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
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种单点渐进成形装置及其加工方法，尤其涉及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。
【背景技术】
[0002]传统的镁合金板坯料加工所使用的渐进成形装置都离不开模具，采用模具成形生产周期长，而且缺乏柔性，产品变化时就需要重新更换模具，这不但造成加工成本居高不小，而且延长了新产品的开发周期。
[0003]材料成形加工技术将不断向轻量化、精确化、高效化方向发展，无模渐进成形将成为镁合金板坯料的发展方向。实际上，无模单点渐进成形技术在板材塑性成形领域已经得到推广应用，单点渐进成形技术逐渐也逐步应用于镁合金的成型加工。然而，镁合金在室温下的塑性较差，单点渐进成形精度低等特点，限制了镁合金单点渐进成形技术的推广和应用。
[0004]大量实验证明，如果对被加工材料施加一定方向、一定频率和振幅的振动，可以在一定程度上提高材料变形能力和改善产品加工质量，振动加工为扩大材料塑性加工的范围开辟了新的途径。如何将超声振动技术与单点渐进成形技术有机结合，形成适于高精度、高表面质量、低成本的镁合金板材超声振动单点渐进成形加工技术，已经成为本领域技术人员研宄热点之一。
【发明内容】
[0005]本发明的目的之一是，提供一种能够有效提高材料的成形性能，进而得到高精度和高表面质量的零件的镁合金板材超声振动单点渐进成形装置。
[0006]本发明为实现上述目的所需要解决的技术问题是，如何在简化单点渐进成形装置的结构的同时，提高镁合金板材料的塑性成形性能，降低成形载荷和成形摩擦力，进而得到高精度和高表面质量的零件。
[0007]本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种镁合金板材超声振动单点渐进成形装置，其特征在于，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，其中:
[0008]所述微电脑控制系统内预先设置有所需加工成形的零件的CAD模型；
[0009]所述超声波振动系统包括超声波发生器、换能器、变幅杆和频率跟踪器；
[0010]所述镁合金板材单点渐进成形系统包括上压边圈、下压边圈、支撑装置和成形工具头;
[0011]所述超声波发生器分别通过数据线与换能器和频率跟踪器相连接；
[0012]所述换能器、变幅杆和成形工具头顺次连接；
[0013]所述下压边圈固定在所述支承装置上；
[0014]镁合金板材超声振动单点渐进成形装置成形过程中，所述镁合金板坯料由所述上压边圈和下压边圈夹紧固定；
[0015]所述成形工具头在所述微电脑控制系统的控制下对镁合金板坯料进行加工。
[0016]上述技术方案直接带来的技术效果是，成形过程不需要支撑模具，镁合金板坯料通过上下压边圈将板料夹紧固定。这一方面，简化了整个装置的结构；另一方面，由于成形过程不需要支撑模具，既可以降低生产制造成本，又能加快新产品的开发进度，还可以有效拓宽镁合金板材所加工出的零部件种类的多样性和复杂性。
[0017]上述技术方案的镁合金板材超声振动单点渐进成形装置，将超声场与镁合金单点渐进成形耦合起来，在传统镁合金单点渐进成型装置上叠加了超声振动，使得在镁合金板材加工过程中，镁合金板坯料在超声波产生的交变应力场与弹塑性变形产生的应力场耦合作用下发生成形。
[0018]即，在镁合金板材的渐进成形过程中，通过超声振动，对被加工的镁合金板材施加一定方向、一定频率和振幅的振动，在一定程度上提高镁合金板材的变形能力，进而改善产品加工质量。
[0019]上述技术方案的镁合金板材超声振动单点渐进成形装置在镁合金单点渐进成形加工中，通过引入超声场可以有效降低镁合金板坯料的塑性成形所需的外力。
[0020]上述技术方案的镁合金板材超声振动单点渐进成形装置在镁合金单点渐进成形加工中，其加工精度高、质量好，生产效率高。
[0021]优选为，上述变幅杆与所述成形工具头焊接成一体，焊接点位于所述成形工具头的顶部中心位置。
[0022]该优选技术方案直接带来的技术效果是，焊接点位于所述成形工具头的顶部中心位置，可以保证超声波集中在成形工具头的中心，减少变幅杆与成形工具头连接界面上的超声能损耗，从而保证加工过程中，镁合金板材变形量的稳定性。
[0023]进一步优选，上述频率跟踪器安装在换能器上。
[0024]该优选技术方案直接带来的技术效果是，频率跟踪器产生频率跟踪信号可以控制超声波发生器，使超声波发生器的频率在一定范围内跟踪换能器的共振点，让超声波发生器工作在最佳状态。
[0025]本发明的目的之二是，提供一种上述镁合金板材超声振动单点渐进成形装置的渐进成形方法。
[0026]本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，镁合金板材超声振动单点渐进成形装置的渐进成形方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0027]第一步，将待加工的镁合金板坯料置于上下压边圈之间，通过上下压边圈将其夹紧固定；
[0028]第二步，接通电源，启动超声波发生器，超声频率的正弦电信号由超声波发生器发出，通过换能器将高频电能转换为机械振动，通过变幅杆放大振幅并将纵向振动传递至成形工具头；
[0029]第三步，将成形工具头首先在一个局部区域压向待加工的镁合金板胚料，使之产生一定的变形，在微电脑控制系统的控制下，按照预先设定的CAD模型，通过成形工具头与镁合金板坯料之间进行逐点、逐层的接触和挤压，由镁合金板坯料边缘向中心部逐层加工；
[0030]第四步，每加工完一层，成形工具头沿竖直方向下降一定距离，同时沿水平方向移动一定的距离，再对下一层面进行加工；
[0031]依次逐点、逐层形成工件的三维包络面，直至工件成形完成。
[0032]上述技术方案直接带来的技术效果是，成形工具头直接作用在待加工的镁合金板坯料上，成形工具头首先在一个局部区域压向镁合金板坯料，使之产生一定的变形，然后成形工具头在镁合金板坯料上，按一定的轨迹运动。在成形工具头的整个运动过程中，镁合金板坯料连续变形，待完成一条成形轨迹的变形后，接着沿着下一层轨迹成形，反复进行以上的运动轨迹路线，直至加工过程完成。
[0033]综上所述，本发明在镁合金单点渐进成形基础上引入超声场，不仅可以降低成形载荷、提高材料的成形性能、减少成形摩擦力，还可充分细化晶粒组织，得到高精度和高表面质量的零件，其相对于现有技术具有设备构造简单、加工成本低、精度高、生产效率高，质量好等有益效果。
【附图说明】
[0034]图1为本发明的结构示意图；
[0035]图2-1至图2-3为本发明的渐进成形过程的状态示意图；
[0036]图3为本发明的超声波振动装置的频率跟踪反馈原理示意图。
[0037]附图标记说明:1_超声波发生器；2_频率跟踪器；3_换能器；4_变幅杆；5-成形工具头；6-镁合金板坯料；7_上压边圈；8_下压边圈；9_支撑装置。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图对本发明进行详细说明。
[0039]如图1、图2所示，本发明的镁合金板材超声振动单点渐进成形装置，其特征在于，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，其中:
[0040]微电脑控制系统(图中未示出)内预先设置有所需加工成形的零件的CAD模型；
[0041]上述超声波振动系统包括超声波发生器1、换能器3、变幅杆4和频率跟