CN112024691B - 特种车辆油箱高矩形盒冷压拉伸成型装置及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了特种车辆油箱高矩形盒冷压拉伸成型装置及成型方法，成型装置包括通过支架固定在底板上方的凸模组件、通过机架悬置于凸模组件正上方并由气缸驱动进行上、下移动的凹模组件以及套设在凸模组件的凸模上侧并由弹簧杆组件进行浮动支撑的压料板。成型方法，包括如下步骤：备料；退火；将退火后的铝合金薄板毛坯放置在压料板上方进行多次拉伸，相邻两次拉伸之间对零件进行热处理退火，并保温一段时间后空冷到室温。本发明有效地减少了油箱的焊缝数量、提高了油箱的生产效率，还提高了油箱的强度质量，有效地降低了跑车震动和焊接应力对油箱强度带来的损坏，提高了油箱使用寿命，降低了维护频率和维护成本。

Description

特种车辆油箱高矩形盒冷压拉伸成型装置及成型方法

技术领域

本发明涉及高矩形盒加工领域，具体涉及特种车辆油箱高矩形盒冷压拉伸成型装置及成型方法。

背景技术

特种车辆上的油箱为薄板盒形样件。由于铝合金材料具有重量轻、强度高，耐蚀性、焊接性能、机械加工性能良好等优点，因此特种车辆上的油箱整体采用铝合金材料，主要由箱体、端板、隔板及法兰等零部件焊接组成。由于油箱生产工艺采用手工拼焊焊接，焊接板件多，导致焊缝较多、生产工艺繁杂，焊接过程完全依靠手工操作，对操作工人技能要求非常高，焊接质量不稳定，焊接生产率低；同时用于拼组成油箱的铝合金板料较薄，焊接质量不稳定。这就导致了在跑车震动和焊接应力的共同作用下，容易使油箱上的焊缝开裂，并出现漏油现象。

发明内容

本发明的目的在于：提供了特种车辆油箱高矩形盒冷压拉伸成型装置及成型方法，为减少油箱的焊缝数量、提升铝合金油箱的整体强度质量，本发明对油箱的生产方式提出一种新的方案，将原本的油箱的拼焊方式改进为油箱薄板拉伸方式，即更新为高矩形盒冷压拉伸方式，并为之设计出一种新的拉伸成型装置。

本发明采用的技术方案如下：

特种车辆油箱高矩形盒冷压拉伸成型装置，包括通过支架固定在底板上方的凸模组件、通过机架悬置于凸模组件正上方并由气缸驱动进行上、下移动的凹模组件以及套设在凸模组件的凸模上侧并由弹簧杆组件进行浮动支撑的压料板。

进一步地，所述凹模组件包括上模板、凹模和紧固件，所述凹模的上侧通过紧固件与上模板连接，所述上模板与气缸的活塞杆末端连接，在凹模内侧的成型腔中设置有用于将卡在成型腔中的拉伸件卸料的打料组件。

进一步地，所述打料组件包括竖直设置的打料杆和水平设置的打料板，所述打料杆的上端活动贯穿上模板后与机架连接，其下端和打料板连接。

进一步地，在所述打料板的上表面上设置有接触导向机构，所述接触导向机构包括轴承、支撑杆、顶紧弹簧、支撑块和定位杆，所述轴承的轴线平行于水平面，且其外圈内切于成型腔的腔壁，所述支撑杆为L形，其纵向段与轴承的内圈配合，其横向段末端活动贯穿支撑块，在横向段上设置有轴环，所述顶紧弹簧套设在横向段上，且其两端分别与轴环以及支撑块抵接，所述定位杆的上、下两端分别与支撑块以及打料板连接。

进一步地，所述纵向段与轴承的内圈配合为：在纵向段与轴承的内圈之间设置有内螺纹筒，所述内螺纹筒位于轴承的内孔中，其外壁与轴承内孔过盈配合，所述纵向段外壁上设置有螺纹，纵向段末端插入内螺纹筒的内孔中，并与之螺纹连接。

