CN104858283A - 一种车用铝板的冲压用装置及冲压方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车用铝板的冲压用装置，所述装置包括上模组件和下模组件；所述上模组件包括设置在装置最顶端且呈水平设置的板状的上模座、设置在所述上模座下表面上的上夹板、一端固定设置在所述上模座上且自由端朝向下设置的柱状凸模、一端固定设置在所述上模座上且自由端朝向下设置的上模限位柱、一端固定设置在所述上模座上且自由端朝向下设置的导套、以及设置在所述上夹板下方的恒力压边组件。本发明设置为凸模在上、凹模在下的正向冲压装置，两级弹簧实现恒力压边的设计使得本发明中冲压实验可以在单动液压机上进行。

Description

一种车用铝板的冲压用装置及冲压方法

技术领域

本发明涉及铝材成型技术领域，具体涉及一种车用铝板的冲压用装置及冲压方法。

背景技术

车用铝板冲压件的成形制造会涉及弯曲变形、拉深变形和胀形成形等工艺，如图1中汽车B柱。在冲压过程中，施加压边力可以防止工件的侧壁或凸缘起皱及减小回弹。理想的压边力应该是开始拉深时最大，随着拉深过程的进行而逐渐变小，或至少保持压边力恒定不变。而现有常见冲压模具设计上采用的单级弹簧压边方式，其压边力随着行程(拉深深度)的增加反而增大，这对成形不利。也有报道中公开的实验装置采用刚性压边装置，其压边力不随行程变化。现有的板材恒压边力冲压装置例如为图2所示的装置；其中，01为橡胶片，02为压边圈，03为定位板，04为限位螺钉，05为螺母，06为凹模，07为凸模，08为毛坯，09为橡胶容框，010为顶杆，011为顶板，012为橡胶。又如专利申请CN201220339302.8中提供一种带恒力压边机构的拉伸模。但该装置的上模和下模分离，上模和下模需要分别与冲床连接；还有，其中有一级弹性元件为橡胶垫，而橡胶的应力应变关系不像弹簧那样是线性关系，因此其压边力的值不易精确控制。

此外，铝合金因其延伸率低等特性，而不能用常规冲压方法成形形状复杂的构件，否则容易导致开裂等缺陷，回弹也较大且难以控制，而采用加热后冲压的方式能改善其成形性能和实现车用铝板精确成形。具体地，可以使用热冲压或温冲压的方式来实现铝板的精确成型。所述热冲压是高温热铝板(一般为500℃左右)在冲压装置上进行热冲压，并在装置上冷却淬火；而温冲压是先将铝板固溶淬火至室温，再将其加热至时效温度170～180℃进行温冲压，取出后再对其在时效温度下进行人工时效处理。然而，现有技术中提供的冲压装置都不具备在装置上对铝板进行温冲压实验的能力。

因而，现有技术中的这些装置并不能实现在单动压机的前提下精确控制压边力的效果，且现有技术中这些装置都并不适宜于实验室中对车用铝板的冲压进行探索，例如探索铝板材在高于室温的状态下的弯曲回弹和胀形的成形极限。

发明内容

因此，本发明提供一种车用铝板的冲压用装置，所述装置包括上模组件和下模组件；所述上模组件包括设置在装置最顶端且呈水平设置的板状的上模座12、设置在所述上模座12下表面上的上夹板10、一端固定设置在所述上模座12上且自由端朝向下设置的柱状凸模15、一端固定设置在所述上模座12上且自由端朝向下设置的上模限位柱14、一端固定设置在所述上模座12上且自由端朝向下设置的导套9、以及设置在所述上夹板10下方的恒力压边组件；

所述恒力压边组件包括竖向设置的卸料杆8、设置在卸料杆8下端的均水平设置且相互平行的止挡板7和压料板5、设置在所述止挡板7和压料板5之间的等高套16和内限位柱6、以及同轴线设置在卸料杆8外周的第一竖向弹簧21和第二竖向弹簧22，所述止挡板7位于压料板5上方，所述第一竖向弹簧21设置在上夹板10和止挡板7之间，所述第二竖向弹簧22设置在止挡板7和压料板5之间；其中所述等高套16固定设置在所述压料板5上，而等高套16与止挡板7之间能做竖向相对运动；所述内限位柱6固定设置在所述止挡板7上，而内限位柱6与压料板5之间能做竖向相对运动；

所述下模组件包括设置在装置最底端且呈水平设置的板状的下模座1、固定设置在所述下模座1上的凹模组件、一端固定设置在所述下模座1上且自由端朝向上设置的下模限位柱17、一端固定设置在所述下模座1上且自由端朝向上设置的导柱2；

