CN106216512B - 一种带有记忆特征的变压边力的拉深模具的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种带有记忆特征的变压边力的拉深模具的控制方法，该方法以电控永磁磁极的磁吸力作为压边力，通过改变脉冲电流参数对电控永磁磁极中的铝镍钴可逆永磁体磁感应强度进行调节，以达到改变磁吸力进行变压边力控制的目的。其内容包括：在板材拉深成形时,上模座在压力机滑块的作用下向下运动，在板材运动到与凸模接触的瞬间，给激励线圈输入一个正向的脉冲电流，使电控永磁磁极处于充磁状态，使电控永磁磁极产生磁吸力，此时压料板对板材施加一个所需要的初始压边力；在拉深成形过程中，上模座继续下行，根据变压边力控制的拉深成形工艺，随拉深行程调节激励线圈的脉冲电流参数，改变电控永磁磁极的磁吸力，进而调整压边力的大小，使其满足变压边力控制的拉深成形工艺要求。

Description

一种带有记忆特征的变压边力的拉深模具的控制方法

技术领域

本发明涉及板材冲压成形领域，尤其涉及一种带有记忆特征的变压边力的拉深模具的控制方法。

背景技术

拉深成形是板材成形的基本变形方式之一。起皱和破裂是拉深成形过程中两种最主要的失效形式。在实际生产中，通常需要对变形板材的法兰区施加适当的压边力，才能达到防止起皱或破裂、控制成形过程的目的。

压边力大小是板材拉深成形过程中一个重要的工艺参数。压边力过小，无法有效地控制板材成形，容易起皱；而压边力过大，板材被拉裂的趋势增加。因此，压边力的大小是否合适是板材拉深成败的关键。另一方面，在拉深成形过程中需要根据成形工艺的要求对压边力进行调节。所以，压边力往往是一个很难控制的因素。

目前采用的压边方法主要有三种方法：弹性压边、刚性压边和采用气压或液压提供压边力。刚性压边一般用于双动压力机，由于不能用于单动压力机，刚性压边方法的使用越来越少。弹性压边方法是靠弹性元件被压缩后产生的反作用力而实施压边力的，随拉深行程的增加，压边力增大，一般难以满足拉深工艺的要求。采用气压或液压控制的压边方法虽然能使压边力随行程变化，但需要配有复杂的气压或液压系统和压边力执行机构，使拉深模具变得复杂，同时增加了能耗。

本发明是基于一项已公开的发明专利申请，发明名称为采用电控永磁技术进行压边的拉深成形模具及其压边方法，中国专利申请号为201510608508.4。本发明根据电控永磁磁极的磁吸力具有可调和记忆特征的特点，在拉深成形过程中可以为板材提供带有记忆特征的可变压边力，实现变压边力控制的目的，改善拉深成形的压边工艺。

发明内容

为了解决现有压边力控制技术中存在的模具结构复杂、能耗高等问题，本发明提供一种带有记忆特征的变压边力的拉深模具的控制方法。这种压边控制方法还可用于板材的冲裁、翻边和胀形等其他冲压加工方式。

