CN110899448A - 一种压边力分区加载的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压边力分区加载的装置及方法，其中装置包括凹模、平面压边圈、圆角区压边圈、压边圈固定板、伸缩结构和凸模。本发明通过设计平面区、圆角区可分区施加压边力的环形嵌套压边结构，拉深过程中平面区脱离平面压边圈前，通过圆角区压边圈对圆角区材料施加压边力，使本来作为工艺余料、待切除的圆角区材料继续变形，圆角区大部分材料成为拉深件的有效区域，提高材料利用率，改善零件的可成形性及壁厚均匀性，甚至减少成形道次，降低模具成本、设备成本。

Description

一种压边力分区加载的装置及方法

技术领域

本发明涉及板材拉深成形技术领域，特别是涉及一种压边力分区加载的方法及装置。

背景技术

板材成形加工中，拉深成形是常用的工艺。通过拉深成形可以获得筒形、盒形及其他复杂型面板材零件，在航空航天、汽车等领域应用广泛。拉深变形的主要变形区是法兰区，法兰区受径向拉应力、切向压应力，因此法兰区容易起皱，需要通过压边圈对法兰区施加压边力以避免起皱。如果法兰区脱离压边圈后继续拉深，在凹模的圆角区域附近的材料容易起皱，因此通常在法兰区脱离压边圈之前停止拉深，凹模圆角附近的材料作为工艺余料在后续的切边工序中完全予以切除。对于某些变形量大的拉深成形，为了能够缓解拉深危险区的拉应力、确保拉深成功成形，一般凹模圆角比较大，切除的工艺余料也比较多，造成较大的材料浪费；对于接近极限的拉深成形，完全切除圆角区工艺余料后拉深件的深度有时达不到所要求的深度，这时则需要增大坯料尺寸、增加一次拉深工序，增加了材料成本、模具成本、人工成本和设备成本。特别地，对于贮箱箱底等封头类的大型板材拉深件，初始坯料尺寸大(直径>4m)，如果圆角附近的工艺余料完全被切掉，现有板材宽度难以满足整体拉深需求，还需要拼焊板，焊缝性能差，给拉深带来困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种压边力分区加载的装置及方法，用以解决上述现有技术存在的拉深成形凹模圆角工艺余料完全无法利用，造成材料浪费，甚至由于工艺余料原因、原始板材宽度不足等问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明公开了一种压边力分区加载的装置，包括凹模、平面压边圈、圆角区压边圈、压边圈固定板、伸缩结构和凸模，所述凹模、所述平面压边圈、所述圆角区压边圈和所述压边圈固定板由下至上依次设置且中心位置均设有竖直通孔，所述压边圈固定板与所述平面压边圈固定相连，所述凸模在所述竖直通孔内上下运动，所述凹模的上表面具有平面区和相邻设置于所述平面区内侧的圆角区，所述平面压边圈的下端具有内法兰结构，所述圆角区压边圈的上端具有外法兰结构，所述圆角区压边圈位于所述平面压边圈内侧，所述内法兰结构与所述外法兰结构在竖直方向上相互限位，所述圆角区压边圈的下表面具有母线为圆弧的内凹环形曲面，所述圆弧的半径为所述圆角区的圆角半径与坯料的厚度之和，所述伸缩结构具有固定端和伸缩端，所述固定端固定于所述压边圈固定板上，所述伸缩端固定于所述圆角区压边圈上。

优选地，所述伸缩结构为液压伸缩结构。

优选地，所述伸缩结构包括活塞杆法兰、活塞杆、下端盖、缸体、活塞和上端盖，所述缸体竖直设置，所述活塞滑动设置于所述缸体内，所述活塞将所述缸体分为上腔和下腔，所述上腔具有上腔油口，所述下腔具有下腔油口，所述上腔油口和所述下腔油口分别与外接的液压系统连通，所述活塞杆的上端与所述活塞固定相连，所述活塞杆的下端与所述活塞杆法兰固定相连，所述活塞杆法兰固定于所述圆角区压边圈上，所述缸体的上下两端分别与所述上端盖、所述下端盖固定相连，所述上端盖固定于所述压边圈固定板上。

本发明还公开了一种压边力分区加载的方法，使用上述的压边力分区加载的装置，并包括如下步骤：

a、在凹模上表面放置坯料；

b、控制压边圈固定板带动平面压边圈下行至与坯料相接触，并施加压边力F；

c、控制凸模在压边圈固定板及圆角区压边圈的竖直通孔内下移，与坯料接触后继续下压、进行拉深，直到坯料基本接近凹模的圆角区；

d、外接的液压系统通过上腔油口进油、下腔油口出油，活塞带动活塞杆、活塞杆法兰及圆角区压边圈下行，直至与凹模圆角区的坯料接触，对圆角区的坯料施加压边力，同时施加到压边圈固定板的压边力减小至与圆角区施加的压边力相当；

e、控制凸模继续拉深，坯料在凹模圆角区的材料继续变形，成为拉深件的一部分，直至坯料基本脱离凹模的圆角，拉深结束；

f、施加到压边圈固定板的压边力卸载；

g、同时，外接的液压系统通过上腔油口使油缸上腔卸压，然后通过下腔油口进油、上腔油口出油，活塞带动活塞杆、活塞杆法兰及圆角区压边圈上行，达到活塞的上限位或者高于平面压边圈的下表面；

h、拉深滑块带动凸模上行，压边滑块带动压边圈固定板上行，取出拉深件，拉深结束。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1.可充分利用圆角区材料，减小工艺余料，提高材料利用率；

