CN111151633B - 一种冲压工艺的分布式电磁控压边系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冲压工艺的分布式电磁控压边系统及其控制方法，该系统由上压边圈、上压边圈导向装置、上压边圈连接装置、下压边圈、支承外圈组成，上下压边圈上均分布有小型电磁线圈，将上压边圈进行周向分区与径向的分块，并通过上压边圈连接装置外扩大型电磁线圈，在实现压边力分布式、精细化控制的同时，增加压边力的大小，扩展冲压工艺分布式电磁控压边系统的应用范围。在冲压过程中，通过改变各电磁线圈的电流大小对各分块压边力的大小进行实时调控，从而提升冲压件成形质量的同时，降低冲压装备的装机功率、减少工艺的能量消耗。

Description

一种冲压工艺的分布式电磁控压边系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种冲压工艺的压边系统及控制方法，一种冲压工艺的分布式电磁控压边系统及其控制方法。

背景技术

作为制造技术中重要的加工方式，冲压成形利用模具使板料发生分离或者变形，包括落料、拉深、弯曲、冲孔、翻边、整形等基本工序，具有生产效率高、废料少、表面粗糙度低、能加工形状复杂零部件的特点。

压边力的控制有利于提升冲压件的成形质量，适当调整压边力的加载路径和加载位置，可以改善冲压过程板料的应力应变状态，进而影响其成形极限、破裂、起皱及回弹状态。当前的压边力控制方式主要包括单区域压边力曲线随时间变化的优化、周向分块压边力随位置变化的压边力控制方法，但是未考虑压边力的改变对装备能耗的影响，导致由路径变化/加载区域的增多带来装备能耗的升高。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种冲压工艺的分布式电磁控压边系统及其控制方法，以期通过分布式磁控压边力的加载，进一步分散冲压过程压边力的加载位置、优化各位置的加载路径，从而能实现更高质量、更低能耗的冲压过程。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种冲压工艺的分布式电磁控压边系统的特点是应用于由上凹模和下凸模所组成的冲压模具中，并包括：上压边圈、上压边圈导向装置、上压边圈连接装置、下压边圈、支承外圈；

将所述上压边圈沿周向方向划分为m个区域，其中第i个区域沿径向方向并由内向外依次分为k_i个压边块，任意第j个压边块表示为U_ij,i∈{1，2,…,m},j∈{1，2,…,k_i}；

所述上压边圈中最内缘的所有压边块U₁₁,U₂₁,…,U_i1,…,U_m1所围成的形状与所述上凹模中冲压形状相同；

所述上压边圈中最外缘的所有压边块

所围成的形状与冲压板料的外周形状相同；

第i个区域中第j个压边块U_ij的上方固定有多个沿周向分布的电磁线圈A，所述电磁线圈A的磁力产生端朝向下凸模，且所有电磁线圈A的磁力产生端处于同一平面α上，且所述平面α与上凹模的运动方向垂直；

在第i个区域中第j个压边块U_ij的上方设置有第i个区域中第j个上压边圈连接装置D_ij，且第i个区域中第j个上压边圈连接装置D_ij与第i个区域中第j-1个上压边圈连接装置D_i(j-1)的径向半径之间的长度差为d；

所述第i个区域中第j个上压边圈连接装置D_ij的末端固定有多个沿周向分布的电磁线圈B，所述电磁线圈B的磁力产生端朝向所述下凸模，且所有电磁线圈B的磁力产生端也处于所述平面α上；记所述电磁线圈B的直径为d；且所述电磁线圈B所产生的磁力大于通入同样电流的电磁线圈A的磁力；

在沿着上凹模运动方向上平行放置与所述第i个区域中第j个上压边圈连接装置D_ij距离为L的第i个区域中第j+1个D_i(j+1)，其中，L为冲压板料厚度的1～2倍；

在所述第i个区域中第1个上压边圈连接装置D_i1的上方通过连接杆与第i个区域中第1个上压边圈导向装置M_i1的运动件M_i1-a固连；

所述第i个区域中第1个上压边圈导向装置M_i1的承导件M_i1-b与所述上凹模固连，使得所述第i个区域中第1个上压边圈导向装置M_i1的运动件M_i1-a的运动方向与所述上凹模的运动方向相同，且运动距离为2L；

