CN103722086A - 可实时检测超薄板成形的多尺度精密微拉深模具 - Google Patents

Abstract

可实时检测超薄板成形的多尺度精密微拉深模具，属于微塑性成形与模具技术领域。该模具包括组合式凸模、凹模和压边圈，通过更换不同的凸模、凹模和压边圈，即可成形出宏观零件，又可成形出微/介观零件；该模具安装有实时检测机构，通过更换不同焦距的远心镜头，既能观察超薄金属板宏观的应变和表面形貌，又能观察微观的晶粒大小和变化；采用浮动式凸模，当进行凸模更换时，通过凸模和凸模固定板的间隙配合，使凸模能在凸模固定板中做微小的周向运动，有利于实现凸模和压边圈孔对中，避免凸模被折弯；该模具使用分块式压边装置，通过螺旋机构对压边圈进行微小的分开和闭合，即能保证凸模和凹模进行高精度的对中，从而测得更精确的冲压力。

Description

可实时检测超薄板成形的多尺度精密微拉深模具

技术领域

本发明提供可实时检测超薄板成形的多尺度精密微拉深模具，属于微塑性成形与模具技术领域。

背景技术

薄板微成形技术以其大批量、高效率、高精度、低成本、无污染等优点引起了国内外学者的关注并得到迅速发展，尤其是微拉深成形技术；微拉深成形，技术最为复杂，应用最为广泛。

微成形模具中，由于微成形中凸模、凹模直径较小，且成形过程中成形空间较小，配合精度要求更高；而大多数微成形模具是仿照传统的模具设计方法进行设计模具，这就无法保证微成形模具运动时的配合精度以及板料的成形精度，且不能实时观察板料成形时的状况；单尺度的微成形模具成形出的零件，不能有效地与宏观零件的成形特点做出对比，无法反应微成形的成形特点。

为了弥补微成形模具结构上的不足，本发明专利提供了可实时检测超薄板成形状况的多尺度精密微拉深模具；该模具使用组合式凸模、凹模和压边圈，即可成形出宏观零件，又可成形出微/介观零件，安装有实时检测机构，能实时检测板料的成形状况，使用分块式压边装置，不但使凸模和凹模的对中更精确，又避免了凸模在压边圈内运动相互之间的摩擦磨损。

发明内容

本发明提供了一种可实时检测超薄板成形状况的多尺度精密微拉深模具；该模具具有组合式凸模、凹模和压边圈，通过更换不同的凸模、凹模和压边圈，即可成形出宏观零件，又可成形出微/介观零件；该模具安装有实时检测机构，既能观察超薄金属板宏观的应变和表面形貌，又能观察微观的晶粒大小和变化；模具使用分块式压边装置，不但使凸模和凹模的对中更精确，又避免凸模在压边圈内运动时相互之间的摩擦磨损；该模具使用双层导向机构，确保了导向精确。利用校核过的弹簧设定压边力，通过拧紧螺钉的程度来调整压边力大小，实现变压边力成形零件的目的。

本发明的技术方案是：该模具具有组合式凸模、凹模和压边圈，通过螺钉和销钉对凸模、凹模和压边圈进行更换，实现微成形模具多尺度成形。

该模具安装有实时观测机构，利用附加照明系统，使用白色同轴光源对试件进行垂直照明，使CCD传感器进行成像，通过转换不同焦距的远心镜头，转变宏观和微观照相系统，既能观察超薄金属板的宏观角度的应变和表面形貌，又能观察微观角度的晶粒大小和变化。

采用浮动凸模，通过凸模和凸模固定板的间隙配合，使凸模能在凸模固定板中做微小的周向运动，便于组合式凸模更换，由分块式压边圈实现凸模和凹模对中，保证了凸模和凹模的配合精度。

使用分块式压边装置，压边机构分为两块，呈左右对称机构，每块压边机构上部都有内螺纹，且两块压边机构上部的内螺纹螺距相同、旋向相反，这样通过旋转丝杆可使两块压边圈同速度、等位移的在压边圈导滑块上背向或者相向而行；闭合后的压边圈内孔和凹模内孔同心，当凸模下端伸入压边圈内孔中时，旋转丝杆，使压边圈推动凸模进行闭合，从而保证了凸模和凹模的对中精度，消除了凸模和凸模固定板的周向间隙，保证了凸模和凹模的配合精度，使模具成形精度更高；凸、凹模对中后，旋转丝杆，分开压边圈，减小凸模与压边圈相互运动中产生的摩擦磨损，且消除消除测量冲压力时，凸模与压边圈之间的摩擦力对冲压力的影响，从而测得更精确的冲压力。

该模具通过采用滚动形式导向装置的外层导套导柱，实现凸模固定板与凹模固定板对中，保证了成形过程中的初级配合精度；采用滑动形式导向装置的内层导套导柱，实现压边圈导滑板与凹模的对中，保证后续实验的配合精度。

利用校核过的弹簧设定压边力，在压边圈推板浅孔中放置四枚弹簧，并利用螺栓将其与凸模固定板连接，欲施加一定大小的压边力，只需将螺栓旋进压边圈推板，将弹簧压缩到一定程度即可，从而实现变压边力控制的目的。

