[发明专利]超声辅助精锻方法与装置

权利要求书

1.超声辅助精锻方法，其特征在于，在常规的精锻模具上设置超声振动机构，使上超声振动机构穿过上冲垫套(4)、上模板(5)中间的通槽与上冲头(12)固定连接，上超声换能器(9)将电信号转换成机械振动并传递给上超声变幅杆(8)，上超声变幅杆(8)将放大后的超声振动传递给上冲头(12)，上冲头(12)再将振动传递给坯料，使产生谐振的上冲头(12)将超声振动传递给坯料，下超声振动机构与上超声振动机构相同，同样的，使下超声振动机构穿过下冲垫套(15)、下模板(16)中间的通槽与下冲头(23)固定连接，下超声换能器(21)将电信号转换成机械振动并传递给下超声变幅杆(19)，下超声变幅杆(19)将放大后的超声振动传递给下冲头(23)，下冲头(23)再将振动传递给坯料，使产生谐振的下冲头(23)将超声振动传递给坯料；

通过调节超声振动的振幅、频率和振动模式，适用于不同条件下的精锻成形；在下冲头(23)顶出制件时开启超声振动，以减小锻件和模具之间的结合力，提高脱模能力，包括如下步骤：

步骤S1：首先根据锻件的材料、形状复杂程度、尺寸大小和成形温度等选择超声振动频率，调节超声振动功率即调节超声振动振幅，通过更换换能器或变幅杆来产生合适的超声振动模式，仿真计算并设计冲头的长度为波长，冲头的固有频率为超声振动频率；

步骤S2：将上超声振动机构、下超声振动机构分别与上冲头(12)、下冲头(23)固定连接，并将其安装到精锻模具上，使上冲头(12)、下冲头(23)穿过上凹模(2)、下凹模(25)上开设的通槽，将前期处理过的毛坯放入模具中，压力机工作，上超声振动机构下行，开始合模；

步骤S3：上凹模(2)、下凹模(25)闭合后，合模缸锁紧，同时开启与上冲头(12)、下冲头(23)相连的上超声振动机构、下超声振动机构，上冲头(12)进一步下压，下冲头(23)进一步上压，成形制件，保压；

步骤S4：关闭上冲头(12)、下冲头(23)上的超声振动，上凹模(2)部分上行，开模后开启下冲头(23)一侧的超声振动机构，通过下冲头(23)上行将锻件顶出。

2.根据权利要求1所述的超声辅助精锻方法，其特征在于，超声辅助精锻时超声波发生器频率的范围为15KHz-80KHz；超声波振幅范围为5μm-80μm；超声波在精锻过程中采用的振动模式有径向振动、纵向振动、弯曲振动、纵扭振动、纵弯振动或者弯扭振动。

3.根据权利要求1所述的超声辅助精锻方法，其特征在于，下冲头(23)顶出制件时，设置在下冲头(23)上的超声振动频率的可选范围是15KHz-50KHz；超声波振幅范围为5μm-50μm；采用的超声振动模式有纵向振动、弯曲振动、纵扭振动、纵弯振动或者弯扭振动。

4.根据权利要求1所述的超声辅助精锻方法，其特征在于上冲头(12)、下冲头(23)的长度其中，λ为超声波在冲头材料中的传播波长，c为超声波在冲头材料中的传播声速，f为超声波频率。

5.根据权利要求1所述的超声辅助精锻方法，其特征在于，在锻造过程中可对锻件一侧端面施加超声振动，或者对两侧端面同时施加超声振动，或者对局部区域施加超声振动；所述上超声变幅杆(8)和上冲头(12)、下超声变幅杆(19)和下冲头(23)采用螺柱连接或者采用直接接触的形式传递超声振动。

6.根据权利要求1至5任一项所述的超声辅助精锻方法的装置，包括上凹模(2)、下凹模(25)、上冲头(12)、下冲头(23)、上超声振动机构和下超声振动机构，其特征在于，模具闭合时，所述上凹模(2)、下凹模(25)与上冲头(12)和下冲头(23)一起组成闭式模腔；所述上超声振动机构和下超声振动机构结构相同，且上下对称分布；所述上超声振动机构包括上超声法兰固定板(6)、上超声压板(7)、上超声变幅杆(8)、上超声换能器(9)、上超声固定板(10)和上拉杆(11)；所述上冲头(12)的上端通过螺杆和上超声变幅杆(8)螺纹连接，工作时上冲头(12)的下端穿过上凹模(2)，下冲头(23)的下端通过螺杆和下超声变幅杆(19)螺栓连接，工作时下冲头(23)的上端穿过下凹模(25)。