CN107626802A - 动态调整拉深筋板料成形流动阻力的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冲压成形技术领域，尤其涉及动态调整拉深筋板料成形流动阻力的设备和方法，包括一拉深筋模具，该拉深筋模具由凹模、凸模、压边圈、凹筋和凸筋构成，成形坯料放置于所述凹模和凸模之间；所述凸筋安装在所述压边圈中间的竖直滑槽内并与该滑槽滑动配合，该凸筋底端与一固定在所述压边圈下方的液压缸活塞杆端部联接，该液压缸的进油口和出油口分别与一电液比例控制系统连通；所述拉深筋模具的外侧设有一反馈检测装置，用于检测所述凹筋和凸筋间距的变动值，该反馈检测装置与所述电液比例控制系统的控制端连接。通过调整凸筋压入待成形坯料的深度，能调整坯料成形流动阻力，使应力与应变均匀分布，实现坯料拉深塑性均匀成形。

Description

动态调整拉深筋板料成形流动阻力的设备和方法

技术领域

本发明涉及冲压成形技术领域，尤其涉及一种动态调整拉深筋板料成形流动阻力的设备和方法。

背景技术

在汽车覆盖件冲压成形中，通常采用拉深筋对不均匀的板料流动进行控制，以减少板料起皱、裂纹、表面扭曲和回弹等缺陷。在板料拉深成形过程中，拉深筋和压边力是联系在一起的，压边力用来产生摩擦阻力，使板料内部的拉应力增加，控制材料的流动，从而避免材料起皱。当需要更大的约束阻力来控制金属流动时，必须施加更大的压边力。但是，过高的压边力会引起模具过早磨损及板料破裂。有时模具需要提供的最小的压边力可能都会超出压力机的供载能力。为了达到上述目的，同时不增大压力机吨位，在覆盖件冲压生产中，常常采用拉深筋结构，在较低的压边力情况下提供更大的板料阻力，从而改变约束阻力以控制金属流动，获得更均匀的变形，提高覆盖件质量。

当前，已应用的拉深筋根据实际使用中的布置，可分为单筋、多筋；根据拉深筋截面的形状可分为半圆筋、矩形筋、三角形筋和拉深槛等。一方面，拉深筋可提供成形过程中毛坯所需的部分拉力，降低对成形压边力F_压的依赖；另一方面，对于大型复杂不对称的冲压件，合理布置的拉深筋能控制成形金属塑性流动的均匀性。

虽然有关拉深筋的研究已取得许多成果，但是拉深筋在冲压成形模具上的使用，至今还处于经验阶段，拉深筋阻力大小尚无准确的量的计算，国内外有多种计算拉深筋阻力的方法。通常的做法是采用等效拉深筋模型，将拉深筋复杂的几何形状抽象化为一条能承受一定约束力附着在模具表面的一条拉深筋线。由于冲压件的形状各异，对于复杂的成形件，凭经验难以准确估计拉深筋参数。所以在试模阶段需要根据实际试压情况对拉深筋的形状、尺寸、数量、部位等因素进行调整，才能获得合格的成形零件，对于大型、复杂的汽车覆盖件拉深模的调试周期长，据统计，一般大型覆盖件的拉深模试模需要1至2个月时间的周期，试模费用占总费用的20％以上。

然而试模并不能完全杜绝板料缺陷的出现：如某款车后舱板在生产过程中出现开裂问题，此件已生产3年，在生产1年后开始开裂，频改次随着产量的增加而呈增长趋势。开裂现象：此件拉深深度较大为300mm,开裂部位为制件拐角处，开裂点下方板料有明显的起皱被压平的现象。开裂分析：经现场确认分析，在板料经过拉深筋后起皱明显，起皱板料在上下模中间被强压变形，产生额外磨擦阻力，当外力超过板料本身应力后被拉裂。在注意观察后发现此处拉深筋高度较其他部位浅且圆角过大，未能很好地控制板料在成形过程中的流动速度，因此判断为拉深筋磨损，造成摩擦阻力下降.所产生的材料成形阻力不足，形成材料局部流动速度过快引起起皱，起皱后板料叠加超过凹凸模间隙，造成制件挤压开裂。

所以，如何准确调整坯料各部位的流动阻力，动态控制其变形速度，避免在成形过程中出现拉裂和起皱，是许多复杂零件在拉深筋过程中亟待解决的难题。

发明内容

为克服现有技术的不足之处，本发明提供一种动态调整拉深筋板料成形流动阻力的设备，能减少拉深筋坯料在成形过程中出现拉裂和起皱的几率，解决了传统拉深筋工艺高度固定、不能灵活地调整拉伸阻力的缺点，本发明的另一目的是提供相关方法。