进一步地，所述纵向段与轴承的内圈配合为：所述支撑杆和顶紧弹簧均有两个，且分别位于轴承的两侧，在支撑杆的纵向段上均设置有挡盘，在轴承的内孔设置有黄铜衬套，所述支撑杆的纵向段末端均插入黄铜衬套内孔中，且挡盘与轴承内圈的端部接触。

进一步地，所述接触导向机构有四个，分别各与一个成型腔的腔壁接触。

进一步地，所述弹簧杆组件包括均竖直设置的顶杆、法兰、支撑弹簧和弹簧杆，所述顶杆的顶部与压料板接触，其底部活动贯穿凸模组件的下模板后与法兰连接，所述弹簧杆的顶端活动贯穿法兰，其底端与底板连接，所述支撑弹簧套设在弹簧杆上，其上、下两端分别与法兰和底板抵接。

进一步地，所述凸模组件包括通过支架固定在底板上方的下模板、通过紧固件固定在下模板上方的凸模。

一种特种车辆油箱高矩形盒冷压拉伸成型方法，所述成型方法基于权利要求本发明所设计的成型装置进行实施，包括如下步骤：

S1、备料：准备铝合金薄板毛坯；

S2、退火：对铝合金薄板毛坯进行退火处理；

S3、将退火后的铝合金薄板毛坯放置在压料板上方；

S4、启动与凹模组件连接的气缸，使其活塞杆外伸，并带动凹模组件下移，从而使凹模组件的凹模压在铝合金薄板毛坯四周，且逐渐使凸模组件的凸模被动插入凹模的成型腔中、压料板被下压，铝合金薄板毛坯中间部位被凸模上顶，形成拉伸部位，此时铝合金薄板毛坯为盒形件；

S5、气缸活塞杆回缩，凹模组件远离凸模组件，并将盒形件取下；

S6、将盒形件进行热处理退火，并保温一段时间后空冷到室温；

S7、重复步骤S4~S6多次，且每次的拉伸的盒形件的高度尺寸大于上一次的盒形件的高度尺寸，直至盒形件的高度尺寸与油箱的高度尺寸相匹配。

由于采用了本技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明特种车辆油箱高矩形盒冷压拉伸成型装置及成型方法，所成型的油箱盒体焊缝数量少，其底部、与底部连接的四个侧壁均不需要焊接，其为一体成型；本发明有效地减少了油箱的焊缝数量、提高了油箱的生产效率，还提高了油箱的强度质量，有效地降低了跑车震动和焊接应力对油箱强度带来的损坏，提高了油箱使用寿命，降低了采用本发明所成型的油箱的特种车辆的维护频率和维护成本；

2.本发明特种车辆油箱高矩形盒冷压拉伸成型装置及成型方法，为了随时保证打料板的水平度，在其上设置有接触导向结构，通过接触导向机构与型腔壁接触，既能保证打料板水平位置的稳定性，又能通过轴承的内、外圈以使接触导向机构与型腔壁之间为滚动摩擦，有效地降低了摩擦损耗，保证了接触部位的表面质量；

3.本发明特种车辆油箱高矩形盒冷压拉伸成型装置及成型方法，顶紧弹簧两端分别与轴环以及支撑块抵接，即顶紧弹簧处于压缩状态，以使轴承能稳定地保持与型腔壁接触的位置，不存在安装误差、加工误差导致其无法接触的情况出现，本发明中接触导向机构的加工精度要求低，降低了本发明的加工成本，利于生产制造；

4.本发明特种车辆油箱高矩形盒冷压拉伸成型装置及成型方法，铝合金盒形件尺寸精度及高度尺寸完全能够达到产品设计要求，其无起皱、拉裂等缺陷，外观质量好，能有效地提升油箱的制作效率和使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，本说明书附图中的各个部件的比例关系不代表实际选材设计时的比例关系，其仅仅为结构或者位置的示意图，其中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是俯视下的接触导向机构布局示意图；

