专利名称：高频振动辅助箔板微拉深成形装置及方法
技术领域：
本发明涉及箔板微拉深成形装置及方法，具体涉及高频振动辅助箔板微拉深成形装置及方法。
背景技术：
微电子技术和微系统技术的迅速发展，对箔板微小构件的需求日益增大，其中比较具有代表性的就是微型圆筒件，该类零件作为封装件、容器等有着较广的应用。然而，受摩擦尺寸效应的影响，拉深成形过程中箔板所受摩擦力随构件尺寸减小增加显著，箔板因局部明显减薄而破裂，拉深成形的圆筒件极限拉深比(箔板直径与圆筒件直径之比)较小，限制了其应用范围。近年来，强度较低的金属如纯铝、纯铜箔板圆筒件需求量增加，而较低的材料强度也很难拉深成形出直径较小(如直径1. Omm)的圆筒件。
发明内容
本发明为解决较低材料强度的箔板很难拉深成形出直径较小的圆筒件的问题，进而提出高频振动辅助箔板微拉深成形装置及方法。本发明为解决上述问题采取的技术方案是本发明包括上模座、下模座、磁制伸缩微驱动器、凸模、背压顶杆、背压弹簧、导柱、拉深冲头、蝶形弹簧、上模组件和下模组件，上模座、上模组件、下模组件、下模座由上至下依次设置，上模组件的上端与上模座的下表面连接，下模组件的下端与下模座的上表面连接，磁制伸缩微驱动器、凸模由上至下依次设置在上模组件内，磁制伸缩微驱动器与高频电源连接，磁制伸缩微驱动器的动力输出端与凸模的上端连接，背压弹簧和背压顶杆由上至下依次设置在凸模的空腔内，拉深冲头插装在下模组件的上表面上，且拉深冲头上端的端部可穿过凸模下端端面的通孔与凸模空腔内的背压顶杆的下端端面接触，导柱的上端插装在上模组件内，导柱的下端插装在下模组件内，蝶形弹簧套装在凸模上端的外侧壁上。本发明所述高频振动辅助箔板微拉深成形方法的具体步骤如下步骤一、将上模座和下模座分别固定在冲压成形机的上工作台和下工作台上，将箔板安放在凹模固定板的上表面上；步骤二、将磁制伸缩微驱动器与高频电源连接，设定振动频率为20KHz，开始振动；步骤三、上模组件在冲压成形机的带动下从死点向下运动，当运动到指定位移量时，落料压边圈与箔板接触；步骤四、上模组件继续下移时，凸模与箔板接触，并与落料凹模一起给箔板一定剪切力，箔板在剪切力的作用下发生弹性变形、塑性变形、产生裂纹、撕裂，制备出微拉深所需的坯料；步骤五、上模组件继续向下移动，在拉深压边圈与凸模作用下，箔板坯料被压紧，实现微拉深压边，箔板坯料被拉深冲头拉入凸模内，进行圆筒件的拉深；
步骤六、当微拉深成形后，上模组件在冲压成形机带动下向上运动，直至回到死点，至此，箔板落料、拉深成形过程结束。本发明的有益效果是本发明中高频振动可以降低摩擦力、抑制裂纹萌生和扩展，从受力分析角度分析，微拉深成形中应用降低法兰处的摩擦力，而保持冲头圆角处的摩擦力不变。本发明中，将高频振动施加在微拉深成形中的法兰部分，使得微拉深成形中的法兰处摩擦力明显降低，并能够改善由尺寸效应带来的影响，而冲头圆角处不受高频振动的影响，摩擦基本不变，从而提高箔板材料的极限拉深比；高频振动的作用，能够抑制裂纹的萌生与扩展，因而降低了箔板因拉深变形而产生破裂的风险。结果，在高频振动的辅助下，改善了微拉深成形中法兰部分的摩擦力，抑制了裂纹的萌生，能够显著提高箔板微拉深成形性能。另外，箔板微拉深所用的箔板坯料非常小，如拉深直径1. Omm圆筒时，用的坯料直径为2. 0mm。如此小的坯料制备与拉深中的定位均非常困难。为此，本发明提出了落料-拉深成形方法，在高频振动辅助下落料成形出微小坯料，然后在原位进行微拉深成形，解决了坯料制备与定位等难题。