所述导柱2与所述导套9配合，且在所述导柱2的外围还同轴线设置有用于在向下的外加压力卸载时使得所述上模组件向上回弹的第三竖向弹簧23。

在一种具体的实施方式中，所述凹模组件包括固定设置在所述下模座上且相互分离而形成中间凹槽的两块凹模板、设置在所述凹槽中且紧贴凹模板设置的R角模块、设置在所述凹槽中且紧贴所述下模座设置的凹模底板以及设置在所述凹模底板上且呈凸起状的胀形模块，且所述凸模的底端带有与所述胀形模块相配的凹坑。

在一种具体的实施方式中，所述上模座12与凸模15间通过第一连接螺栓11连接，所述上模座12与上模限位柱14间通过第二连接螺栓13连接，所述下模座1与下模限位柱17间通过第三连接螺栓18连接。

在一种具体的实施方式中，由所述上模限位柱14与下模限位柱17构成的限位柱组件的组数为2组或以上。本领域技术人员容易理解的，所述上模座与下模座整体呈圆形板时，所述限位柱组件的组数最优为呈中心对称设置的3组；而当所述上模座与下模座整体呈方形板时，所述限位柱组件的组数最优为呈对称设置的2组或4组。

在一种具体的实施方式中，由所述导套9和导柱2构成的装置导向组件的组数为3组或4组。本领域技术人员容易理解的，所述上模座与下模座整体呈圆形板时，所述装置导向组件的组数最优为3组；而当所述上模座与下模座整体呈方形板时，所述装置导向组件的组数最优为4组。

在一种具体的实施方式中，所述等高套16和内限位柱6的数量均为3个或4个。本领域技术人员容易理解的，所述上模座与下模座整体呈圆形板时，所述等高套16和内限位柱6的数量最优为3个；而当所述上模座与下模座整体呈方形板时，所述等高套16和内限位柱6的数量最优为4个。这样的设计确保了装置的平稳，不会偏载。

在一种具体的实施方式中，所述凸模、凹模板和凹模底板中均设置有水平向的通孔。使用本发明提供的装置不仅可以对所述铝板进行热冲压，还可以对其进行温冲压。当使用该装置进行热冲压时，所述通孔中用于通入淬火用的冷却水；而当该装置用于铝板的温冲压时，所述通孔中用于设置加热用的热电阻。

在一种具体的实施方式中，所述通孔的尺寸设置为便于在其中插入热电阻，且在所述通孔中设置有用于对装置进行加热的热电阻。

本发明还提供一种车用铝板的冲压方法，所述冲压方法为温冲压，具体是先将热铝板固溶淬火，再将其置入如上所述的包含通孔和热电阻的装置中，使用该装置加热至其时效温度170～180℃冲压成形，取出后再对其进行人工时效处理。

使用本发明提供的车用铝板的冲压用装置，可以用于方便地探索铝合金板材冲压成形过程中的工艺参数。本发明的装置至少能带来如下几个方面的有益效果：

一、本发明设置为凸模在上、凹模在下的正向冲压装置，两级弹簧实现恒力压边的设计使得本发明中冲压实验可以在单动液压机上进行。

二、本发明采用两级弹簧来保持压边力恒定，因弹簧的弹力与变形量为线性关系，因而本发明能更准确地设计计算得到的所需压边力。

三、本发明中通过具体的第一竖向弹簧21和第二竖向弹簧22的选型，可以很方便地调整实验过程中所需的恒定压边力的大小，便于冲压的实验探索。

四、本发明中提供的装置为一体式装置，导柱2外围设置的第三竖向弹簧23起支撑和复位上模组件的作用，使其置于压力机(如单动液压机)上即可使用，而不需要将上模组件固定在压力机上，省去现有技术中的冲压模具的架模(与冲床的连接)环节。

五、在一种优选方式中，本发明通过设置凹模板3、R角模块4和凹模底板19的组合设计代替现有技术中的整块凹模组件(或至少凹模板3和R角模块4是一体成型的)，使得本发明可根据冲压实验的需要方便地调整凹模与凸模之间的间隙以及调整R角模块4的尺寸和形状，从而更加方便地将本发明提供的装置用于冲压实验中不同工艺参数的探索。