所述第i个区域中第j个上压边圈连接装置D_ij的上方通过连接杆与第i个区域中第j个上压边圈导向装置M_ij的运动件固连M_ij-a；且所述第i个区域中第j个上压边圈连接装置D_ij的连接杆沿着下凸模至上凹模的方向顺次穿过j-1个上压边圈连接装置D_i(j-1),D_i(j-2),…,D_i1；

所述第i个区域中第j个上压边圈导向装置M_ij的承导件M_ij-b与所述上凹模固连，使得所述第i个区域中第j个上压边圈导向装置M_ij的运动件M_ij-a的运动方向与所述上凹模的运动方向相同，且运动距离为2L；

令所述上凹模开始冲压的平面与所述平面α平行，且所述上凹模冲压开始的初始位置与所述平面α的距离为L；

所述下压边圈的下平面与所述支承外圈同心固连，且下压边圈的上平面与所述支承外圈的上平面处于同一平面上；所述下压边圈的内缘与所述上压边圈中最内缘的所有压边块U₁₁,U₂₁,…,U_i1,…,U_m1围成的形状相同，所述下压边圈的上平面按照上压边圈中各个电磁线圈A和电磁线圈B的位置也相应固定有电磁线圈A和电磁线圈B，所述下压边圈上的所有电磁线圈A和电磁线圈B的磁力产生端朝向所述上凹模，且所有电磁线圈A和电磁线圈B的磁力产生端处于同一平面上，并与所述平面α平行；

所述支承外圈通过氮气弹簧设置在所述下凸模的外周上。

本发明所述的冲压工艺的分布式电磁控压边系统的控制方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1：冲压工艺开始，所述上凹模向下移动，并带动所述上压边圈及其上的电磁线圈A、电磁线圈B和上压边圈连接装置一起下移；

步骤2：所述上压边圈接触到所述冲压板料时，所述上凹模继续下移，并带动所有导向装置{M_ij，i＝1，2,…,m,j＝1，2,…,k_i}的承导件向下移动，而所有位于上压边圈的U_ij保持不动；

步骤3：当所述上凹模下移为L的距离后，所述上凹模接触到所述支承外圈，所述上压边圈和下压边圈中所有的电磁线圈A和电磁线圈B电源接通，使得对应的电磁线圈之间产生磁力，并将所述冲压板料夹紧在上压边圈和下压边圈之间；

根据冲压形状的要求，通过改变电磁线圈中通电电流的大小以调整上压边圈中所有压边块所产生的压边力大小；

步骤4：所述上凹模继续下移，并带动所述上压边圈、下压边圈、以及支承外圈一起下移，并开始冲压动作，使得所述冲压板料的直径变小；

当所述冲压板料的直径小于第i个区域中第j个压边块U_ij的内缘直径时，断开第i个区域中第j个压边块U_ij上的电磁线圈A和所述第i个区域中第j个上压边圈连接装置D_ij上的电磁线圈B以及所对应位置的下压边圈上的电磁线圈A和电磁线圈B的开关；

步骤5：所述上凹模移至最底端，以完成冲压动作后，所有电磁线圈断电，所述上凹模上移，并带动所述上压边圈及其上的电磁线圈A、电磁线圈B和上压边圈连接装置一起上移，所述下压边圈和支承外圈在氮气弹簧弹力的作用下向上移动，从而完成冲压过程。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明与传统通过液压缸回路产生压边力的方式相比，电磁式压边力降低了冲压成形装备的负载，通过降低装机功率的方式，减少了成形装备的能量消耗。

2、本发明采用分布式电磁控的压边力产生方式，使各部分的压边力调控成为可能，有利于成形出更高质量的零部件。

3、本发明通过内外电磁铁固连的方式，增大了可能产生的压边力大小，进一步扩展了冲压工艺分布式电磁控压边力的应用场景。

附图说明

图1为本发明分布式电磁控压边系统图；

图2为本发明的上压边圈结构图；

图3为图1中G部分的放大图；

图4为本发明的下压边圈结构图；

图中标号：1上压边圈；2上压边圈导向装置；3上压边圈连接装置；4下压边圈；5支承外圈；6电磁线圈A；7电磁线圈B；8上凹模；9下凸模；10氮气弹簧；U_ij上压边圈沿周向第i个区域第j个压边块；D_ij第i个区域中第j个上压边圈连接装置；M_ij第i个区域中第j个上压边圈导向装置；M_ij-a导向装置M_ij的运动件；M_ij-b导向装置M_ij的承导件。

