CN109877229B - 基于磁流变弹性体缓冲装置的可控阻尼拉深模 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于磁流变弹性体缓冲装置的可控阻尼拉深模，包括控制系统、传感系统、模具本体、液压传动系统以及磁流变弹性体缓冲装置；所述模具本体包括凸模模块和凹模模块；所述传感系统设置在所述凸模模块上，用于测量所述凸模模块与凹模模块之间的距离信息以及凸模模块的受力信息；所述液压传动系统驱动所述凸模模块向或远离所述凹模模块运动；所述磁流变弹性体缓冲装置连接所述凹模模块，用于向所述凹模模块输出阻尼力；所述控制系统，用于根据所述距离信息和所述受力信息，控制所述液压传动系统和所述磁流变弹性体缓冲装置。本发明中当凸模冲向与磁流变弹性体缓冲装置相连的凹模时能有效地控制拉深时工件上产生的拉应力，并起到缓冲减振的作用，从而大幅度提高产品合格率和工作效率。

Description

基于磁流变弹性体缓冲装置的可控阻尼拉深模

技术领域

本发明涉及模具加工领域，具体地，涉及一种用于生产冲压件的基于磁流变弹性体缓冲装置的可控阻尼拉深模。

背景技术

拉深模是冲压加工领域中重要的机械设备。现有的拉深模在拉深过程中拉应力得不到有效的控制，经常导致拉深成型的工件变形不均匀甚至出现工件损坏的情况，次品率较高。在整个拉深过程中，拉应力的精确控制以及拉深过程中模具的振动控制都将影响工件拉深成型的质量。目前现有的技术中，拉深模在缓冲减振方面主要存在以下不足之处：用弹簧作为主要缓冲件的缓冲机构中，其没有反馈系统，阻尼不可控，无法主动且准确地控制拉深工件的成型效果；受力面的支撑部分由液压系统控制，并与相关传感器配合形成反馈系统的缓冲机构中，对缓冲机构的密封性和加工精度要求都很高且拉深时液压系统的反映灵敏度不高，稳定性不好，不能及时控制拉深时产生的拉应力和振动。

磁流变弹性体是一种具有流变特性的新型智能材料，具有磁性材料和固体的双重特性，在无外加磁场时，磁流变弹性体宏观上不表现磁性；在外加磁场时，其流变特性可发生连续、迅速和可逆的变化，表现为超顺磁性，在磁场作用下弹性体中的磁性颗粒逐渐形成多条链状分布，整体增强了材料的力学性能，宏观表现为弹性体的强度和硬度的增强，同时在一定范围内，其强度和硬度随着磁场强度的增强而变大。可通过改变输入磁流变弹性体缓冲装置的电流大小，控制弹性体中磁场的强度，改变弹性体的力学性能，当凸模冲向与磁流变弹性体缓冲装置相连的凹模时能够有效地控制拉深过程中，凸模施加在工件上的拉应力并起到缓冲减振的作用。所以磁流变弹性体在控制缓冲减振方面更有优势。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于磁流变弹性体缓冲装置的可控阻尼拉深模。通过液压传动控制上模座的自由移动，当上部的凸模冲向下部的凹模时，与凹模相接的磁流变弹性体缓冲装置进行缓冲减振调节，从而实现拉深模的高效工作。

根据本发明提供的基于磁流变弹性体缓冲装置的可控阻尼拉深模，包括控制系统、传感系统、模具本体、液压传动系统以及磁流变弹性体缓冲装置；

所述模具本体包括凸模模块和凹模模块；所述传感系统设置在所述凸模模块上，用于测量所述凸模模块与凹模模块之间的距离信息以及凸模模块的受力信息；

所述液压传动系统驱动所述凸模模块向或远离所述凹模模块运动；所述磁流变弹性体缓冲装置连接所述凹模模块，用于向所述凹模模块输出阻尼力；

所述控制系统，用于根据所述距离信息、所述受力信息以及所述阻尼力，控制所述液压传动系统和所述磁流变弹性体缓冲装置。

优选地，所述凸模模块包括上模座、模柄、凸模以及凸模固定板；

所述凸模固定板设置在所述上模座的下侧面上；所述凸模设置在所述凸模固定板上；

所述模柄安装在所述上模座上的安装孔内。

优选地，所述凹模模块包括凹模和下模座；

所述凹模与所述下模座的上侧面相连。

优选地，所述磁流变弹性体缓冲装置包括活塞杆、活塞以及磁流变弹性体组件；

所述磁流变弹性体组件依次通过活塞、活塞杆连接所述顶料块；所述顶料块设置在所述凹模内侧。

优选地，所述磁流变弹性体组件包括上导磁支架、下导磁支架、线圈骨架、磁流变弹性体以及励磁线圈；

所述活塞通过黄铜垫片连接所述上导磁支架，所述上导磁支架倒扣在下导磁支架上，所述磁流变弹性体设置在所述上导磁支架和所述下导磁支架之间；所述上导磁支架和所述下导磁支架中间套有线圈骨架，励磁线圈缠绕在线圈骨架上；