图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一结合图1说明本实施方式，本实施方式所述高频振动辅助箔板微拉深成形装置包括上模座1、下模座2、磁制伸缩微驱动器3、凸模4、背压顶杆5、背压弹簧6、导柱7、拉深冲头8、蝶形弹簧21、上模组件和下模组件，上模座1、上模组件、下模组件、下模座2由上至下依次设置，上模组件的上端与上模座I的下表面连接，下模组件的下端与下模座2的上表面连接，磁制伸缩微驱动器3、凸模4由上至下依次设置在上模组件内，磁制伸缩微驱动器3与高频电源连接，磁制伸缩微驱动器3的动力输出端与凸模4的上端连接，背压弹簧6和背压顶杆5由上至下依次设置在凸模4的空腔内，拉深冲头8插装在下模组件的上表面上，且拉深冲头8上端的端部可穿过凸模4下端端面的通孔与凸模4空腔内的背压顶杆5的下端端面接触，导柱7的上端插装在上模组件内，导柱7的下端插装在下模组件内，蝶形弹簧21套装在凸模4上端的外侧壁上。
具体实施方式
二 结合图1说明本实施方式，本实施方式所述高频振动辅助箔板微拉深成形装置的上模组件包括上模板9、上模固定板10、落料压边圈11和限位套12，上模板9、上模固定板10、落料压边圈11由上至下依次设置在限位套12内，上模板9的上端与上模座I的下表面连接。本实施方式的技术效果是限位套12对模具内部结构有一个限位作用，保证模具内部结构之间有一个很好的配合。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三结合图1说明本实施方式，本实施方式所述高频振动辅助箔板微拉深成形装置的上模组件还包括第一压边弹簧13，第一压边弹簧13设置在上模固定板10与落料压边圈11之间。
本实施方式的技术效果是压边弹簧13能够保证在冲裁圆片阶段对材料有一个压边作用，保证圆环的顺利冲裁。 其它组成及连接关系与具体实施方式
二相同。
具体实施方式
四结合图1说明本实施方式，本实施方式所述高频振动辅助箔板微拉深成形装置的下模组件包括凹模固定板14、下模板15和落料凹模16，凹模固定板14、下模板15由上至下依次设置，导柱7的下端由上至下依次穿过凹模固定板14和下模板15，落料凹模16嵌装在凹模固定板14的上表面上，拉深冲头8安装在落料凹模16的内腔中。本实施方式的技术效果是导柱7能够在模具工作当中对模具的运行有一个导向的作用。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
五结合图1说明本实施方式，本实施方式所述高频振动辅助箔板微拉深成形装置的下模组件还包括导套17，导套17套装在导柱7下端的外侧壁上。本实施方式的技术效果是在模具工作时导套17能够使导柱7顺利地起到导向作用，导柱7能够在导套17中顺利地运动。其它组成及连接关系与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
六结合体图1说明本实施方式，本实施方式所述高频振动辅助箔板微拉深成形装置的下模组件还包括拉伸压边圈18，拉深压边圈18套装在拉深冲头8的外侧壁上。本实施方式的技术效果是拉深压边圈18能够在拉深过程中对圆片的边缘起到一个压边的作用，保证拉深顺利进行。其它组成及连接关系与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
七结合图1说明本实施方式，本实施方式所述高频振动辅助箔板微拉深成形装置的下模组件还包括第二压边弹簧19，第二压边弹簧19套装在拉深冲头8下端外侧壁上。其它组成及连接关系与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
