[发明专利]一种弹性变形条件下的振动时效成形方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及时效成形加工技术领域，具体是一种弹性变形条件下的振动时效成形方法及装置。 

背景技术

近年来，国内使用振动时效方法与相应设备越越来越多，同时能够环保、节能、高效的处理工件应力问题，强势的突出了其有点与未来的发展前景，让更多的工业厂家与企业针对性的使用振动时效设备，提高工作效率与效益。随着振动时效的应用广泛，工艺上也取得了不小的发展。振动时效是指夹持在工件上的激振器产生周期性激振力，在其作用下，使构件达到共振状态，松弛工件的内应力，保持工件尺寸稳定的方法。振动消除应力实际上就是用周期的动应力与工件内应力叠加，使构件局部产生塑性变形而释放应力。 

中国专利CN102551096A（一种钣金零件振动时效方法和振动时效装置）将加工成型的钣金零件连同模胎一起固定在振动时效台上，将激振器与振动时效台钢性固定，用控制系统启动激振器使振动时效台以及与其固定连接的模胎和钣金零件同时振动，以消除及均化饭金零件的内部应力，但是，该方法有如下缺点，首先，直接将钣金件用绷带捆绑在模胎上，由于钣金件与模胎固有频率不同，会引起不同的振动响应，造成接触表面的摩擦，影响工件表面质量，另外，激振器的振动能量通过振动时效台传递给与其刚性固定的模胎，最后传递给与模胎固连的钣金零件，这种大范围的传递会造成振动能量的大量损失，不利于节能环保。振动时效是在材料的弹性状态下进行的，然而目前研究主要集中在已成型的工件的残余应力处理上，利用共振消除和均化金属构件内部残余应力，起到增强构件抗变能力、稳定尺寸精度。 

英国学者沃德尔和沃克在振动时止可有效防止焊接裂纹的形成和工件的畸变，提高构件的疲劳寿命,增强焊缝的力学效技术的基础上研究焊接之前先将被焊部件进行振动，且边振动边焊接，直到焊完为性能，还可以省去焊后消应力处理，缩短了生产周期，降低了生产成本，该研究说明振动时效方法不仅仅应用到发生塑性变形后零件消除残余应力残余应力的处理上，也可以应用到塑性变形前预应力的处理上。 

发明内容

为克服现有技术中存在的在钣金件成形过程中模具制造成本高，回弹难以控制的不足，本发明提出了一种弹性变形条件下的振动时效成形方法及装置。 

本发明所述弹性变形条件下的振动时效成形方法的具体步骤是： 

第一步，安装待成形工件的板料。 

第二步，确定工件的共振频率。激振器进行扫频,扫频频率为0-400Hz、扫频功率为400W，扫频时间为6min。记录工件的振幅频率(A-f)曲线，得到扫频曲线。若得到的扫频曲线有一个振幅峰，形成一阶共振峰，则以该一阶共振峰对应的频率作为工件的共振频率。若得到的扫频曲线有多个振幅峰，则以多个振幅峰中频率最低的峰作为一阶共振峰，以该一阶共振峰对应的频率作为工件的共振频率，后续振幅峰对应的频率作为高次谐振频率。 

第三步，振动成形。振动成形中，调整激振器的工作频率与工件的共振频率一致，设定振动时效时间为30min。调节激振器的偏心距，使工件的弯曲成形中应力最集中部位的动应力峰值介于该部位工件预应力值的1/3～2/3之间进行振动时效。激振器的输出功率为该激振器额定功率的80%。 

第四步，振动时效结束后，测量工件的弯曲半径，若工件的弯曲半径满足设计要求，完成对工件的弯曲成形。若超出误差范围，重新装夹工件，重复步骤3进行补振，直至工件的曲率半径满足设计要求。 

所述补振中，若得到的扫频曲线有一个振幅峰，则以步骤2得到的工件共振频率附近取频率值作为激振器工作频率进行补振；若得到的扫频曲线有多个振幅峰，以步骤2得到的工件的高次谐振频率作为激振器工作频率进行补振。 

本发明所述的弹性变形条件下的振动时效成形装置，包括上模具、下模具、激振器、夹具、激振器底座、传感器和控制器。激振器位于工件的一端，通过激振器底座安装在工件的上表面。激振器底座的上表面与激振器的底板配合；通过夹具将激振器、激振器底座与下模具固紧。下模具的上表面为成形工件所需的弧面。上模具有多个，均为条形。所述上模具的下表面为成形工件所需的凹面。使用时，将工件安放在下模具的上表面；将上模具从位于工件一端的激振器内侧至工件的另一端之间均布，并且相邻两个上模具侧表面之间的间距为150～250mm。传感器安放在工件另一端的上表面；并通过数据线与控制器连通。激振器和传感器均与控制器连通。 

在安放工件时，在工件与下模具上表面之间安放有第二橡胶垫，在工件与上模具 之间亦安放有第一橡胶垫。 

在所述下模具安装激振器一端的端面有卡装夹具的矩形槽。