本发明的基本思想是将电控永磁技术应用于拉深成形工艺中的压边力控制，以电控永磁磁极的磁吸力作为压边力，通过改变脉冲电流参数对电控永磁磁极中的铝镍钴可逆永磁体磁感应强度进行调节，以达到改变磁吸力进行变压边力控制的目的。将电控永磁磁极镶嵌到压料板内，电控永磁磁极对凹模外圈的磁吸力使压料板将板材压在凹模上，对板材提供压边力。在压边力施加过程中，根据铝镍钴可逆永磁体的特性，即使不输入脉冲电流，压料板对板材仍然保持既有的压边力，表现出记忆特征。因此在需要改变压边力的时候，只需给激励线圈输入一短暂的脉冲电流即可改变磁吸力，进而改变压边力的大小。在激励线圈两次输入短暂脉冲电流的时间间隔内，磁吸力仍保持不变。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种带有记忆特征的变压边力的拉深模具的控制方法，该控制方法应用于板材拉深成形中拉深模具为倒装结构的拉深模具，所述拉深模具包括上模座、凹模、凹模外圈、电控永磁磁极、压料板、凸模、下模座、支撑弹簧、卸料螺钉、模具导柱、模具导套、打料板、模柄和打料杆；上模座和下模座呈方形结构，上模座通过模柄和夹具固定在压力机滑块上，打料杆贯穿模柄的轴心通孔，打料板固定在打料杆的末端；下模座通过夹具固定在工作台上；上模座左后侧和右后侧设有两个模具导套，下模座左后侧和右后侧设有两个模具导柱，上模座和下模座通过模具导柱和模具导套相联接，上模座设有的两个模具导套套装在下模座的两个模具导柱上，使上模座能够在模具导柱的导向作用下相对于下模座上下运动，并且与压料板互不干涉；凹模呈凸台圆柱状，凹模外圈呈圆环状，凹模固定在上模座上，凹模外圈固定在凹模上，凹模外圈下表面略高于凹模下表面；凸模固定在下模座的凹槽中；压料板为方形结构且置于凹模外圈的下方，压料板通过两个卸料螺钉和两个支撑弹簧与下模座相联接，两个卸料螺钉穿过下模座的螺钉孔和支撑弹簧紧固在压料板的下底面上，两个支撑弹簧起支撑压料板自重的作用，两个卸料螺钉可在下模座的螺钉孔中上下滑动，当压料板在支撑弹簧弹力的作用下向上运动时，两个卸料螺钉约束压料板的上限位置；压料板上的内孔略大于凸模直径，并且压料板的内孔和凸模共轴线，压料板可以相对于凸模无摩擦地上下运动；在压料板内镶嵌有电控永磁磁极，电控永磁磁极的上表面与压料板的上表面在同一平面内；

所述的电控永磁磁极俯视呈正方形，包括磁轭和N个磁极单元，磁轭构成电控永磁磁极的盘体，N个磁极单元均匀布置镶嵌在磁轭的盘体空腔内通过磁极紧定螺钉紧固；所述的磁极单元包括极芯、钕铁硼永磁体、激励线圈和铝镍钴可逆永磁体,所述磁极单元的上半部是由钕铁硼永磁体和极芯构成，极芯呈方形状，钕铁硼永磁体呈长方体状布置在极芯的四周，钕铁硼永磁体和极芯的高度相同，相邻的两个极芯共用一块钕铁硼永磁体；四块钕铁硼永磁体与同一块极芯相接触的一端都属同一磁极极性；所述磁极单元的下半部是由铝镍钴可逆永磁体和激励线圈组成，铝镍钴可逆永磁体呈方形状位于极芯的正下方，铝镍钴可逆永磁体和钕铁硼永磁体与同一块极芯接触的一端的极性相同；激励线圈缠绕在铝镍钴可逆永磁体上；极芯和铝镍钴可逆永磁体通过贯穿于其中的磁极紧定螺钉固定在盘体上；磁极单元内的空隙处浇注有环氧树脂填充其中。

所述的极芯作为主要的导磁部件，需要是具有高导磁率、高饱和磁通密度的材料，在实际中使用较多的材料是锰锌铁氧体或工业纯铁；所述的激励线圈采电阻率低的漆包铜线；所述的磁轭构成整个电控永磁磁极的框架主体，应具备一定的强度；同时磁轭还具有导磁作用，使磁力线在工件与吸盘之间形成闭合回路，在导磁性能上，磁轭材料的属性应选用满足磁导率高、饱和磁通密度大和矫顽力小要求的低碳钢或者铸铁。