具体实施方式

本实施例中，一种冲压工艺的分布式电磁控压边系统，是应用于由上凹模8和下凸模9所组成的冲压模具中，如图1所示，并包括：上压边圈1、上压边圈导向装置2、上压边圈连接装置3、下压边圈4、支承外圈5。

将上压边圈1沿周向方向划分为m个区域，其中第i个区域沿径向方向并由内向外依次分为k_i个压边块，任意第j个压边块表示为U_ij,i∈{1，2,…,m},j∈{1，2,…,k_i}，如图2所示；此处压边块的的个数取决于冲压板料与上凹模8的冲压形状；

上压边圈1中最内缘的所有压边块U₁₁,U₂₁,…,U_i1,…,U_m1所围成的形状与上凹模8中冲压形状相同；

上压边圈1中最外缘的所有压边块

所围成的形状与冲压板料的外周形状相同；

第i个区域中第j个压边块U_ij的上方固定有多个沿周向分布的电磁线圈A6，电磁线圈A6的磁力产生端朝向下凸模9，且所有电磁线圈A6的磁力产生端处于同一平面α上，且平面α与上凹模8的运动方向垂直；

在第i个区域中第j个压边块U_ij的上方设置有第i个区域中第j个上压边圈连接装置D_ij，且第i个区域中第j个上压边圈连接装置D_ij与第i个区域中第j-1个上压边圈连接装置D_ij-1的径向半径之间的长度差为d；

第i个区域中第j个上压边圈连接装置D_ij的末端固定有多个沿周向分布的电磁线圈B7，电磁线圈B7的磁力产生端朝向下凸模9，且所有电磁线圈B7的磁力产生端也处于平面α上；记电磁线圈B7的直径为d；此处电磁线圈B7的直径也可以小于d，当电磁线圈B7的直径小于d时，相邻的两个电磁线圈B7之间存在间隙；

电磁线圈B7所产生的磁力大于通入同样电流的电磁线圈A6的磁力；

在沿着上凹模8运动方向上平行放置与第i个区域中第j个上压边圈连接装置D_ij距离为L的第i个区域中第j+1个D_ij+1，其中，L为冲压板料厚度的1～2倍，如图3所示；L也可以大于冲压板料厚度的2倍，此处为较优值；

在第i个区域中第1个上压边圈连接装置D_i1的上方通过连接杆与第i个区域中第1个上压边圈导向装置M_i1的运动件M_i1-a固连，如图3所示；

第i个区域中第1个上压边圈导向装置M_i1的承导件M_i1-b与上凹模8固连，使得第i个区域中第1个上压边圈导向装置M_i1的运动件M_i1-a的运动方向与上凹模8的运动方向相同，且运动距离为2L；

第i个区域中第j个上压边圈连接装置D_ij的上方通过连接杆与第i个区域中第j个上压边圈导向装置M_ij的运动件M_ij-a固连；且第i个区域中第j个上压边圈连接装置D_ij的连接杆沿着下凸模9至上凹模8的方向顺次穿过j-1个上压边圈连接装置D_ij-1,D_ij-2,…,D_i1；此处各连接杆与所穿过的连接装置之间存在间隙，以保证连接杆可与连接装置的相对运动。

第i个区域中第j个上压边圈导向装置M_ij的承导件M_ij-b与上凹模8固连，使得第i个区域中第j个上压边圈导向装置M_ij的运动件M_ij-a的运动方向与上凹模8的运动方向相同，且运动距离为2L；

令上凹模8开始冲压的平面与平面α平行，且上凹模8冲压开始的初始位置与平面α的距离为L；

下压边圈4的下平面与支承外圈5同心固连，且下压边圈4的上平面与支承外圈5上平面处于同一平面上；下压边圈4的内缘与上压边圈1中最内缘的所有压边块U₁₁,U₂₁,…,U_i1,…,U_m1围成的形状相同，下压边圈4的上平面按照上压边圈1中各个电磁线圈A6和电磁线圈B7的位置也相应固定有电磁线圈A6和电磁线圈B7，下压边圈4上的所有电磁线圈A6和电磁线圈B7的磁力产生端朝向上凹模8，且所有电磁线圈A6和电磁线圈B7的磁力产生端处于同一平面上，并与平面α平行，如图4所示；

