CN109772982B - 一种采用多层组合凸模的金属钣金零件成形方法 - Google Patents

Abstract

一种采用多层组合凸模的金属钣金零件成形方法，它涉及一种金属钣金零件成形方法，以解决现有的金属钣金零件冲压成形时由于采用了整体凸模，容易因为凸模与原始板坯接触和作用不合理而产生各种质量缺陷的问题，成形方法步骤是：步骤一、将待成形的坯料放置在成形凹模上，并进行定位；步骤二、将多个板状模具组合成多层组合凸模并定位到坯料上方合适位置；步骤三、利用驱动轮驱动多层组合凸模，使多层组合凸模逐渐作用到坯料；步骤四、待坯料完全贴合凹模的型腔后，获得最终钣金零件；步骤五、移走驱动轮和多层组合凸模，将成形后的钣金零件从成形凹模上取下。本发明使得坯料上各区域变形的均匀性得到提高，材料成形过程的稳定性得到提高。

Description

一种采用多层组合凸模的金属钣金零件成形方法

技术领域

本发明涉及一种金属钣金零件成形方法，具体涉及一种采用多层组合凸模的金属钣金零件成形方法。

背景技术

金属钣金零件在汽车、高铁、航空航天等工业领域有非常广泛的应用，在日常生活中也非常常见，如厨房用具、卫生洁具等。随着上述应用领域对钣金零件结构和功能的要求的逐渐提高，钣金零件变得越来越复杂。这些结构，不能再采用传统的分块成形出小块然后再通过焊接、铆接组合成整体的方案，而是需要尽量一次性做成整体，否则就无法达到产品的设计要求。

目前，金属钣金零件最主要的成形方法是冲压，几乎50％甚至更多的大批量生产的金属钣金零件都是采用冲压成形方法制造。在传统的冲压成形工艺中，如图1-图3所示，用凸模将原始坯料压入到凹模型腔中，在凸模和凹模的共同作用下，原始坯料逐渐变形并成形为最终的零件。最终零件的形状尺寸由凸模和凹模共同构成的模具型腔来决定。以往，冲压成形采用的都是整体凸模和整体凹模。在整体凸模的作用下，由于板坯的边界条件、润滑条件等多个因素的综合影响，原始板坯的变形过程往往非常复杂。即使采用相同的整体凸模，也可能在某种条件下可以顺利成形出合格零件，而在另一种条件下无法成形出合格零件。换言之，在整体凸模的作用下，原始板坯的成形很多情况下是不可控、不合理的。此时，即使调整边界条件、润滑条件等工艺参数，也难以获得合格零件。

采用整体凸模有可能无法成形出合格零件的最主要原因，是在整体凸模将原始板坯压入到凹模型腔时，整体凸模与原始板坯各区域的接触作用时间或顺序不合理。对于复杂钣金零件，凸模的形状也必然是很复杂的。即使对于简单的钣金零件如半球形件，当采用半球形凸模将原始板坯压入凹模型腔时，凸模也是先与板坯局部接触而其他部分板坯处于悬空状态。当板坯处于悬空状态且邻近区域的边界条件不断变化时，很容易在板坯上产生不合理的受力情况，从而出现起皱、局部变薄甚至开裂等质量问题。

为了解决现有金属钣金零件冲压成形时，由于采用了整体凸模，容易在坯料上产生起皱、局部变薄以及开裂等质量问题，需要提出一种新的凸模结构及成形方法。

发明内容

本发明是为解决现有的金属钣金零件冲压成形时由于采用了整体凸模，容易因为凸模与原始板坯接触和作用不合理而产生各种质量缺陷的问题，提出一种采用多层组合凸模的金属钣金零件成形方法。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

