CN103418657B - 组合模具板金属连续冲压成形工艺及成形设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可以部分替代现有板金属冲压成形技术的组合模具板金属连续冲压成形设备及其工艺，该设备主要包括执行装置、动力装置、调节装置和辅助装置。它是将现有大型整体冲压模具以若干个功能、尺寸适宜的模具片拼合方式而成，然后把这些模具片按一定顺序安装在两条相向同步旋转的环形履带式传动链上，凸模和凹模各分属一条环形履带式传动链。固定模座上的导轨限定传动链的运动轨迹，电动机驱动上下环形履带式传动链作同步运动，使得上下模具片同步向前运动，模具片间的间隙逐渐减小，在模具片间的板金属便逐渐弯曲成形至最终产品形状。
Description
技术领域：
本发明涉及一种组合模具板金属连续冲压成形技术与实现这种工艺所需的设备。
背景技术：
冲压工艺指在常温下，借助于常规或者专用设备，使板料在模具里直接得到变形力并进行变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的生产技术。冲压加工是金属塑性加工的主要方法之一，冲压产品具有表面质量好、尺寸稳定、精度高、重量轻、成本低、节约材料、节约能源的优点，是一种十分经济的加工方法，也是先进制造技术的一种少无切削加工方式，是一种多快好省的加工技术，是其他加工方法不能与之相媲美的。因而冲压工艺在机械制造业中得到广泛应用，在现代汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表以及飞机、导弹、枪弹、炮弹和各种民用轻工业中已成为主要的工艺之一，在国民经济生产中发挥着极其重要的作用。
压力机是冲压工艺实现的主要设备，而冲压模具是压力机上的工作零件，当单个产品形状复杂、尺寸较大时，势必使得模具尺寸加大，冲压工作台变大、设备体积增大、吨位提高，使得投资巨大。冲压过程中模具的工作状况十分恶劣，特别是产品形状棱角分明时，在进行冲压成形过程中，模具边角局部会承受很大的压应力，这就容易造成模具棱角处损伤，从而影响后续冲压产品的质量。此时，由于模具局部失效而更换整个模具，增加了巨大的成本，降低了经济效益。
发明内容：
本发明旨在提供一种可以部分替代现有板金属冲压成形技术的组合模具连续成形技术。本发明针对冲压中大型整体冲压模具局部易损伤的特点提出了将模具分割的设计思路，从而提高了模具整体的利用率。本发明同时提供一种制造用于这种工艺与装备中使用的模具片的方法。
本发明的技术方案是：一种组合模具板金属连续冲压成形设备，该装置包括执行装置、动力装置、调节装置和辅助装置；
所述执行装置包括下固定模座、下模座旋转轮、下模具片组、下环形履带式传动链、上固定模座、上环形履带式传动链、止料片、上模具片组和上模座旋转轮；
所述动力装置由驱动电机、减速机、联轴器、无间隙传动齿轮组与传动轴所组成；
所述调节装置包括高度调节装置、角度调节装置；
所述辅助装置包括支撑柱、底座、导入装置、收料装置；
其中，所述下固定模座通过所述高度调节装置安装在所述支撑柱上，所述下环形履带式传动链套接在所述下固定模座上，由安装在所述下固定模座两侧所述下模座旋转轮驱动转动，所述下环形履带式传动链上安装所述下模具片组；
位于所述下固定模座垂直上方的所述上固定模座通过所述高度调节装置安装在所述支撑柱上，所述上环形履带式传动链套接在所述上固定模座上并由安装在所述上固定模座两侧所述上模座旋转轮驱动转动，所述上环形履带式传动链安装所述上模具片组；所述止料片安装在所述上环形履带式传动链上，位于上模具片组的前端，即出料口一侧；
所述下固定模座和上固定模座内均设置所述角度调节装置，用于调节所述上环形履带式传动链和下环形履带式传动链工作面的角度；
