CN112620466A - 一种用于研究冲压滑移线形成规律的模具、冲压试验方法 - Google Patents

Abstract

一种用于研究冲压滑移线形成规律的模具、冲压试验方法，属于冲压领域。模具包括上、下模板，第一、二凹模，第一、二压边圈，凸模。凸模设于下模板上，下模板两侧设有连接第一、二压边圈的第一、二弹簧组件；凹模设于上模板两侧，压边圈和凹模之间用于放置冲压板料；第一、二、三压边圈设有第一、二、三压边槽，第一、二、三凹模设有第一、二、三凹槽；第一、二、三压边槽分别容置第一、二、三活动拉延筋及其垫片；第一活动拉延筋被垫高的整体高度大于第二或第三活动拉延筋被垫高的整体高度，使得板料流过第一活动拉延筋所产生的阻力等于板料流过第二和第三活动拉延筋所产生的阻力。方法采用上述模具实现。本发明系统考量滑移线形成的重要因素。

Description

一种用于研究冲压滑移线形成规律的模具、冲压试验方法

技术领域

本发明涉及冲压技术领域，尤其涉及一种用于研究冲压滑移线形成规律的模具、冲压试验方法。

背景技术

金属板材冲压成形是一种生产效率高、制造成本低的工艺，广泛用于汽车、家电、飞机等许多制造业。在冲压过程中，板料与模具的特征棱线、凹模圆角和拉延筋等发生接触，并在一定接触压力下板料开始弯曲变形，随着板料不断的流动，板料反复经历弯曲和反弯曲的过程，冲压成形完成后在板料非接触表面留下滑移的痕迹。

滑移线缺陷严重影响了汽车车身覆盖件的表面质量，增加了模具开发的工作周期及制造成本。目前尚不清楚产品特征、材料性能以及工艺参数对产生滑移线的确切影响，缺乏系统研究滑移线形成规律的模具技术方案。

实用新型专利CN201220269023.9 公开了一种轿车侧围拉延模具，并具体公开了模具包括凹模、凸模和下模板，所述凹模与凸模活动连接，所述凸模与下模板活动连接，所述凸模上设有顶升装置，所述顶升装置包括顶起块和伸缩装置，所述顶起块一端为工作面，所述工作面与凹模活动连接，所述顶起块另一端通过伸缩装置与下模板连接。该实用新型针对具体的轿车侧围设置拉延模具，仅仅解决轿车侧围拉延时存在拉痕的问题，无法适用于其他冲压应用，也不具备研究冲压件表面滑移线产生规律的代表性特点。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提出了一种用于研究冲压滑移线形成规律的模具、冲压试验方法，能在各种冲压生产环境下研究滑移线的行程规律，能够系统考量对滑移线形成的重要影响因素。

本发明是通过以下技术方案得以实现的：

一种用于研究冲压滑移线形成规律的模具，包括上模板、下模板、第一凹模、第二凹模、第一压边圈、第二压边圈、凸模；所述上模板用于固定在压机滑块上，所述下模板用于固定在压机工作台上；所述凸模设于所述下模板上，所述下模板上且在所述凸模两侧设有连接第一压边圈底部的第一弹簧组件和连接第二压边圈底部的第二弹簧组件；所述第一凹模和所述第二凹模设于所述上模板的两侧，所述第一压边圈对应设于第一凹模下方，所述第二压边圈对应设于第二凹模下方，所述第一压边圈和所述第一凹模之间以及所述第二压边圈和所述第二凹模之间用于放置冲压板料；所述第一压边圈其面朝第一凹模侧设有第一压边槽，所述第一凹模其面朝第一压边圈侧设有第一凹槽，所述第二压边圈其面朝第二凹模侧设有第二压边槽、第三压边槽，所述第二凹模其面朝第二压边圈侧设有第二凹槽、第三凹槽；第一压边槽用于容置第一活动拉延筋并容置调节第一活动拉延筋伸出第一压边槽的高度的若干垫片，第二压边槽用于容置第二活动拉延筋并容置调节第二活动拉延筋伸出第二压边圈槽的高度的若干垫片，第三压边槽用于容置第三活动拉延筋并容置调节第三活动拉延筋伸出第三压边槽的高度的若干垫片；所述第一活动拉延筋、所述第二活动拉延筋、所述第三活动拉延筋的形状和尺寸相同；所述第一压边槽、所述第二压边槽、所述第三压边槽的形状和尺寸相同；所述第一凹槽、所述第二凹槽、所述第三凹槽的形状和尺寸相同；第一活动拉延筋、第二活动拉延筋、第三活动拉延筋在被垫片垫高后，第一活动拉延筋被垫高的整体高度大于第二活动拉延筋被垫高的整体高度或第三活动拉延筋被垫高的整体高度，使得板料流过第一活动拉延筋所产生的阻力等于板料流过第二活动拉延筋和第三活动拉延筋所产生的阻力。