图3是接触导向机构的第一种实施结构；

图4是接触导向机构的第二种实施结构；

图5是本发明拉伸盒形件的示意图。

附图中标号说明：

1-上模板，2-打料板，3-打料杆，4-凸模，5-凹模，6-压料板，7-顶杆，8-下模板，9-销钉，10-内六角螺钉，11-起重销，12-底板，13-成型腔，14-轴承，15-支撑杆，16-顶紧弹簧，17-支撑块，18-定位杆，19-轴环，20-内螺纹筒，21-黄铜衬套，22-挡盘，23-法兰，24-支撑弹簧，25-弹簧杆，26-支架，27-盒形件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。

下面结合图1至图5对本发明作详细说明。

实施例1

特种车辆油箱高矩形盒冷压拉伸成型装置，包括通过支架26固定在底板12上方的凸模组件、通过机架悬置于凸模组件正上方并由气缸驱动进行上、下移动的凹模组件以及套设在凸模组件的凸模4上侧并由弹簧杆组件进行浮动支撑的压料板6。

基于本发明所设计的拉伸成型装置的特种车辆油箱高矩形盒冷压拉伸成型方法，包括如下步骤：

S1、备料：准备铝合金薄板毛坯；

S2、退火：对铝合金薄板毛坯进行退火处理；

S3、将退火后的铝合金薄板毛坯放置在压料板6上方；

S4、启动与凹模组件连接的气缸，使其活塞杆外伸，并带动凹模组件下移，从而使凹模组件的凹模压在铝合金薄板毛坯四周，且逐渐使凸模组件的凸模被动插入凹模的成型腔中、压料板6被下压，铝合金薄板毛坯中间部位被凸模上顶，形成拉伸部位，此时铝合金薄板毛坯为盒形件；

S5、气缸活塞杆回缩，凹模组件远离凸模组件，并将盒形件取下；

S6、将盒形件进行热处理退火，并保温一段时间后空冷到室温；

S7、重复步骤S4~S6多次，且每次的拉伸的盒形件的高度尺寸大于上一次的盒形件的高度尺寸，直至盒形件的高度尺寸与油箱的高度尺寸相匹配。

基于本发明的设计的成型模具，在无专用冷压拉伸成型设备的情况下，可采用普通冲压设备作为拉伸成型的动力源；本发明通过设计一种冷压拉伸成型模具，并采用一套模具对铝合金板材进行冷压拉伸成型的工艺方法，能有效实现铝合金薄板高矩形盒冷压拉伸成型。

基于本发明，所成型的油箱盒体焊缝数量少，其底部、与底部连接的四个侧壁均不需要焊接，其为一体成型；本发明有效地减少了油箱的焊缝数量、提高了油箱的生产效率，还提高了油箱的强度质量，有效地降低了跑车震动和焊接应力对油箱强度带来的损坏，提高了油箱使用寿命，降低了采用本发明所成型的油箱的特种车辆的维护频率和维护成本。

为了基于本发明所成型的盒形件后续与油箱箱盖、固定法兰焊接能够采用机器人自动化焊接，因此为了使其匹配焊接机器人，优选地在保证铝合金薄板盒形件强度的同时，将油箱端板高度由原来的25mm提高到60mm，即矩形盒高度提高2.4倍。

在保证铝合金薄板盒形件强度的同时，铝合金薄板毛坯冷作硬化塑性低的状态，通过优化热处理退火保温，改善冷压深拉伸成型加工特性，即使在无专用冷压拉伸设备的情况下，本发明也可以采用普通冲压设备；本发明设计、制造的一套盒形拉伸成型模具，以及基于此模具在一定温度下进行多次盒形件的热处理退火后，再多次冷压拉伸成型的工艺方法，能实现铝合金薄板矩形盒高度尺寸的拉伸，并且特别适用于为了后续能机器人自动焊接所设计的高度尺寸由原来的25mm提高到60mm的拉伸要求，有效满足如此高度的拉伸下的盒形件强度质量的要求。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上，对凹模组件的具体实施结构做出说明。

如图1所述，所述凹模组件包括上模板1、凹模5和紧固件，所述凹模5的上侧通过紧固件与上模板1连接，所述上模板1与气缸的活塞杆末端连接，在凹模5内侧的成型腔13中设置有用于将卡在成型腔13中的拉伸件卸料的打料组件。

