超声波振动等径角挤压组合模具的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种超声波振动等径角挤压组合模具，超声波振动系统沿竖直方向固定于模具底座上，超声波振动系统输出端上开有L型凹模孔；凹模孔进料方向与超声波振动方向平行，出料方向与超声波振动方向垂直；模具底座上均匀固定有导柱，导柱上配合有与导柱相对运动的导套，导套固定于模具顶座上，凸模也固定于模具顶座上；模具底座上均匀固定有多根导料套支撑杆，导料套支撑杆顶部固定有导料套固定板，导料套固定板上固定有与凸模配合的导料套，导料套位于凹模孔上方，与凹模孔之间存在间隙。将超声波振动系统和等径角挤压模具合理布置在一套组合模具上，既降低了材料的屈服应力和流动应力，又能对材料的晶粒进行细化，提高材料的综合力学性能。
【专利说明】超声波振动等径角挤压组合模具
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及材料挤压设备【技术领域】，具体涉及一种超声波振动等径角挤压组合模具。
【背景技术】
[0002]随着超声波技术在金属探伤、零件清洗、机械加工和焊接等方面的广泛应用，超声波技术在塑性成形中也取得了很大的发展，已经在不同程度上应用于拉拔、挤压、铆接等技术中，特别是超声波拉丝已用于工业生产。实验研究表明，在金属塑性加工时，对其施加超声波振动，材料会出现屈服应力和流动应力明显降低的现象，从而达到降低变形力，增加金属塑性流动时的填充性，能够使金属的塑性变形更加充分均匀，可以明显提高工件成形质量。等径角挤压作为一种利用纯剪切变形来实现细化晶粒的大塑性变形加工方法，其主要机理是通过细化晶粒来提高材料的综合力学性能，由于这种技术可以在试样横截面保持不变的前提下进行多次挤压以获得超细晶粒，目前，这种技术已经逐渐成为国际前沿令人瞩目的课题。但是，单纯利用超声波或者等径角挤压的加工方法在改善组织结构及材料力学性能方面仍然存在不理想的地方。已有的专利申请文件中公开了一种晶粒细化方法和装置，该专利的技术方案存在如下明显缺陷:1、如图10所示，超声波系统输出的超声波的振动方向与等径角挤压模具的进料方向垂直，与出料方向平行，等径角挤压模具剧烈振动，导致凸模与等径角挤压模具无法相互配合，因此该专利文件所记载的技术方案是无法实施的，存在明显错误。2、该文件中记载了“所述超声波系统的输出端与等径角挤压模具的出口距离0?500mm”。如图10所示，当超声波系统的输出端与等径角挤压模具出口距离为0mm时,等径角挤压模具与超声波的振动工具头直接连接，在连接处会由于高频振动而引起模具与工具头之间的强烈摩擦，导致模具与工具头的烧损，不能用于实际生产。3、等径角挤压模具在超声波的作用下剧烈震动，导致凸模与等径角挤压模具直接接触并产生强烈摩擦，将导致模具烧损，不能用于实际生产。
实用新型内容
[0003]本实用新型就是针对上述技术问题，提供一种超声波振动等径角挤压组合模具，该模具能很好地解决上述技术问题，有效改善材料的力学性能。
[0004]为实现此目的，本实用新型所设计的超声波振动等径角挤压组合模具，包括超声波振动系统和凸模，其特征在于:所述超声波振动系统沿竖直方向固定于模具底座上，所述超声波振动系统的输出端上开有L型的凹模孔；凹模孔的进料方向与超声波的振动方向平行，出料方向与超声波的振动方向垂直；模具底座上均匀固定有导柱，导柱上配合有与导柱相对运动的导套，导套固定于模具顶座上，所述凸模也固定于模具顶座上；模具底座上均匀固定有多根导料套支撑杆，导料套支撑杆顶部固定有导料套固定板，导料套固定板上固定有与凸模配合的导料套，导料套位于凹模孔上方，与凹模孔之间存在间隙。
[0005]进一步地，所述模具底座包括底座座板，底座座板上均匀固定有多根底座支撑杆，底座支撑杆上固定有超声波振动系统垫板，超声波振动系统垫板上固定有超声波振动系统固定板，所述超声波振动系统固定于超声波振动系统固定板上；所述导柱和导料套支撑杆均固定于超声波振动系统固定板上。