本发明能够在冲压生产环境下利用上述模具进行冲压试验，全面系统探究冲压件产品特性（棱线圆角及切线夹角）、冲压件材料（板材的力学性能及表面特征）、冲压速度（影响板料滑过棱线的速度）、接触面特征（模具粗糙度、板料轧制方向）、接触压力（板料由于拉伸变形而产生面内张力使之在模具圆角上产生接触压力）对产生滑移线的影响规律，基于这些规律可以建立产生滑移线的判断准则，为产品设计、工艺设计提供指导。

作为优选，所述第一活动拉延筋被垫高的整体高度=所述第二活动拉延筋被垫高的整体高度+所述第三活动拉延筋被垫高的整体高度；所述被垫高的整体高度为活动拉延筋自身高度与所需垫片高度之和。

作为优选，所述第一活动拉延筋、所述第二活动拉延筋、所述第三活动拉延筋的高度取决于板料的材料特性和拉伸变形量的要求。

作为优选，所述第一活动拉延筋其面朝第一凹槽的顶端表面为弧形面，所述第二活动拉延筋其面朝第二凹槽的顶端表面为弧形面，所述第三活动拉延筋其面朝第三凹槽的顶端表面为弧形面。

作为优选，当第一压边槽、第二压边槽、第三压边槽中均未容置垫片时，第一活动拉延筋容置于第一压边槽内，第一活动拉延筋的顶部与第一压边圈上表面平齐，第二活动拉延筋容置于第二压边槽内，第三活动拉延筋容置于第三压边槽内，第二活动拉延筋的顶部、第三活动拉延筋的顶部均与第二压边圈上表面平齐。

作为优选，所述弹簧组件包括氮气弹簧。

作为优选，所述凸模为顶端具有圆角的一体结构。

作为优选，所述凸模由本体和带圆角的镶块构成。

作为优选，具有不同切线夹角和圆弧半径的圆角能形成不同冲压件的楞线特征。

一种冲压试验方法，采用如上述用于研究冲压滑移线形成规律的模具实现，方法包括：

步骤S01，将上模板固定在压机滑块上，将下模板固定在压机工作台上，将板料放置于第一凹模与第一压边圈之间以及第二凹模与第二压边圈之间；

步骤S02，冲压第一阶段：压机滑块下行，第一凹模与第一压边圈压合，第二凹模与第二压边圈压合，板料被压紧；

冲压第二阶段：随着第一凹模和第一压边圈，第二凹模和第二压边圈继续下行，板料从两侧流入第一凹模和第二凹模之间的凹模型腔，并与凸模接触成形；

冲压第三阶段：随着第一凹模和第一压边圈，第二凹模和第二压边圈再继续下行，板料流过第三活动拉延筋，第一活动拉延筋和第二活动拉延筋起作用，板料在第一压边圈上停止流动，在第二压边圈上继续流动，直至第二活动拉延筋。

本发明具有以下有益效果：

一种用于研究冲压滑移线形成规律的模具、冲压试验方法，能在冲压生产环境下研究滑移线的形成规律；能够系统考量对滑移线形成的重要影响因素，包括产品特性、材料性能、冲压速度、接触面特征、接触压力等。本发明通过调整活动拉延筋的高度可以实现多组拉延阻力，以灵活控制板料滑过凸模圆角时的滑动速度、滑动距离和接触压力；凸模以本体加圆角镶块的形式，大大降低模具制造费用，提高试验效率。

