CN109465314B - 一种板料弯曲成形工艺分析测试平台及工艺参数测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种板料弯曲成形工艺分析测试平台，属于材料塑性加工及设备制备技术领域。其特征在于：包括板料弯曲成形模具、第一传感器、第二传感器、电荷放大器、数据采集装置和数据处理装置；其中第一传感器和第二传感器安装在弯曲成型模具中，第一传感器用于检测板料受压荷载，第二传感器用于检测板料弯曲荷载；电荷放大器与第一传感器、第二传感器、数据采集装置相连，将传感器的信号放大后传递到数据采集装置；数据处理装置与数据采集装置相连，对采集到的数据进行分析、处理。本发明能够适用于不同板厚、不同弯曲半径的板料弯曲成形，并且能即时采集、分析板料弯曲过程中承受载荷变化的工艺分析测试平台。

Description

一种板料弯曲成形工艺分析测试平台及工艺参数测试方法

技术领域

本发明涉及一种板料弯曲成形工艺分析测试平台及工艺参数测试方法，属于材料塑性加工及设备制备技术领域。

背景技术

冷冲压是利用安装在压力机上的冲模对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需要零件(俗称冲压件或冲件)的一种压力加工方法。弯曲是冲压成形方法的一种，弯曲成形工艺是用弯曲模使材料产生塑性变形，从而弯曲一定曲率、一定角度的零件，可以加工各种复杂的弯曲件。目前的冲压成型作业过程中加工不同的角度就要更换不同的模具，并且研究板料在进行L型件弯曲、U型件弯曲成形-这两类最基本的弯曲成形的成形性能，有利于掌握板料塑性成形性能和成形性指标，并且在《国标金属薄板成形性能与实验方法第5部分：弯曲实验》(GB/T 15825.5-2008)中也有对金属板料进行L型件、U型件的弯曲成形试验的要求。目前一套L型件弯曲成形模或U型件弯曲成形模一次只能完成一定板厚、一定弯曲半径的板料弯曲成形试验。“一模一样”虽然能够保证精度；但当板料厚度、弯曲圆角半径等关键成形工艺参数需要发生改变时，就需要制造新的弯曲成形模具，不但模具制造费用支出多，模具储存占用空间大，成形工艺操作起来也费时、费力，非常不便，而且也缺乏对板料在弯曲成形过程中实时产生的载荷情况进行的试验数据采集和数据分析能力。

发明内容

本发明目的是克服传统弯曲成形模具适用性单一的缺陷，提供一种适用于对不同板厚、不同弯曲圆角半径实现可灵活调整的板料多弯曲成形工艺试验平台，并且能随时采集试验数据并分析模具弯曲过程中实时载荷变化情况的弯曲成形工艺参数测试分析平台。

技术方案如下：

一种板料弯曲成形工艺分析测试平台，包括：板料弯曲成形模具、第一传感器、第二传感器、电荷放大器、数据采集装置和数据处理装置；其中第一传感器和第二传感器安装在弯曲成型模具中，第一传感器用于检测板料受压荷载，第二传感器用于检测板料弯曲荷载；电荷放大器与第一传感器、第二传感器、数据采集装置相连，将传感器的信号放大后传递到数据采集装置；数据处理装置与数据采集装置相连，对采集到的数据进行分析、处理。

进一步地，第一传感器和第二传感器为压电传感器，数据采集装置为数据采集卡，数据处理装置为PC上位机。

进一步地，板料弯曲成形模具，包括：凹模架、凹模压紧螺钉、凹模支架、凹模、工字型压板、凸模上垫板、凸模垫板、凸模压紧螺钉、凸模固定板、快换垫块、可换多种弯曲圆角半径的倒角部件、挡板和凸模；其中凸模固定板为框形构件，套装在凸模外；快换垫块为凸台形构件；凸模为长方体，外侧通过凸模紧固调整螺钉与凸模固定板连接，内侧与快换垫块连接，快换垫块配合凸模固定板将凸模夹紧固定；凸模垫板中间开有与快换垫块相同尺寸的孔，通过螺栓固定在凸模固定板上；凸模上垫板通过螺栓与凸模垫板及快换垫块固定；凹模为凸台形构件，放置在凹模支架中间，凹模凸出部的两侧安装可换多种弯曲圆角半径的倒角部件；工字型压板设置在凹模上方，通过螺栓与凹模支架左右两端连接，将凹模固定在凹模支架中；凹模支架和凹模架均为凹形结构构件，凹模支架的外壁与凹模架的内壁对应位置有凸出或凹陷，使凹模支架能滑动安装在凹模架中；凹模架一侧通过凹模压紧螺钉和凹模支架连接固定，另一侧通过螺栓与挡板连接，由挡板对凹模支架进行限位。

