一种机械式振动辅助器

1.本发明涉及振动辅助应用技术领域，具体是一种机械式振动辅助器。


背景技术：

2.振动辅助塑性成形技术是振动利用工程在塑性成型领域的一种应用，将振动场与塑性力场相耦合来产生诸如材料流动应力下降的体积效应和接触面摩擦力降低的表面效应，以此来改善工艺效果、提高产品质量。
3.振动辅助技术已被广泛应用于多种金属塑性成形领域，包括拉拔、拉深、挤压、轧制等。振动辅助拉拔是目前超声振动辅助塑性成形技术中较为成功的工艺，根据超声振动施加方式的不同，振动辅助拉拔可以分为湿式和干式两种,湿式振动辅助拉拔工艺中超声振动通过水耦合的方式作用于坯料，除了产生振动软化和振动减摩效果外，还有超声清洁的作用，可以获得表面光洁度极高的线材，湿式振动辅助拉拔工艺的操作较为繁琐，为了简化生产工艺，目前大部分采用干式振动辅助拉拔，即将振动直接作用于模具。
4.但是，受超声振动的功率限制，目前超声振动辅助技术主要的强化部位大多只局限于材料的表面，所造成的变形量小，多用于实现材料的表面强化，并且当筒形件尺寸较大时，超声振动由于功率的限制并不能有效地将振动能量传递到坯料表面，并且超声振动在大拉深成形中易发生“泄漏”现象，将超声振动传递到变形区域存在一定困难。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种机械式振动辅助器，以解决上述问题。
6.本发明的技术方案是：
7.一种机械式振动辅助器，包括：缸体，呈台阶轴状，细端朝下，粗端的一侧开设孔槽，位于所述孔槽下方的细端侧面开设通孔，下端外侧设有环形凹槽，顶部设有缸盖；夹紧装置，设于所述缸体的下方，所述夹紧装置的顶板和所述缸体的环形凹槽之间通过c形固定套卡合连接，所述c形固定套外侧上设有l形固定套；缸体外圆套，位于缸体细端的外侧，且内侧设有凹槽，可以沿细端的外侧上下移动，在凹槽顶面连接缸体外弹簧，所述缸体外弹簧一端连接在所述c形固定套的顶部，持续对缸体外圆套施加向上的力，所述缸体外圆套包括：顶部圆筒和底部圆筒，顶部圆筒直径大于底部圆筒直径，顶部圆筒和底部圆筒之间以锥形面过渡；打击锤，设置在所述缸体内部，底面为球形，所述打击锤侧面连接一个横板，所述横板滑动在所述孔槽中，在所述打击锤的侧面设有锥形槽，所述锥形槽的位置低于所述通孔位置；导轨，竖直设置在l形固定套的侧面上，并位于所述横板下方，所述导轨上滑动设置有滑块，所述滑块的内侧设有限位板，限位板限制所述缸体外援套的高度位置，当滑块位于导轨底部时，缸体外弹簧处于挤压状态；打击弹簧，一端设在打击锤上，另一端设在缸盖上；两颗卡合钢珠，设置在所述通孔内，直径总长大于通孔长度，通孔的一侧为所述缸体外圆套的顶部圆筒内壁，另一侧为打击锤的外壁；驱动机构，与所述滑块连接，用于控制所述滑块的升降。
8.进一步的，还包括：均压垫，所述均压垫位于所述打击锤和所述夹紧装置之间。
9.进一步的，所述均压垫上表面采用与打击锤锤头相同弧度的球面凹形垫，从而直接承受打击锤提供的振动。
10.进一步的，所述驱动机构包括：手柄，包括：长杆和一端固定连接在所述长杆一端的短杆，长杆和短杆之间的夹角为120
°
，所述短杆的另一端连接在l形固定套的块状结构上；水平推杆，一端和所述手柄连接，连接点与所述长杆和所述短杆的连接点重合；导轨杆，一端连接在导轨上，另一端连接在所述水平推杆的另一端上；滑动杆，一端连接滑块上，另一端连接在所述水平推杆的另一端上。
11.进一步的，所述短杆和l形固定套的连接位置与导轨杆和导轨的连接位置处于同一高度上，所述手柄、水平推杆、导轨杆形成平行四杆机构。
12.进一步的，还包括：螺纹通孔，开设在所述缸盖的中心；调节螺母，中心通孔与外圆面均设有螺纹，与缸盖通过外圆面螺纹连接，所述调节螺母的底部有一安装凹槽；紧接螺丝，与所述调节螺母的中心通孔通过螺纹连接；可推动弹簧座向下，改变打击弹簧的预压紧状态。弹簧座，连接打击弹簧的一端，通过打击弹簧支撑紧贴调节螺母底部的安装凹槽槽底。
13.进一步的，为避免弹簧座的径向位移，所述弹簧座为台阶轴状，所述弹簧座的中心设有大圆柱孔，所述紧接螺丝的一端镶嵌在所述大圆柱孔中，台阶轴短的一端穿入打击弹簧内部，对打击弹簧起限位作用。