附图说明

图1为本发明一种用于研究冲压滑移线形成规律的模具的结构示意图；

图2为本发明冲压试验过程中冲压第一阶段的状态示意图；

图3为本发明冲压试验过程中冲压第二阶段的状态示意图；

图4为本发明冲压试验过程中冲压第三阶段的状态示意图；

图5为凸模一实施方式的结构示意图；

图6为凸模另一实施方式的结构示意图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1，一种用于研究冲压滑移线形成规律的模具，包括上模板10、下模板70、第一凹模20、第二凹模21、第一压边圈30、第二压边圈31、凸模50。所述上模板10用于固定在压机滑块上，所述下模板70用于固定在压机工作台上。凸模50设于所述下模板70上，所述下模板70上且在所述凸模50两侧设有连接第一压边圈30底部的第一弹簧组件60和连接第二压边圈31底部的第二弹簧组件。所述第一凹模20和所述第二凹模21设于所述上模板10的两侧，所述第一压边圈30对应设于第一凹模20下方，所述第二压边圈31对应设于第二凹模21下方，所述第一压边圈30和所述第一凹模20之间以及所述第二压边圈21和所述第二凹模31之间用于放置冲压板料100。所述第一压边圈30其面朝第一凹模20侧设有第一压边槽，所述第一凹模20其面朝第一压边圈30侧设有第一凹槽，所述第二压边圈31其面朝第二凹模21侧设有第二压边槽、第三压边槽，所述第二凹模21其面朝第二压边圈31侧设有第二凹槽、第三凹槽。第一压边槽用于容置第一活动拉延筋40并容置调节第一活动拉延筋40伸出第一压边槽的高度的若干垫片，第二压边槽用于容置第二活动拉延筋41并容置调节第二活动拉延筋41伸出第二压边圈槽的高度的若干垫片，第三压边槽用于容置第三活动拉延筋42并容置调节第三活动拉延筋42伸出第三压边槽的高度的若干垫片。所述第一活动拉延筋40、所述第二活动拉延筋41、所述第三活动拉延筋42的形状和尺寸相同。所述第一压边槽、所述第二压边槽、所述第三压边槽的形状和尺寸相同，上述三个压边槽为拉延筋高出压边圈时提供空间。所述第一凹槽、所述第二凹槽、所述第三凹槽的形状和尺寸相同。第一活动拉延筋40、第二活动拉延筋41、第三活动拉延筋42在被垫片垫高后，第一活动拉延筋40被垫高的整体高度大于第二活动拉延筋41被垫高的整体高度或第三活动拉延筋42被垫高的整体高度，使得板料流过第一活动拉延筋40所产生的阻力等于板料流过第二活动拉延筋41和第三活动拉延筋42所产生的阻力。

为了满足上述阻力要求，对第一、二、三活动拉延筋被垫高的整体高度做如下限制:所述第一活动拉延筋被垫高的整体高度h40=所述第二活动拉延筋被垫高的整体高度=h41+所述第三活动拉延筋被垫高的整体高度h42；所述被垫高的整体高度为活动拉延筋自身高度与所需垫片高度之和，例如，第一活动拉延筋被垫高的整体高度=第一活动拉延筋自身高度+所需垫片高度。垫片可以采用若干个，每个垫片高度相等，通过改变垫片数量来调整活动拉延筋被垫高的高度；或者垫片可以采用若干个，每个垫片高度不等，通过改变垫片数量以及垫片组合起来的高度来调整活动拉延筋被垫高的高度。一般，h40=h41+h42 可以实现上述的阻力要求，其中h41和h42可以相同，也可以不同，例如h40=10，h41=5，h42=5；或者h40=10，h41=6，h42=4等不同组合。拉延筋高度的设定还取决于板料的材料特性（厚度、屈服强度、强化指数、各向异性参数等）和拉伸变形量的要求，不同拉伸变形量产生不同面内张力，进而产生不同的接触压力，接触压力是滑移线形成的重要因素之一。精细的拉延筋高度可以通过理论分析及数值仿真求得。拉延筋的高度越高，对板料流动的阻力越大。

所述第一活动拉延筋40其面朝第一凹槽的顶端表面为弧形面，所述第二活动拉延筋41其面朝第二凹槽的顶端表面为弧形面，所述第三活动拉延筋42其面朝第三凹槽的顶端表面为弧形面。例如，第一、二、三活动拉延筋的顶端为半球状，即弧形面为半圆弧面。