紧固件优选地为内六角螺钉10和销钉9，内六角螺钉10的杆部末端穿过上模板1后与凹模5螺纹连接，销钉9的一端贯穿上模板1后插入凹模5中。

进一步地，所述打料组件包括竖直设置的打料杆3和水平设置的打料板2，所述打料杆3的上端活动贯穿上模板1后与机架连接，其下端和打料板2连接。

在对铝合金薄板毛坯的拉伸作业中，铝合金薄板毛坯放置在凸模组件上方，并与压料板6接触，凹模下移，此时凹模下压压料板6，弹簧杆组件中的弹簧被压缩，压料板6随着凹模的下移而下移，同时凸模组件的凸模4被动插入凹模5的型腔中，铝合金薄板毛坯的中间部位受限于凸模，保持不动，其周边受限于凹模，周边随着凹模下移随之下移，从而在其中间部位和周边部位形成一个拉伸部，此时铝合金薄板毛变成盒形件；当凹模组件上移，压料板6在弹簧杆组件的回复力作用下推动盒形件随之上移，当凹模组件离开压料板6时，盒形件卡在凹模的型腔中；接着继续上移凹模组件，直至盒形件与打料板2接触，盒形件的上移受限于打料板2，从而被其从型腔中退出，完成卸料。

打料组件的设置，提高了本发明所设计的成型装置使用的便利性，提高了拉伸成型的快速性。

进一步地，在所述打料板2的上表面上设置有接触导向机构，所述接触导向机构包括轴承14、支撑杆15、顶紧弹簧16、支撑块17和定位杆18，所述轴承14的轴线平行于水平面，且其外圈内切于成型腔13的腔壁，所述支撑杆15为L形，其纵向段与轴承14的内圈配合，其横向段末端活动贯穿支撑块17，在横向段上设置有轴环19，所述顶紧弹簧16套设在横向段上，且其两端分别与轴环19以及支撑块17抵接，所述定位杆18的上、下两端分别与支撑块17以及打料板2连接。

由于打料板与凹模上的型腔间隙配合，因此当打料板非水平时，在卸料时，其仅一侧与盒形件接触，其下推盒形件时，会导致盒形件在型腔中发生微角度偏转，继而导致盒形件卡在型腔的下侧出口处，需要人工手动将其拔下来。这不仅增加了卸料麻烦，且还会损伤型腔壁。因此本发明中，为了随时保证打料板2的水平度，在其上设置有接触导向结构，通过接触导向机构与型腔壁接触，既能保证打料板2水平位置的稳定性，又能通过轴承的内、外圈以使接触导向机构与型腔壁之间为滚动摩擦，有效地降低了摩擦损耗，保证了接触部位的表面质量。

并且，本方案中，顶紧弹簧16两端分别与轴环19以及支撑块17抵接，即顶紧弹簧16处于压缩状态，以使轴承14能稳定地保持与型腔壁接触的位置，不存在安装误差、加工误差导致其无法接触的情况出现，本发明中接触导向机构的加工精度要求低，降低了本发明的加工成本，利于生产制造。

关于纵向段与轴承14的内圈配合本方案中进行如下两种具体实施说明。

如图3所示，所述纵向段与轴承14的内圈的第一种配合为：在纵向段与轴承14的内圈之间设置有内螺纹筒20，所述内螺纹筒20位于轴承14的内孔中，其外壁与轴承内孔过盈配合，所述纵向段外壁上设置有螺纹，纵向段末端插入内螺纹筒20的内孔中，并与之螺纹连接。

螺纹连接便于后期对单个部件的拆卸更换维护，提高了维护便利性。

如图4所示，所述纵向段与轴承14的内圈第二种配合为：所述支撑杆15和顶紧弹簧16均有两个，且分别位于轴承14的两侧，在支撑杆15的纵向段上均设置有挡盘22，在轴承14的内孔设置有黄铜衬套21，所述支撑杆15的纵向段末端均插入黄铜衬套21内孔中，且挡盘22与轴承14内圈的端部接触。

