CN106568544A - 一种板金热冲压测力装置 - Google Patents

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Abstract

本发明一种板金热冲压测力装置属于传感测控技术领域，特别涉及板金热冲压加工过程中的冲压力测试技术。该测力装置由底座、上盖、四个压电石英传感器、引线输出接头、引线、密封圈、预紧螺栓以及防护垫片组成。四个压电石英传感器均匀分布在测力装置内部，采用多个传感器组合的方法提高测力装置的灵敏度；底座中心处采用一体式分载环结构，使测力装置结构紧凑刚性大，能够避免过大冲压力造成的传感器破坏，扩大测力装置的量程；上盖上开有冷却孔，可避免板材高温向传感器和压机的传递，提高测力装置的使用寿命和板材的冲压精度；该测力装置具有高刚度、高灵敏度、耐高温的优良特性，可直接安装在热冲压压机滑块与上模之间，实现冲压力的直接测量。

Description

一种板金热冲压测力装置
技术领域
本发明属于冲压力测试技术领域，特别涉及一种板金热冲压测力装置。
背景技术
板金热冲压技术是利用板材高温下的良好塑性变形能力，通过模具对板材进行冲压成形的一种加工方法。热冲压加工具有成形精度高、回弹小的优点，可一次冲压完成冷冲压成形多道工序才能完成的复杂形状，生产效率高。冲压力是能够反映热冲压成形过程的重要参数，产品质量缺陷与冲压力的变化情况密切相关，冲压力信号包含丰富的加工状态及产品质量信息，可用于实现板金热冲压产品的在线质量监测和故障识别以及工艺参数的选择和优化。
目前常用的冲压力测量方法有油压测量法、应变测量法和压电测量法。专利201410401749.7于2014年12月3日公开了一种通过实时测量液压缸油压实现板金高精密冲压成形的控制方法；《兵工自动化》期刊在2013年4月第32卷第4期刊出的文章“基于PLC的冲压力控制系统”中，通过实时测量气液增力缸的压力来间接确定压机的冲压力；专利01810063.5于2003年7月6日公开了一种在线监控冲压过程的方法和系统，该系统将应变传感器固定到压力机立柱上，通过测量冲压过程中立柱相对机床床身的线应变实现冲压力的测试；专利200620082510.9于2007年3月14日公开了一种模具冲压力及压力中心测定装置，该装置将一个贴有应变片的测试块安装在压力机滑块和上模之间，实现压力机冲压力的测试；专利201320488017.7于2014年4月2日公开了一种压电式内应力传感器，该传感器安装在冲床底座的内部，可实时测试压头冲压毛坯产生的冲击力。
油压测量法受油温、泄露、压力波动等因素影响，无法实时准确地测试出冲压力，只适用于测量精度不高的场合；应变测试法利用电阻应变片将弹性件受力产生的形变转换成电信号，为保证测试灵敏度，弹性件的刚度普遍不高，导致机床系统刚性差，影响板金成形精度；压电测量法的敏感元件自身刚度很高，受力产生的电荷量仅与力值有关而与形变无直接关系，其刚度的提高可不受灵敏度限制，能够保证冲压成形精度不受影响，但专利201320488017.7中的压电式内应力传感器直接安装在冲床底座中，压边力与冲击力同时作用到传感器上，且未考虑温度对传感器的影响，因而其不适用于板金热冲压这种有压边力和高温作业要求的场合。
发明内容
本发明要解决的技术难题是克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种板金热冲压测力装置。该装置以四个压电石英传感器为测量元件，具有高刚度、高灵敏度、耐高温的优良特性，可直接安装到热压机滑块与上模之间，实现冲压力的实时准确测量。
本发明所采用的技术方案是：一种板金热冲压测力装置由底座、上盖、四个压电石英传感器、引线输出接头、引线、密封圈、预紧螺栓以及防护垫片组成；四个压电石英传感器均匀分布在底座与上盖之间，通过四个预紧螺栓将底座、压电石英传感器和上盖刚性连接在一起，四个预紧螺栓的头部由防护垫片进行密封，底座与上盖之间由圆环形密封圈进行密封，引线从引线输出接头引出。
底座为圆柱形阶梯式结构，底座上表面为台阶式结构，上表面外侧开有安装密封圈的圆环形密封槽，上表面中部开有圆环形孔槽，四个压电石英传感器均匀分布在圆环形孔槽的底面，上表面内侧为圆环形分载环，分载环上表面与四个压电石英传感器上表面在同一平面内；底座下表面为环形平面，其上开有四个均匀分布的预紧螺栓安装阶梯孔和八个均匀分布的测力装置安装孔，底座下表面的中心开有测力装置安装定位用圆形孔槽；底座上圆柱面外侧开有安装引线输出接头的螺纹孔。上盖为方形板和圆柱形板组成的一体式结构，上盖上表面为方形平面，其上开有十二个个均匀分布的模具安装孔，上盖上表面的中心开有模具安装定位用圆形孔槽；上盖方形板上下面中间开有四个平行分布的冷却水流通孔，冷却水流通孔的两端开有水管接头螺纹孔；上盖下表面为圆柱形凸台结构，其上开有四个均匀分布的预紧螺栓安装螺纹孔。