[0006]进一步地，所述超声波振动系统包括超声波换能器，超声波换能器连接有超声波发生器，超声波发生器连接有超声波变幅杆；凹模孔开设于超声波变幅杆的顶端，凹模孔的顶面与超声波变幅杆的顶面位于同一水平面上，凹模孔的进料方向与变幅杆的轴向方向相同，凹模孔的出料方向与变幅杆的轴向方向垂直。
[0007]进一步地，所述超声波振动系统的超声波发生器上套设固定有法兰，法兰固定于超声波振动系统固定板上；超声波发生器底部穿过超声波振动系统垫板连接超声波换能器，顶部穿过超声波振动系统固定板连接超声波变幅杆。
[0008]进一步地，所述超声波振动系统固定板中部开有阶梯型过孔，阶梯型过孔包括位于超声波振动系统固定板下部与法兰直径对应的第一过孔，和位于超声波振动系统固定板上部与超声波发生器直径对应的第二过孔，且超声波振动系统固定板上开有与法兰周向的销孔相对应的螺纹孔；法兰设置于第一过孔内，螺栓穿过销孔固定于螺纹孔内。
[0009]进一步地，所述法兰与超声波振动系统固定板之间设有法兰垫片，法兰垫片套设于超声波发生器上，所述螺栓穿过销孔、法兰垫片固定于螺纹孔中。
[0010]进一步地，所述模具顶座包括凸模座板，凸模座板的左右两侧分别固定有两个导套，凸模座板的中部固定有凸模垫板，凸模垫板上固定有凸模固定板，所述凸模固定于凸模固定板上。
[0011]进一步地，所述变幅杆的长度是超声波波长的整数倍，且变幅杆顶面到凹模孔的交切角的距离为5?20mm。
[0012]进一步地，所述超声波振动系统固定板的左右两侧分别固定有两根导柱，超声波振动系统固定板的左侧的两根导柱的中间固定有一根保护杆，超声波振动系统固定板的右侧的两根导柱中间也固定有一根保护杆，两根保护杆均固定于超声波振动系统固定板上，且两根保护杆对称设置于超声波振动系统固定板的左右两侧。
[0013]更进一步地，所述底座座板的前后两侧分别固定有四根底座支撑杆，所述导料套支撑杆有四根。
[0014]本实用新型的有益效果是:本实用新型通过将超声波振动系统和等径角挤压模具合理有效地布置在一套组合模具上，对金属冷加工时，既能对材料施加超声波振动，降低材料的屈服应力和流动应力，增加材料塑性流动的填充性，使材料的塑性变形更加充分均匀，又可以通过等径角挤压模具对材料的晶粒进行细化，提高材料的综合力学性能，从而明显提高工件的成形质量。凹模孔的进料方向和变幅杆的轴向方向相同，出料方向与变幅杆轴向方向垂直，避免了超声波振动对进料的影响，有效保证了进料的稳定。将变幅杆的长度设计为超声波振幅的整数倍，使凹模孔的交切角位于超声波的振幅附近，提高了超声波对于试样的振动效果。通过导料套的结构可避免凸模与凹模孔直接接触，保证了模具的稳定，且导料套与凹模孔之间存在间隙，因此导料套与振幅杆也不直接接触，保证了导料套位置和结构的稳定。本实用新型的结构设计合理，操作方便，具有很好的实用性和市场应用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型中组合模具的正面剖视图；
[0016]图2为本实用新型中A处的结构放大图；
[0017]图3为本实用新型中B处的结构放大图；
[0018]图4为本实用新型中超声波系统固定板的结构示意图；
[0019]图5为本实用新型中超声波发生器部分的结构示意图；
[0020]图6为本实用新型中组合模具的侧视图；
[0021]图7为本实用新型中组合模具的俯视图；
[0022]图8为本实用新型中组合模具的开模图；
[0023]图9为本实用新型中试样经一次挤压后应力与位移的曲线图；
[0024]图10为已有的专利申请文件中的附图；