更进一步地，凸模为两块，通过更换不同长度的快换垫块来调整两块凸模的间距。

更进一步地，可换多种弯曲圆角半径的倒角部件为长方体构件，通过螺钉与凹模连接，其至少一条长边上的棱为圆弧倒角，可换多种弯曲圆角半径的倒角部件内部有以四条长边为顶点的X型交叉通孔结构。

再进一步地，凹模的凸台中间开有圆孔，孔内安装有第一传感器用于检测板料受压荷载；凹模底部向安装可换多种弯曲圆角半径的倒角部件处斜向45°开有圆孔，第二传感器被旋塞固定在圆孔内，用于检测板料的弯曲荷载。

再进一步地，探针固定在探针基座上，探针基座旋转固定在第二传感器表面开的圆孔中，探针伸出凹模并经可换多种弯曲圆角半径的倒角部件中的通孔直至板料下方，板料弯曲时板料受到的力由探针传递至第二传感器。

一种进行多种弯曲圆角半径灵活、可调的板料弯曲成形过程中的荷载实时采集及参数测试分析方法，采用上述的板料弯曲成形工艺分析测试平台并进行如下步骤：

步骤1：根据板料的板厚、所需弯曲半径选择不同尺寸的快换垫块和可换多种弯曲圆角半径的倒角部件；

步骤2：将快换垫块用螺钉与凸模连接，以调节凸模间距，将可换不同弯曲圆角半径的倒角部件用螺钉安装在凹模上；

步骤3：将凸模固定在压力机的滑动平台、将凹模固定在压力机的工作平台上；

步骤4：将凸模、凹模的位置进行调节、对齐；

步骤5：松开工字型压板，将板料置于凹模中间位置，再将工字型压板与凹模支架固定；

步骤6：开动压力机，带动凸模向下运动，对板料施加压力使其弯曲发生弹性变形，直至贴合凹模倒角处产生塑性变形；

步骤7：由第一传感器测得板料的受压荷载，由第二传感器测得板料的弯曲荷载，传感器数据输入电荷放大器后，数据采集装置将电荷放大器放大后的数据传输至数据处理装置进行数据的分析处理。

进一步地，步骤4中若是对板料进行U型件弯曲成形，则将凸模与凹模对中，即为归零位置；若是对板料进行L型件弯曲成形，则将凸模外侧与凹模外侧调整接触紧贴，即为对齐。

有益效果：

1)本发明可以做到使用一套模具，对不同厚度的板料进行不同弯曲圆角半径的不同弯曲件进行弯曲成形加工，克服传统弯曲模具适用性单一的缺陷。

2)同时在模具型腔内设置拉压力传感器，采集模具弯曲过程中的载荷，为研究分析板料的受压和弯曲载荷带来了很大的便捷。

3)通过更换不同弯曲圆角半径的倒角部件，即可实现对不同板厚的板料进行不同弯曲圆角半径的L型件、U形件的塑性加工，还可以满足国家标准弯曲测试试验要求，并且通过采用探针式压电传感器及测试技术，实时获取弯曲成形过程中成形荷载数据，并可以测量任意弯曲圆角半径下的板料弯曲成形载荷参数，扩大了应用范围。

4)整套板料弯曲成形工艺分析测试平台在加工板料弯曲成形的同时，还可实时进行弯曲载荷的数据收集和数据分析，以及进行弯曲成形国家试验验证，另外还可结合计算机CAE分析软件，正对多种弯曲成形工艺参数进行理论研究及试验比较分析。

附图说明

图1为使用本发明进行试验数据采集及数据测试分析的流程图；

图2为使用本发明测试对板料进行U型件弯曲成形时模具结构剖面图；

图3为使用本发明测试板料进行U型件弯曲成形的示意图；

图4为使用本发明测试板料进行L型件弯曲成形的模具结构剖面图；

图5为使用本发明测试板料进行L型件弯曲成形的示意图；

图6为第二传感器的结构示意图；

其中：1为凹模架，2为凹模压紧螺钉，3为凹模支架，4为凹模，5为第二传感器，51为探针，52为探针基座，6为板料，7为工字型压板，8为凸模上垫板，9为凸模垫板，10凸模紧固调整螺钉，11为凸模固定板，12为快换垫块，13为可换多种弯曲圆角半径的倒角部件，14为第一传感器，15为挡板，16为凸模。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：

