CN112893645B - 一种空间曲率管材试样的拉深工艺与模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种空间曲率管材试样的拉深模具，包括拉深冲头、压边圈、压边圈连接板、拉深凹模，压边圈设置于压边圈连接板的底部，压边圈的底部为与拉深坯料顶面相适配的曲面，压边圈、压边圈连接板均具有允许拉深冲头通过的拉深孔，拉深冲头可滑动地与压边圈、压边圈连接板相连，拉深凹模的顶面为与拉深坯料底面相适配的曲面，拉深冲头能够穿过拉深孔并伸入拉深凹模的型腔内，拉深冲头伸入拉深凹模的部分的形状与拉深凹模的型腔相匹配。本发明还提供一种空间曲率管材试样的拉深工艺，能够实现管材面内任意方向的加载，获得管材面内的各向异性塑性变形情况，为测试管材力学性能，决定管材精确的塑性本构关系提供试验方法。

Description

一种空间曲率管材试样的拉深工艺与模具

技术领域

本发明涉及金属塑性加工技术领域，特别是涉及一种空间曲率管材试样的拉深工艺与模具。

背景技术

拉深成形是一种重要的零件成形工艺，拉深工艺与扩口、翻边等工艺结合制造成的各种形状复杂的零件，广泛应用于航空、航天、汽车、运动车、电器、仪表、电子等各个领域，例如飞机的蒙皮、汽车车身、油箱、盆、杯和锅炉封头等。

现有的拉深装置及工艺已经非常成熟，拉深类型种类丰富，在传统机械拉深的基础上衍生出很多新型拉深方法，比如液压机械拉深，液压拉深，粘性介质拉深，柔性固体介质(聚氨酯橡胶)拉深等。其中，传统的刚性模拉深生产效率很高，且所生产的零件具有较高的强度和精度；液压拉深、粘性介质拉深以及聚氨酯橡胶拉深，通过使用不同的介质进行拉深，可以改善坯料的应力状态，达到提高成形极限的目的，从而可用于各种复杂结构的拉深件的成形，包括更加复杂的截面形状，更大的拉深深度等。

传统的拉深成形装置及工艺虽然形式很丰富，但仅能用于原始坯料为平面板料的拉深成形，不适用于空间曲面管材拉深。对原始坯料为从圆形截面管坯上截取的空间曲面坯料拉深，一方面可用来研究管坯在拉深成形过程中的材料流动规律，进而为研究管坯的各向异性分布以及在几何非线性和加载路径非线性情况下的材料性能测试提供试验手段。此外，还可以用来成形出具有特定曲率半径的带有环形曲面法兰边缘的拉深件，可实现曲面安装，在实践中有一定的应用潜力。

因此，如何提供一种适用于空间曲面管材拉深试样的拉深成形模具及工装，以实现从各种直径的圆形截面管材上截取的空间曲面拉深试样的拉深成形，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种空间曲率管材试样的拉深工艺与模具，以解决上述现有技术存在的问题，以实现空间曲面管材拉深试样的拉深成形，为测试管材力学性能提供便利条件。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种空间曲率管材试样的拉深模具，包括拉深冲头、压边圈、压边圈连接板、拉深凹模，所述压边圈与所述压边圈连接板相连，所述压边圈设置于所述压边圈连接板的底部，所述压边圈的底部为与拉深坯料顶面相适配的曲面，所述压边圈、所述压边圈连接板均具有允许所述拉深冲头通过的拉深孔，所述拉深冲头可滑动地与所述压边圈、所述压边圈连接板相连，所述拉深冲头、所述压边圈连接板均能够与压力机相连，所述拉深凹模位于所述压边圈、所述拉深冲头的底部，所述拉深凹模的顶面为与拉深坯料底面相适配的曲面，所述拉深冲头能够穿过所述拉深孔并伸入所述拉深凹模的型腔内，所述拉深冲头伸入所述拉深凹模的部分的形状与所述拉深凹模的型腔相匹配。

优选地，所述的空间曲率管材试样的拉深模具还包括压边滑块连接板，所述拉深冲头可滑动地穿过所述压边滑块连接板，所述压边滑块连接板与所述压边圈连接板相连，所述压边滑块连接板能够与压力机相连。