所述控制方法内容包括如下步骤：

在板材拉深成形时，将板材置于压料板上；上模座在压力机滑块的作用下向下运动，带动凹模和凹模外圈一起向下运动；当凹模外圈与电控永磁磁极之间的距离达到临界接触时，电控永磁磁极就在自身磁场的作用下紧紧地吸附在凹模外圈上，使压料板将板材压在凹模上；凹模、凹模外圈、板材和压料板继续下行直至板材与凸模接触，拉深成形过程开始；此时支撑弹簧在压料板的作用下产生压缩形变，在板材运动到与凸模接触的瞬间，给激励线圈输入一个正向的脉冲电流，使电控永磁磁极单元产生磁吸力，使压料板对板材施加一个所需要的初始压边力；在拉深成形过程中，上模座继续下行，根据变压边力控制的拉深成形工艺，随拉深行程调节激励线圈的脉冲电流参数，改变电控永磁磁极的磁吸力，进而调整压边力的大小，使其满足变压边力控制的拉深成形工艺要求；拉深成形过程结束后，凹模、凹模外圈、压料板及成形制件随上模座一起上行一段距离，此时给激励线圈输入反向脉冲电流，使电控永磁磁极单元产生很小的磁吸力，这时压料板在卸料螺钉的限位作用下与凹模外圈脱离，压料板在支撑弹簧的支撑作用下停留在原位；凹模、凹模外圈以及留在凹模内的成形制件随上模座继续上行到一定的位置，留在凹模内的成形制件在凹模侧的打料杆和打料板的作用下完成卸料过程；至此一次拉深成形结束，并准备下一次的拉深成形。

由于采用上述技术方案，本发明提供的一种带有记忆特征的变压边力的拉深模具的控制方法，与现有技术相比具有这样的有益效果：本发明代替了传统的压边方法,解决了弹性压边方法中的压边力随拉深行程变化而增大的趋势,与压边工艺不符的问题；本发明所述的压边力随拉深行程实时可控，可为板材在拉深成形时提供变压边力控制，改善拉深成形压边工艺；本发明与使用液压或气压压边装置相比，不需要高压气体或液压油泵，大大简化了模具结构，并具有环保的效益；本发明所述的磁吸力带有记忆特征，在不改变磁吸力的时候无需为激励线圈施加电流，只有当需要改变磁吸力的时候才为线圈施加不足2秒的电流，这样节省了拉深过程中的能源消耗，节约成本；本发明所述的磁吸力大小的变化灵敏，并且磁吸力大小稳定；本发明所述的施加压边力的装置几乎不需要维护，工作性能稳定。

据以上所述的基本思想，本发明所述的压边方法代替了目前采用弹性元件和气压、液压系统提供压边力的压边方法，可以为板材在拉深成形过程中提供变压边力，改善了拉深成形工艺，同时降低了模具结构的复杂程度，使模具结构更加紧凑，并且在板材拉深成形过程中降低了能量消耗，节约了生产成本，适应了板材拉深成形领域的发展趋势。

附图说明

图1为采用电控永磁技术实施压边的倒装拉深模具结构简图；

图2为压料板主视图；

图3为压料板俯视图；

图4为图2中A-A局部剖视图；

图5为图2中B-B局部剖视图；

图6为图2中Ⅰ部放大图；

图7为充磁时磁路图；

图8为消磁时磁路图。

图中：1-上模座，2-凹模，3-凹模外圈，4-板材，5-电控永磁磁极，6-压料板，7-卸料螺钉，8-凸模，9-下模座，10-支撑弹簧，11-凸模紧定螺钉，12-模具导柱，13-模具导套，14-凹模紧定螺钉，15-打料板，16-模柄，17-打料杆，磁极单元5-5，501-磁轭，502-极芯，503-钕铁硼永磁体，504-环氧树脂，505-激励线圈，506-铝镍钴可逆永磁体，507-磁极紧定螺钉。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细描述：