如图1至图4所示一种板料弯曲成形工艺分析测试平台，包括板料弯曲成形模具、第一传感器14、第二传感器5、电荷放大器、数据采集装置和数据处理装置；其中第一传感器和第二传感器安装在弯曲成型模具中，第一传感器用于检测板料受压荷载，第二传感器用于检测板料弯曲荷载；电荷放大器与第一传感器、第二传感器、数据采集装置相连，将传感器的信号放大后传递到数据采集装置；数据处理装置与数据采集装置相连，对采集到的数据进行分析、处理。

第一传感器14和第二传感器5为压电传感器，数据采集装置为数据采集卡，数据处理装置为PC上位机。

板料弯曲成形模具包括凹模架1、凹模压紧螺钉2、凹模支架3、凹模4、工字型压板7、凸模上垫板8、凸模垫板9、凸模压紧螺钉10、凸模固定板11、快换垫块12、可换多种弯曲圆角半径的倒角部件13、挡板15和凸模16；其中凸模固定板11为框形构件，套装在凸模16外；快换垫块12为凸台形构件；凸模16为长方体，外侧通过凸模紧固调整螺钉10与凸模固定板11连接，内侧与快换垫块12连接，快换垫块12配合凸模固定板11将凸模16夹紧固定；凸模垫板9中间开有与快换垫块12相同尺寸的孔，通过螺栓固定在凸模固定板11上；凸模上垫板8通过螺栓与凸模垫板9及快换垫块12固定；凹模4为凸台形构件，放置在凹模支架3中间，凹模4凸出部的两侧安装可换多种弯曲圆角半径的倒角部件13；工字型压板7设置在凹模4上方，通过螺栓与凹模支架3左右两端连接，将凹模4固定在凹模支架3中；凹模支架3和凹模架1均为凹形结构构件，凹模支架3的外壁与凹模架1的内壁对应位置有凸出或凹陷，使凹模支架3能滑动安装在凹模架1中；凹模架1一侧通过凹模压紧螺钉2和凹模支架3连接固定，另一侧通过螺栓与挡板15连接，由挡板对凹模支架3进行限位。

凸模16为两块，通过更换不同长度的快换垫块(12)来调整两块凸模16的间距；凸模的间距为凸模宽度w+2倍板料厚度t+2倍单边模具间隙a。

可换多种弯曲圆角半径的倒角部件13为长方体构件，通过螺钉与凹模4连接，其至少一条长边上的棱为圆弧倒角，可换多种弯曲圆角半径的倒角部件13内部有以四条长边为顶点的X型交叉通孔结构；弧面半径R取值范围为1-20mm，可换多种弯曲圆角半径的倒角部件中两条棱分别为R＝1与R＝20作为一个系列、两条棱分别为R＝2与R＝15作为一个系列、四条棱分别为R＝3、R＝5、R＝7、R＝10作为一个系列，可以满足弯曲圆角半径为R1、R2、R3、R5、R7、R10、R15、R20的圆角弯曲实验要求。

凹模4的凸台中间开有圆孔，孔内安装有第二传感器14用于检测板料受压荷载；凹模4底部向安装可换多种弯曲圆角半径的倒角部件13处斜向45°开有圆孔，第一传感器5被旋塞固定在圆孔内，用于检测板料的弯曲荷载。

探针51固定在探针基座52上，探针基座52旋转固定在第二传感器5表面开的圆孔中，探针51伸出凹模并经可换多种弯曲圆角半径的倒角部件中的通孔直至板料下方，板料弯曲时板料受到的力由探针51传递至第二传感器5。

如图1至图4所示一种弯曲半径可调的板料弯曲方法，采用上述的模具并进行如下步骤：

步骤1：根据板料的板厚、所需弯曲半径选择不同尺寸的快换垫块和可换多种弯曲圆角半径的倒角部件；

步骤2：将快换垫块用螺钉与凸模连接，以调节凸模间距，将可换多种弯曲圆角半径的倒角部件用螺钉安装在凹模上；

步骤3：将凸模固定在压力机的滑动平台、将凹模固定在压力机的工作平台上；

步骤4：将凸模、凹模的位置进行调节、对齐；

步骤5：松开工字型压板，将板料置于凹模中间位置，再将工字型压板与凹模支架固定；

步骤6：开动压力机，带动凸模向下运动，对板料施加压力使其弯曲发生弹性变形，直至贴合凹模倒角处产生塑性变形；

步骤7：由第一传感器测得板料的受压荷载，由第二传感器测得板料的弯曲荷载，传感器数据输入电荷放大器后，数据采集装置将电荷放大器放大后的数据传输至数据处理装置进行数据的分析处理。