附图说明

图1为现有技术和本发明中涉及的汽车B柱的外形示意图，

图2为现有技术中的车用铝板恒压边力冲压模具示意图，

图3为本发明提供的车用铝板冲压装置的立体结构示意图，

图4为图3的左侧视图，

图5为图3的正向视图，

图6为本发明提供的车用铝板冲压装置的剖视结构图。

具体实施方式

本发明通过以下实施例具体说明，但本发明的范围并不仅限于下述实施例。

本发明设计的装置中，至少导柱2和卸料杆8均能在竖直方向上与上模座12间做相对运动，但包括导柱2和卸料杆8在内的组件均不能伸出所述上模座12。

本发明的实验装置结构中，如图5～6所示，凸模15、凹模底板19和凹模板3上设有通孔，其作用例如为插入热电阻为装置加热，使其能实现加热坯料和温冲压的功能。

由图3～6中结构可知，本发明提供的装置在冲压过程中(凸模起作用的过程中)可以保持压边力恒定不变，且只需单动压力机即可实现本发明中的冲压过程。

本发明的实验装置结构如图3～5所示。下模座1上表面设置有凹模底板19、凹模板3和下模限位柱17，均与下模座1用螺栓固定连接，导柱2与下模座1过盈配合。在凹模板3与凹模底板19之间设置有R角模块4，其与凹模板3用螺栓固定连接，凹模底板19上设置有胀形模块20。上模座12下表面设置有上夹板10、凸模15和上模限位柱14，均与上模座12用螺栓固定连接，导套9与上模座12过盈配合并套在所述导柱2上，导柱2可在导套9内沿轴向(竖直向)活动，上模限位柱14与下模限位柱17同轴。压料板5通过卸料杆8与上夹板10活动连接，其中压料板5与卸料杆8固定连接，而卸料杆8可在上夹板10内沿轴向(竖直向)活动，卸料杆8从止挡板7上的竖向通孔穿过止挡板7与压料板5固定连接，在上夹板10与止挡板7之间和止挡板7与压料板5之间各有一级弹簧，分别为第一竖向弹簧21和第二竖向弹簧22。止挡板7下表面用螺栓固定设置有内限位柱6，内限位柱6可以下压至压料板5中的竖向通孔中，在压边力保持不变的阶段，内限位柱6的最下端与凹模板3的上表面接触，压料板5的下表面与坯料的上表面接触。

本发明提供的实验装置的工作原理如下。

冲压毛坯为固溶处理状态的室温铝板材，将其放置在凹模板3上(对铝板材进行定位的定位装置未在图中示出)，利用热电阻对凸模15、凹模板3和凹模底板19进行加热，从而凹模板3也会对坯料进行加热，当坯料中心温度达到时效温度时，冲压开始，压力机驱动上模座12向下运动，与导套9、上夹板10、凸模15、上模限位柱14、卸料杆8、止挡板7、压料板5、等高套16和内限位柱6一同向下运动，导柱2在导套9中相对内向上运动；当压料板5接触到毛坯时，其开始对毛坯施加压边力；随着冲压的进行，卸料杆8上的两级弹簧21和22均被压缩，使压料板5对坯料施加的压边力随着弹簧压缩量的增大而逐渐增加，此时止挡板7也随着弹簧压缩且沿着等高套16竖直向下运动，直至内限位柱6接触到凹模板3时，止挡板7停止运动，保持与压料板5之间的距离，因此套在卸料杆8上的止挡板7与压料板5之间的弹簧22也保持长度不变，从而实现压料板5对坯料施加的压边力保持不变。内限位柱6接触到凹模板3的此刻凸模15刚好与坯料接触，开始进行压边力保持不变的弯曲成形；当坯料接触到胀形模块20时，开始进行胀形成形；当坯料成形到要求的尺寸时，上模限位柱14与下模限位柱17接触，使凸模15不能再继续向下运动，然后开始保压；保压结束。压力机开始卸载，不再给本发明的装置提供向下的压力，导柱2外的弹簧23对上模座12施加向上的力，使凸模15等构件向上运动回到开始的位置，取出成形件，冲压结束。然后把成形零件转移到时效炉内进行人工时效处理。

另外，本发明中，R角模块4和胀形模块20均可拆卸，在R角模块4与凹模板3之间亦可放置不同厚度的垫片，从而实现在同一套模具上通过改变凹模R角、凸凹模间隙、胀形深度来探索铝合金冲压成形的成形性。

具体地，图3～5中，在压料板5和止挡板7间设置的四根细柱是等高套16，16与5之间是固定锁住的，而16伸出7的上表面，且16的顶端含有一个止位栓161，止挡板7与16之间可以上下相对运动，止位栓161的设置的目的是让5和7之间的四根第二竖向弹簧22有相等的初始压缩量，从而保证压料板5和止挡板7之间的平行度。