本发明所述的一种带有记忆特征的变压边力的拉深模具，如图1所示，该拉深模具包括上模座1、凹模2、凹模外圈3、电控永磁磁极5、压料板6、凸模8、下模座9、支撑弹簧10、卸料螺钉7、模具导柱12、模具导套13、打料板15、模柄16和打料杆17；上模座1和下模座9呈方形结构，上模座1通过模柄16和夹具固定在压力机滑块上，下模座9通过夹具固定在工作台上；上模座1左后侧和右后侧设有两个模具导套13，下模座9左后侧和右后侧设有两个模具导柱12，上模座1和下模座9通过模具导套13和模具导柱12相联接，上模座1设有的两个模具导套13套装在下模座9设有的两个模具导柱12上，使上模座1能够在模具导柱12的导向作用下相对于下模座9上下运动，并且与压料板6互不干涉；凹模2呈凸台圆柱状，凹模外圈3呈圆环状，凹模紧定螺钉14将凹模2固定在上模座1上，凹模外圈3固定在凹模2上，凹模外圈3下表面略高于凹模2下表面；将上模座1固定在压力机滑块上的模柄16为压入式模柄B型，打料杆17贯穿模柄16的轴心通孔，打料板15固定在打料杆16的末端；贯穿模柄16的打料杆17及固定在打料杆17末端的打料板15用于完成拉深成形结束后的打料工序；凸模8通过凸模紧定螺钉11固定在下模座9的凹槽中；压料板6为方形结构且置于凹模外圈3的下方，压料板6通过两个卸料螺钉7和两个支撑弹簧10与下模座9相连接，两个卸料螺钉7穿过下模座9的螺钉孔和支撑弹簧10紧固在压料板的下底面上，两个支撑弹簧10起支撑压料板6自重的作用，两个卸料螺钉7可在下模座9的螺钉孔中上下滑动，当压料板6在支撑弹簧10弹力的作用下向上运动时，两个卸料螺钉7约束压料板6的上限位置；压料板6上的内孔略大于凸模8直径，并且压料板6的内孔和凸模8共轴线，保证压料板6相对凸模可以无摩擦地上下运动；在压料板6内镶嵌有电控永磁磁极5，电控永磁磁极5的上表面与压料板6的上表面在同一平面内；当固定在上模座1上的凹模2和凹模外圈3随压力机滑块一起向下运动时，保证电控永磁磁极5对凹模外圈3的磁吸力能够几乎全部转换为压料板6对板材4的压边力。压料板6的内孔和电控永磁磁极5之间的区域在电控永磁磁极5吸附在凹模外圈3的作用下，将板材4压在凹模2的下表面上，进而对板材4提供压边力。

如图2—图6所示，所述的电控永磁磁极5俯视呈正方形，它包括磁轭501和48个磁极单元5-5，磁轭501构成电控永磁磁极5的盘体，48个磁极单元5-5均匀布置镶嵌在磁轭501的盘体空腔内通过磁极紧定螺钉507紧固；所述的磁极单元5-5包括极芯502、钕铁硼永磁体503、环氧树脂504、激励线圈505和铝镍钴可逆永磁体506；所述磁极单元5-5的上半部是由钕铁硼永磁体503和极芯502构成，极芯502呈方形状，钕铁硼永磁体503呈长方体状布置在极芯502的四周，钕铁硼永磁体503和极芯502的高度相同，其长度与极芯502上表面的边长相同，宽度等于两个相邻极芯502的距离，相邻的两个极芯502共用一块钕铁硼永磁体503；四块钕铁硼永磁体503与同一块极芯502相接触的一端都属同一磁极极性；所述磁极单元5-5的下半部是由铝镍钴可逆永磁体506和激励线圈505组成，铝镍钴可逆永磁体506呈方形状位于极芯502的正下方，铝镍钴可逆永磁体506和钕铁硼永磁体503与同一块极芯502接触的一端的磁极极性相同；激励线圈505缠绕在铝镍钴可逆永磁体506上；极芯502和铝镍钴可逆永磁体506通过贯穿于其中的磁极紧定螺钉507固定在盘体上；磁极单元5-5内的空隙处浇注有环氧树脂504填充其中。长方体状的钕铁硼永磁体503在环氧树脂504的粘连作用下与其左右两侧的极芯502固定在一起。四个极芯502中心的空腔处浇注液态的环氧树脂504，环氧树脂504顺势注满磁极单元5-5下层的空隙，同时也具有固定钕铁硼永磁体503的作用。环氧树脂504固化后既能防止液体进入磁极单元5-5内部，从而防止烧坏激励线圈505，又能增加压料板6整体的刚度和强度。