[0025]其中，1 一超声波振动系统，1.1 一超声波换能器，1.2—超声波发生器，1.3—超声波变幅杆，2—凹模孔，3 —凸模，4一模具底座，4.1 一底座座板，4.2—底座支撑杆，4.3—超声波振动系统垫板，4.4一超声波振动系统固定板,5一导柱,6一导套,7一模具顶座,7.1一凸模座板，7.2一凸模垫板，7.3一凸模固定板，8一法兰,9一阶梯型过孔，9.1一第一过孔，9.2—第二过孔，10—销孔，11 一螺纹孔，12—螺栓，13—法兰垫片，14一导料套支撑杆，15—导料套固定板，16—导料套，17—保护杆，18—试样，19一振幅放大器，20—等径角挤压模具。
【具体实施方式】
[0026]以下结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步地详细说明:
[0027]如图1?2所示的超声波振动等径角挤压组合模具，包括超声波振动系统1和凸模3,超声波振动系统1沿竖直方向固定于模具底座4上,所述超声波振动系统1的输出端上开有L型的凹模孔2 ;凹模孔2的进料方向与超声波的振动方向平行，出料方向与超声波的振动方向垂直；模具底座4上均勻固定有导柱5,导柱5上配合有与导柱5相对运动的导套6，导套6固定于模具顶座7上，所述凸模3也固定于模具顶座7上；模具底座4上均匀固定有多根导料套支撑杆14，导料套支撑杆14顶部固定有导料套固定板15，导料套固定板15上固定有与凸模3配合的导料套16，导料套16位于凹模孔2上方，与凹模孔2之间存在间隙。
[0028]通过超声波振动系统1产生超声波作用于凹模孔2内材料的同时，通过凸模3将试样压入凹模孔2，通过凹模孔2的对试样进行等径角挤压，有效提高了材料的力学性能，通过导料套16的结构，避免了凸模3与凹模孔2直接接触，保证了凸模3和凹模孔2的结构稳定。
[0029]上述技术方案中，如图1和图6所示，模具底座4包括底座座板4.1，底座座板4.1上均匀固定有多根底座支撑杆4.2，底座支撑杆4.2上固定有超声波振动系统垫板4.3，超声波振动系统垫板4.3上固定有超声波振动系统固定板4.4，超声波振动系统1固定于超声波振动系统固定板4.4上；导柱5和导料套支撑杆14均固定于超声波振动系统固定板4.4上。
[0030]模具底座4的结构设计合理，安装方便，进一步提高了模具的实用性。
[0031]上述技术方案中，如图1?2所示，超声波振动系统1包括超声波换能器1.1，超声波换能器1.1连接有超声波发生器1.2，超声波发生器1.2连接有超声波变幅杆1.3 ;凹模孔2开设于超声波变幅杆1.3的顶端，凹模孔2的顶面与超声波变幅杆1.3的顶面位于同一水平面上，凹模孔2的进料方向与变幅杆1.3的轴向方向相同，凹模孔2的出料方向与变幅杆1.3的轴向方向垂直。
[0032]超声波振动方向与变幅杆1.3的轴向方向相同，因此将凹模孔2开设于变幅杆1.3的顶部，使凹模孔2的顶面与变幅杆1.3的顶面位于同一水平面上，即可保证凹模孔2的进料方向与超声波的振动方向相同，保证进料的稳定，超声波振动系统1的结构设计合理，实用性好。
[0033]上述技术方案中，如图1和图3— 5所示，超声波振动系统1的超声波发生器1.2上套设固定有法兰8，法兰8固定于超声波振动系统固定板4.4上；超声波发生器1.2底部穿过超声波振动系统垫板4.3连接超声波换能器1.1，顶部穿过超声波振动系统固定板4.4连接超声波变幅杆1.3。
[0034]超声波发生器1.2和法兰8为一体结构，超声波发生器1.2通过法兰8和螺栓12固定于超声波系统固定板4.4上，安装方便，实用性好。
[0035]上述技术方案中，超声波振动系统固定板4.4中部开有阶梯型过孔9，阶梯型过孔9包括位于超声波振动系统固定板4.4下部与法兰8直径对应的第一过孔9.1,和位于超声波振动系统固定板4.4上部与超声波发生器1.2直径对应的第二过孔9.2，且超声波振动系统固定板4.4上开有与法兰8周向的销孔10相对应的螺纹孔11 ;法兰8设置于第一过孔9.1内，螺栓12穿过销孔10固定于螺纹孔11内。
[0036]上述技术方案中，法兰8与超声波振动系统固定板4.4之间设有法兰垫片13，法兰垫片13套设于超声波发生器1.2上，螺栓12穿过销孔10、法兰垫片13固定于螺纹孔11中。