14.进一步的，所述打击锤的中间开设柱形凹槽，所述打击弹簧设置所述柱形凹槽中。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16.1、本发明提出一种机械式振动辅助塑性成形工艺，因施加振动的时间极短，可近似看做单位脉冲振动，利用单位脉冲信号所具有的宽频的特性，使材料产生共振，获得更大的振幅与能量，以此对大尺寸结构材料进行更好的加工。
17.2、本发明所提出的振动辅助器以机械方式触发，结构紧凑，操作简单，安全可靠，使用效果好。
18.3、本发明所提出的机械式振动辅助器可以根据需要与实际情况，与不同夹紧装置相结合，使用范围广，适应性强，便于推广。
附图说明
19.图1为本发明的机械式振动辅助器主视图；
20.图2为图1的侧视图；
21.图3为图1的俯视图；
22.图4为沿俯视图a-a方向的刨面图；
23.图5为设备的初始状态示意图；
24.图6为完成步骤二的状态示意图；
25.图7为完成步骤三的状态示意图；
26.图8为缸体与夹紧装置相结合的示意图；
27.图9为弹簧座和紧接螺丝之间结构关系示意图。
28.1、导轨杆；2、手柄；3、水平推杆；4、滑块杆；5、导轨；6、l型固定套；7、c型固定套；8、
滑块；9、卡合钢珠；10、打击锤；11、缸盖；12、调节螺母；13、紧接螺丝；14、弹簧座；15、打击弹簧；16、缸体；17、缸体外圆套；18、缸体外弹簧；19、均压垫；20、夹紧装置。
具体实施方式
29.下面结合附图1到附图9，对本发明的具体实施方式进行详细描述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
30.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
31.需要说明的是，本发明中涉及到的电路连接均采用常规的电路连接方式，不涉及到任何创新。
32.实施例
33.如图1到图9所示，一种机械式振动辅助器，包括：缸体16、夹紧装置20、缸体外圆套17、打击锤10、导轨5、打击弹簧15、两颗卡合钢珠9和驱动机构，缸体16呈台阶轴状，细端朝下，粗端朝上，在粗端的一侧开设孔槽，在位于所述孔槽下方的细端侧面开设通孔，细端的下端外侧设有环形凹槽，顶部设有缸盖11；夹紧装置20设于所述缸体16的下方，如图8所示，所述夹紧装置20的顶板和所述缸体16的环形凹槽之间通过c形固定套7卡合连接在一起，夹紧装置20用于夹紧工件，并将震动传输至工件上，所述c形固定套7外侧上设有l形固定套6；缸体外圆套17位于缸体16细端的外侧，且内侧设有凹槽，缸体外圆套可以沿细端的外侧上下移动，在凹槽顶面连接缸体外弹簧18，所述缸体外弹簧18一端连接在所述c形固定套7的顶部，另一端连接在凹槽上，缸体外弹簧18持续对缸体外圆套17施加向上的力，所述缸体外圆套17包括：顶部圆筒和底部圆筒，顶部圆筒直径大于底部圆筒直径，顶部圆筒和底部圆筒之间以锥形面过渡；打击锤10设置在所述缸体16内部，打击锤10的底面为球形，面向夹紧装置20，所述打击锤10侧面连接一个横板，所述横板滑动在所述孔槽中，在所述打击锤10的侧面设有锥形槽，所述锥形槽的位置低于所述通孔位置；导轨5竖直设置在l形固定套6的侧面上，并位于所述横板下方，所述导轨5上滑动设置有滑块8，所述滑块8的内侧设有限位板，限位板限制所述缸体外援套17的高度位置，当滑块8位于导轨5底部时，缸体外弹簧18处于挤压状态；打击弹簧15一端设在打击锤10上，另一端设在缸盖11上，缸盖通过螺栓固定在缸体的粗端顶部；两颗卡合钢珠9设置在所述通孔内，两颗卡合钢珠的直径总长大于通孔长度，通孔的一侧为所述缸体外圆套17的顶部圆筒内壁，另一侧为打击锤10的外壁，卡合钢珠9通过锥形面的升起被挤压进所述锥形槽中；驱动机构与所述滑块8连接，用于控制所述滑块8的升降。
34.驱动机构控制滑块8升起后，滑块8向上移动顶起打击锤10，缸体外圆套17通过缸体外弹簧18的支撑力，随之滑块上升，压缩打击锤10内安装的打击弹簧15使其发生弹性形变进行蓄能，当打击锤10达到一定高度时，打击锤10上的锥形凹槽与缸体16上的圆形通孔