所述上导磁支架的上侧面上和所述下导磁支架的下侧面上均设置有一黄铜垫片；所述黄铜垫片用于阻断磁场和缓冲减振；

所述控制系统，用于通过励磁线圈中的电流产生磁场，进而改变磁流变弹性体的强度和硬度，以缓冲凸模向下的冲压力。

优选地，所述磁流变弹性体缓冲装置还包括上端盖、壳体、活塞杆套以及下端盖；

所述壳体的上端面连接所述上端盖，下端面连接所述下端盖；多个磁流变弹性体组件依次相叠后设置在所述壳体内侧；

所述活塞杆套安装在所述上端盖的内孔中；所述活塞杆的下端穿过所述活塞杆套连接所述活塞。

优选地，所述传感系统包括红外测距传感器和拉压力传感器；所述红外测距传感器和所述拉压力传感器电连接所述控制系统；

所述红外测距传感器固定在所述凸模固定板的下侧面上；所述拉压力传感器镶嵌在模柄与凸模之间。

优选地，还包括打料装置；所述打料装置包括打杆和打料杆；

所述凸模设置有沿轴向延伸的第一通孔；所述打料杆设置在所述第一通孔内；所述模柄设置有沿轴向延伸的第二通孔，所述打杆穿过所述第二通孔与所述打料杆连接，

优选地，还包括卸料板和卸料板连杆；

所述卸料板通过所述卸料板连杆连接所述上模座；卸料板设置在所述凸模和所述凹模之间。

优选地，还包括顶杆、模套和导柱；

所述模套设置在所述上模座外侧且与所述上模座固定连接，所述模套与所述导柱连接；所述导柱与所述下模座连接。

所述顶杆连接所述顶料块，用于将工件顶出。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明中的磁流变弹性体可以在毫秒级时间段内对缓冲系统做出反映，通过改变磁流变弹性体缓冲装置中的电流进而改变弹性体中的磁场，使得磁流变弹性体的硬度和强度发生改变，当凸模冲向与磁流变弹性体缓冲装置相连的凹模时能有效地控制拉深时工件上产生的拉应力，并起到缓冲减振的作用，从而大幅度提高产品合格率和工作效率。

2、本发明采用三层缓冲磁流变弹性体，并且统一竖直布置，使磁感线垂直穿过弹性体，使缓冲减振的作用更加明显；

3、本发明采用三个拉压力传感器水平圆周分布取测出冲压压力大小的平均值，减小冲压压力数据误差，提高加工精度，采用三个红外测距传感器水平圆周分布取测出距离大小的平均值，减小测距数据误差，提高加工精度；

4、本发明通过控制系统、液压传动系统、传感系统以及磁流变弹性体缓冲装置形成一个完整的拉深量闭环控制系统，能够有效控制拉深量。

5、本发明具有加工精度高，性能稳定可靠，操作简单，适用范围广的特点。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中基于磁流变弹性体缓冲装置的可控阻尼拉深模的整体结构示意图；

图2为本发明中图1中A部分的放大示意图；

图3为本发明中基于磁流变弹性体缓冲装置的可控阻尼拉深模的剖视图；

图4为本发明中磁流变弹性体缓冲装置的三维结构示意图；

图5为本发明中磁流变弹性体缓冲装置的剖视图；

图6为本发明中磁流变弹性体组件的爆炸图；

图7为本发明中磁流变弹性体组件的剖视图；

图8为本发明中拉深量闭环控制系统示意图。

图中：1.打料杆；2.打杆；3.模柄；4.拉压力传感器；5.凸模；6.上模座；7.凸模固定板；8.红外测距传感器；9.卸料板连杆；10.卸料板；11.导套；12.导柱；13.凹模；14.顶料块；15.顶杆；16.下模座；17.活塞连接件；18.活塞杆；19.活塞杆套；20.预紧弹簧；21.活塞；22.黄铜垫片；23.上导磁支架；24.磁流变弹性体；25.下导磁支架；26.下端盖27.壳体；28.线圈骨架；29.励磁线圈；30.上端盖；31.磁流变弹性体缓冲装置；32.控制中心；33工件。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本实施例中，图1为本发明中基于磁流变弹性体缓冲装置的可控阻尼拉深模的整体结构示意图，如图1所示，本发明提供的基于磁流变弹性体缓冲装置的可控阻尼拉深模，包括控制系统、传感系统、模具本体、液压传动系统以及磁流变弹性体缓冲装置；