步骤4中若是对板料进行U型件弯曲成形，则将凸模与凹模对中，即为归零位置；若是对板料进行L型件弯曲成形，则将凸模外侧与凹模外侧调整接触紧贴，即为对齐。

实施例1：对厚度t＝3mm、宽度b＝100mm的板料进行弯曲圆角半径R＝5mm的L型件弯曲成形，并测试相关的实时载荷数据，步骤如下：

(1)松开工字型压板，从凹模支架中取出凹模主体；松开凹模左右端盖，更换倒角部件至R5朝外侧，再用端盖紧固；将凹模主体放回凹模支架，用工字型盖板锁紧；

(2)将凸模放下适当距离；调整凹模整体位置至凸模外侧平面与凹模侧面完全接触贴合；用螺钉将凹模整体固定在工作平面工字槽上；

(3)因为板料厚度为t＝3mm，单边间隙以0.1t考虑，则总间隙为3.3mm；松开锁紧螺钉；在凹模支架与挡板之间加入3.3mm的塞片；旋紧压紧螺钉；旋紧锁紧螺钉；

(4)松开工字型盖板一定距离；将板料置于凹模中心位置；旋紧工字型盖板螺钉，使之压紧板料；

(5)启动压力机，使凸模下降；凸模接触外伸板料，板料先发生弹性变形，后贴合凹模发生塑性变形；

(6)第一传感器测得板料的受压荷载，第二传感器测得板料的弯曲荷载，并将荷载数据输入电荷放大器，USB数据采集卡将电荷放大器放大后的数据传输至台式电脑进行数据的分析处理，最终得到板料的受压荷载和弯曲荷载的分析报告。

实施例2：对厚度t＝3mm、宽度b＝100mm的板料进行弯曲圆角半径为R1＝R2＝7mm的U型件弯曲成形，并测试相关的实时载荷数据，步骤如下：

(1)松开工字型压板，从凹模支架中取出凹模主体；松开凹模左右端盖，更换不同弯曲圆角半径的倒角部件至R7朝外侧，用端盖紧固；将凹模主体正放回凹模支架，用工字型盖板锁紧；

(2)因为板料厚度为t＝3mm，单边间隙以0.1t(t为板厚，单位：mm)考虑，总间隙为6.6mm；加上凹模宽度w为190mm，选择长度为196.6mm的快换垫块与凸模进行连接；旋紧凸模紧固调整螺钉，固定凸模；