本发明的一种采用多层组合凸模的金属钣金零件成形方法，是按照以下步骤实现的：

步骤一、将待成形的坯料放置在成形凹模上，并进行定位；

步骤二、将多个板状模具组合成多层组合凸模并定位到坯料上方合适位置；

步骤三、利用驱动轮驱动多层组合凸模，使多层组合凸模逐渐作用到坯料；

步骤四、待坯料完全贴合凹模的型腔后，获得最终钣金零件；

步骤五、移走驱动轮和多层组合凸模，将成形后的钣金零件从成形凹模上取下。

本发明的有益效果是：

一、本发明采用驱动轮驱动多层组合凸模对待加工坯料施加作用力，因驱动轮和多层组合凸模可以灵活变化，可以根据钣金零件的特征，采用不同形式的驱动轮和多层组合凸模，以在坯料的不同的部位逐渐施加相应的压制力，使得凸模和坯料的接触状态可以在变形过程中受到控制。在这种作用力的作用下，坯料上各区域变形的均匀性得到提高，材料成形过程的稳定性得到提高。

二、本发明采用驱动轮驱动多层组合凸模对待加工的坯料施加作用力，因多层组合凸模为分体结构，其组合在一起时的相对位置可以微调，因此在试模阶段和样件试制阶段，可以根据需要对多层组合凸模的某一层或几层进行调整，从而避免当采用传统整体凸模时需要对整体凸模进行机械加工或修磨，节省了修模时间，缩短了试模和样件试制的周期。

三、本发明采用驱动轮驱动多层组合凸模对待加工坯料施加作用力，当在大批量生产后，多层组合凸模的某一层或几层出现严重磨损而影响钣金零件成形质量时，可以直接将磨损后的某一层或几层进行替换，从而避免当采用传统整体凸模时经常因局部磨损而导致整体模具报废的问题，延长了模具的使用寿命，降低了模具成本。

附图说明

图1为传统采用规则整体凸模和规则凹模型腔成形钣金零件的示意图；

图2为传统采用规则整体凸模、带有压边圈和规则凹模型腔成形钣金零件的示意图；

图3为传统采用不规则整体凸模、带有压边圈和不规则凹模型腔成形较复杂钣金零件的示意图；

图4为本发明采用多层组合凸模和规则的驱动轮成形简单的钣金零件的示意图；

图5为本发明采用多层组合凸模、压边圈和规则的驱动轮成形简单的的钣金零件的示意图；

图6为本发明采用压边圈、不规则驱动轮和高度相同的板状模具组成的多层组合凸模成形复杂形状钣金零件的示意图；

图7为本发明采用多层组合凸模、压边圈和圆形驱动轮成形复杂形状钣金零件的示意图；

图8为本发明采用压边圈、不规则驱动轮和高度不相同的板状模具组成的多层组合凸模成形复杂形状钣金零件的示意图；

图9为本发明采用压边圈、不规则驱动轮绕中心轴旋转和高度不相同的板状模具组成的多层组合凸模成形复杂形状钣金零件的示意图。

其中，1为坯料，2为成形凹模，3为多层组合凸模，3-1为板状模具，4为驱动轮，5为钣金零件。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图4-图9说明，本实施方式的一种采用多层组合凸模的金属钣金零件成形方法，是按照以下步骤实现的：

步骤一、将待成形的坯料1放置在成形凹模2上，并进行定位；

步骤二、将多个板状模具3-1组合成多层组合凸模3并定位到坯料1上方合适位置；

步骤三、利用驱动轮4驱动多层组合凸模3，使多层组合凸模3逐渐作用到坯料1；

步骤四、待坯料1完全贴合成形凹模2的型腔后，获得最终钣金零件5；

步骤五、移走驱动轮4和多层组合凸模3，将成形后的钣金零件5从成形凹模2上取下。

具体实施方式二：结合图4和图5说明，本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一中的成形凹模2的型腔为规则形状的圆形或椭圆形；步骤二中的多层组合凸模3是由多层厚度约20-50mm的板状模具3-1组成，各个板状模具3-1的高度和厚度相同且其底部在初始状态都与原始坯料1的上表面接触；步骤三中驱动轮4的驱动多层组合凸模3的表面轮廓形状为与凹模2的型腔相同的规则形状，驱动轮4沿着上部的旋转轴旋转。其它步骤和参数与具体实施方式一相同。

