專利名稱：低頻振動擺動輾壓體積效應(yīng)在線檢測與控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種在振動金屬的塑性加工中，對振動作用下出現(xiàn)的體積效應(yīng)進(jìn)行實(shí)時 檢測和控制的裝置，尤其是低頻振動擺動輾壓體積效應(yīng)在線檢測與控制裝置。
背景技術(shù)：
在金屬的塑性加工中施加有效的振動載荷，可以大幅度降低加工過程中的變形抗力。出 現(xiàn)這種效果的原因一般認(rèn)為緣于金屬塑性流動時振動對內(nèi)部應(yīng)力的體積效應(yīng)。 一般認(rèn)為，體 積效應(yīng)與振動對金屬塑性流動中的內(nèi)應(yīng)力有關(guān)，在宏觀上表現(xiàn)為平均應(yīng)力——應(yīng)變曲線的變 化、延伸率提高、加工硬化降低等現(xiàn)象。
體積效應(yīng)最早是在超聲振動塑性加工中發(fā)現(xiàn)的，但后來的大量研究表明，中低頻振動下 也會出現(xiàn)體積效應(yīng)，產(chǎn)生這種效應(yīng)的頻率范圍通常在15Hz 1.5X106Hz之間。由于理論上的 振動作用頻率范圍寬，給研究塑性加工的成形機(jī)理帶來了困難。同時還發(fā)現(xiàn)，在振動塑性加 工過程中，成形工藝參數(shù)和振動系統(tǒng)的振型參數(shù)也必須按照一定規(guī)律進(jìn)行匹配，才能出現(xiàn)有 效的體積效應(yīng)。
目前對于振動塑性加工變形的機(jī)理研究滯后于實(shí)踐，其研究成果大多局限在超聲頻率范 圍內(nèi)，超聲振動加工過程中的一些微觀機(jī)理的解釋尚缺乏科學(xué)的定量描述；超聲振動激振系 統(tǒng)功率小，從而影響超聲振動的推廣應(yīng)用。而在中低頻振動塑性加工方面，無論是理論上還 是具體實(shí)踐上，人們所做的探索要比超聲振動塑性加工少。
低頻振動擺動輾壓精密成形，是在常規(guī)擺輾的基礎(chǔ)上，將一個或若干個具有某一特定頻 率而且又有規(guī)律的脈沖波形擺輾力沿指定方向施加到工件——模具振動系統(tǒng)上，使工件在擺 動輾壓過程中始終受到一個或多個低頻脈沖力的作用下完成塑性成形。
振動擺動輾壓是一種連續(xù)局部成形加工工藝，由于其運(yùn)動關(guān)系和變形過程的復(fù)雜性，人 們對該加工技術(shù)還沒有形成規(guī)律性的認(rèn)識，在體積效應(yīng)的機(jī)理研究和效果測試方面迄今仍是 一個薄弱環(huán)節(jié)，有關(guān)體積效應(yīng)的產(chǎn)生和維持缺乏有效的檢測與控制手段，只能采用試驗(yàn)和累 積經(jīng)驗(yàn)的方法在實(shí)踐中探索加以解決。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述不足，本實(shí)用新型提供一種低頻振動擺動輾壓體積效應(yīng)在線檢測與控制裝置。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是模具3安裝在墊板5上，墊板5通過 球鉸4與工作臺7連接在一起，工作臺7上沿圓周方向均布四個壓力傳感器6，在主油缸9 與工作臺7之間安裝一激振器8;
擺頭1軸心線與主軸軸心線呈一定夾角；
壓力傳感器6的壓力信號接入控制系統(tǒng)11的前置放大，激振器8與控制系統(tǒng)11的激振 驅(qū)動電路連接，主油缸9的液壓調(diào)速閥10與控制系統(tǒng)11的調(diào)速驅(qū)動電路連接。 墊板5與工作臺7之間留有間隙。
本實(shí)用新型的有益效果是通過本裝置，首先可以實(shí)現(xiàn)對金屬材料在低頻振動作用下出 現(xiàn)的體積效應(yīng)進(jìn)行實(shí)時檢測和控制，為成形過程中的工藝參數(shù)和振型參數(shù)的合理匹配提供支 持，使零件在低頻擺輾成形過程中始終伴隨著體積效應(yīng)。其次，使產(chǎn)生體積效應(yīng)的工藝參數(shù) 和振型參數(shù)由人工經(jīng)驗(yàn)設(shè)定過渡理論精確計(jì)算，實(shí)現(xiàn)連續(xù)局部成形的擺輾力。
以下結(jié)合附圖
和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。 圖l為本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖；圖2為本實(shí)用新型擺頭1與工件2的接觸區(qū)示意圖。
圖中1.擺頭，2.工件，3.模具，4.球鉸，5.墊板，6.壓力傳感器，7.工作臺，8.激 振器，9.主油缸，IO.液壓調(diào)速閥，ll.控制系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式

