[发明专利]超声振动辅助金属板材杯突试验装置及试验装置使用方法

说明书

本发明提供了一种超声振动辅助金属板材杯突试验装置及试验装置使用方法，包括超声振动装置；压紧力活塞设置于压紧力缸筒内，压紧力活塞的一端设置有冲力缸筒，冲力缸筒内还设置有冲力活塞；压紧力活塞的另一端设置有一开口，开口上设置有垫模压盘；垫模压盘上设置有贯穿槽，垫模设置于所述贯穿槽内并抵接抵接台，冲头的一端穿过贯穿槽伸入所述垫模内部；垫模顶部放置有金属板材，金属板材的一面设置有压模；冲头远离压模的一端固定连接有带法兰变幅杆，带法兰变幅杆连接有换能器，换能器通过导线连接有超声波电源；带法兰变幅杆与换能器设置于一传力支架内部。应用本技术方案可实现定量表征超声振动对金属板材冲压成形性能的影响。

技术领域

本发明涉及超声振动下金属板材成形性能测试的技术领域，具体是指一种超声振动辅助金属板材杯突试验装置及试验装置使用方法。

背景技术

超声振动辅助金属塑性成形工艺是金属塑性成形中对金属材料或模具施加超声振动的一种特种塑性加工工艺。已有研究表明，金属塑性成形中对模具或工件施加振动，可提高金属材料塑性，降低金属材料变形抗力，大幅提高金属塑性成形件表面质量和模具使用寿命。该工艺可应用于金属拉拔、金属拉丝、金属挤压、金属焊接和金属轧制等。但现有关超声振动辅助金属塑性成形的理论研究相对滞后，尤其有关超声振动辅助金属板材冲压成形研究尚存不足，如超声振动对金属板材冲压成形性能的影响机理有待进一步研究。传统杯突试验可用于判定金属板材的冲压成形性能，但超声振动辅助下金属板材的冲压成形性能尚无测试装置。为表征超声振动对金属板材冲压成形性能的影响，亟需开发一种具有超声振动功能的金属板材冲压成形性能测试装置以表征超声振动下金属板材冲压成形性能，为研究超声振动对金属板材冲压成形性能的影响提供硬件支持。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声振动辅助金属板材杯突试验装置及试验装置使用方法，实现定量表征超声振动对金属板材冲压成形性能的影响。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超声振动辅助金属板材杯突试验装置，包括超声振动装置、压紧力缸筒以及设置于所述压紧力缸筒内的压紧力活塞；所述超声振动装置包括带法兰变幅杆、换能器及超声波电源；所述压紧力缸筒的底部设置有开口，开口通过冲力缸盖封堵，所述冲力缸盖上设置有第一进油口及第一出油口，所述冲力缸盖的两端与压紧力缸筒的开口之间分别形成第二进油口及第二出油口；压紧力活塞设置于所述压紧力缸筒内，所述压紧力活塞的一端设置有冲力缸筒，所述冲力缸筒的末端与所述冲力缸盖固定连接，所述冲力缸筒内还设置有冲力活塞；所述压紧力活塞的另一端设置有一开口，所述开口上设置有垫模压盘，所述垫模压盘的两端抵接所述压紧力活塞的端部；所述垫模压盘上设置有贯穿槽，所述贯穿槽的周部设置有抵接台，垫模设置于所述贯穿槽内并抵接所述抵接台使得所述垫模固定于所述垫模压盘上，所述垫模的中部设置有让位槽，冲头的一端设置于所述让位槽内，另一端穿过所述贯穿槽伸入所述垫模内部；所述垫模顶部放置有金属板材，所述金属板材背向所述垫模的一面设置有压模；所述冲头远离所述压模的一端固定连接有带法兰变幅杆，所述带法兰变幅杆连接有换能器，所述换能器通过导线连接有超声波电源；所述带法兰变幅杆与换能器设置于一传力支架内部。

在一较佳的实施例中，所述超声振动装置输出20KHz以上频率的高频振动，其振动方向沿带法兰变幅杆的轴线方向。

在一较佳的实施例中，所述带法兰变幅杆的法兰盘位于带法兰变幅杆的节点处即超声振动时带法兰变幅杆上超声波振幅为零的位置，以确保变幅杆在进行纵向振动时，变幅杆上的法兰盘及传力支架的振幅为零。

在一较佳的实施例中，所述带法兰变幅杆须首先运用解析法计算初始尺寸，再用有限元法计算模态即固有频率和振型，最后以按所需设计频率轴向谐振为目标，对带法兰变幅杆形状尺寸进行优化设计，使所述带法兰变幅杆的固有频率与所述超声振动装置的输出频率一致，并使其振型模态为沿轴线方向振动，保证所述带法兰变幅杆能沿其轴线方向谐振。

在一较佳的实施例中，所述冲头为顶部具有球头形状的圆柱；冲头与对应的带法兰变幅杆在轴心位置采用双头螺柱连接。。