本实施方式的有益效果是：由于多层组合凸模3由相同高度和厚度的板状模具组成，各个板状模具3-1之间可以互换，所以加工周期和加工成本明显降低。而且，多个板状模具3-1相互组合时底部都与原始坯料1的上表面接触，所以很容易将多个板状模具3-1组合到一起，大大缩短组合时间。驱动轮4为偏心旋转，图5中，在成形凹模2上对坯料1施加压边圈6，图4中没有设置压边圈，驱动轮4采用与凹模型腔相同的规则形状，制造成本同样降低。

具体实施方式三：结合图7说明，本实施方式与具体实施方式一或二不同点是：步骤一中的成形凹模2为不规则形状，凹模型腔的深度为不规律变化；步骤二中的多层组合凸模3是由多层厚度为20-50mm的板状模具3-1组成，各个板状模具3-1的高度和厚度不相同，各个板状模具3-1底部在初始状态都与原始坯料1的上表面接触；步骤三中驱动轮4的驱动多层组合凸模3的表面轮廓形状为圆形形状，驱动轮4沿着上部的旋转轴旋转。其它步骤和参数与具体实施方式一或二相同。

本实施方式的有益效果是：由于在步骤二中采用的各个板状模具的高度和厚度不相同，因此可以通过相互组合获得与成形凹模2的型腔完全吻合一致的凸模形状；步骤三中驱动轮4的驱动多层组合凸模3的表面轮廓形状仍采用简单的圆形形状，所以制造成本降低，驱动轮4为偏心旋转,在成形凹模2上对坯料1施加压边圈6。本实施方式只通过采用具有不同高度和厚度的板状模具3-1，即可完成具有不规则形状的钣金零件5的成形。

具体实施方式四：结合图6说明，本实施方式与具体实施方式一至三不同点是：步骤一中的成形凹模2的型腔为不规则形状，凹模型腔的深度为不规律变化；步骤二中的多层组合凸模3是由多层厚度为20-50mm的板状模具3-1组成，各个板状模具3-1的高度和厚度相同，各个板状模具3-1底部在初始状态都与原始坯料1的上表面接触；步骤三中驱动轮4的驱动多层组合凸模3的表面轮廓形状为不规则的复杂形状，驱动轮4沿着上部的旋转轴旋转。其它步骤和参数与具体实施方式一至三相同。

本实施方式的有益效果是：步骤二中采用高度和厚度相同的多层板状模具3-1，加工周期和加工成本明显降低；步骤三中采用的驱动轮4的驱动多层组合凸模3的表面轮廓形状为不规则的复杂形状，驱动轮4为偏心旋转，在成形凹模2上对坯料1施加压边圈6，通过驱动轮4的旋转即可驱动多层板状模具3-1从而实现坯料1的成形，操作简单、效率高。

具体实施方式五：结合图8说明，本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤一中的成形凹模2的型腔为不规则形状，凹模型腔的深度为不规律变化；步骤二中的多层组合凸模3是由多层厚度为20-50mm的板状模具组成，各个板状模具的高度和厚度不相同，其底部在初始状态都与原始坯料1的上表面接触；步骤三中驱动轮4的驱动多层组合凸模3的表面轮廓形状为不规则的复杂形状，驱动轮4沿着上部的旋转轴旋转。其它步骤和参数与具体实施方式一至四之一相同。

本实施方式的有益效果是：步骤二中采用高度和厚度不相同的多层板状模具3-1，步骤三中采用具有复杂形状下表面轮廓的驱动轮4，驱动轮4为偏心旋转，在成形凹模2上对坯料1施加压边圈6。通过调整多层板状模具3-1的高度和厚度、驱动轮4的下表面轮廓，可以实现多层组合凸模3与原始坯料1的合理接触方式和接触顺序，可以有效避免成形过程中出现起皱、局部减薄、开裂等缺陷，实现更复杂形状的钣金零件5的成形。

