[实用新型]基于实时反馈的旋转超声复合渐进成形装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种对金属薄板同时施以超声振动和工具头旋转并具有实时反馈功能的旋转超声复合渐进成形装置，属于塑性加工技术领域。

背景技术

渐进成形工艺作为一种新兴的柔性无模板料成形技术，采用“分层制造”的思想，无需模具，在开发时间和经济成本上都得到了优化，尤其是在小批量、定制化生产中。超声辅助渐进成形的提出主要针对渐进成形在加工薄板零件时的底部扭转、回弹现象等成形缺陷问题，从而达到提高成形几何精度和表面质量的目的。

中国专利文献CN104690138A公开了《一种镁合金板材超声振动单点渐进成形装置及其渐进成形方法》。该方法的装置包括超声波振动系统、镁合金板材单点渐进成形系统和微电脑控制系统。超声波发生器经导线将高频电信号传递到换能器，继而传递到变幅杆，变幅杆与工具头焊接。

首先，现有的超声辅助渐进成形技术为有线连接，能量损耗大且增加了工作的不稳定性并不利于工具头转速的引入；整个超声波振动系统采用的是各部件累加的方式，未能实现超声刀柄的通用化和系列化；由于成形力监测设备多为单独的台式压电式测力仪，没有与超声振动系统融合，因此超声参数的设定不能根据加工的实际需求来进行实时调整。再者，渐进成形技术在成形大角度零件时存在较大的限制，而且对于镁合金和钛合金等在室温下难成形的材料，未能找到一种操作简单、价格低廉的加热方式来加工镁合金和钛合金等难成形的材料。

实用新型内容

针对现有超声辅助渐进成形技术在装置的整体结构、连接方式和成形性能、可加工材料范围方面存在的不足，本实用新型提供一种可实现旋转超声复合渐进成形技术的装置及成形方法。本实用新型的特点在于使超声辅助渐进成形装置便于维修更换、通用化和系列化，同时采用无线能量传输方式来减少能量损耗并通过工具头高速旋转来实现局部加热。通过应变式传感器实时监测成形力，完成成形力的实时反馈，通过及时调整工艺参数，使成形力保持在合理大小范围及变化趋势，避免零件的破裂等缺陷产生。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

基于实时反馈的旋转超声复合渐进成形装置，包括一个板材渐进成形夹具单元，在板材渐进成形夹具单元的上方设有旋转超声刀柄加工单元，所述的旋转超声刀柄加工单元包括加工主轴，所述的加工主轴与安装锥柄相连，在所述安装锥柄的圆柱孔内安装超声波换能器，所述超声波换能器的电极铜片通过导线与磁接收器的接收线圈相连，与所述的磁接收器相对的设有一个磁发生器，所述的磁发生器与超声波发生器相连；所述的超声波换能器与变幅杆相连，所述的变幅杆与成形工具头相连。所述变幅杆外圆开有环形槽，用以粘贴作为力传感器使用的应变片，所述的应变片与信号采集发射模块相连，所述的信号采集发射模块与信息处理显示装置通讯。

进一步的，三组Wheatstone全电桥粘贴在环形槽上，每个电桥由四个应变片组成，用以测量轴向和两个弯曲方向的受力。环形槽上下各有一个带有内孔的圆柱形板，与变幅杆外圆相配合。圆柱形板与外侧圆筒形密封盖一起形成封闭空间，可放置电源和信号采集发射模块。

采用集超声波发生器、换能器、变幅杆、成形工具头、无线电能传输装置、反馈装置及相关组件于一体的超声刀柄系统安装在现有的普通数控机床主轴内，将普通数控机床主轴的转动、在三维空间内的可控移动与超声刀柄系统的纵向振动结合在一起，实现渐进成形的高频断续挤压。

进一步的，所述的安装锥柄与加工主轴的主轴孔相配合，使超声刀柄可以实现高速旋转，从而实现超声刀柄的通用化和系列化，便于维修和更换。

进一步的，所述的加工主轴为数控机床的加工主轴。

进一步的，所述的变幅杆与渐进成形工具头通过螺纹连接，并保证换能器、变幅杆、工具头和主轴同轴顺次连接。

进一步的，所述的磁发生器与磁接收器均包括磁芯和线圈，两者保持一定的间隔径向对置。磁发生器内的发射线圈通过导线与超声波发生器相连接。磁发生器与磁接收器共同作为无线传输装置依据电磁感应原理无线传输电能量，从而减少之前因为摩擦接触损失的能量，并有利于自动换刀的实现和转速的引入。

进一步的，所述的应变片通过导线与信号采集发射模块相连，然后信号采集发射模块将信号以无线Wi-Fi的形式传递到信息处理显示装置，保证成形力的实时监测和反馈，从而可以通过调节振幅大小达到理想的成形力。

进一步的，所述的板材渐进成形夹具单元包括一个工作台，在所述的工作台上安装有一个支撑架，在所述的支撑架上固定有待加工板材。