优选地，所述压边滑块连接板利用支撑柱与所述压边圈连接板相连。

优选地，所述压边滑块连接板利用模具弹簧与所述压边圈连接板相连。

优选地，所述支撑柱、所述模具弹簧的数量均为多个，多个所述支撑柱或所述模具弹簧的连线呈矩形或绕所述拉深冲头的轴线周状均布。

优选地，所述拉深凹模的底部设置凹模固定板，所述凹模固定板具有与所述拉深凹模的型腔相连通的通孔，所述拉深冲头能够进入所述通孔中，所述通孔的横截面与所述拉深凹模的型腔的横截面相一致；所述凹模固定板具有通槽，所述通槽的纵向截面为U形，所述通槽贯穿所述凹模固定板，所述通槽的开口朝向所述凹模固定板远离所述拉深凹模的一侧，所述凹模固定板的底部设置凹模垫板。

本发明还提供了一种空间曲率管材试样的拉深工艺，包括如下步骤：

步骤一、确定拉深坯料尺寸：根据原始管坯的外径和壁厚确定拉深坯料的尺寸，从原始管坯上截取空间曲面管材作为拉深坯料，不破坏管坯的空间形状和力学性能；

步骤二、确定拉深凹模的轮廓形状和尺寸：根据步骤一中确定的原始管坯拉深试样的下表面轮廓形状和尺寸，设置拉深凹模的顶面与拉深坯料的底面相适配，根据最终拉深的零件形状和材料的塑形流动特性，设置拉深凹模开口处的形状和尺寸，以及圆角半径；

步骤三、确定压边圈的轮廓形状和尺寸：根据步骤一中确定的原始管坯拉深试样的上表面轮廓形状和尺寸，设置压边圈的底面与拉深坯料的顶面相适配，根据压边力大小和材料的塑形流动特性，设置压边圈的底面尺寸，按照能够实现均匀压边力的设计原则，设置压边圈的顶面形状；

步骤四、确定拉深冲头的轮廓形状和尺寸：根据最终拉深的零件形状和材料的塑形流动特性，设置相应的拉深冲头形状和尺寸，包括拉深冲头的圆角半径；

步骤五、放置拉深坯料：在拉深凹模的顶面放置拉深坯料，对中调节至预设位置；

步骤六、拉深坯料压边：控制压边圈下行并与拉深坯料接触，施加压边力实现拉深坯料的压紧；

步骤七、拉深坯料拉深：控制拉深冲头下行并与拉深坯料接触，拉深冲头继续下行直至成形出最终的零件形状；

步骤八、拉深冲头、压边圈上行，取出最终拉深的零件。

优选地，步骤一中，采用线切割的方式，从原始管坯上截取空间曲面管材作为拉深坯料。

优选地，利用双动压力机或单动压力机带动拉深冲头、压边圈运动。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的空间曲率管材试样的拉深模具，包括拉深冲头、压边圈、压边圈连接板、拉深凹模，压边圈与压边圈连接板相连，压边圈设置于压边圈连接板的底部，压边圈的底部为与拉深坯料顶面相适配的曲面，压边圈、压边圈连接板均具有允许拉深冲头通过的拉深孔，拉深冲头可滑动地与压边圈、压边圈连接板相连，拉深冲头、压边圈连接板均能够与压力机相连，拉深凹模位于压边圈、拉深冲头的底部，拉深凹模的顶面为与拉深坯料底面相适配的曲面，拉深冲头能够穿过拉深孔并伸入拉深凹模的型腔内，拉深冲头伸入拉深凹模的部分的形状与拉深凹模的型腔相匹配。本发明还提供一种空间曲率管材试样的拉深工艺，利用上述的空间曲率管材试样的拉深模具，能够实现管材面内任意方向的加载，获得管材面内的各向异性塑性变形情况，为测试管材力学性能，决定管材精确的塑性本构关系提供试验方法。

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为本发明的空间曲率管材试样的拉深模具的结构示意图；

图2为图1的剖切结构示意图；

图3为本发明的空间曲率管材试样的拉深模具的其他实施例的结构示意图；

图4为图3的剖切结构示意图；

图5为本发明的空间曲率管材试样的拉深模具的拉深冲头的结构示意图；

图6为采用本发明的空间曲率管材试样的拉深工艺时的示意图；

图7为采用本发明的空间曲率管材试样的拉深工艺时截取管材拉深试样时的示意图；

图8为采用本发明的空间曲率管材试样的拉深工艺时拉深坯料的示意图；

图9为采用本发明的空间曲率管材试样的拉深工艺时拉深得到的最终拉深的零件的示意图；

其中，100为空间曲率管材试样的拉深模具，1为拉深冲头，2为压边圈，3为压边圈连接板，4为拉深凹模，5为压边滑块连接板，6为支撑柱，7为模具弹簧，8为凹模固定板，9为凹模垫板，10为拉深坯料，11为最终拉深的零件，12为通孔，13为通槽。