所述模具本体包括凸模模块和凹模模块；所述传感系统设置在所述凸模模块上，用于测量所述凸模模块与凹模模块之间的距离信息以及凸模模块的受力信息

所述液压传动系统驱动所述凸模模块向或远离所述凹模模块运动；所述磁流变弹性体缓冲装置连接所述凹模模块，用于向所述凹模模块输出阻尼力；

所述控制系统，用于根据所述距离信息和所述受力信息，控制所述液压传动系统和所述磁流变弹性体缓冲装置。

在本实施例中，所述的控制系统为拉深量闭环控制系统。

图3为本发明中基于磁流变弹性体缓冲装置的可控阻尼拉深模的剖视图，如图3所示，所述凸模模块包括上模座6、模柄3、凸模5以及凸模固定板7；所述凸模固定板7设置在所述上模座6的下侧面上；所述的凸模5镶嵌在凸模固定板7正中心的沉头孔中；所述模柄3安装在所述上模座6上的安装孔内。

所述传感系统包括红外测距传感器8和拉压力传感器4；所述红外测距传感器8和所述拉压力传感器4电连接所述控制系统；所述红外测距传感器8固定在所述凸模固定板7的下侧面上，用于测量凸模与凹模之间的距离；所述拉压力传感器4镶嵌在模柄3与凸模5之间，用于测量凸模5受到的力。

在本实施例中，所述拉压力传感器4的数量为三个，三个所述拉压力传感器4沿圆周分布，所述模柄3与所述凸模5分别设置一凹槽；所述拉压力传感器4镶嵌在所述模柄3、所述凸模5的凹槽中。三个所述红外测距传感器8沿圆周分布，螺纹连接在所述凸模固定板7上。

所述凹模模块包括凹模13和下模座16；所述凹模13与所述下模座16的上侧面相连，具体为，所述凹模13通过螺钉与下模座16固定连接。

图4为本发明中磁流变弹性体缓冲装置的三维结构示意图，图5为本发明中磁流变弹性体缓冲装置的剖视图，如图4、图5所示，所述磁流变弹性体缓冲装置包括上端盖30、壳体27、活塞杆套19、预紧弹簧20、下端盖26、活塞杆18、活塞21、黄铜垫片22以及磁流变弹性体组件；所述磁流变弹性体组件依次通过活塞21、活塞杆18连接所述顶料块14；所述顶料块14设置在所述凹模13内侧。顶料块14可以用于将工件33顶出。

在本实施例中，所述顶料块14通过活塞杆连接件17与所述活塞杆18的上端连接。所述的活塞杆18的下端与所述活塞21连接，所述活塞21通过黄铜垫片22与所述磁流变弹性体组件连接。

所述壳体27的上端面连接所述上端盖30，下端面连接所述下端盖26；多个磁流变弹性体组件依次相叠后设置在所述壳体27内侧；所述上端盖30、所述下端盖26均与所述下模座16连接。

在本实施例中，所述上端盖30和下端盖26通过螺钉与壳体27固定连接。所述磁流变弹性体缓冲装置31通过螺栓与下模座16固定连接。

在本实施例中，多个所述磁流变弹性体组件顺次排列设置在所述活塞21和下端盖26之间；

所述活塞杆套19安装在所述上端盖30的内孔中且与所述上端盖30固定连接；所述活塞杆18的下端穿过所述活塞杆套19连接所述活塞21。

所述预紧弹簧20套装在活塞杆18上且所述预紧弹簧20的上端连接所述活塞杆套19。

图6为本发明中磁流变弹性体组件的爆炸图，图7为本发明中磁流变弹性体组件的剖视图，如图6、图7所示，在图7中，箭头指向为磁感线传递方向，所述磁流变弹性体组件包括上导磁支架23、下导磁支架25、线圈骨架28、磁流变弹性体24以及励磁线圈29；