磁极单元分两种工作状态——充磁和消磁，其充磁磁路和消磁磁路分别如图7和图8所示。当给激励线圈通正向脉冲电流时，铝镍钴可逆磁体产生的磁场方向与钕铁硼磁体的磁场方向一致，使磁场叠加对外表现磁吸力，改变脉冲电流的大小，可以改变磁场的强度，进而改变磁吸力的大小，为板材提供可变压边力，此即为充磁状态。当给激励线圈通反向一定大小的脉冲电流时，铝镍钴可逆磁体产生的磁场与钕铁硼磁体的磁场方向相反，大小几乎相同，这样两个磁场相互抵消，对外不表现磁吸力，即为消磁状态。

所述一种带有记忆特征的变压边力的拉深模具的控制方法，应用于板材拉深成形中拉深模具为倒装结构的拉深模具，该控制方法内容包括如下步骤：参照图1，在板材拉深成形时，将板材4置于压料板6上；上模座1在压力机滑块的作用下向下运动，带动凹模2和凹模外圈3一起向下运动；当凹模外圈3与电控永磁磁极5之间的距离达到临界接触时，电控永磁磁极5就在自身磁场的作用下紧紧地吸附在凹模外圈3上，使压料板6将板材4压在凹模2上；凹模2、凹模外圈3、板材4和压料板6继续下行直至板材4与凸模7接触，拉深成形过程开始；此时支撑弹簧10在压料板6的作用下产生压缩形变，但支撑弹簧10只起支撑压料板6的作用，其由压缩形变产生对压料板6的弹力相对电控永磁磁极5对压料板6的磁吸力而言很小，可以忽略不计；在板材4运动到与凸模7接触的瞬间，给激励线圈505输入一个正向的、一定大小的短暂脉冲电流，使电控永磁磁极5产生一定大小的磁吸力，使压料板6对板材4施加一个所需要的初始压边力；在拉深成形过程中，上模座1块继续下行，根据变压边力控制的拉深成形工艺，随拉深行程调节激励线圈505的脉冲电流参数，改变电控永磁磁极5的磁吸力，进而调整压边力的大小，使其满足变压边力控制的拉深成形工艺要求；在压边力施加过程中，即使不通脉冲电流，压料板6对板材仍然保持既有的压边力，表现出记忆特征；这样在需要改变压边力的时候，只需给激励线圈505通以短暂的脉冲电流即可改变磁感应强度，进而改变压边力的大小，因此在拉深成形过程中大大节省了为提供压边力的能量消耗；拉深成形过程结束后，凹模2、凹模外圈3、压料板6及成形制件随上模座1一起上行一段距离，此时给激励线圈505输入反向脉冲电流，使电控永磁磁极5产生很小的磁吸力，这时压料板6在卸料螺钉8的限位作用下与凹模外圈脱离，压料板6在支撑弹簧10的支撑作用下停留在原位；凹模2、凹模外圈3以及留在凹模2内的成形制件随上模座1继续上行到一定的位置，留在凹模2内的成形制件由凹模2侧的打料杆17和打料板15的作用下完成卸料过程；至此一次拉深成形结束，并准备下一次的拉深成形。

本发明包括但不限于本模具结构,凡是原理与设计思路与本发明相同，或是对本设计的简单置换，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种带有记忆特征的变压边力的拉深模具的控制方法，该控制方法应用于板材拉深成形中拉深模具为倒装结构的拉深模具，所述拉深模具包括上模座、凹模、凹模外圈、电控永磁磁极、压料板、凸模、下模座、支撑弹簧、卸料螺钉、模具导柱、模具导套、打料板、模柄和打料杆；上模座和下模座呈方形结构，上模座通过模柄和夹具固定在压力机滑块上，打料杆贯穿模柄的轴心通孔，打料板固定在打料杆的末端；下模座通过夹具固定在工作台上；上模座左后侧和右后侧设有两个模具导套，下模座左后侧和右后侧设有两个模具导柱，上模座和下模座通过模具导柱和模具导套相联接，上模座设有的两个模具导套套装在下模座的两个模具导柱上，使上模座能够在模具导柱的导向作用下相对于下模座上下运动，并且与压料板互不干涉；凹模呈凸台圆柱状，凹模外圈呈圆环状，凹模固定在上模座上，凹模外圈固定在凹模上，凹模外圈下表面略高于凹模下表面；凸模固定在下模座的凹槽中；压料板为方形结构且置于凹模外圈的下方，压料板通过两个卸料螺钉和两个支撑弹簧与下模座相联接，两个卸料螺钉穿过下模座的螺钉孔和支撑弹簧紧固在压料板的下底面上，两个支撑弹簧起支撑压料板自重的作用，两个卸料螺钉可在下模座的螺钉孔中上下滑动，当压料板在支撑弹簧弹力的作用下向上运动时，两个卸料螺钉约束压料板的上限位置；压料板上的内孔略大于凸模直径，并且压料板的内孔和凸模共轴线，压料板可以相对于凸模无摩擦地上下运动；在压料板内镶嵌有电控永磁磁极，电控永磁磁极的上表面与压料板的上表面在同一平面内；