本发明所采用的技术方案是：动态调整拉深筋板料成形流动阻力的设备，包括一拉深筋模具，该拉深筋模具由凹模、凸模、压边圈、凹筋和凸筋构成，待成形坯料放置于所述凹模和凸模之间；所述凸筋安装在所述压边圈中间的竖直滑槽内并与该滑槽滑动配合，该凸筋底端与一固定在所述压边圈下方的液压缸活塞杆端部联接，该液压缸的进油口和出油口分别与一电液比例控制系统连通；所述拉深筋模具的外侧设有一反馈检测装置，用于检测所述凹筋和凸筋间距的变动值，该反馈检测装置的反馈信号输出端通过比较元件与所述电液比例控制系统连接，构成一个用于调整所述凸筋进入待成形坯料的深度的闭环控制系统。反馈检测装置的信号输出端在比较元件内，通过比例控制放大器与所述电液比例控制系统的控制端连接，通过动态调整凸筋进入待成形坯料的深度H，能动态调整、控制坯料成形流动阻力F_阻，使应力与应变均匀分布，实现坯料拉深均匀成形。

进一步，所述电液比例控制系统包括一个由闭环比例阀、定量液压泵、单向阀和电磁溢流阀组成的油路，所述闭环比例阀的控制端与所述比例控制放大器连接，该液压缸的进油口和出油口与所述闭环比例阀的阀口连接，所述闭环比例阀按照所述比例控制放大器输入信号的大小和极性，线性控制所述液压缸的进油口和出油口的油压、流量和流向。

一种动态调整拉深筋板料成形流动阻力的方法，包括以下步骤：

在拉深筋模具的压边圈上设置一个由液压缸控制升降的凸筋，成形坯料放置于所述凹模和凸模之间；在拉深筋模具的外侧设置一反馈检测装置，用于检测所述凹筋和凸筋的间距变动值，该反馈检测装置的信号输出端通过比较元件和比例控制放大器与电液比例控制系统的控制端连接，所述液压缸的进油口和出油口分别与该电液比例控制系统连通；当所述凹筋和凸筋间距的变动值与设定值出现偏差时，所述反馈检测装置通过电液比例控制系统控制液压缸带动凸筋进行相应的垂直位移，动态调整凸筋进入待成形坯料的深度H，直至消除所述凹筋和凸筋间距的变动值与设定值的偏差。

有益效果：本发明通过动态调整拉深筋坯料成形流动阻力，能显著降低最大厚度变薄率、起皱增厚率值，控制覆盖件成形的应力与应变，实现板料的均匀成形，降低成形件的残余应力，显著地提高了覆盖件的拉深成形质量，充分发挥材料塑性变形的潜力。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。

图1为本发明的结构示意图。

图中：1坯料、2凹筋、3凹模、4凸筋、5连接销、6压边圈、7活塞杆、8液压缸、81进油口、82出油口、9凸模、10反馈电位器、11指令电位器、12闭环比例阀、13比较元件、14比例控制放大器、15电磁溢流阀、16定量液压泵、17单向阀。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参见图1，如图所示，动态调整拉深筋板料成形流动阻力的设备和方法，包括一拉深筋模具，该拉深筋模具由凹模3、凸模9、压边圈6、凹筋2和凸筋4构成，坯料1放置于凹模3和凸模9以及凹筋2和凸筋4之间；凸筋4安装在压边圈6中间的竖直滑槽内并与该滑槽滑动配合，该凸筋4底端通过连接销5与固定在压边圈6下方的活塞杆7端部联接固定。

电液比例控制系统包括一个由闭环比例阀12、比例控制放大器14、定量液压泵16、单向阀17和电磁溢流阀15组成的油路，闭环比例阀12的控制端与比例控制放大器14连接，该液压缸8的进油口81和出油口82与闭环比例阀12的阀口连接，闭环比例阀12按照比例控制放大器14输入信号的大小和极性，线性控制液压缸8的进油口81和出油口82的油压、流量和流向，从而控制其活塞杆7的运动方向。拉深筋模具的外侧设有一反馈电位器10，用于检测凹筋2和凸筋4间距的变动值，反馈电位器10的信号输出端在比较元件13中与指令信号比较后，通过比例控制放大器14与闭环比例阀12的控制端连接。

本发明的拉深筋的动作与拉深成形过程：

拉深模具安装在压力机上，当压力机的活动横梁带动凹筋2下行到一定位置时，与压边圈6一起压紧坯料1，对坯料1施加压边载荷F_压。继续下行，凹筋2、压边圈6、凸模16对坯料1施加成形压边力。为了避免坯料1产生成形缺陷，在压力机上采用电液比例控制系统，该系统可控制调整拉深筋的高度，使之按照指令电位器11给定的规律变化。在该系统中，指令电压参量U不断地与反馈电位器10测出的凸筋4和凹筋2的间距实际值，转换电压U_E在比较元件13中进行比较，比较后得出的调节差值ΔU(误差)，在比例控制放大器14中处理形成控制信号后，输入控制元件(即图1中的闭环比例阀12)，误差不断获得纠正，凸筋4高度即可精确定位。上述方法具体过程如下：

指令电位器11将滑臂的位置指令X_i(由拉深筋高度决定)转换成指令电压U(U与X_i成线性关系，斜率可以根据需要进行调整)，被控制的拉深筋高度位置X_p由反馈电位器10转换成电压U_E,，凸筋4与反馈电位器10的滑臂刚性连接，两个电位器10、11接成桥式回路(见图1)，输出电压为ΔU＝U-U_E＝K(X_i-X_p)，K为电位器增益。