所述活塞21连接所述上导磁支架23，所述上导磁支架23倒扣在下导磁支架25上，所述磁流变弹性体24设置在所述上导磁支架23和所述下导磁支架25之间；所述上导磁支架23和所述下导磁支架25中间套有线圈骨架28，励磁线圈29缠绕在线圈骨架28上；所述上导磁支架23的上侧面上和所述下导磁支架25的下侧面上均设置有一黄铜垫片22；所述黄铜垫片22用于阻断磁场和缓冲减振；所述控制系统，用于通过励磁线圈29中的电流产生磁场，进而改变磁流变弹性体24的强度和硬度，以缓冲凸模5向下的冲压力。

本发明提供的基于磁流变弹性体缓冲装置的可控阻尼拉深模，还包括打杆2、打料杆1、卸料板10和卸料板连杆9；

所述凸模5设置有沿轴向延伸的第一通孔；所述打料杆1设置在所述第一通孔内，所述打料杆1通过凸模5侧面的紧定螺钉与所述的凸模5连接；所述模柄3设置有沿轴向延伸的第二通孔，所述打杆2穿过所述第二通孔与所述打料杆1连接，工件33能够由打料杆1打出

所述卸料板10通过所述卸料板连杆9连接所述上模座6；卸料板10设置在所述凸模5和所述凹模13之间，用于通过卸料板10将拉深后套在凸模5上的条料卸下。

本发明提供的基于磁流变弹性体缓冲装置的可控阻尼拉深模，还包括顶杆15、模套11和导柱12；

图2为本发明中图1中A部分的放大示意图，如图2所示，所述模套11设置在所述上模座6外侧且与所述上模座6固定连接，所述模套11与所述导柱12连接；所述导柱12与所述下模座16连接。

所述顶杆15连接所述顶料块14，用于将工件33顶出。

如图1、图2所示，当使用本发明提供的基于磁流变弹性体缓冲装置的可控阻尼拉深模时，通过控制中心32控制每个执行部件的执行顺序，完成数据的采集和处理，并在控制中心32的控制面板上呈现出来；在本发明工作过程中，液压传动系统使上模座6先处于浮动状态，磁流变弹性体缓冲装置31不通电流，上模座6在自重和液压传动系统推动的作用下，凸模5冲向凹模13，并在红外测距传感器8和拉压力传感器4的作用下，同时改变磁流变弹性体缓冲装置31的电流，控制磁流变弹性体缓冲装置31输出的阻尼力大小，进而调节冲压时的冲压力。当凸模5与凹模13接触时，进行拉深，同时依靠拉深时工件制作材料的变形抗力及工件与凹模13的摩擦力对工件圆角进行整形，凸模5继续下行，进行切边，如图8所示，与标准冲压力比较，若冲压力过大，减小磁流变弹性体缓冲装置的通电电流，缓冲冲压力，若冲压力过小，增大磁流变弹性体缓冲装置的通电电流，增大阻尼力进而增强冲压力以达到初始设定的冲压力的值，从而形成拉深量的闭环控制系统。当切边完成后，磁流变弹性体缓冲装置31电流减小，液压传动系统中的液压缸泄压，并将上模座6拉回到起始位置。通过卸料板10将拉深后套在凸模5上的条料卸下，工件33由顶料块14顶出或打料杆1打出，完成一次冲压，并检查冲压效果。

本发明实施例在整个拉深过程中，通过控制系统、传感系统、液压传动系统和磁流变弹性体缓冲装置形成一个高效且精确的拉深量闭环控制系统。本发明中的磁流变弹性体可以在毫秒级时间段内对缓冲系统做出反映，通过改变磁流变弹性体缓冲装置中的电流进而改变弹性体中的磁场，使得磁流变弹性体的硬度和强度发生改变，当凸模冲向与磁流变弹性体缓冲装置相连的凹模时能有效地控制拉深时工件上产生的拉应力，并起到缓冲减振的作用，从而大幅度提高产品合格率和工作效率。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种基于磁流变弹性体缓冲装置的可控阻尼拉深模，其特征在于，包括控制系统、传感系统、模具本体、液压传动系统以及磁流变弹性体缓冲装置；