第一、二、三活动拉延筋40、41、42在第一、二压边圈30、31上的高度可以通过在凹槽底部添加垫片来调节，没有任何垫片的时候，拉延的顶部与压边圈位于一个平面上，即当第一压边槽、第二压边槽、第三压边槽中均未容置垫片时，第一活动拉延筋40容置于第一压边槽内，第一活动拉延筋40的顶部与第一压边圈30上表面平齐，第二活动拉延筋41容置于第二压边槽内，第三活动拉延筋42容置于第三压边槽内，第二活动拉延筋41的顶部、第三活动拉延筋42的顶部均与第二压边圈31上表面平齐，对板料不起任何约束作用。

所述弹簧组件包括氮气弹簧，压边圈被氮气弹簧支撑，上下模板与压边圈之间有导向机构（图中未示出，采用现有导向机构）。

本发明采用上述模具进行冲压试验，具体地，一种冲压试验方法包括：

步骤S01，将上模板10固定在压机滑块上，将下模板70固定在压机工作台上，将板料100放置于第一凹模20与第一压边圈30之间以及第二凹模21与第二压边圈31之间；其中，该模具可适用于任何压机。

步骤S02，冲压第一阶段：压机滑块下行，第一凹模与第一压边圈压合，第二凹模与第二压边圈压合，板料被压紧（参照图2）；

冲压第二阶段：随着第一凹模和第一压边圈，第二凹模和第二压边圈继续下行，板料从两侧流入第一凹模和第二凹模之间的凹模型腔，并与凸模接触成形；如图3，由于两侧拉延筋的阻力相同，板料两侧的流入量101与102也相同。板料100与凸模50的圆角103紧密贴合，尚未滑动。

冲压第三阶段：随着第一凹模20和第一压边圈30，第二凹模21和第二压边圈31再继续下行，板料100流过第三活动拉延筋42，第一活动拉延筋40和第二活动拉延筋41起作用，由于第二活动拉延筋41的阻力小于第一活动拉延筋40的阻力，板料在第一压边圈30上停止流动，在第二压边圈31上继续流动，直至第二活动拉延筋41处。如图4，在这一段冲压过程，板料在凸模的圆角上发生滑动203，滑动距离基本上是板料在第二压边圈31上从第三活动拉延筋42到第二活动拉延筋41的流入量。板料与凸模圆角的接触压力取决于第二活动拉延筋41的高度，所以不同拉延筋高度h41和h42的组合在冲压第二阶段的作用是一样的，而在冲压第三阶段会起到不同的作用。

冲压件的棱线特征包括圆弧半径及圆弧切线的夹角，这些特征组合可以用不同凸模50来体现，如图5所示，所述凸模为顶端具有圆角的一体结构（图中凸模为三角状凸起的模，且三角状部位的顶端具有圆角）。凸模圆角51的切线夹角为90°，凸模圆角52的切线夹角为120°，而圆角51和52的圆弧半径可以是1.5 mm, 3 mm, 5 mm等不同数值。

为降低模具制造费用，凸模50由本体500和带圆角的镶块501构成，如图6所示。一个凸模本体可以配多个不同圆弧半径的圆角镶块。由于圆角镶块在冲压过程一直处于被压状态，因此不需要用螺栓等方式固定在凸模本体上，不需国定装配，给模具加工、装配、试验带来很大方便。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (10)