支承外圈5通过氮气弹簧10设置在下凸模9的外周上。

本实施例中，一种冲压工艺的分布式电磁控压边系统的控制方法是按如下步骤进行：

步骤1：冲压工艺开始，上凹模8向下移动，并带动上压边圈1及其上的电磁线圈A6、电磁线圈B7和上压边圈连接装置3一起下移；

步骤2：上压边圈1接触到冲压板料时，上凹模8继续下移，并带动所有导向装置{M_ij，i＝1，2,…,m,j＝1，2,…,k_i}的承导件向下移动，而所有位于上压边圈1上的U_ij保持不动；

步骤3：当上凹模8下移为L的距离后，上凹模8接触到支承外圈5，上压边圈1和下压边圈4中所有的电磁线圈A6和电磁线圈B7电源接通，使得对应的电磁线圈之间产生磁力，并将冲压板料夹紧在上压边圈1和下压边圈4之间；

根据冲压形状的要求，通过改变电磁线圈中通电电流的大小以调整上压边圈1中所有压边块所产生的压边力大小；

步骤4：上凹模8继续下移，并带动上压边圈1、下压边圈4、以及支承外圈5一起下移，并开始冲压动作，使得冲压板料的直径变小；

当冲压板料的直径小于第i个区域中第j个压边块U_ij的内缘直径时，断开第i个区域中第j个压边块U_ij上的电磁线圈A6和第i个区域中第j个上压边圈连接装置D_ij上的电磁线圈B7以及所对应位置的下压边圈4上的电磁线圈A6和电磁线圈B7的开关；

步骤5：上凹模8移至最底端，以完成冲压动作后，所有电磁线圈断电，上凹模8上移，带动上压边圈1及其上的电磁线圈A6、电磁线圈B7和上压边圈连接装置3一起上移，下压边圈4和支承外圈5在氮气弹簧10弹力的作用下向上移动，从而完成冲压过程。

Claims (2)

1.一种冲压工艺的分布式电磁控压边系统，其特征是应用于由上凹模(8)和下凸模(9)所组成的冲压模具中，并包括：上压边圈(1)、上压边圈导向装置(2)、上压边圈连接装置(3)、下压边圈(4)、支承外圈(5)；

将所述上压边圈(1)沿周向方向划分为m个区域，其中第i个区域沿径向方向并由内向外依次分为k_i个压边块，任意第j个压边块表示为U_ij,i∈{1，2,…,m},j∈{1，2,…,k_i}；

所述上压边圈(1)中最内缘的所有压边块U₁₁,U₂₁,…,U_i1,…,U_m1所围成的形状与所述上凹模(8)中冲压形状相同；

所述上压边圈(1)中最外缘的所有压边块

所围成的形状与冲压板料的外周形状相同；

第i个区域中第j个压边块U_ij的上方固定有多个沿周向分布的电磁线圈A(6)，所述电磁线圈A(6)的磁力产生端朝向下凸模(9)，且所有电磁线圈A(6)的磁力产生端处于同一平面α上，且所述平面α与上凹模(8)的运动方向垂直；

在第i个区域中第j个压边块U_ij的上方设置有第i个区域中第j个上压边圈连接装置D_ij，且第i个区域中第j个上压边圈连接装置D_ij与第i个区域中第j-1个上压边圈连接装置D_i(j-1)的径向半径之间的长度差为d；

所述第i个区域中第j个上压边圈连接装置D_ij的末端固定有多个沿周向分布的电磁线圈B(7)，所述电磁线圈B(7)的磁力产生端朝向所述下凸模(9)，且所有电磁线圈B(7)的磁力产生端也处于所述平面α上；记所述电磁线圈B(7)的直径为d；且所述电磁线圈B(7)所产生的磁力大于通入同样电流的电磁线圈A(6)的磁力；

在沿着上凹模(8)运动方向上平行放置与所述第i个区域中第j个上压边圈连接装置D_ij距离为L的第i个区域中第j+1个D_i(j+1)，其中，L为冲压板料厚度的1～2倍；