所述模具本体包括凸模模块和凹模模块；所述传感系统设置在所述凸模模块上，用于测量所述凸模模块与凹模模块之间的距离信息以及凸模模块的受力信息；

所述液压传动系统驱动所述凸模模块向或远离所述凹模模块运动；所述磁流变弹性体缓冲装置连接所述凹模模块，用于向所述凹模模块输出阻尼力；

所述控制系统，用于根据所述距离信息和所述受力信息，控制所述液压传动系统和所述磁流变弹性体缓冲装置；

所述磁流变弹性体缓冲装置包括活塞杆(18)、活塞(21)以及磁流变弹性体组件；

所述磁流变弹性体组件依次通过活塞(21)、活塞杆(18)连接顶料块(14)；所述顶料块(14)设置在所述凹模模块中凹模(13)内侧；

所述磁流变弹性体组件包括上导磁支架(23)、下导磁支架(25)、线圈骨架(28)、磁流变弹性体(24)以及励磁线圈(29)；

所述活塞(21)连接所述上导磁支架(23)，所述上导磁支架(23)倒扣在下导磁支架(25)上，所述磁流变弹性体(24)设置在所述上导磁支架(23)和所述下导磁支架(25)之间；所述上导磁支架(23)和所述下导磁支架(25)中间套有线圈骨架(28)，励磁线圈(29)缠绕在线圈骨架(28)上；

所述上导磁支架(23)的上侧面上和所述下导磁支架(25)的下侧面上均设置有一黄铜垫片(22)；所述黄铜垫片(22)用于阻断磁场和缓冲减振；

所述控制系统，用于通过励磁线圈(29)中的电流产生磁场，进而改变磁流变弹性体(24)的强度和硬度，以缓冲所述凸模模块中凸模(5)的下冲压力。

2.根据权利要求1所述的基于磁流变弹性体缓冲装置的可控阻尼拉深模，其特征在于，所述凸模模块包括上模座(6)、模柄(3)、凸模(5)以及凸模固定板(7)；

所述凸模固定板(7)设置在所述上模座(6)的下侧面上；所述凸模(5)设置在所述凸模固定板(7)上；

所述模柄(3)安装在所述上模座(6)上的安装孔内。

3.根据权利要求1所述的基于磁流变弹性体缓冲装置的可控阻尼拉深模，其特征在于，所述凹模模块包括凹模(13)和下模座(16)；

所述凹模(13)与所述下模座(16)的上侧面相连。

4.根据权利要求1所述的基于磁流变弹性体缓冲装置的可控阻尼拉深模，其特征在于，所述磁流变弹性体缓冲装置还包括上端盖(30)、壳体(27)、活塞杆套(19)以及下端盖(26)；

所述壳体(27)的上端面连接所述上端盖(30)，下端面连接所述下端盖(26)；多个磁流变弹性体组件依次相叠后设置在所述壳体(27)内侧；

所述活塞杆套(19)安装在所述上端盖(30)的内孔中；所述活塞杆(18)的下端穿过所述活塞杆套(19)连接所述活塞(21)。

5.根据权利要求2所述的基于磁流变弹性体缓冲装置的可控阻尼拉深模，其特征在于，所述传感系统包括红外测距传感器(8)和拉压力传感器(4)；所述红外测距传感器(8)和所述拉压力传感器(4)电连接所述控制系统；

所述红外测距传感器(8)固定在所述凸模固定板(7)的下侧面上；所述拉压力传感器(4)镶嵌在所述模柄(3)与所述凸模(5)之间。

6.根据权利要求2所述的基于磁流变弹性体缓冲装置的可控阻尼拉深模，其特征在于，还包括打料装置；所述打料装置包括打杆(2)和打料杆(1)；

所述凸模(5)设置有沿轴向延伸的第一通孔；所述打料杆(1)设置在所述第一通孔内；所述模柄(3)设置有沿轴向延伸的第二通孔，所述打杆(2)穿过所述第二通孔与所述打料杆(1)连接。

7.根据权利要求2所述的基于磁流变弹性体缓冲装置的可控阻尼拉深模，其特征在于，还包括卸料板(10)和卸料板连杆(9)；

所述卸料板(10)通过所述卸料板连杆(9)连接所述上模座(6)；卸料板(10)设置在所述凸模(5)和所述凹模(13)之间。

8.根据权利要求2所述的基于磁流变弹性体缓冲装置的可控阻尼拉深模，其特征在于，还包括顶杆(15)、模套(11)和导柱(12)；

所述模套(11)设置在所述凸模模块的上模座(6)外侧且与所述上模座(6)固定连接，所述模套(11)与所述导柱(12)连接；所述导柱(12)与所述凹模模块的下模座(16)连接；

所述顶杆(15)连接所述顶料块(14)，用于将工件(33)顶出。

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