本发明的优点在于：1）该模具具有组合式凸模、凹模和压边圈，实现微成形模具多尺度成形；2）安装有实时观测机构，通过更换不同焦距的远心镜头，既能观察板料宏观现象，又能观察板料微观现象；3）采用浮动凸模，便于进行组合式凸模更换，有利于实现凸模和凹模更高精度的对中；4）使用分块式压边装置，有利于保证凸模和凹模高精度的对中，且能测得更精确的冲压力；5）内外层导向机构共同导向，使模具导向更精确；6）利用校核过的弹簧设定压边力，通过将螺栓旋进压边圈推板的深度来调整压边力大小，从而实现变压边力控制的目的。

附图说明

图1是可实时检测板料成形状况的多尺度精密微拉深模具半剖图和三维图；

图2是分块式压边装置组件的结构图；

图3是三种凸凹模的结构图；

图4是光源、CCD及镜头安装位置示意图；

图5是实时检测系统工作原理图。

附图中：1—凹模固定板；2—外导柱；3—内导套；4—内导柱；5—外导套；6—推板；7—六角头限位螺栓；8—凸模固定板；9—凸模挡板；10—凸模；11—弹簧；12—压边圈挡板；13—丝杆；14—压边圈固定板；15—导滑板；16—弹簧；17—分块式压边圈；18—螺钉；19—凹模：20—光杆。

具体实施方式

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：上模组件、分块式压边圈装置、下模组件、导向机构和实时检测系统。

上模组件包括凸模固定板8、凸模10、压边圈推板6、六角头限位螺栓7、凸模挡板9、弹簧11，其中，上模组件的安装方法是：凸模10放在凸模固定板8的中部内孔中，由凸模挡板9将凸模10压紧在凸模固定板8中，凸模挡板9固定在凸模固定板8内，凸模固定板8上开有4个阶梯通孔，4个阶梯通孔呈对称布置，且与压边圈推板6中的螺纹孔一一对应，六角头限位螺栓7正装在凸模固定板8中，螺杆穿过阶梯通孔，弹簧11套在六角头限位螺栓7螺杆上，弹簧11一端与凸模固定板8接触，另一端伸进压边圈推板6浅孔中，由压边圈推板6浅孔定位，六角头限位螺栓7旋紧在压边圈推板6中。

分块式压边圈装置包括分块式压边圈17、压边圈档板12、光杆20、丝杆13、压边圈导滑板15、分块式压边圈固定板14，其中，压边圈组件的安装方法是：每块压边圈17固定在相应的分块式压边圈固定板12上，分块式压边圈固定板14对称的放置在压边圈导滑板15上，光杆20穿过分块式压边圈固定板12上端的通孔，固定在压边圈导滑板15上，丝杆13通过螺旋副与分块式压边圈固定板14和压边圈导滑板15相连，丝杆可以在压边圈导滑板15上转动，带动分块式压边圈固定板14在压边圈导滑板15上滑动，压边圈挡板12固定在压边圈导滑板15上，防止分块式压边圈17滑出导滑槽。

下模组件包括凹模19、凹模固定板1；其中下模组件的安装方法是：凹模19通过螺钉和销钉固定在凹模固定板1中。

导向机构包括外导柱2、外导套5、内导柱4、内导套3、弹簧16、螺钉18，其中，导向机构的安装方法是：外导套5与凸模固定板8过盈配合，外导柱4与凹模固定板2过盈配合，外导柱3和外导套4通过导套内部的滚珠过渡配合，能够上下滑动，内导套3与凹模固定板1过盈配合，内导柱4与压边圈导滑板15过盈配合，内导柱4内导套3滑动配合，弹簧16放在凹模固定板1两侧，并相对于凹模固定板1中心线对称，弹簧16一端与压边圈导滑板15接触，另一端伸进凹模固定板1浅孔中，通过凹模固定板1浅孔定位，并利用螺钉18将其压紧在凹模固定板1和压边圈导滑块15之间，其中螺钉18倒置。

实时检测系统包括CCD传感器、照明系统、远心镜头、图像采集卡、计算机及图像处理软件；照明系统和远心镜头及CCD安装在凹模底部，通过现场总线连接到图像采集卡，再由图像采集卡，将信息存入计算机中，利用图像处理软件对图像进行处理和分析。