八结合图1说明本实施方式，本实施方式所述高频振动辅助箔板微拉深成形装置还包括力传感器20，力传感器20安装在下模座2内，且力传感器20的感应端与拉深冲头8的下端接触。本实施方式中力传感器20与数据采集装置连接。本实施方式的技术效果是数据采集装置可通过力传感器采集微拉深成形过程中箔板的变化数值信息。其它组成及连接关系与具体实施方式
一、二、三、四、五、六或七相同。
具体实施方式
九结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种利用具体实施方式
一所述装置进行高频振动辅助箔板微拉深成形的方法的具体步骤如下步骤一、将上模座I和下模座2分别固定在冲压成形机的上工作台和下工作台上，将箔板安放在凹模固定板14的上表面上；步骤二、将磁制伸缩微驱动器3与高频电源连接，设定振动频率为20KHz，开始振动；步骤三、上模组件在冲压成形机的带动下从死点向下运动，当运动到指定位移量时，落料压边圈11与箔板接触；步骤四、上模组件继续下移时，凸模4与箔板接触，并与落料凹模16 —起给箔板一定剪切力，箔板在剪切力的作用下发生弹性变形、塑性变形、产生裂纹、撕裂，制备出微拉深所需的还料；步骤五、上模组件继续向下移动，在拉深压边圈18与凸模4作用下，箔板坯料被压紧，实现微拉深压边，箔板坯料被拉深冲头8拉入凸模4内，进行圆筒件的拉深；步骤六、当微拉深成形后，上模组件在冲压成形机带动下向上运动，直至回到死点，至此，箔板落料、拉深成形过程结束。本实施方式的步骤三中由于第一压边弹簧13具有一定的预紧力，会将一定的压力施加到箔板上，实现压边，所施加的压力可通过更改第一压边弹簧13的长度来调节。本实施方式的步骤五中凸模4的高频振动降低了箔板坯料与拉伸压边圈18、凸模4之间的摩擦力；同时，利用背压顶杆5施加背压，抑制箔板拉深成形中箔板减薄，提高箔板的拉深性能。本实施方式的步骤六中上模组件向上运动时，在第一压边弹簧13的作用下，拉深压边圈18将拉深成形的圆筒件顶出拉深冲头8，落料压边圈11将箔板从凸模4上卸料。本实施方式中死点是指上模座向上运动的最顶端。本发明的工作原理是磁制伸缩微驱动器3在高频电源的驱动下按设定的频率和振幅工作，磁制伸缩微驱动器3与凸模4之间具有一定的预紧力，当磁制伸缩微驱动器3输出位移时，推动凸模4向下移动，当达到预定位移量时，磁制伸缩微驱动器3锁定，凸模4在蝶形弹簧21的作用下向上移动，这样，在高频电源的驱动下，磁制伸缩微驱动器3和蝶形弹簧21共同作用，带动凸模4上下高频振动。
权利要求
1.高频振动辅助箔板微拉深成形装置，其特征在于所述高频振动辅助箔板微拉深成形装置包括上模座(I)、下模座(2)、磁制伸缩微驱动器(3)、凸模(4)、背压顶杆(5)、背压弹簧(6)、导柱(7)、拉深冲头(8)、蝶形弹簧(21)、上模组件和下模组件，上模座(I)、上模组件、下模组件、下模座(2)由上至下依次设置，上模组件的上端与上模座(I)的下表面连接， 下模组件的下端与下模座(2)的上表面连接，磁制伸缩微驱动器(3)、凸模(4)由上至下依次设置在上模组件内，磁制伸缩微驱动器(3)与高频电源连接，磁制伸缩微驱动器(3)的动力输出端与凸模(4)的上端连接，背压弹簧(6)和背压顶杆(5)由上至下依次设置在凸模(4)的空腔内，拉深冲头(8)插装在下模组件的上表面上，且拉深冲头(8)上端的端部可穿过凸模(4)下端端面的通孔与凸模(4)空腔内的背压顶杆(5)的下端端面接触，导柱(7) 的上端插装在上模组件内，导柱(7)的下端插装在下模组件内，蝶形弹簧(21)套装在凸模(4)上端的外侧壁上。
2.根据权利要求1所述高频振动辅助箔板微拉深成形装置，其特征在于所述上模组件包括上模板(9)、上模固定板(10)、落料压边圈(11)和限位套(12)，上模板(9)、上模固定板(10)、落料压边圈(11)由上至下依次设置在限位套(12)内，上模板(9)的上端与上模座(I)的下表面连接。