[0037]通过法兰垫片13的结构，进一步保证了法兰8固定的稳定性。
[0038]上述技术方案中，如图1所不，模具顶座7包括凸模座板7.1,凸模座板7.1的左右两侧分别固定有两个导套6，凸模座板7.1的中部固定有凸模垫板7.2，凸模垫板7.2上固定有凸模固定板7.3,凸模3固定于凸模固定板7.3上。
[0039]模具顶座7的结构设计合理，凸模3安装固定方便，通过合理布置的四个导套6，有效保证了凸模3与凹模孔2的配合，从而确保等径角挤压的挤压效果。
[0040]上述技术方案中，所述变幅杆1.3的长度是超声波波长的整数倍，且变幅杆1.3顶面到凹模孔2的交切角的距离为5?20mm。
[0041]由于超声波振动的最大振幅发生在倍波长处，为了利用该振动，将等径角的交切角设计在倍波长附近，将变幅杆1.3的长度设计成了超声波波长的整数倍，将凹模孔2设置于倍波长处，且保证交切角到凹模孔2顶面的距离很小，进一步保证了交切角在倍波长附近。
[0042]上述技术方案中，如图6—7所示，所述超声波振动系统固定板4.4的左右两侧分别固定有两根导柱5，超声波振动系统固定板4.4的左侧的两根导柱5的中间固定有一根保护杆17，超声波振动系统固定板4.4的右侧的两根导柱5中间也固定有一根保护杆17，两根保护杆17均固定于超声波振动系统固定板4.4上，且两根保护杆17对称设置于超声波振动系统固定板4.4的左右两侧。
[0043]通过合理设计的保护杆17的结构，可保证模具在不工作时，能承受压力，保证模具不被损坏。
[0044]上述技术方案中，如图7所示，导料套支撑杆14有四根。
[0045]合理分布的导料套支撑杆14有效保证了导料套16运动的稳定。
[0046]上述技术方案中，如图7所示，底座座板4.1的前后两侧分别固定有四根底座支撑杆4.2，导料套支撑杆14有四根。
[0047]合理分布的底座支撑杆4.2有效保证了模具底座4.1的结构稳定性，进一步增加了模具的稳定。
[0048]本实用新型中，如图8所示，凸模3在压力机的作用下，进入导料套16中，对试样18进行挤压，试样18从导料套进入凹模孔2中进行等径角挤压，同时开启超声波振动系统1对材料施放超声波。在挤压过程中，凸模3与凹模孔2并不接触，当凸模3底面与导料套16底面平齐后，再次进料，通过下一次的进料试样，挤压上一次残留在凹模孔2中的试样，即可实现凸凹模的不接触式挤压。这样，经过等径角挤压和超声波的双重作用，材料的综合力学性能得到明显提高。如图9所示，位于图9中的上方曲线代表的是经过本实用新型所设计的组合模具的一次挤压后的试样，下方曲线代表的是未经过本实用新型的组合模具挤压的试样。由此可以看出:相比于单纯使用等径角挤压的模具或超声波振动的模具而言，本实用新型具有更好的实用性，对于材料性能的提升也具有更好的实际效果，且本实用新型所设计的组合模具的结构合理，稳定性高，具有较高的市场应用价值。
[0049]以上所述，仅为本实用新型的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种超声波振动等径角挤压组合模具，包括超声波振动系统(I)和凸模(3)，其特征在于:所述超声波振动系统(I)沿竖直方向固定于模具底座(4)上，所述超声波振动系统(I)的输出端上开有L型的凹模孔(2);凹模孔(2)的进料方向与超声波的振动方向平行，出料方向与超声波的振动方向垂直；模具底座(4)上均匀固定有导柱(5)，导柱(5)上配合有与导柱(5)相对运动的导套(6)，导套(6)固定于模具顶座(7)上，所述凸模(3)也固定于模具顶座(7)上；模具底座(4)上均匀固定有多根导料套支撑杆(14)，导料套支撑杆(14)顶部固定有导料套固定板(15)，导料套固定板(15)上固定有与凸模(3)配合的导料套(16)，导料套(16)位于凹模孔(2)上方，与凹模孔(2)之间存在间隙。