设置两个支撑杆15等部件，能直接通过插接进行轴承14的安装固定，提高了前期零部件制造的便利性并降低了成本，还利于后期的快速拆卸。同时，本发明中，弹簧、黄铜衬套、弹簧都可以直接采用标准件，直接购买，无需单独开模、加工。

优选地，所述接触导向机构有四个，分别各与一个成型腔13的腔壁接触。

实施例3

本实施例是在上述实施例的基础上，对弹簧杆组件的实施结构做出说明。

如图1所示，所述弹簧杆组件包括均竖直设置的顶杆7、法兰23、支撑弹簧24和弹簧杆25，所述顶杆7的顶部与压料板6接触，其底部活动贯穿凸模组件的下模板8后与法兰23连接，所述弹簧杆25的顶端活动贯穿法兰23，其底端与底板12连接，所述支撑弹簧24套设在弹簧杆25上，其上、下两端分别与法兰23和底板12抵接。

凹模组件下压时，压料板6随之下移，顶杆7也带动法兰23随之下移，法兰压缩支撑弹簧24；凹模组件上移时，支撑弹簧24的形变回复力推动法兰23上移，继而顶杆7带着压料板6也随之上移。

实施例4

本发明中，所述凸模组件包括通过支架26固定在底板12上方的下模板8、通过紧固件固定在下模板8上方的凸模4。紧固件优选地为内六角螺钉10和销钉9，内六角螺钉10的杆部末端穿过下模板8后与凸模4螺纹连接，销钉9的一端贯穿下模板8后插入凸模4中。

实施例5

一种特种车辆油箱高矩形盒冷压拉伸成型方法，包括如下步骤：

S1、备料：准备铝合金薄板毛坯；

S2、退火：对铝合金薄板毛坯进行退火处理；

S3、将退火后的铝合金薄板毛坯放置在压料板6上方；

S4、启动与凹模组件连接的气缸，使其活塞杆外伸，并带动凹模组件下移，从而使凹模组件的凹模压在铝合金薄板毛坯四周，且逐渐使凸模组件的凸模被动插入凹模的成型腔中、压料板6被下压，铝合金薄板毛坯中间部位被凸模上顶，形成拉伸部位，此时铝合金薄板毛坯为盒形件；

S5、气缸活塞杆回缩，凹模组件远离凸模组件，并将盒形件取下；

S6、将盒形件进行热处理退火，并保温一段时间后空冷到室温；

S7、重复步骤S4~S6多次，且每次的拉伸的盒形件的高度尺寸大于上一次的盒形件的高度尺寸，直至盒形件的高度尺寸与油箱的高度尺寸相匹配。

S7获得盒形件为油箱的箱体，将其送到下一个工位进行焊接处理，以成型为油箱。焊接处理中，采用的铝板厚度为3mm，将其与箱体采用对接接头及搭接接头焊接，焊接后需进行压力试验，不允许有漏水漏气现象，在使用过程中不允许存在渗漏现象。

成型方法中，可以将模具安装在普通冲床上。加工零件时，将铝合金薄板毛坯料退火后放在压料板6平面上，模具上部分的凹模组件在压力机气缸作用下向下运动，随着凹模组件向下运行，凹模组件、凸模组件逐渐贴合，凸模插入凹模的型腔中，在凹模5、凸模4、压料板6的共同作用下完成盒形件拉伸工序，如图5所示。

在打料杆3及打料板2的作用下，盒形件退出凹模5，将盒形件从模具中拿出，盒形件第一次拉伸工序完成；然后将其进行热处理退火保温一定时间后，随空气冷却。

由于每次拉伸的盒形件高度尺寸都比前一次拉伸的要大，因此需调整好冲床闭合高度，进行盒形件第二次拉伸，拉伸工序与第一次的相同，此时拉伸出的盒形件高度尺寸比第一次拉伸的要大；第二次拉伸工序完成后零件进行第二次热处理退火，保温一定时间后随空气冷却。