在所述第i个区域中第1个上压边圈连接装置D_i1的上方通过连接杆与第i个区域中第1个上压边圈导向装置M_i1的运动件M_i1-a固连；

所述第i个区域中第1个上压边圈导向装置M_i1的承导件M_i1-b与所述上凹模(8)固连，使得所述第i个区域中第1个上压边圈导向装置M_i1的运动件M_i1-a的运动方向与所述上凹模(8)的运动方向相同，且运动距离为2L；

所述第i个区域中第j个上压边圈连接装置D_ij的上方通过连接杆与第i个区域中第j个上压边圈导向装置M_ij的运动件M_ij-a固连；且所述第i个区域中第j个上压边圈连接装置D_ij的连接杆沿着下凸模(9)至上凹模(8)的方向顺次穿过j-1个上压边圈连接装置D_i(j-1),D_i(j-2),…,D_i1；

所述第i个区域中第j个上压边圈导向装置M_ij的承导件M_ij-b与所述上凹模(8)固连，使得所述第i个区域中第j个上压边圈导向装置M_ij的运动件M_ij-a的运动方向与所述上凹模(8)的运动方向相同，且运动距离为2L；

令所述上凹模(8)开始冲压的平面与所述平面α平行，且所述上凹模(8)冲压开始的初始位置与所述平面α的距离为L；

所述下压边圈(4)的下平面与所述支承外圈(5)同心固连，且下压边圈(4)的上平面与所述支承外圈(5)的上平面处于同一平面上；所述下压边圈(4)的内缘与所述上压边圈(1)中最内缘的所有压边块U₁₁,U₂₁,…,U_i1,…,U_m1围成的形状相同，所述下压边圈(4)的上平面按照上压边圈(1)中各个电磁线圈A(6)和电磁线圈B(7)的位置也相应固定有电磁线圈A(6)和电磁线圈B(7)，所述下压边圈(4)上的所有电磁线圈A(6)和电磁线圈B(7)的磁力产生端朝向所述上凹模(8)，且所有电磁线圈A(6)和电磁线圈B(7)的磁力产生端处于同一平面上，并与所述平面α平行；

所述支承外圈(5)通过氮气弹簧(10)设置在所述下凸模(9)的外周上。

2.根据权利要求1所述的冲压工艺的分布式电磁控压边系统的控制方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1：冲压工艺开始，所述上凹模(8)向下移动，并带动所述上压边圈(1)及其上的电磁线圈A(6)、电磁线圈B(7)和上压边圈连接装置(3)一起下移；

步骤2：所述上压边圈(1)接触到所述冲压板料时，所述上凹模(8)继续下移，并带动所有导向装置{M_ij，i＝1，2,…,m,j＝1，2,…,k_i}的承导件向下移动，而所有位于上压边圈(1)的U_ij保持不动；

步骤3：当所述上凹模(8)下移为L的距离后，所述上凹模(8)接触到所述支承外圈(5)，所述上压边圈(1)和下压边圈(4)中所有的电磁线圈A(6)和电磁线圈B(7)电源接通，使得对应的电磁线圈之间产生磁力，并将所述冲压板料夹紧在上压边圈(1)和下压边圈(4)之间；

根据冲压形状的要求，通过改变电磁线圈中通电电流的大小以调整上压边圈(1)中所有压边块所产生的压边力大小；

步骤4：所述上凹模(8)继续下移，并带动所述上压边圈(1)、下压边圈(4)、以及支承外圈(5)一起下移，并开始冲压动作，使得所述冲压板料的直径变小；

当所述冲压板料的直径小于第i个区域中第j个压边块U_ij的内缘直径时，断开第i个区域中第j个压边块U_ij上的电磁线圈A(6)和所述第i个区域中第j个上压边圈连接装置D_ij上的电磁线圈B(7)以及所对应位置的下压边圈(4)上的电磁线圈A(6)和电磁线圈B(7)的开关；

步骤5：所述上凹模(8)移至最底端，以完成冲压动作后，所有电磁线圈断电，所述上凹模(8)上移，并带动所述上压边圈(1)及其上的电磁线圈A(6)、电磁线圈B(7)和上压边圈连接装置(3)一起上移，所述下压边圈(4)和支承外圈(5)在氮气弹簧(10)弹力的作用下向上移动，从而完成冲压过程。

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