所述驱动电机通过所述减速机和联轴器与所述无间隙传动齿轮组连接，所述无间隙传动齿轮组通过所述传动轴与所述上模座旋转轮和所述下模座旋转轮连接。
所述导入装置安装在所述底座上，用于板料的导入；所述收料装置安装在所述底座上，用于成形后的板料收集。
本发明的另一目的是提供上述装置的组合模具板金属连续冲压成形工艺，具体包括以下步骤：
步骤1. 上固定模座和下固定模座是由长度为LA的成型阶段A、长度为LB的保压阶段B及长度为LC的出料阶段C组成的，根据需成形的板材厚度，确定处于上固定模座与下固定模座上保压段B部分的上模具片组和下模具片组之间距离；根据需成形的板材断面特征及材料的力学性能，参考传统冲压中板带成形中凸模的冲压速度，确定上固定模座与下固定模座的A部分的模具片的竖直速度V1，带入公式 ，得出环形履带式传动链的传动速度V，
其中，式中为上固定模座和下固定模座的成型阶段A与保压阶段B的成形夹角，的取值范围为0-30°，
步骤2.根据步骤1确定上固定模座与下固定模座在所述支撑柱上的相对位置和环形履带式传动链的传动速度V，根据减速比选用合适参数的驱动电机，开动机器对板材冲压成形。
本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，本发明采用的模具片组是由多对相配合的上下模具片而组成，每对模具片具有产品沿长度上的截面形状决定的外形，因此这种组合模具板金属连续冲压成形技术可以成形变断面（非等断面）形状的产品，但不同断面间要以圆滑曲面进行过渡，避免材料在过渡区产生尖角，引起应力集中，造成产品质量严重下降，废品率提高。
附图说明
图1为组合模具板金属连续冲压成形技术的产品形状示例。
图2为位于下环形履带式传动链上的下模具片。
图3为位于上环形履带式传动链上的上模具片。
图4为上固定模座与下固定模座间安装配合图。
图5为组合模具板金属连续冲压成形装置侧视图。
图6为组合模具板金属连续冲压成形装置参数图。
图7为位于固定模座A部分上的模具片运动速度分解图。
图中：
1.下固定模座，2.下模座旋转轮，3.下模具片组，4.下环形履带式传动链，5.上固定模座，6.上环形履带式传动链，7.止料片，8.上模具片组，9.上模座旋转轮，10.支撑柱，11.底座，12.驱动电机，13.减速机，14.联轴器，15.无间隙传动齿轮组，16.传动轴，17.高度调节装置，18.导入装置，19.收料装置，20.角度调节装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图2-6所示，本发明一种组合模具板金属连续冲压成形设备，该装置包括执行装置、动力装置、调节装置和辅助装置；
执行装置包括下固定模座1、下模座旋转轮2、下模具片组3、下环形履带式传动链4、上固定模座5、上环形履带式传动链6、止料片7、上模具片组8和上模座旋转轮9；
所述动力装置由驱动电机12、减速机13、联轴器14、无间隙传动齿轮组15与传动轴16所组成；
所述调节装置包括高度调节装置17、角度调节装置20；
所述辅助装置包括支撑柱10、底座11、导入装置18、收料装置19；
其中，所述下固定模座1通过所述高度调节装置17安装在所述支撑柱10上，所述下环形履带式传动链4套接在所述下固定模座1上并由安装在所述下固定模座1两侧所述下模座旋转轮2驱动转动，所述下环形履带式传动链4上安装所述下模具片组3；
位于所述下固定模座1垂直上方的所述上固定模座5通过所述高度调节装置17安装在所述支撑柱10上，所述上环形履带式传动链6套接在所述上固定模座5上并由安装在所述上固定模座5两侧所述上模座旋转轮9驱动转动，所述上环形履带式传动链6安装所述上模具片组8；所述止料片7安装在所述上环形履带式传动链6上，位于上模具片组8的前端，即出料口一侧；
所述下固定模座1和上固定模座5内均设置所述角度调节装置20，用于调节所述上环形履带式传动链6和下环形履带式传动链4工作面的角度；