1.一种用于研究冲压滑移线形成规律的模具，其特征在于，包括上模板、下模板、第一凹模、第二凹模、第一压边圈、第二压边圈、凸模；所述上模板用于固定在压机滑块上，所述下模板用于固定在压机工作台上；所述凸模设于所述下模板上，所述下模板上且在所述凸模两侧设有连接第一压边圈底部的第一弹簧组件和连接第二压边圈底部的第二弹簧组件；所述第一凹模和所述第二凹模设于所述上模板的两侧，所述第一压边圈对应设于第一凹模下方，所述第二压边圈对应设于第二凹模下方，所述第一压边圈和所述第一凹模之间以及所述第二压边圈和所述第二凹模之间用于放置冲压板料；所述第一压边圈其面朝第一凹模侧设有第一压边槽，所述第一凹模其面朝第一压边圈侧设有第一凹槽，所述第二压边圈其面朝第二凹模侧设有第二压边槽、第三压边槽，所述第二凹模其面朝第二压边圈侧设有第二凹槽、第三凹槽；第一压边槽用于容置第一活动拉延筋并容置调节第一活动拉延筋伸出第一压边槽的高度的若干垫片，第二压边槽用于容置第二活动拉延筋并容置调节第二活动拉延筋伸出第二压边圈槽的高度的若干垫片，第三压边槽用于容置第三活动拉延筋并容置调节第三活动拉延筋伸出第三压边槽的高度的若干垫片；所述第一活动拉延筋、所述第二活动拉延筋、所述第三活动拉延筋的形状和尺寸相同；所述第一压边槽、所述第二压边槽、所述第三压边槽的形状和尺寸相同；所述第一凹槽、所述第二凹槽、所述第三凹槽的形状和尺寸相同；第一活动拉延筋、第二活动拉延筋、第三活动拉延筋在被垫片垫高后，第一活动拉延筋被垫高的整体高度大于第二活动拉延筋被垫高的整体高度或第三活动拉延筋被垫高的整体高度，使得板料流过第一活动拉延筋所产生的阻力等于板料流过第二活动拉延筋和第三活动拉延筋所产生的阻力。

2.根据权利要求1所述的一种用于研究冲压滑移线形成规律的模具，其特征在于，所述第一活动拉延筋被垫高的整体高度=所述第二活动拉延筋被垫高的整体高度+所述第三活动拉延筋被垫高的整体高度；所述被垫高的整体高度为活动拉延筋自身高度与所需垫片高度之和。

3.根据权利要求1所述的一种用于研究冲压滑移线形成规律的模具，其特征在于，所述第一活动拉延筋、所述第二活动拉延筋、所述第三活动拉延筋的高度取决于板料的材料特性和拉伸变形量的要求。

4.根据权利要求1所述的一种用于研究冲压滑移线形成规律的模具，其特征在于，所述第一活动拉延筋其面朝第一凹槽的顶端表面为弧形面，所述第二活动拉延筋其面朝第二凹槽的顶端表面为弧形面，所述第三活动拉延筋其面朝第三凹槽的顶端表面为弧形面。

5.根据权利要求1所述的一种用于研究冲压滑移线形成规律的模具，其特征在于，当第一压边槽、第二压边槽、第三压边槽中均未容置垫片时，第一活动拉延筋容置于第一压边槽内，第一活动拉延筋的顶部与第一压边圈上表面平齐，第二活动拉延筋容置于第二压边槽内，第三活动拉延筋容置于第三压边槽内，第二活动拉延筋的顶部、第三活动拉延筋的顶部均与第二压边圈上表面平齐。

6.根据权利要求1所述的一种用于研究冲压滑移线形成规律的模具，其特征在于，所述弹簧组件包括氮气弹簧。

7.根据权利要求1所述的一种用于研究冲压滑移线形成规律的模具，其特征在于，所述凸模为顶端具有圆角的一体结构。

8.根据权利要求1所述的一种用于研究冲压滑移线形成规律的模具，其特征在于，所述凸模由本体和带圆角的镶块构成。

9.根据权利要求7或8所述的一种用于研究冲压滑移线形成规律的模具，其特征在于，具有不同切线夹角和圆弧半径的圆角能形成不同冲压件的楞线特征。

10.一种冲压试验方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的用于研究冲压滑移线形成规律的模具实现，方法包括：

步骤S01，将上模板固定在压机滑块上，将下模板固定在压机工作台上，将板料放置于第一凹模与第一压边圈之间以及第二凹模与第二压边圈之间；

步骤S02，冲压第一阶段：压机滑块下行，第一凹模与第一压边圈压合，第二凹模与第二压边圈压合，板料被压紧；

冲压第二阶段：随着第一凹模和第一压边圈，第二凹模和第二压边圈继续下行，板料从两侧流入第一凹模和第二凹模之间的凹模型腔，并与凸模接触成形；

冲压第三阶段：随着第一凹模和第一压边圈，第二凹模和第二压边圈再继续下行，板料流过第三活动拉延筋，第一活动拉延筋和第二活动拉延筋起作用，板料在第一压边圈上停止流动，在第二压边圈上继续流动，直至第二活动拉延筋。

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