动横梁通过滑块连接至导轨；

伺服电机安装在上横梁中间，其主轴竖直向下并通过联轴器与滚珠丝杠连接，联轴器通过轴承连接至中间固定横梁；滚珠螺母与套筒连接，套筒的下端安装在活动横梁上；

压力传感器安装在活动横梁下，上模套连接上模具后连接至压力传感器；

超声换能器安装在平台底座上，同时与超声变幅杆连接，下模具安装在超声变幅杆的上端面。

工作时，伺服电机通过驱动丝杠，从而控制与丝杠配合的螺母直线运动。中间横梁是运动控制的关键部件，也是该装置加工精度的重要保证环节。滑块由中间横梁驱动在高精度导轨上做上下方向的运动，并由压力传感器和光栅尺反馈压力和位移信号。当伺服电机驱动中间横梁向下运动时，上下模具合模，对放置于其间的坯料进行压力成形加工。

有益效果：(1)本装置结构比较紧凑，操作简单，本装置形成压力传感器——上模具——上模板的“夹心式”串联结构，能有效地在金属成形过程引入超声振动，所述的超声波发生器将频率为50Hz市电转换成20kHz～30kHz高频超声信号，从而驱动超声换能器产生高频机械振动，同换能器直接相连的超声变幅杆将换能器的振动能量传输到较小的端面，同时扩大振幅，使下模具端面的振幅达到10μm；同时通过反馈控制调节成形过程中的力以及位移，实现超声辅助金属塑性成形加工。

(2)本装置中压力传感器同伺服电机、高精密光栅尺等一起构成闭环反馈系统，用于精确控制压制过程中的压力和位移，并且可软件编程实现压力控制和位置控制的自由切换。

(3)本装置结构简单可靠，能用于铜、镍等金属材料以及树脂、橡胶等非金属材料的超声辅助塑性成形加工，能实现比较高的加工精度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中下模具的俯视图及正视图；

其中：1—上横梁，2—伺服电机，3—轴承，4—滚珠螺母，5—精密光栅尺，6—上模具，7—上模套，8—下模具，9—变幅杆，10—变幅杆连接法兰，11—平台底座，12—超声换能器，13—立柱，14—导轨，15—压力传感器，16—滑块，17—活动横梁，18—螺母连接套筒，19—滚珠丝杠，20—中间固定横梁。

具体实施方式

参见附图1，超声振动辅助塑性成形装置,它包括：机械本体、伺服电机2、精密光栅尺5、上模具6、上模套7、下模具8、超声变幅杆9、超声换能器12以及压力传感器15；

机械本体包括：平台底座11、上横梁1、立柱13、中间固定横梁20以及活动横梁17；其中，平台底座11由钢管和钢板焊接而成，两条立柱13垂直固定在平台底座11上，立柱13的顶部设有上横梁1，两条立柱13的内侧设有导轨14，精密光栅尺5设置在导轨14内侧，中间固定横梁20安装在两条导轨14的顶部，活动横梁17通过滑块16连接至导轨14；

伺服电机2安装在上横梁1中间，其主轴竖直向下并通过联轴器与滚珠丝杠19连接，联轴器通过轴承3连接至中间固定横梁20；滚珠螺母4与套筒18连接，套筒18的下端安装在活动横梁17上；

压力传感器15安装在活动横梁17下，上模套7连接上模具6后连接至压力传感器15；