[發明專利]基于超聲波震動的薄板復合微成形裝置及方法

有效

• 申請號: 201610253675.6
• 申請日: 2016-04-22
• 公開（公告）號: CN105817516B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 查長禮;裴中旺;王陳寧;唐飛
• 申請（專利權）人: 安慶師范大學
• 主分類號: B21D22/22
• 分類號: B21D22/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種薄板復合微成形的裝置及方法，屬于金屬薄板冷沖壓成形技術領域。

背景技術

微成形是指成形零件的尺寸至少有兩個維度介于宏觀尺度和微觀尺度之間即0.01～1mm內，同時要求產品的精度定義在0.01～1mm之間的成形加工。以電子工業和精密機械兩大行業為代表的高速發展，使得微細化產品的需要日益旺盛。但隨著研究的深入，發現微成形技術與傳統的塑性成形技術并不完全相同，在加工過程總出現了許多與宏觀塑性成形不同的現象和特點即“尺度效應”，因此，不能簡單的將傳統塑性成形理論直接移植到微成形加工中。由于尺寸的減小，使得材料的流變應力-應變關系、摩擦性能、成形設備、工具、輔具等產生變化，給微成形帶來一系列問題，如回彈、毛刺、貼膜性、表面質量等。近年來，一些新的工藝方法應用于微成形加工中。雖然這些新的介觀尺度薄板成形工藝具有傳統工藝不具備的優點如僅需單邊模具、有效避免起皺、減小回彈、提高成形極限等，但也存在一些弊端，如成形筒形件時，隨著深徑比的增大，工件直壁部位的形狀精度很難保證；結構復雜的微成形件，幾何精度也同樣難以滿足。為了解決介觀尺度薄板成形上述存在的問題，迫切尋求一種能有效提高介觀尺度薄板成形性能的方法。

板料軟模成形是利用某種材料代替剛性凸模或凹模作為板料成形的傳力介質，再用一剛性模具作為凹模或凸模，在傳力介質作用下使板料和凸模或者凹模形面貼合，從而形成凸模或凹模形面所約束的形狀。根據介質的狀態特性一般可分為固態軟模、半固態軟模及液態軟模三大類。與傳統的板料冷成形相比較，軟模成形具有成形件表面質量好、利于復雜件成形及回彈小、起皺小、成本低及周期短等優點。固態軟膜成形中的固態介質由于具有良好的填充能力和流動性能，且化學穩定性好，對提高成形件表面質量，改善貼模性及成形精度等有著明顯優勢，因此，固態介質軟模成形是一種有效，且可行的板料成形新方法和手段。雖然軟模成形技術擁有諸多優點，但固態介質的內部成形力依賴外部成形力，其填充能力和流動性能對成形力影響較大，尤其是強度較高及形狀較復雜的板料成形時，容易導致成形件的形狀精度變低，貼膜性變差以及回彈變大等缺陷。

1955年，Blaha和Langenecker對鋅單晶拉伸實驗中引入超聲振動，并觀察到材料的變形力出現突減的現象即“軟化現象”，也稱為Blaha效應。為此，許多學者針對超聲振動對塑性成形的理論機制，以及超聲振動在拉絲、拉拔、板料成形、旋壓等塑性成形工藝中的應用進行了大量研究。在傳統的金屬板料塑性成形過程中，引入超聲振動技術，不僅可以降低工件和模具之間的成形力即“表面效應”，同時還能減小板料的流變應力即“體積效應”。因此，超聲振動輔助成形技術能有效提高板料的成形性能，改善的工件表面質量，減小回彈等優點。但針對大型板料的成形加工，由于受到工件和模具尺寸、成形裝置及重量等因素的制約，現有的超聲振動技術難以滿足大型板料的成形工藝。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種基于超聲波震動的薄板復合微成形裝置，能結合固態顆粒介質軟模成形和超聲振動輔助成形的技術優勢，有效提高薄板微成形性能和質量。

為達到上述目的，本發明的基于超聲波震動的薄板復合微成形裝置，包括底板，其特征在于：所述底板上設置有至少兩根支撐桿，所述底板上還設置有至少兩根氮氣彈簧，所述氮氣彈簧的柱塞上懸掛有工作腔，所述支撐桿上方設置有與所述工作腔匹配的變幅桿固定板，所述變幅桿固定板設置在所述工作腔內，所述變幅桿固定板上設置有多根變幅桿，還包括超聲波發生器和與之連接的換能器，所述換能器與所述的變幅桿固定板法蘭連接；所述變幅桿固定板以上的工作腔內設置有固態顆粒介質，所述工作腔上方設置有上模。

所述的變幅桿的高度和數量可調地設置在變幅桿固定板上。

所述工作腔上端面的邊沿固定有壓邊圈，所述的氮氣彈簧通過所述的壓邊圈與所述的工作腔連接。

本發明還提供了使用所述裝置進行薄板復合微成形的方法，包括：首先將板料放置于壓邊圈上，安裝于壓力機滑塊上的上模下行與板料接觸，在氮氣彈簧提供的壓邊力作用下壓緊板料，向下運動執行拉深成形工藝；在拉深成形開始、過程中、結束三個階段中，至少一個階段開啟超聲振動功能；然后上模上升，氮氣彈簧復位完成開模。