3.根据权利要求2所述高频振动辅助箔板微拉深成形装置，其特征在于所述上模组件还包括第一压边弹簧(13)，第一压边弹簧(13)设置在上模固定板(10)与落料压边圈(11)之间。
4.根据权利要求1所述高频振动辅助箔板微拉深成形装置，其特征在于所述下模组件包括凹模固定板(14)、下模板(15)和落料凹模(16)，凹模固定板(14)、下模板(15)由上至下依次设置，导柱(7)的下端由上至下依次穿过凹模固定板(14)和下模板(15)，落料凹模(16)嵌装在凹模固定板(14)的上表面上，拉深冲头(8)安装在落料凹模(16)的内腔中。
5.根据权利要求4所述高频振动辅助箔板微拉深成形装置，其特征在于所述下模组件还包括导套(17)，导套(17)套装在导柱(7)下端的外侧壁上。
6.根据权利要求4所述高频振动辅助箔板微拉深成形装置，其特征在于所述下模组件还包括拉伸压边圈(18)，拉深压边圈(18)套装在拉深冲头(8)的外侧壁上。
7.根据权利要求4所述高频振动辅助箔板微拉深成形装置，其特征在于所述下模组件还包括第二压边弹簧(19)，第二压边弹簧(19)套装在拉深冲头(8)下端外侧壁上。
8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述高频振动辅助箔板微拉深成形装置，其特征在于所述高频振动辅助箔板微拉深成形装置还包括力传感器(20)，力传感器(20)安装在下模座(2)内，且力传感器(20)的感应端与拉深冲头(8)的下端接触。
9.一种利用权利要求1所述装置进行高频振动辅助箔板微拉深成形的方法，其特征在于所述高频振动辅助箔板微拉深成形的方法的具体步骤如下步骤一、将上模座(I)和下模座(2)分别固定在冲压成形机的上工作台和下工作台上， 将箔板安放在凹模固定板(14)的上表面上；步骤二、将磁制伸缩微驱动器(3)与高频电源连接，设定振动频率为20KHz，开始振动；步骤三、上模组件在冲压成形机的带动下从死点向下运动，当运动到指定位移量时，落料压边圈(11)与箔板接触；步骤四、上模组件继续下移时，凸模(4)与箔板接触，并与落料凹模(16) —起给箔板一定剪切力，箔板在剪切力的作用下发生弹性变形、塑性变形、产生裂纹、撕裂，制备出微拉深所需的还料；步骤五、上模组件继续向下移动，在拉深压边圈(18)与凸模(4)作用下，箔板坯料被压紧，实现微拉深压边，箔板坯料被拉深冲头(8)拉入凸模(4)内，进行圆筒件的拉深；步骤六、当微拉深成形后，上模组件在冲 压成形机带动下向上运动，直至回到死点，至此，箔板落料、拉深成形过程结束。
全文摘要
高频振动辅助箔板微拉深成形装置及方法，它涉及箔板微拉深成形装置及方法，具体涉及高频振动辅助箔板微拉深成形装置及方法。本发明为了解决较低材料强度的箔板很难拉深成形出直径较小的圆筒件的问题。本发明的上模座、上模组件、下模组件、下模座由上至下依次设置，上模组件的上端与上模座的下表面连接，下模组件的下端与下模座的上表面连接，磁制伸缩微驱动器、凸模由上至下依次设置在上模组件内，磁制伸缩微驱动器与高频电源连接，磁制伸缩微驱动器的动力输出端与凸模的上端连接，背压弹簧和背压顶杆由上至下依次设置在凸模的空腔内，拉深冲头插装在下模组件的上表面上，蝶形弹簧套装在凸模上端的外侧壁上。本发明用于箔板微拉深成形。
文档编号B21D33/00GK103042109SQ20121058452
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者王春举, 单德彬, 郭斌, 徐杰, 皇韶峰 申请人:哈尔滨工业大学