底座下表面上的四个预紧螺栓安装阶梯孔以0°线为基准的位置角度分别为0°、90°、180°、270°；底座下表面上的八个测力装置安装孔以0°为基准的位置角度分别为0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°；底座上圆柱面外侧引线输出接头螺纹孔以0°为基准的位置角度为22.5°。上盖上表面上的十二个模具安装孔以0°线为基准的位置角度分别为0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°、210°、240°、270°、300°、330°；上盖下表面的四个预紧螺栓安装螺纹孔以0°线为基准的位置角度分别为0°、90°、180°、270°；上盖方形板上下面中间的四个冷却水流通孔以90°线为基准对称分布。
本发明的有益效果是本发明利用压电石英传感器对板金热冲压加工过程中的冲压力进行实时检测，有利于实现加工过程的在线监测和故障识别，优化工艺参数，改善产品质量。四个压电石英传感器均匀分布在测力装置内部，采用多个传感器组合的方法提高测力装置的灵敏度。底座中心处采用一体式分载环结构，使测力装置结构紧凑刚性大，能够避免过大冲压力造成的传感器破坏，扩大测力装置的量程。上盖上开有冷却孔，可避免板材高温向传感器和压机的传递，提高测力装置的使用寿命和板材的冲压精度。该测力装置可直接安装在热冲压压机滑块与上模之间，实现冲压力的直接测量。
附图说明
图1为板金热冲压测力装置三维图。
图2为测力装置装配图的俯视图。
图3为图2的A-A剖视图。
图4为底座的俯视图。
图5为图4的B-B剖视图。
图6为上盖的俯视图。
图7为图6的C-C剖视图。
图8为测力装置在热压机上的安装示意图。
图中：1-底座，2-压电石英传感器，3-上盖，4-引线输出接头，5-引线，6-密封圈，7-预紧螺栓，8-防护垫片，9-上连接螺栓，10-下连接螺栓，11-上模，12-下模，13-板料，14-水管接头，15-软管，16-压机滑块；a-底座上表面，b-圆环形孔槽，c-分载环，d-分载环上表面，e-圆环形孔槽b的底面，f-圆环形密封槽，g-引线输出接头螺纹孔，h-底座下表面，i-测力装置安装定位用圆形孔槽，j-预紧螺栓安装阶梯孔，k-测力装置安装孔，m-上盖上表面，n-模具安装定位用圆形孔槽，o-模具安装孔，p-上盖下表面，q-预紧螺栓安装螺纹孔，r-冷却水流通孔，s-水管接头螺纹孔，t-压电石英传感器中心孔，u-压电石英传感器上表面。
具体实施方式
结合附图和技术方案详细说明本发明的具体实施方式。 如附图1、2、3、4、5、6、7、8所示，将四个压电石英传感器2粘接到圆环形孔槽b的底面e上，保证四个压电石英传感器中心孔t与四个预紧螺栓安装阶梯孔q同轴，通过研磨的方法保证底座1中心处的分载环上表面d与四个压电传感器上表面u严格在同一平面内，将四个压电石英传感器2各晶组的引出信号并联，通过引线5经引线输出接头4引出体外。采用四个预紧螺栓7分别通过四个阶梯孔j、四个压电石英传感器中心孔t和四个螺纹孔q将底座1、四个压电石英传感器2与上盖3刚性连接在一起，预紧螺栓7对四个压电石英传感器2进行预紧，保证足够的预紧力。采用八个上连接螺栓9分别通过底座1上的八个安装孔k将该测力装置固定到热冲压机滑块16上，圆形孔槽i对测力装置进行安装定位；采用十二个下连接螺栓10分别通过上盖3上的十二个安装孔o将上模11固定到该测力装置上，圆形孔槽n对上模11进行安装定位；上盖冷却水流通孔r两端安装水管接头14和软管15，并通一定压力的冷却水。加热后的板料13被固定到下模12上，热冲压产生的冲压力通过上模11和上盖3作用到四个压电石英传感器2和分载环c上，作用到压电石英传感器2上的力使石英晶片表面产生与冲压力成比例的电荷量，经电荷放大器放大后转换成电压信号输出，通过A/D数据采集卡将模拟信号转变成计算机能够识别的数字信号，输入计算机进行处理，测出板金热冲压过程的冲压力。
本发明一种板金热冲压测力装置可以对板金热冲压加工过程中的冲压力进行测量，能够实时的反映出各种加工状态下冲压力的变化，具有刚度高、灵敏度高、耐高温性好的良好特性。