2.对于接近极限的拉深成形，可充分利用圆角区材料，减少拉深次数，降低模具成本、设备成本；

3.工艺余料少，无需增大初始坯料，改善零件的可成形性及壁厚均匀性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例压边力分区加载的装置的结构示意图；

附图标记说明：1凹模；2平面压边圈；3圆角区压边圈；4活塞杆法兰；5第一螺钉；6活塞杆；7下端盖；8缸体；9活塞；10压边圈固定板；11第二螺钉；12上端盖；13第三螺钉；14第四螺钉；15第五螺钉；16凸模。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种压边力分区加载的装置及方法，用以解决上述现有技术存在的拉深成形凹模圆角工艺余料完全无法利用，造成材料浪费，甚至由于工艺余料原因、原始板材宽度不足等问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本实施例提供一种压边力分区加载的装置，包括凹模1、平面压边圈2、圆角区压边圈3、压边圈固定板10、伸缩结构和凸模16。

其中，凹模1、平面压边圈2、圆角区压边圈3和压边圈固定板10由下至上依次设置且中心位置均设有竖直通孔，压边圈固定板10与平面压边圈2固定相连，凸模16在竖直通孔内上下运动。凹模1的上表面具有平面区和相邻设置于平面区内侧的圆角区，平面压边圈2的下端具有内法兰结构，圆角区压边圈3的上端具有外法兰结构。圆角区压边圈3位于平面压边圈2内侧，内法兰结构与外法兰结构在竖直方向上相互限位。圆角区压边圈3的下表面具有母线为圆弧的内凹环形曲面，圆弧的半径为圆角区的圆角半径与坯料的厚度之和。伸缩结构具有固定端和伸缩端，固定端固定于压边圈固定板10上，伸缩端固定于圆角区压边圈3上。

由于压边圈固定板10与平面压边圈2固定相连，同时压边圈固定板10通过伸缩结构与圆角区压边圈3固定相连，当压边圈固定板10上下动作时，带动平面压边圈2和圆角区压边圈3同步上下动作。当伸缩结构的长度发生变化时，带动圆角区压边圈3动作，圆角区压边圈3和平面压边圈2发生相对运动。本实施例中，该装置安装在液压机上，压边圈固定板10与液压机压边滑块连接，由液压机压边滑块施加压边力F；凸模16与液压机拉深滑块连接，通过拉深滑块带动凸模16以速度V向下运动进行拉深。本领域技术人员也可通过其它方式驱动压边圈固定板10和凸模16，只要能使其上下动作即可。

进一步的，本实施例中伸缩结构为液压伸缩结构，本领域技术人员也可选择其它形式的伸缩结构，例如电动伸缩杆等，只要能够实现对圆角区压边圈3的上下驱动即可。

更进一步的，本实施例的伸缩结构具体包括活塞杆法兰4、活塞杆6、下端盖7、缸体8、活塞9和上端盖12。其中，缸体8竖直设置，活塞9滑动设置于缸体8内。活塞9将缸体8分为上腔和下腔，上腔具有上腔油口，下腔具有下腔油口，上腔油口和下腔油口分别与外接的液压系统连通。活塞杆6的上端与活塞9固定相连，活塞杆6的下端与活塞杆法兰4固定相连，活塞杆法兰4固定于圆角区压边圈3上。缸体8的上下两端分别与上端盖12、下端盖7固定相连，上端盖12固定于压边圈固定板10上。使用时，可以通过外接的液压系统控制上腔油口的液体压力，从而控制圆角区压边圈3的压边力。对于油缸的数量、缸径大小及凹模1圆角区压边力大小，本领域技术人员可以根据实际需要进行布置。

另外，本实施例中圆角区压边圈3与活塞杆法兰4通过第一螺钉5连接，压边圈固定板10与平面压边圈2通过第二螺钉11连接，上端盖12通过第三螺钉13与压边圈固定板10连接，缸体8与上端盖12通过第四螺钉14连接，缸体8与下端盖7通过第五螺钉15连接，本领域技术人员也可通过焊接等其它方式将其固定相连。