对齐，通孔中的卡合钢珠9在缸体外圆套17锥面的推动下滚入锥形凹糟，缸体外圆套17在将卡合钢珠9压入锥形凹槽后，在缸体外弹簧18的作用下向上移动，停止在缸体16的粗端底面，同时持续的对卡合钢珠9提供向内侧的力，使打击锤10保持在当前位置，此时工作状态如图6所示；
35.通过驱动机构带动滑块8向下移动，克服缸体外弹簧18的力使缸体外圆套17向下移动恢复至初始位置。此时，卡合钢珠9失去向内侧的力，在打击锤10的作用下向外滑出，打击锤10在打击弹簧15的作用下向下打击产生激振力，通过均压垫19对工件提供振动，具体状态如图7所示。
36.通过打击锤10对夹紧装置20锤击，使夹持的工件受到振动，发生塑性变形，材料内部应力影响的体积效应，即在高振幅、高振动密度的情况下，工件材料内部微粒吸收振动所传递的能量后活性增加，运动速度变大，温度提升，发生和位错相关的热致软化，从而导致工件材料的动态变形抗力下降。
37.基于振动塑形成型机理中的体积效应，材料从振动中获得的能量越多、材料内部微粒的活性越大，其变形抗力便越低。而当材料受到的激励频率与该材料的某阶固有频率相接近时，材料会发生共振现象，此时振幅将会显著增大，此时激励输入给材料的能量最大。
38.而单位脉冲信号在频域上的所具有的宽频特性，使得对材料施加的单位脉冲激励，总能使材料达到或接近共振，从而使材料的变形抗力大幅下降，使材料易于加工，实现振动辅助成形的目的。
39.本次实施例通过打击锤的锤击夹紧装置，从而使工件获得振动，因施加振动的时间极短，可近似看做单位脉冲振动，利用单位脉冲信号所具有的宽频的特性，使工件材料产生共振，获得更大的振幅与能量，以此对大尺寸结构工件材料进行更好的加工。
40.优选的，为了将打击锤10锤击打来的震动均匀扩散至工件上，还包括：均压垫19，所述均压垫19位于所述打击锤10和所述夹紧装置20之间，打击锤10直接捶打在均压垫19上。
41.所述均压垫19上表面采用与打击锤10锤头相同弧度的球面凹形垫，从而直接承受打击锤10提供的振动。
42.优选的，为了提高操作便利性，使打击锤通过机械式触发，如图2所示，所述驱动机构包括：手柄2、水平推杆3、导轨杆1和滑动杆4，手柄2包括：长杆和一端固定连接在所述长杆一端的短杆，长杆和短杆之间的夹角为120
°
，所述短杆的另一端连接在l形固定套6的块状结构上；水平推杆3一端和所述手柄2连接，连接点与所述长杆和所述短杆的连接点重合；导轨杆1一端连接在导轨5上，另一端连接在所述水平推杆3的另一端上；滑动杆4一端连接滑块8上，另一端连接在所述水平推杆3的另一端上，驱动机构的使用方法如下：
43.如图6所示，向上扳动手柄2，水平推杆3向靠近缸体16方向移动，使滑块杆4与导轨杆3旋转至竖直，推动滑块8向上移动顶起打击锤10；
44.如图7所述，向下扳动手柄2，水平推杆3向远离缸体16方向移动，使滑块杆4与导轨杆3向水平方向旋转，带动滑块8向下移动，克服缸体外弹簧18的力使缸体外圆套17向下移动恢复至初始位置。
45.优选的，为了提高传动效率，所述短杆和l形固定套6的连接位置与导轨杆1和导轨
5的连接位置处于同一高度上，所述手柄2、水平推杆3、导轨杆1形成平行四杆机构。
46.优选的，为了方便对打击弹簧15的预压紧状态进行调整，还包括：螺纹通孔、调节螺母12、紧接螺丝13和弹簧座14，螺纹通孔开设在所述缸盖11的中心；调节螺母12中心通孔与外圆面均设有螺纹，与缸盖11通过外圆面螺纹连接，所述调节螺母12的底部有一安装凹槽；紧接螺丝13与所述调节螺母12的中心通孔通过螺纹连接；通过紧接螺丝13的旋紧，弹簧座14，连接打击弹簧15的一端，通过打击弹簧15支撑紧贴调节螺母12底部的安装凹槽槽底，可推动弹簧座14向下，改变打击弹簧15的预压紧状态。
47.为避免弹簧座14的径向位移，所述弹簧座14为台阶轴状，所述弹簧座14的中心设有大圆柱孔，所述紧接螺丝13的一端镶嵌在所述大圆柱孔中，台阶轴短的一端穿入打击弹簧15内部，对打击弹簧15起限位作用。
48.所述打击锤10的中间开设柱形凹槽，所述打击弹簧15设置所述柱形凹槽中。
49.以上公开的仅为本发明的较佳地几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。