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空间曲率管材试样的拉深工艺与模具，以解决上述现有技术存在的问题，以实现空间曲面管材拉深试样的拉深成形，为测试管材力学性能提供便利条件。

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。

请参考图1-9，其中，图1为本发明的空间曲率管材试样的拉深模具的结构示意图，图2为图1的剖切结构示意图；

图3为本发明的空间曲率管材试样的拉深模具的其他实施例的结构示意图，图4为图3的剖切结构示意图，图5为本发明的空间曲率管材试样的拉深模具的拉深冲头的结构示意图，图6为采用本发明的空间曲率管材试样的拉深工艺时的示意图，图7为采用本发明的空间曲率管材试样的拉深工艺时截取管材拉深试样时的示意图，图8为采用本发明的空间曲率管材试样的拉深工艺时拉深坯料的示意图，图9为采用本发明的空间曲率管材试样的拉深工艺时拉深得到的最终拉深的零件的示意图。

本发明提供一种空间曲率管材试样的拉深模具100，包括拉深冲头1、压边圈2、压边圈连接板3、拉深凹模4，压边圈2与压边圈连接板3相连，压边圈2设置于压边圈连接板3的底部，压边圈2的底部为与拉深坯料10顶面相适配的曲面，压边圈2、压边圈连接板3均具有允许拉深冲头1通过的拉深孔，拉深冲头1可滑动地与压边圈2、压边圈连接板3相连，拉深冲头1、压边圈连接板3均能够与压力机相连，拉深凹模4位于压边圈2、拉深冲头1的底部，拉深凹模4的顶面为与拉深坯料10底面相适配的曲面，拉深冲头1能够穿过拉深孔并伸入拉深凹模4的型腔内，拉深冲头1伸入拉深凹模4的部分的形状与拉深凹模4的型腔相匹配。

本发明的空间曲率管材试样的拉深模具100，压边圈2的底面和拉深凹模4的顶面均与拉深坯料10的形状相适配，压边圈连接板3能够带动压边圈2下移压紧拉深坯料10，拉深冲头1下行与拉深坯料10接触并成形出最终拉深的零件11。本发明的空间曲率管材试样的拉深模具100，能够实现管材面内任意方向的加载，获得管材面内的各向异性塑性变形情况，为测试管材力学性能，决定管材精确的塑性本构关系提供试验方法。

其中，空间曲率管材试样的拉深模具100还包括压边滑块连接板5，拉深冲头1可滑动地穿过压边滑块连接板5，压边滑块连接板5与压边圈连接板3相连，压边滑块连接板5能够与压力机相连，设置压边滑块连接板5方便装置与压力机相连，保证拉深过程的顺利进行。

在本具体实施方式中，压边滑块连接板5利用支撑柱6与压边圈连接板3相连，压力机可选择双动压力机，拉深冲头1与压力机的拉深滑块相连，压力机利用拉深滑块带动拉深冲头1往复运动，压力机的压边滑块与压边滑块连接板5相连，压边滑块连接板5利用支撑柱6带动压边圈连接板3以及压边圈2往复运动，为拉深坯料10施加压边力。

在本发明的其他具体实施方式中，压边滑块连接板5利用模具弹簧7与压边圈连接板3相连，此时可选用单动压力机，拉深冲头1和压边滑块连接板5均与压力机滑块相连，带动拉深冲头1与压边圈2往复运动，在压力机滑块下行过程中，压边滑块连接板5、模具弹簧7、压边圈连接板3和压边圈2逐级传递作用力于拉深坯料10上，实现压边过程，当压下到一定程度达到所设定的压边力后，拉深冲头1与拉深坯料10接触后继续下行进行拉深，完成拉深过程，其中，模具弹簧7可选用氮气弹簧。

为了提高拉深坯料10的受力均匀性，支撑柱6、模具弹簧7的数量均为多个，多个支撑柱6或模具弹簧7的连线呈矩形或绕拉深冲头1的轴线周状均布，从而提高压边圈2的受力均匀性，进而使压边圈2能够向拉深坯料10传递均匀的压边力。