所述的电控永磁磁极俯视呈正方形，包括磁轭和N个磁极单元，磁轭构成电控永磁磁极的盘体，N个磁极单元均匀布置镶嵌在磁轭的盘体空腔内通过磁极紧定螺钉紧固；所述的磁极单元包括极芯、钕铁硼永磁体、激励线圈和铝镍钴可逆永磁体,所述磁极单元的上半部是由钕铁硼永磁体和极芯构成，极芯呈方形状，钕铁硼永磁体呈长方体状布置在极芯的四周，钕铁硼永磁体和极芯的高度相同，相邻的两个极芯共用一块钕铁硼永磁体；四块钕铁硼永磁体与同一块极芯相接触的一端都属同一磁极极性；所述磁极单元的下半部是由铝镍钴可逆永磁体和激励线圈组成，铝镍钴可逆永磁体呈方形状位于极芯的正下方，铝镍钴可逆永磁体和钕铁硼永磁体与同一块极芯接触的一端的极性相同；激励线圈缠绕在铝镍钴可逆永磁体上；极芯和铝镍钴可逆永磁体通过贯穿于其中的磁极紧定螺钉固定在盘体上；磁极单元内的空隙处浇注有环氧树脂填充其中；

其特征在于：所述控制方法以电控永磁磁极的磁吸力作为压边力，通过改变脉冲电流参数对电控永磁磁极中的铝镍钴可逆永磁体磁感应强度进行调节，以达到改变磁吸力进行变压边力控制的目的；该控制方法内容包括如下步骤：

在板材拉深成形时，将板材置于压料板上；上模座在压力机滑块的作用下向下运动，带动凹模和凹模外圈一起向下运动；当凹模外圈与电控永磁磁极之间的距离达到临界接触时，电控永磁磁极就在自身磁场的作用下紧紧地吸附在凹模外圈上，使压料板将板材压在凹模上；凹模、凹模外圈、板材和压料板继续下行直至板材与凸模接触，拉深成形过程开始；此时支撑弹簧在压料板的作用下产生压缩形变，在板材运动到与凸模接触的瞬间，给激励线圈输入一个正向的脉冲电流，使电控永磁磁极单元产生磁吸力，使压料板对板材施加一个所需要的初始压边力；在拉深成形过程中，上模座继续下行，根据变压边力控制的拉深成形工艺，随拉深行程调节激励线圈的脉冲电流参数，改变电控永磁磁极的磁吸力，进而调整压边力的大小，使其满足变压边力控制的拉深成形工艺要求；拉深成形过程结束后，凹模、凹模外圈、压料板及成形制件随上模座一起上行一段距离，此时给激励线圈输入反向脉冲电流，使电控永磁磁极单元产生很小的磁吸力，这时压料板在卸料螺钉的限位作用下与凹模外圈脱离，压料板在支撑弹簧的支撑作用下停留在原位；凹模、凹模外圈以及留在凹模内的成形制件随上模座继续上行到一定的位置，留在凹模内的成形制件在凹模侧的打料杆和打料板的作用下完成卸料过程；至此一次拉深成形结束，并准备下一次的拉深成形。