然后调整冲床闭合高度，再进行第三次、第四次拉伸，在两次拉伸工序之间加一道热处理退火工序。经过四次拉伸后，完成铝合金薄板高矩形盒冷拉伸成型加工。

本发明用于油箱的铝合金薄板高矩形盒冷拉伸的成型方法中，铝合金盒形件尺寸精度及高度尺寸完全能够达到产品设计要求，其无起皱、拉裂等缺陷，外观质量好，能有效地提升油箱的制作效率和使用寿命。

Claims (6)

1.特种车辆油箱高矩形盒冷压拉伸成型装置，其特征在于：包括通过支架（26）固定在底板（12）上方的凸模组件、通过机架悬置于凸模组件正上方并由气缸驱动进行上、下移动的凹模组件以及套设在凸模组件的凸模（4）上侧并由弹簧杆组件进行浮动支撑的压料板（6）；

所述凹模组件包括上模板（1）、凹模（5）和紧固件，所述凹模（5）的上侧通过紧固件与上模板（1）连接，所述上模板（1）与气缸的活塞杆末端连接，在凹模（5）内侧的成型腔（13）中设置有用于将卡在成型腔（13）中的拉伸件卸料的打料组件；

所述打料组件包括竖直设置的打料杆（3）和水平设置的打料板（2），所述打料杆（3）的上端活动贯穿上模板（1）后与机架连接，其下端和打料板（2）连接；

在所述打料板（2）的上表面上设置有接触导向机构，所述接触导向机构包括轴承（14）、支撑杆（15）、顶紧弹簧（16）、支撑块（17）和定位杆（18），所述轴承（14）的轴线平行于水平面，且其外圈内切于成型腔（13）的腔壁，所述支撑杆（15）为L形，其纵向段与轴承（14）的内圈配合，其横向段末端活动贯穿支撑块（17），在横向段上设置有轴环（19），所述顶紧弹簧（16）套设在横向段上，且其两端分别与轴环（19）以及支撑块（17）抵接，所述定位杆（18）的上、下两端分别与支撑块（17）以及打料板（2）连接。

2.根据权利要求1所述的特种车辆油箱高矩形盒冷压拉伸成型装置，其特征在于：所述纵向段与轴承（14）的内圈配合为：在纵向段与轴承（14）的内圈之间设置有内螺纹筒（20），所述内螺纹筒（20）位于轴承（14）的内孔中，其外壁与轴承内孔过盈配合，所述纵向段外壁上设置有螺纹，纵向段末端插入内螺纹筒（20）的内孔中，并与之螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的特种车辆油箱高矩形盒冷压拉伸成型装置，其特征在于：所述纵向段与轴承（14）的内圈配合为：所述支撑杆（15）和顶紧弹簧（16）均有两个，且分别位于轴承（14）的两侧，在支撑杆（15）的纵向段上均设置有挡盘（22），在轴承（14）的内孔设置有黄铜衬套（21），所述支撑杆（15）的纵向段末端均插入黄铜衬套（21）内孔中，且挡盘（22）与轴承（14）内圈的端部接触。

4.根据权利要求1~3中任一项所述的特种车辆油箱高矩形盒冷压拉伸成型装置，其特征在于：所述接触导向机构有四个，分别各与一个成型腔（13）的腔壁接触。

5.根据权利要求1~3中任一项所述的特种车辆油箱高矩形盒冷压拉伸成型装置，其特征在于：所述弹簧杆组件包括均竖直设置的顶杆（7）、法兰（23）、支撑弹簧（24）和弹簧杆（25），所述顶杆（7）的顶部与压料板（6）接触，其底部活动贯穿凸模组件的下模板（8）后与法兰（23）连接，所述弹簧杆（25）的顶端活动贯穿法兰（23），其底端与底板（12）连接，所述支撑弹簧（24）套设在弹簧杆（25）上，其上、下两端分别与法兰（23）和底板（12）抵接。

6.根据权利要求1~3中任一项所述的特种车辆油箱高矩形盒冷压拉伸成型装置，其特征在于：所述凸模组件包括通过支架（26）固定在底板（12）上方的下模板（8）、通过紧固件固定在下模板（8）上方的凸模（4）。

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