具体实施方式六：结合图9说明，本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是，步骤三中驱动轮4的驱动多层组合凸模3的表面轮廓形状为不规则的复杂形状，驱动轮4沿着中部的旋转轴旋转。其它步骤和参数与具体实施方式一至五相同。

本实施方式的有益效果是：驱动轮4沿着中部的中心轴旋转，在整个驱动轮4的旋转过程中，都可以获得来自中部旋转轴的较大的力矩作用，因而可以实现对屈服强度300-600MPa、厚度5mm-10mm的金属钣金零件的冲压成形。

本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (6)

1.一种采用多层组合凸模的金属钣金零件成形方法，其特征在于：该方法是按照以下步骤实现的：

步骤一、将待成形的坯料(1)放置在成形凹模(2)上，并进行定位；

步骤二、将多个板状模具(3-1)组合成多层组合凸模(3)并定位到坯料(1)上方合适位置，各个板状模具(3-1)底部在初始状态都与原始坯料(1)的上表面接触；

步骤三、利用驱动轮(4)旋转驱动多层组合凸模(3)，使多层组合凸模(3)逐渐作用到坯料(1)，以在坯料(1)的不同的部位逐渐施加相应的压制力，使得多层组合凸模(3)和坯料(1)的接触状态可以在变形过程中受到控制；

步骤四、待坯料(1)完全贴合成形凹模(2)的型腔后，获得最终钣金零件(5)；

步骤五、移走驱动轮(4)和多层组合凸模(3)，将成形后的钣金零件(5)从成形凹模(2)上取下。

2.根据权利要求1所述一种采用多层组合凸模的金属钣金零件成形方法，其特征在于：步骤一中的成形凹模(2)的型腔为规则形状的圆形或椭圆形；步骤二中的多层组合凸模(3)是由多层厚度为20-50mm的板状模具(3-1)组成，各个板状模具(3-1)的高度和厚度相同；步骤三中驱动轮(4)的驱动多层组合凸模(3)的表面轮廓形状为与凹模(2)的型腔相同的规则形状，驱动轮(4)沿着上部的旋转轴旋转。

3.根据权利要求1所述一种采用多层组合凸模的金属钣金零件成形方法，其特征在于：步骤一中的成形凹模(2)的型腔为不规则形状，凹模型腔的深度为不规律变化；步骤二中的多层组合凸模(3)是由多层厚度为20-50mm的板状模具(3-1)组成，各个板状模具的高度和厚度不相同；步骤三中驱动轮(4)的驱动多层组合凸模(3)的表面轮廓形状为圆形形状，驱动轮(4)沿着上部的旋转轴旋转。

4.根据权利要求1所述一种采用多层组合凸模的金属钣金零件成形方法，其特征在于：步骤一中的成形凹模(2)的型腔为不规则形状，凹模型腔的深度为不规律变化；步骤二中的多层组合凸模(3)是由多层厚度为20-50mm的板状模具(3-1)组成，各个板状模具(3-1)的高度和厚度相同；步骤三中驱动轮(4)的驱动多层组合凸模(3)的表面轮廓形状为不规则的复杂形状，驱动轮(4)沿着上部的旋转轴旋转。

5.根据权利要求1所述一种采用多层组合凸模的金属钣金零件成形方法，其特征在于：步骤一中的成形凹模(2)的型腔为不规则形状，凹模型腔的深度为不规律变化；步骤二中的多层组合凸模(3)是由多层厚度为20-50mm的板状模具(3-1)组成，各个板状模具(3-1)的高度和厚度不相同；步骤三中驱动轮( 4) 的驱动多层组合凸模(3)的表面轮廓形状为不规则的复杂形状，驱动轮(4)沿着上部的旋转轴旋转。

6.根据权利要求1所述一种采用多层组合凸模的金属钣金零件成形方法，其特征在于：

步骤三中驱动轮(4)的驱动多层组合凸模(3)的表面轮廓形状为不规则的复杂形状，驱动轮(4)沿着中部的旋转轴旋转。

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