2.如权利要求1所述的一种超声波振动等径角挤压组合模具，其特征在于:所述模具底座(4)包括底座座板(4.1)，底座座板(4.1)上均匀固定有多根底座支撑杆(4.2)，底座支撑杆(4.2)上固定有超声波振动系统垫板(4.3)，超声波振动系统垫板(4.3)上固定有超声波振动系统固定板(4.4),所述超声波振动系统(I)固定于超声波振动系统固定板(4.4)上；所述导柱(5)和导料套支撑杆(14)均固定于超声波振动系统固定板(4.4)上。
3.如权利要求2所述的一种超声波振动等径角挤压组合模具，其特征在于:所述超声波振动系统(I)包括超声波换能器(1.1)，超声波换能器(1.1)连接有超声波发生器(1.2)，超声波发生器(1.2)连接有超声波变幅杆(1.3);凹模孔(2)开设于超声波变幅杆(1.3)的顶端，凹模孔(2)的顶面与超声波变幅杆(1.3)的顶面位于同一水平面上，凹模孔(2)的进料方向与变幅杆(1.3)的轴向方向相同，凹模孔⑵的出料方向与变幅杆(1.3)的轴向方向垂直。
4.如权利要求3所述的一种超声波振动等径角挤压组合模具，其特征在于:所述超声波振动系统(I)的超声波发生器(1.2)上套设固定有法兰(8)，法兰(8)固定于超声波振动系统固定板(4.4)上；超声波发生器(1.2)底部穿过超声波振动系统垫板(4.3)连接超声波换能器(1.1)，顶部穿过超声波振动系统固定板(4.4)连接超声波变幅杆(1.3)。
5.如权利要求4所述的一种超声波振动等径角挤压组合模具，其特征在于:所述超声波振动系统固定板(4.4)中部开有阶梯型过孔(9)，阶梯型过孔(9)包括位于超声波振动系统固定板(4.4)下部与法兰(8)直径对应的第一过孔(9.1)，和位于超声波振动系统固定板(4.4)上部与超声波发生器(1.2)直径对应的第二过孔(9.2)，且超声波振动系统固定板(4.4)上开有与法兰⑶周向的销孔(10)相对应的螺纹孔(11);法兰⑶设置于第一过孔(9.1)内，螺栓(12)穿过销孔(10)固定于螺纹孔(11)内。
6.如权利要求5所述的一种超声波振动等径角挤压组合模具，其特征在于:所述法兰(8)与超声波振动系统固定板(4.4)之间设有法兰垫片(13)，法兰垫片(13)套设于超声波发生器(1.2)上，所述螺栓(12)穿过销孔(10)、法兰垫片(13)固定于螺纹孔(11)中。
7.如权利要求1所述的一种超声波振动等径角挤压组合模具，其特征在于:所述模具顶座(7)包括凸模座板(7.1)，凸模座板(7.1)的左右两侧分别固定有两个导套(6)，凸模座板(7.1)的中部固定有凸模垫板(7.2)，凸模垫板(7.2)上固定有凸模固定板(7.3)，所述凸模(3)固定于凸模固定板(7.3)上。
8.如权利要求3所述的一种超声波振动等径角挤压组合模具，其特征在于:所述变幅杆(1.3)的长度是超声波波长的整数倍，且变幅杆(1.3)的顶面到凹模孔(2)的交切角的距离为5?2Ctam。
9.如权利要求2所述的一种超声波振动等径角挤压组合模具，其特征在于:所述超声波振动系统固定板(4.4)的左右两侧分别固定有两根导柱(5)，超声波振动系统固定板(4.4)的左侧的两根导柱(5)的中间固定有一根保护杆(17)，超声波振动系统固定板(4.4)的右侧的两根导柱(5)中间也固定有一根保护杆(17)，两根保护杆(17)均固定于超声波振动系统固定板(4.4)上，且两根保护杆(17)对称设置于超声波振动系统固定板(4.4)的左右两侧。
10.如权利要求2所述的一种超声波振动等径角挤压组合模具，其特征在于:所述底座座板(4.1)的前后两侧分别固定有四根底座支撑杆(4.2)，所述导料套支撑杆(14)有四根。
【文档编号】B21C25/02GK204074783SQ201420605396
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月20日 优先权日:2014年10月20日
【发明者】左治江, 文亮 申请人:江汉大学