本实施例还提供一种压边力分区加载的方法，使用上述的压边力分区加载的装置，并包括如下步骤：

a、在凹模1上表面放置坯料；

b、控制压边圈固定板10带动平面压边圈2下行至与坯料相接触，并施加压边力F；

c、控制凸模16在压边圈固定板10及圆角区压边圈3的竖直通孔内下移，与坯料接触后继续下压、进行拉深，直到坯料基本接近凹模1的圆角区；

d、外接的液压系统通过上腔油口进油、下腔油口出油，活塞9带动活塞杆6、活塞杆法兰4及圆角区压边圈3下行，直至与凹模1圆角区的坯料接触，对圆角区的坯料施加压边力，同时施加到压边圈固定板10的压边力减小至与圆角区施加的压边力相当；

e、控制凸模16继续拉深，坯料在凹模1圆角区的材料继续变形，成为拉深件的一部分，直至坯料基本脱离凹模1的圆角，拉深结束；

f、施加到压边圈固定板10的压边力卸载；

g、同时，外接的液压系统通过上腔油口使油缸上腔卸压，然后通过下腔油口进油、上腔油口出油，活塞9带动活塞杆6、活塞杆法兰4及圆角区压边圈3上行，达到活塞9的上限位或者高于平面压边圈2的下表面；

h、拉深滑块带动凸模16上行，压边滑块带动压边圈固定板10上行，取出拉深件，拉深结束。

针对拉深成形凹模1圆角工艺余料完全无法利用，造成材料浪费，甚至由于工艺余料原因、原始板材宽度不足等问题，本发明提出平面区、圆角区可分区施加压边力的环形嵌套压边结构，拉深过程中平面区脱离平面压边圈2前，通过圆角区压边圈3对圆角区材料施加压边力，使本来作为工艺余料、待切除的圆角区材料继续变形，圆角区大部分材料成为拉深件的有效区域。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种压边力分区加载的装置，其特征在于，包括凹模、平面压边圈、圆角区压边圈、压边圈固定板、伸缩结构和凸模，所述凹模、所述平面压边圈、所述圆角区压边圈和所述压边圈固定板由下至上依次设置且中心位置均设有竖直通孔，所述压边圈固定板与所述平面压边圈固定相连，所述凸模在所述竖直通孔内上下运动，所述凹模的上表面具有平面区和相邻设置于所述平面区内侧的圆角区，所述平面压边圈的下端具有内法兰结构，所述圆角区压边圈的上端具有外法兰结构，所述圆角区压边圈位于所述平面压边圈内侧，所述内法兰结构与所述外法兰结构在竖直方向上相互限位，所述圆角区压边圈的下表面具有母线为圆弧的内凹环形曲面，所述圆弧的半径为所述圆角区的圆角半径与坯料的厚度之和，所述伸缩结构具有固定端和伸缩端，所述固定端固定于所述压边圈固定板上，所述伸缩端固定于所述圆角区压边圈上。

2.根据权利要求1所述的压边力分区加载的装置，其特征在于，所述伸缩结构为液压伸缩结构。

3.根据权利要求2所述的压边力分区加载的装置，其特征在于，所述伸缩结构包括活塞杆法兰、活塞杆、下端盖、缸体、活塞和上端盖，所述缸体竖直设置，所述活塞滑动设置于所述缸体内，所述活塞将所述缸体分为上腔和下腔，所述上腔具有上腔油口，所述下腔具有下腔油口，所述上腔油口和所述下腔油口分别与外接的液压系统连通，所述活塞杆的上端与所述活塞固定相连，所述活塞杆的下端与所述活塞杆法兰固定相连，所述活塞杆法兰固定于所述圆角区压边圈上，所述缸体的上下两端分别与所述上端盖、所述下端盖固定相连，所述上端盖固定于所述压边圈固定板上。

4.一种压边力分区加载的方法，其特征在于，使用如权利要求3所述的压边力分区加载的装置，并包括如下步骤：

a、在凹模上表面放置坯料；

b、控制压边圈固定板带动平面压边圈下行至与坯料相接触，并施加压边力F；

c、控制凸模在压边圈固定板及圆角区压边圈的竖直通孔内下移，与坯料接触后继续下压、进行拉深，直到坯料基本接近凹模的圆角区；

d、外接的液压系统通过上腔油口进油、下腔油口出油，活塞带动活塞杆、活塞杆法兰及圆角区压边圈下行，直至与凹模圆角区的坯料接触，对圆角区的坯料施加压边力，同时施加到压边圈固定板的压边力减小至与圆角区施加的压边力相当；

e、控制凸模继续拉深，坯料在凹模圆角区的材料继续变形，成为拉深件的一部分，直至坯料基本脱离凹模的圆角，拉深结束；

f、施加到压边圈固定板的压边力卸载；

g、同时，外接的液压系统通过上腔油口使油缸上腔卸压，然后通过下腔油口进油、上腔油口出油，活塞带动活塞杆、活塞杆法兰及圆角区压边圈上行，达到活塞的上限位或者高于平面压边圈的下表面；

h、拉深滑块带动凸模上行，压边滑块带动压边圈固定板上行，取出拉深件，拉深结束。

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