所述驱动电机12通过所述减速机13和联轴器14与所述无间隙传动齿轮组15连接，所述无间隙传动齿轮组15通过所述传动轴16与所述上模座旋转轮9和所述下模座旋转轮2连接。
所述导入装置18安装在所述底座11上，用于板料的导入；所述收料装置19安装在所述底座11上，用于成形后的板料收集。
本发明的工作原理是：
将板材从下固定模座1的入口前端的导入装置18喂入，上固定模座5通过安装在支撑架上10的高度调节装置17与角度调节装置20调整与下固定模座1相对位置，启动驱动电机12提供动力来源，通过减速机13将高速旋转运动转换为转速合适的旋转运动，减速机13与传动轴16之间通过联轴器14进行连接，无间隙齿轮15通过传动轴16与上模座旋转轮9和下模座旋转轮2机械连接，上模座旋转轮9和下模座旋转轮2带动下环形履带式传动链4和上环形履带式传动链6沿着下固定模座1和下固定模座5上的导轨进行闭合环状同步旋转运动，上模具片8与下模具片3将板材平稳咬入后，当上模具片8与下模具片3随上环形履带式传动链6和下环形履带式传动链4相向旋转同步运动而逐渐闭合，实现对板金属的成形。
位于固定模座A部分上的模具片竖直速度：
位于固定模座A部分上的模具片水平速度：
位于固定模座A部分上的模具片竖直速度，相当于传统冲压工艺中模具相对板料的垂直冲压速度。
当环形履带式传动链的传动速度保持不变时，调整固定模座A部分与B部分间的成形角，可以改变模具片对板料的冲压速度、成型阶段的实际长度。成形角越小，模具片对板料的冲压速度越小，成形阶段实际长度越长。
当固定模座A部分与B部分间的成形角保持不变时，调整环形履带式传动链的传动速度，会改变模具片对板料的冲压速度。环形履带式传动链的传动速度越大，模具片对板料的冲压速度越大，连续冲压效率提高，但成形阶段长度不会改变。
在保压阶段，由于固定模座B部分的水平长度是一定的，因此环形履带式传动链的传动速度是决定性因素。
保压阶段时间：
环形履带式传动链的传动速度越大，保压阶段时间越小。保压阶段时间对于产品的贴模性与定形性有重要的影响，合理选择保压阶段时间，有助于提高产品质量。
在保压阶段时，板材的断面形状具有最终产品的外形。通过调整固定模座B部分的上模具片与下模具片的间隙、重叠量等参数，这些可以通过高度调整装置来实现，以保证上模具片与下模具片处于闭合状态下具有最终产品的外形特点。
出料阶段与收料装置相配合，实现对产品的收集。
实例说明：选用1mm厚的SPCC板材进行连续冲压成形试验，查阅相关资料得知成形此种形状板材的垂直冲压速度宜取2m/s。鉴于产品外形特点，应选用较小的成型角度15°。通过减速箱调节环形履带式传动链的速度V。参照不同参数下的产品质量，选用最优参数。最终选用V=7.8m/s，θ=15°。
在确定各项参数后，调节机器的相对位置：将上固定模座与下固定模座B部分的间隙调整为1mm，固定模座上A部分与B部分的角度通过角度调节装置变为15°，开动机器，实现板材的连续冲压。
冷弯成形工艺中，往往通过多个机架串联起来生产某种产品，而且由于轧辊对板带的成形区域小，造成了冗余变形大、残余应力的产生。实际生产中往往通过加大轧辊直径来增加板带的变形区，在此发明中，固定模座A部分略带一定弧度，来模拟冷弯成形中大直径的轧辊辊弯成形效果，一道次就可以生产出最终产品，效率很高。
组合模具板金属连续冲压成形技术操作流程为，板金属通过导入装置平稳的喂入上下模具片间的区域后，环形履带式传动链上的模具片同步向前运动并逐渐成闭合状态，从而使板金属渐进式变形至最终产品形状，然后由收料装置对成形产品收集、包装，最后出库。
应理解的是，这种组合模具板金属连续冲压成形技术不仅仅限于单道次成形简单端面产品，同样可以通过多道次成形复杂断面产品。组合模具板金属连续冲压成形装备可以像冷弯成形中各机架串联在一条生产线上，第一架装备限定第一外形，接着进入第二架装备，限定第二外形，一次类推，直至成形至最终产品。
