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原文传递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

专利名称：	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
摘要：	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。
专利类型：	发明专利
申请人：	华侨大学
发明人：	刘红生;邓腾树;占火林
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T14:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T22:00:00+0805
申请号：	CN202010092679.7
公开号：	CN111189920A
代理机构：	厦门市首创君合专利事务所有限公司
代理人：	张松亭;张迪
分类号：	G01N29/04;G01N29/11;G;G01;G01N;G01N29;G01N29/04;G01N29/11
申请人地址：	362000 福建省泉州市丰泽区城东城华北路269号
主权项：	1.一种超声振动辅助金属板材杯突试验装置，其特征在于包括超声振动装置、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。 2.根据权利要求1所述的超声振动辅助金属板材杯突试验装置，其特征在于，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。 3.根据权利要求2所述的超声振动辅助金属板材杯突试验装置，其特征在于，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。 4.根据权利要求3所述的超声振动辅助金属板材杯突试验装置，其特征在于，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。 5.根据权利要求4所述的超声振动辅助金属板材杯突试验装置，其特征在于，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。。 6.根据权利要求5所述的超声振动辅助金属板材杯突试验装置，其特征在于，首先运用解析法计算所述冲头的初始尺寸，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，对冲头的形状尺寸进行优化设计，使所述冲头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，以保证冲头能沿其轴线方向谐振。 7.根据权利要求6所述的超声振动辅助金属板材杯突试验装置，其特征在于，所述传力支架一端与带法兰变幅杆的法兰盘连接，另一端与冲力活塞连接，实现将冲力载荷经带法兰变幅杆传递给冲头；冲头所受冲压载荷传递路线是由冲力活塞至传力支架至带法兰变幅杆的法兰盘及带法兰变幅杆至冲头，即所述冲头所受冲压载荷未传递给换能器。 8.根据权利要求7所述的超声振动辅助金属板材杯突试验装置，其特征在于，所述压模的型腔为杯形型腔；所述垫模在试验中对与压模、垫模接触的金属板材施加压紧力，使金属板材周边具有10kN夹紧力；所述垫模压盘在试验中对垫模施加压力；所述压紧力活塞、压紧力缸筒是对垫模压盘施加压力的液压元件，压力油进入压紧力缸筒时，压紧力活塞被向上推动，使垫模压盘压紧垫模，使金属板材被夹紧；所述冲力活塞、冲力缸筒和冲力缸盖是使冲头上行的压力油工作腔的组成元件，压力油进入冲力缸筒时，冲力活塞被向上推动，推动所述传力支架、变幅杆和冲头向上并压向金属板材。 9.一种试验装置使用方法，其特征在于采用了上述权利要求8所述的超声振动辅助金属板材杯突试验装置，具体方法为： (一)在超声电源关闭后所做的传统杯突试验中，测出金属板材刚好破裂时冲头压入板材的深度并定义为传统杯突值IE1； (二)在超声电源开启后所做的超声振动杯突试验中，测出金属板材刚好破裂时冲头压入板材的深度定义为超声杯突值IE2； (三)超声振动对金属板材冲压成形性能的影响系数定义为δ，δ＝(超声杯突值IE2-传统杯突值IE1)/传统杯突值IE1×100％；所述影响系数δ越大，则说明超声振动对金属板材冲压成形性能的影响越大。 10.根据权利要求9所述的试验装置的使用方法，其特征在于，通过调节超声波电源输出功率及调节冲头端部所获得的超声波振幅A，以便研究不同超声波振幅对系数δ和杯突值的影响规律；通过调节超声振动系统的频率H，以便研究不同超声频率对系数δ和杯突值的影响规律；金属板材的系数δ与超声振幅A和超声振动频率H的关系曲线，即，δ＝δ(A，H)，得到金属板材的超声杯突值IE2与超声振幅A和超声振动频率H的关系曲线，即，IE2＝IE2(A，H)。
所属类别：	发明专利