模具3安裝在墊板5上，墊板5通過球鉸4與工作臺7連接在一起，工作臺7上沿圓周方向均 布四個壓力傳感器6，在主油缸9與工作臺7之間安裝一激振器8;在成形過程中，擺頭l的軸心
線與主軸軸心線相夾&角度，擺頭l在電機(jī)的帶動下繞主軸軸心線旋轉(zhuǎn)，主油缸9通過激振器8 推動工作臺7向上做進(jìn)給運(yùn)動，擺頭1與工件2的接觸區(qū)域是一個如圖2中的局部扇形區(qū)域。隨 著擺頭1的旋轉(zhuǎn)和工作臺7附加振動的進(jìn)給，工件2即可按照模具1相應(yīng)結(jié)構(gòu)成形。
為了檢測低頻振動擺動輾壓成形局部成形的擺輾力的大小，需要將工作臺7設(shè)計(jì)成能夠與 擺頭l同步擺動。支撐模具的墊板5與工作臺7需保持一定的間隙，且墊板5可以繞球鉸4的球心
做擺動，其偏擺角為7i(^的確定不能影響成形質(zhì)量)。并且在成形初始時，墊板5水平支撐在 四個壓力傳感器6上；在成形過程中，由于擺輾力的作用，墊板5就向成形接觸區(qū)域的方向偏 擺。如果成形區(qū)域在壓力傳感器6的正上方，則該傳感器所受的壓力最大。擺頭l旋轉(zhuǎn)一周， 四個壓力傳感器均6能測到一次最大的壓力值。
壓力信號經(jīng)過前置放大、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波后，送入AT89C51單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通 過與非振動條件下設(shè)定的擺輾力進(jìn)行比較后，判斷工藝系統(tǒng)是否處于振動局部成形狀態(tài)。如 果體積效應(yīng)不明顯，利用控制系統(tǒng)ll中的激振驅(qū)動電路對激振系統(tǒng)的振幅、工作頻率進(jìn)行調(diào) 整，或利用I/0接口經(jīng)調(diào)速驅(qū)動電路改變液壓調(diào)速閥10的開口度，對主油缸9的活塞桿的進(jìn)給 速度進(jìn)行調(diào)整，使成形工藝系統(tǒng)始終處于連續(xù)局部的振動擺輾成形。
對摩托車節(jié)油器內(nèi)花鍵套和汽車變速箱碗形齒輪坯等零件為對象進(jìn)行振動擺動輾壓成形 加工，內(nèi)花鍵套內(nèi)花鍵套擺輾件的坯料尺寸為035x31.Smm，碗形齒輪坯擺輾件的坯料為 (D70x63mm。其結(jié)果如下
(1)振動擺輾成形過程中實(shí)測的成形力比普通擺輾實(shí)測的成形力降低30% 50%。
(2) 從變形特征來看，由于擺輾成形過程中振動的附加，使材料的變形抗力降低，控制 系統(tǒng)可以隨擺輾力的變化而自動改變激振系統(tǒng)的頻率、振幅和工作臺的進(jìn)給速度，在試件的 整個變形高度方向變形比較均勻，沒有出現(xiàn)蘑菇形，而在相同工藝條件下的普通擺輾件則比 較容易出現(xiàn)蘑菇形。
(3) 振動加工擺輾件成形面的粗糙度及"3.2~及"1.6，花鍵套擺輾件齒根和齒頂?shù)倪^渡圓 弧半徑及S1.5mm，具有較好的表面質(zhì)量和較高的填充率。
權(quán)利要求1、一種低頻振動擺動輾壓體積效應(yīng)在線檢測與控制裝置，其特征在于模具(3)安裝在墊板(5)上，墊板(5)通過球鉸(4)與工作臺(7)連接在一起，工作臺(7)上沿圓周方向均布四個壓力傳感器(6)，在主油缸(9)與工作臺(7)之間安裝一激振器(8)；擺頭(1)軸心線與主軸軸心線呈一定夾角；壓力傳感器(6)的壓力信號接入控制系統(tǒng)(11)的前置放大，激振器(8)與控制系統(tǒng)(11)的激振驅(qū)動電路連接，主油缸(9)的液壓調(diào)速閥(10)與控制系統(tǒng)(11)的調(diào)速驅(qū)動電路連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻振動擺動輾壓體積效應(yīng)在線檢測與控制裝置，其特征在于 墊板(5)與工作臺(7)之間留有間隙。
專利摘要一種低頻振動擺動輾壓體積效應(yīng)在線檢測與控制裝置，模具安裝在墊板上，墊板通過球鉸與工作臺連接在一起，工作臺上沿圓周方向均布四個壓力傳感器，在主油缸與工作臺之間安裝一激振器。通過本裝置，首先可以實(shí)現(xiàn)對金屬材料在低頻振動作用下出現(xiàn)的體積效應(yīng)進(jìn)行實(shí)時檢測和控制，為成形過程中的工藝參數(shù)和振型參數(shù)的合理匹配提供支持，使零件在低頻擺輾成形過程中始終伴隨著體積效應(yīng)。其次，使產(chǎn)生體積效應(yīng)的工藝參數(shù)和振型參數(shù)由人工經(jīng)驗(yàn)設(shè)定過渡理論精確計(jì)算，實(shí)現(xiàn)連續(xù)局部成形的擺輾力。
文檔編號G05D27/02GK201340559SQ200920141568
公開日2009年11月4日 申請日期2009年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日
發(fā)明者姜志宏, 蔡改貧 申請人:江西理工大學(xué)