板金属可包括任何适于变形为最终期望外形的材料，例如，板金属可以是金属片或板或带，材质为铝、冷轧钢、低碳钢、铜、黄铜、镁、钛等。
模具片的制造：图2中的下模具片、图3中的上模具片可以通过至少一种任何适当的方式来实现，例如，可使用电火花线切割机或其他适当的切割设备来实现。
在某些情况中，可能希望在板金属受到变形前进行预加热，或者变形过程中对板金属进行加热。这样，本方法也包括，在板金属变形之前或变形过程中将板金属加热至指定温度，然后进行塑性变形。
Claims (1)
1.一种组合模具板金属连续冲压成形设备的组合模具板金属连续冲压成形工艺，该设备包括执行装置、动力装置、调节装置和辅助装置；
所述执行装置包括下固定模座（1）、下模座旋转轮（2）、下模具片组（3）、下环形履带式传动链（4）、上固定模座（5）、上环形履带式传动链（6）、止料片（7）、上模具片组(8)和上模座旋转轮（9）；
所述动力装置由驱动电机（12）、减速机（13）、联轴器（14）、无间隙传动齿轮组（15）与传动轴（16）所组成；
所述调节装置包括高度调节装置（17）、角度调节装置（20）；
所述辅助装置包括支撑柱（10）、底座（11）、导入装置（18）、收料装置（19）；
其中，所述下固定模座（1）通过所述高度调节装置（17）安装在所述支撑柱（10）上，所述下环形履带式传动链（4）套接在所述下固定模座（1）上并由安装在所述下固定模座（1）两侧所述下模座旋转轮（2）驱动转动，所述下环形履带式传动链（4）上安装所述下模具片组（3）；
位于所述下固定模座（1）垂直上方的所述上固定模座（5）通过所述高度调节装置（17）安装在所述支撑柱（10）上，所述上环形履带式传动链（6）套接在所述上固定模座（5）上并由安装在所述上固定模座（5）两侧所述上模座旋转轮（9）驱动转动，所述上环形履带式传动链（6）安装所述上模具片组（8）；所述止料片（7）安装在所述上环形履带式传动链（6）上，位于上模具片组（8）的前端，即出料口一侧；
所述下固定模座（1）和上固定模座（5）内均设置所述角度调节装置（20），用于调节所述上环形履带式传动链（6）和下环形履带式传动链（4）工作面的角度；
所述驱动电机（12）通过所述减速机（13）和联轴器（14）与所述无间隙传动齿轮组（15）连接，所述无间隙传动齿轮组（15）通过所述传动轴（16）与所述上模座旋转轮（9）和所述下模座旋转轮（2）连接；
所述导入装置（18）安装在所述底座（11）上，用于板料的导入；所述收料装置（19）安装在所述底座（11）上，用于成形后的板料收集，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1. 上固定模座（5）和下固定模座（1）是由长度为LA的成型阶段A、长度为LB的保压阶段B及长度为LC的出料阶段C组成的，根据需成形的板材厚度，确定处于上固定模座（5）与下固定模座（1）上保压段B部分的上模具片组（8）和下模具片组（3）之间距离；根据需成形的板材断面特征及材料的力学性能，参考传统冲压中板带成形中凸模的冲压速度，确定上固定模座（5）与下固定模座（1）的A部分的模具片的竖直速度V1，带入公式 ，得出环形履带式传动链的传动速度V，
其中，式中为上固定模座（5）和下固定模座（1）的成型阶段A与保压阶段B的成形夹角，为取值为0-30°，
步骤2.根据步骤1确定上固定模座（5）与下固定模座（1）在所述支撑柱（10）上的相对位置和环形履带式传动链的传动速度V，根据减速比选用合适参数的驱动电机（12），开动机器对板材冲压成形。
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