Claims (2)

1.一种板金热冲压测力装置，其特征在于，该测力装置由底座、上盖、四个压电石英传感器、引线输出接头、引线、密封圈、预紧螺栓以及防护垫片组成；四个压电石英传感器均匀分布在底座与上盖之间，通过四个预紧螺栓将底座、压电石英传感器和上盖刚性连接在一起，四个预紧螺栓的头部由防护垫片进行密封，底座与上盖之间由圆环形密封圈进行密封，引线从引线输出接头引出；
底座为圆柱形阶梯式结构，底座上表面为台阶式结构，上表面外侧开有安装密封圈的圆环形密封槽，上表面中部开有圆环形孔槽，四个压电石英传感器均匀分布在圆环形孔槽的底面，上表面内侧为圆环形分载环，分载环上表面与四个压电石英传感器上表面在同一平面内；底座下表面为环形平面，其上开有四个均匀分布的预紧螺栓安装阶梯孔和八个均匀分布的测力装置安装孔，底座下表面的中心开有测力装置安装定位用圆形孔槽；底座上圆柱面外侧开有安装引线输出接头的螺纹孔；上盖为方形板和圆柱形板组成的一体式结构，上盖上表面为方形平面，其上开有十二个个均匀分布的模具安装孔，上盖上表面的中心开有模具安装定位用圆形孔槽；上盖方形板上下面中间开有四个平行分布的冷却水流通孔，冷却水流通孔的两端开有水管接头螺纹孔；上盖下表面为圆柱形凸台结构，其上开有四个均匀分布的预紧螺栓安装螺纹孔。
2.根据权利要求1所述一种板金热冲压测力装置，其特征在于底座下表面上的四个预紧螺栓安装阶梯孔以0°线为基准的位置角度分别为0°、90°、180°、270°；底座下表面上的八个测力装置安装孔以0°为基准的位置角度分别为0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°；底座上圆柱面外侧引线输出接头螺纹孔以0°为基准的位置角度为22.5°；上盖上表面上的十二个模具安装孔以0°线为基准的位置角度分别为0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°、210°、240°、270°、300°、330°；上盖下表面的四个预紧螺栓安装螺纹孔以0°线为基准的位置角度分别为0°、90°、180°、270°；上盖方形板上下面中间的四个冷却水流通孔以90°线为基准对称分布。
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