(3)将凸模放下适当距离；调整凸模、凹模位置中心完全对齐；

(4)松开工字型盖板一定距离；将板料置于凹模中心位置；旋紧工字型盖板螺钉，使之压紧板料；

(5)启动压力机，使凸模下降；凸模接触外伸板料，板料先发生弹性变形，后贴合凹模发生塑性变形；

(6)第一传感器测得板料的受压荷载，第二传感器测得板料的弯曲荷载，并将荷载数据输入电荷放大器，USB数据采集卡将电荷放大器放大后的数据传输至台式电脑进行数据的分析处理，最终得到板料的受压荷载和弯曲荷载的分析报告。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则和精神之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种板料弯曲成形工艺分析测试平台，其特征在于：包括板料弯曲成形模具、第一传感器(14)、第二传感器(5)、电荷放大器、数据采集装置和数据处理装置；其中第一传感器和第二传感器安装在弯曲成型模具中，第一传感器用于检测板料受压荷载，第二传感器用于检测板料弯曲荷载；电荷放大器与第一传感器、第二传感器、数据采集装置相连，将传感器的信号放大后传递到数据采集装置；数据处理装置与数据采集装置相连，对采集到的数据进行分析、处理；板料弯曲成形模具包括凹模架(1)、凹模压紧螺钉(2)、凹模支架(3)、凹模(4)、工字型压板(7)、凸模上垫板(8)、凸模垫板(9)、凸模压紧螺钉(10)、凸模固定板(11)、快换垫块(12)、可换多种弯曲圆角半径的倒角部件(13)、挡板(15)和凸模(16)；其中凸模固定板(11)为框形构件，套装在凸模(16)外；快换垫块(12)为凸台形构件；凸模(16)为长方体，外侧通过凸模紧固调整螺钉(10)与凸模固定板(11)连接，内侧与快换垫块(12)连接，快换垫块(12)配合凸模固定板(11)将凸模(16)夹紧固定；凸模垫板(9)中间开有与快换垫块(12)相同尺寸的孔，通过螺栓固定在凸模固定板(11)上；凸模上垫板(8)通过螺栓与凸模垫板(9)及快换垫块(12)固定；凹模(4)为凸台形构件，放置在凹模支架(3)中间，凹模(4)凸出部的两侧安装可换多种弯曲圆角半径的倒角部件(13)；工字型压板(7)设置在凹模(4)上方，通过螺栓与凹模支架(3)左右两端连接，将凹模(4)固定在凹模支架(3)中；凹模支架(3)和凹模架(1)均为凹形结构构件，凹模支架(3)的外壁与凹模架(1)的内壁对应位置有凸出或凹陷，使凹模支架(3)能滑动安装在凹模架(1)中；凹模架(1)一侧通过凹模压紧螺钉(2)和凹模支架(3)连接固定，另一侧通过螺栓与挡板(15)连接，由挡板对凹模支架(3)进行限位。

2.如权利要求1所述的板料弯曲成形工艺分析测试平台，其特征在于：所述的第一传感器(14)和第二传感器(5)为压电传感器，数据采集装置为数据采集卡，数据处理装置为PC上位机。

3.如权利要求2所述的板料弯曲成形工艺分析测试平台，其特征在于：所述的凸模(16)为两块，通过更换不同长度的快换垫块(12)来调整两块凸模(16)的间距。

4.如权利要求2所述的板料弯曲成形工艺分析测试平台，其特征在于：所述的可换多种弯曲圆角半径的倒角部件(13)为长方体构件，通过螺钉与凹模(4)连接，其至少一条长边上的棱为圆弧倒角，可换多种弯曲圆角半径的倒角部件(13)内部有以四条长边为顶点的X型交叉通孔结构。

5.如权利要求4所述的板料弯曲成形工艺分析测试平台，其特征在于：所述的凹模(4)的凸台中间开有圆孔，孔内安装有第一传感器(14)用于检测板料受压荷载；凹模(4)底部向安装可换多种弯曲圆角半径的倒角部件(13)处斜向45°开有圆孔，第二传感器(5)被旋塞固定在圆孔内，用于检测板料的弯曲荷载。

6.如权利要求5所述的板料弯曲成形工艺分析测试平台，其特征在于：探针(51)固定在探针基座(52)上，探针基座(52)旋转固定在第二传感器(5)表面开的圆孔中，探针(51)伸出凹模并经可换多种弯曲圆角半径的倒角部件中的通孔直至板料下方，板料弯曲时板料受到的力由探针(51)传递至第二传感器(5)。

7.一种弯曲半径可调的板料弯曲荷载分析测试方法，其特征在于：采用权利要求1至6之一所述的板料弯曲成形工艺分析测试平台并进行如下步骤：

步骤1：根据板料的板厚、所需弯曲半径选择不同尺寸的快换垫块和可换多种弯曲圆角半径的倒角部件；

步骤2：将快换垫块用螺钉与凸模连接，以调节凸模间距，将可换多种弯曲圆角半径的倒角部件用螺钉安装在凹模上；

步骤3：将凸模固定在压力机的滑动平台、将凹模固定在压力机的工作平台上；

步骤4：将凸模、凹模的位置进行调节、对齐；

步骤5：松开工字型压板，将板料置于凹模中间位置，再将工字型压板与凹模支架固定；

步骤6：开动压力机，带动凸模向下运动，对板料施加压力使其弯曲发生弹性变形，直至贴合凹模倒角处产生塑性变形；

步骤7：由第一传感器测得板料的受压荷载，由第二传感器测得板料的弯曲荷载，传感器数据输入电荷放大器后，数据采集装置将电荷放大器放大后的数据传输至数据处理装置进行数据的分析处理。

8.如权利要求7所述的板料弯曲荷载分析测试方法，其特征在于：所述的步骤4中若是对板料进行U型件弯曲成形，则将凸模与凹模对中，即为归零位置；若是对板料进行L型件弯曲成形，则将凸模外侧与凹模外侧调整接触紧贴，即为对齐。

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