本发明中，在上模座12的下表面上固定设置了多个部件，在压料板5碰到待冲压铝板时，第一竖向弹簧21和第二竖向弹簧22均压缩，但第二竖向弹簧22压缩得更厉害。位于压料板5和止挡板7之间的四根粗短柱是内限位柱6，6的上端固定在7上，6的下端可以与5在竖直方向上做相对运动。随着5、6、16和7下压过程，当6碰到凹模板3时，这时6的存在使得7和5间的距离不再改变，因而位于5和7间的第二竖向弹簧22为待冲压铝板提供了恒定的压边力。当6碰到凹模板3时，此时凸模15开始接触铝板并对其进行冲压，此时继续施加向下的压力会仅仅压缩第一竖向弹簧21，而对第二竖向弹簧22无影响；直至14和17接触时，冲压过程完成。

在本发明的装置中，卸料杆8与压料板5之间是固定连接，卸料杆8从止挡板7的上下通孔中穿过7，它与7之间不连接，卸料杆8与上夹板10间会有竖向的相对运动，但整个冲压过程中8也不会伸出上模座12。

本发明的装置中，所有与铝板接触的部件均使用热作模具钢，对其余部件的材质无特殊限制，例如为不锈钢。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种车用铝板的冲压用装置，所述装置包括上模组件和下模组件，

所述上模组件包括设置在装置最顶端且呈水平设置的板状的上模座(12)、设置在所述上模座(12)下表面上的上夹板(10)、一端固定设置在所述上模座(12)上且自由端朝向下设置的柱状凸模(15)、一端固定设置在所述上模座(12)上且自由端朝向下设置的上模限位柱(14)、一端固定设置在所述上模座(12)上且自由端朝向下设置的导套(9)、以及设置在所述上夹板(10)下方的恒力压边组件；

所述恒力压边组件包括竖向设置的卸料杆(8)、设置在卸料杆(8)下端的均水平设置且相互平行的止挡板(7)和压料板(5)、设置在所述止挡板(7)和压料板(5)之间的等高套(16)和内限位柱(6)、以及同轴线设置在卸料杆(8)外周的第一竖向弹簧(21)和第二竖向弹簧(22)，所述止挡板(7)位于压料板(5)上方，所述第一竖向弹簧(21)设置在上夹板(10)和止挡板(7)之间，所述第二竖向弹簧(22)设置在止挡板(7)和压料板(5)之间；其中所述等高套(16)固定设置在所述压料板(5)上，而等高套(16)与止挡板(7)之间能做竖向相对运动；所述内限位柱(6)固定设置在所述止挡板(7)上，而内限位柱(6)与压料板(5)之间能做竖向相对运动；

所述下模组件包括设置在装置最底端且呈水平设置的板状的下模座(1)、固定设置在所述下模座(1)上的凹模组件、一端固定设置在所述下模座(1)上且自由端朝向上设置的下模限位柱(17)、一端固定设置在所述下模座(1)上且自由端朝向上设置的导柱(2)；

所述导柱(2)与所述导套(9)配合，且在所述导柱(2)的外围还同轴线设置有用于在向下的外加压力卸载时使得所述上模组件向上回弹的第三竖向弹簧(23)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述凹模组件包括固定设置在所述下模座(1)上且相互分离而形成中间凹槽的两块凹模板(3)、设置在所述凹槽中且紧贴凹模板(3)设置的R角模块(4)、设置在所述凹槽中且紧贴所述下模座(1)设置的凹模底板(19)以及设置在所述凹模底板(19)上且呈凸起状的胀形模块(20)，且所述凸模(15)的底端带有与所述胀形模块(20)相配的凹坑。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述上模座(12)与凸模(15)间通过第一连接螺栓(11)连接，所述上模座(12)与上模限位柱(14)间通过第二连接螺栓(13)连接，所述下模座(1)与下模限位柱(17)间通过第三连接螺栓(18)连接。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，由所述上模限位柱(14)与下模限位柱(17)构成的限位柱组件的组数为2组或以上。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，由所述导套(9)和导柱(2)构成的装置导向组件的组数为3组或4组。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的装置，其特征在于，所述等高套(16)和内限位柱(6)的数量均为3个或4个。

7.根据权利要求1～5中任意一项所述的装置，其特征在于，所述凸模(15)、凹模板(3)和凹模底板(19)中均设置有水平向的通孔。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述通孔的尺寸设置为便于在其中插入热电阻，且在所述通孔中设置有用于对铝板进行加热的热电阻。

9.一种车用铝板的冲压方法，其特征在于，所述冲压方法为温冲压，具体是先将铝板固溶淬火，再将其置入如权利要求8所述装置中，使用该装置加热至其时效温度170～180℃冲压成形，取出后再对其进行人工时效处理。