模具的使用方法是：凸模固定板8固定在压力机滑块上，凹模固定板1固定在压力机工作台面上，将板料（微观尺寸：厚0.02-0.05mm，长X宽为0.5mmX0.5mm；介观尺寸：厚0.05-0.1mm，长X宽为1.5mmX1.5mm；宏观尺寸：厚0.1-0.2mm，长X宽为5mmX5mm）放在凹模19上，凸模固定板8随压力机滑块下行到凸模10进入分块式压边圈17中一段距离后，压力机停止运动，旋转丝杆13，分块式压边圈17逐渐闭合，凸模10在分块式压边圈17作用下重新定位，消除和凸模固定板8之间的周向间隙对拉深产生的误差，而后旋转丝杆13，分离分块式压边圈17，凸模固定板8随着压力机滑块继续下行，分块式压边圈装置在压边圈推板6的作用下开始下行，内导柱4和内导套3开始起导向作用，弹簧16和7开始压缩，压簧16和7压缩到一定程度后，分块式压边圈17压紧凹模19上方的坯料，此时由弹簧7提供压边力，凸模固定板8继续下行，凸模10和凹模19开始对对板料进行成形，成形结束后，凸模固定板8上行，弹簧16和7逐渐恢复。凸模固定板8继续上行，弹簧11和16恢复原状，直至凸模10到达初始位置，取出零件，在整个模具运动过程中外导柱2和外导套5一直起导向作用，外导套5与凸模固定板8运动趋势一致，在整个模具运动的过程中，照明系统照亮带有标记的被测试样，含有标记信息的图像经远心镜头聚焦后成像于 CCD 面阵上，配备不同焦距的镜头，可获得宏观或者微观的图像，CCD 将图像信号转变为电信号，通过图像采集卡存入计算机内存，最后由软件对采集到的图像进行处理、计算标记的变形量并存储。

Claims (4)

1.可实时检测超薄板成形的多尺度精密微拉深模具，其特征在于：所述拉深模具包括：上模组件、分块式压边圈装置、下模组件、导向机构和实时检测系统；

上模组件包括凸模固定板、凸模、压边圈推板、六角头限位螺栓、凸模挡板、弹簧；其凸模放在凸模固定板的中部内孔中，由凸模挡板将凸模压紧在凸模固定板中，凸模挡板固定在凸模固定板内，凸模固定板上开有4个阶梯通孔，4个阶梯通孔呈对称布置，且与压边圈推板中的螺纹孔一一对应，六角头限位螺栓正装在凸模固定板中，螺杆穿过阶梯通孔，弹簧套在六角头限位螺栓螺杆上，弹簧一端与凸模固定板接触，另一端伸进压边圈推板浅孔中，由压边圈推板浅孔定位，六角头限位螺栓旋紧在压边圈推板中；

分块式压边圈装置包括分块式压边圈、压边圈档板、光杆、丝杆、压边圈导滑板、分块式压边圈固定板；每块压边圈固定在相应的分块式压边圈固定板上，分块式压边圈固定板对称的放置在压边圈导滑板上，光杆穿过分块式压边圈固定板上端的通孔，固定在压边圈导滑板上，丝杆通过螺旋副与分块式压边圈固定板和压边圈导滑板相连，丝杆可以在压边圈导滑板上转动，带动分块式压边圈固定板在压边圈导滑板上滑动，压边圈挡板固定在压边圈导滑板上，防止分块式压边圈滑出导滑槽；

导向机构包括外导柱、外导套、内导柱、内导套、弹簧、螺钉；外导套与凸模固定板过盈配合，外导柱与凹模固定板过盈配合，外导柱和外导套通过导套内部的滚珠过渡配合，能够上下滑动，内导套与凹模固定板过盈配合，内导柱与压边圈导滑板过盈配合，内导柱内导套滑动配合，弹簧放在凹模固定板两侧，并相对于凹模固定板中心线对称，弹簧一端与压边圈导滑板接触，另一端伸进凹模固定板浅孔中，通过凹模固定板浅孔定位，并利用螺钉将其压紧在凹模固定板和压边圈导滑块之间，其中螺钉倒置；

实时检测系统包括CCD传感器、照明系统、远心镜头、图像采集卡、计算机及图像处理软件；照明系统和远心镜头及CCD安装在凹模底部，通过现场总线连接到图像采集卡，再由图像采集卡，将信息存入计算机中，利用图像处理软件对图像进行处理和分析。

2.如权利要求1所述的可实时检测超薄板成形的多尺度精密微拉深模具，其特征在于：下模组件包括凹模、凹模固定板；凹模通过螺钉和销钉固定在凹模固定板中。

3.如权利要求1所述的可实时检测超薄板成形的多尺度精密微拉深模具，其特征在于：凸模和凸模固定板为间隙配合，凸模和压边圈孔为过渡配合，当进行凸模更换时，将凸模下端伸进压边圈孔，通过压边圈装置消除凸模定位时的周向误差。

4.如权利要求1所述的可实时检测超薄板成形的多尺度精密微拉深模具，其特征在于：压边机构分为两块，呈左右对称机构，每块压边机构上部都有内螺纹，且两块压边机构上部的内螺纹螺距相同、旋向相反，这样通过旋转丝杆可使两块压边圈同速度、等位移的在压边圈导滑块上背向或者相向而行；闭合后的压边圈内孔和凹模内孔同心，当凸模下端伸入压边圈内孔中时，旋转丝杆，使压边圈推动凸模进行闭合，从而保证了凸模和凹模的对中精度，消除了凸模和凸模固定板的周向间隙，保证了凸模和凹模的配合精度，使模具成形精度更高；凸、凹模对中后，旋转丝杆，分开压边圈，减小凸模与压边圈相互运动中产生的摩擦磨损，且消除消除测量冲压力时，凸模与压边圈之间的摩擦力对冲压力的影响，从而测得更精确的冲压力。

Images