当拉深筋高度位置X_p与指定位置X_i相一致时，电桥输出偏差电压ΔU＝0，此时比例控制放大器14输出电流为零，闭式比例阀12处于零位，没有流量输出，油缸活塞7和凸筋4不动。当指令电位器11滑臂位置发生变化时，如移动一个位置ΔX_i，在凸筋4位置发生变化之前，电桥会输出偏差电压ΔU＝KΔX_i，偏差电压经比例控制放大器14放大后变为电流信号去控制闭式比例阀12，闭式比例阀12输出压力油到油缸8推动凸筋4上移。随着凸筋4的移动，电桥输出偏差电压逐渐减小，当凸筋4位移X_p等于指令电位器位移X_i时，电桥输出偏差电压为零，凸筋4停止运动。如果指令电位器11滑臂反向运动，凸筋4也反向跟随运动。

此外，因为闭环比例阀12的阀口开度受控制信号精确控制，所以通过闭环比例阀12控制流入或流出油缸8中的液压油流量受到控制信号精确控制，可动态地增加或减小与活塞杆7联接的凸筋4与坯料1的闭合高度H，动态调整、控制坯料1成形流动阻力F_阻，使应力与应变均匀分布，实现板料拉深均匀成形。

电磁溢流阀15是一个阀组，里面包带有一个溢流阀和一个电磁换向阀，在系统中起溢流定压和泵卸荷两个作用。系统中定量液压泵16是动力源，作用是提供有一定压力和流量的油液。单向阀17安装在泵出口处，作用是防止油液倒流回定量液压泵16中。

工作时，凹模3在压力机活动横梁带动下行，与压边圈6、凹筋2一起压紧成形板料，继续下行时，凹模3与凸模9逐渐闭合。同时，控制凸筋4进入凹筋2中的高度，动态改变流动阻力，使覆盖件成形的应力、应变分布均匀。进一步对比测量分析实际冲压成形质量的结果如表1所示。应用固定拉深筋对汽车右托架覆盖件拉深成形，最大厚度变薄率、起皱增厚率分别为33.5％、134％，而应用动态调整拉深筋的方法，最大厚度变薄率、起皱增厚率分别为20％、87％，可见应用动态调整拉深筋的工艺能显著降低最大厚度变薄率、起皱增厚率值。

同样，应用汽车轮包覆盖件进行成形验证，工作原理与过程同上。表1显示最大厚度变薄率、起皱增厚率值分别显著地降低了68.4％、19.8％，同时没有出现破裂现象。可见动态调整拉深筋显著地提高了覆盖件的拉深成形质量。

表1固定拉深筋与动态调整拉深筋拉深成形质量结果对比

最终获得的拉深成形件的板厚均匀，与传统的固定拉深筋相比，该新型动态调整拉深筋高度的设备不影响冲压成形效率，能显著地提高了成形件的质量，充分了发挥材料的成形潜力，为难成形材料、复杂件的成形，提供一种新型、简便的方法与手段。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.动态调整拉深筋板料成形流动阻力的设备，包括一拉深筋模具，该拉深筋模具由凹模、凸模、压边圈、凹筋和凸筋构成，待成形坯料放置于所述凹模和凸模之间；其特征在于：所述凸筋安装在所述压边圈中间的竖直滑槽内并与该滑槽滑动配合，该凸筋底端与一固定在所述压边圈下方的液压缸活塞杆端部联接，该液压缸的进油口和出油口分别与一电液比例控制系统连通；所述拉深筋模具的外侧设有一反馈检测装置，用于检测所述凹筋和凸筋间距的变动值，该反馈检测装置的反馈信号输出端通过比较元件与所述电液比例控制系统连接，构成一个用于调整所述凸筋进入待成形坯料的深度的闭环控制系统。

2.根据权利要求1所述动态调整拉深筋板料成形流动阻力的设备，其特征在于所述电液比例控制系统包括一个由闭环比例阀、比例控制放大器、定量液压泵、单向阀和电磁溢流阀组成的油路，所述闭环比例阀的控制端与所述比例控制放大器连接，该液压缸的进油口和出油口与所述闭环比例阀的阀口连接，所述闭环比例阀按照所述比例控制放大器输入信号的大小和极性，线性控制所述液压缸的进油口和出油口的油压、流量和流向。

3.一种动态调整拉深筋板料成形流动阻力的方法，其特征在于包括以下步骤：在拉深筋模具的压边圈上设置一个由液压缸控制升降的凸筋，成形坯料放置于所述凹模和凸模之间；在拉深筋模具的外侧设置一反馈检测装置，用于检测所述凹筋和凸筋的间距变动值，该反馈检测装置的信号输出端通过比较元件和比例控制放大器与电液比例控制系统的控制端连接，所述液压缸的进油口和出油口分别与该电液比例控制系统连通；当所述凹筋和凸筋间距的变动值与设定值出现偏差时，所述反馈检测装置通过电液比例控制系统控制液压缸带动凸筋进行相应的垂直位移，动态调整凸筋进入待成形坯料的深度H，直至消除所述凹筋和凸筋间距的变动值与设定值的偏差。