还需说明的是，拉深凹模4的底部设置凹模固定板8，凹模固定板8具有与拉深凹模4的型腔相连通的通孔12，拉深冲头1能够进入通孔12中，通孔12的横截面与拉深凹模4的型腔的横截面相一致，但是通孔12的尺寸较拉深凹模4的型腔的尺寸稍大，通孔12能够增大拉深凹模4的型腔深度，当拉深坯料10的塑性较好时，拉深坯料10的杯身深度较大，另外，还能够安装测量元件以测量拉深坯料10底部的变形情况；凹模固定板8具有通槽13，通槽13的纵向截面为U形，通槽13贯穿凹模固定板8，通槽13的开口朝向凹模固定板8远离拉深凹模4的一侧，通槽13能够方便操作者取料，提高操作便捷性；凹模固定板8的底部设置凹模垫板9，进一步提高了模具的整体结构稳定性。

进一步地，本发明还提供了一种空间曲率管材试样的拉深工艺，包括如下步骤：

步骤一、确定拉深坯料10尺寸：根据原始管坯的外径和壁厚确定拉深坯料10的尺寸，从原始管坯上截取空间曲面管材作为拉深坯料10，不破坏管坯的空间形状和力学性能；

步骤二、确定拉深凹模4的轮廓形状和尺寸：根据步骤一中确定的原始管坯拉深试样的下表面轮廓形状和尺寸，设置拉深凹模4的顶面形状与拉深坯料10的底面相适配，根据最终拉深的零件11形状和材料的塑形流动特性，设置拉深凹模4开口处的形状和尺寸，以及圆角半径；

步骤三、确定压边圈2的轮廓形状和尺寸：根据步骤一中确定的原始管坯拉深试样的上表面轮廓形状和尺寸，设置压边圈2的底面形状与拉深坯料10的顶面相适配，根据压边力大小和材料的塑形流动特性，设置压边圈2的底面尺寸，按照能够实现均匀压边力的设计原则，设置压边圈2的顶面形状；

步骤四、确定拉深冲头1的轮廓形状和尺寸：根据最终拉深的零件11形状和材料的塑形流动特性，设置相应的拉深冲头1形状和尺寸，包括拉深冲头1的圆角半径；

步骤五、放置拉深坯料10：在拉深凹模4的顶面放置拉深坯料10，对中调节至预设位置；

步骤六、拉深坯料10压边：控制压边圈2下行并与拉深坯料10接触，施加压边力实现拉深坯料10的压紧；

步骤七、拉深坯料10拉深：控制拉深冲头1下行并与拉深坯料10接触，拉深冲头1继续下行直至成形出最终的零件形状；

步骤八、拉深冲头1、压边圈2上行，取出最终拉深的零件11。

另外，步骤一中，可以采用线切割的方式，从原始管坯上截取空间曲面管材作为拉深坯料10，保证拉深坯料10完整及表面质量，为后续拉深提供便利；可以选择利用双动压力机或单动压力机带动拉深冲头1、压边圈2运动，降低工艺要求，提高方法的可操作性。

采用本发明的空间曲率管材试样的拉深工艺，能够实现管材面内任意方向的加载，获得管材面内的各向异性塑性变形情况，为测试管材力学性能，决定管材精确的塑性本构关系提供试验方法。

本发明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 (6)

1.一种空间曲率管材试样的拉深模具，其特征在于：包括拉深冲头、压边圈、压边圈连接板、拉深凹模和压边滑块连接板，所述压边圈与所述压边圈连接板相连，所述压边圈设置于所述压边圈连接板的底部，所述压边圈的底部为与拉深坯料顶面相适配的曲面，所述压边圈、所述压边圈连接板均具有允许所述拉深冲头通过的拉深孔，所述拉深冲头可滑动地与所述压边圈、所述压边圈连接板相连，所述拉深冲头、所述压边圈连接板均能够与压力机相连，所述拉深凹模位于所述压边圈、所述拉深冲头的底部，所述拉深凹模的顶面为与拉深坯料底面相适配的曲面，所述拉深冲头能够穿过所述拉深孔并伸入所述拉深凹模的型腔内，所述拉深冲头伸入所述拉深凹模的部分的形状与所述拉深凹模的型腔相匹配，所述拉深冲头可滑动地穿过所述压边滑块连接板，所述压边滑块连接板与所述压边圈连接板相连，所述压边滑块连接板利用模具弹簧与所述压边圈连接板相连，所述压边滑块连接板能够与压力机相连；

所述拉深凹模的底部设置凹模固定板，所述凹模固定板具有与所述拉深凹模的型腔相连通的通孔，所述拉深冲头能够进入所述通孔中，所述通孔的横截面与所述拉深凹模的型腔的横截面相一致；所述凹模固定板具有通槽，所述通槽的纵向截面为U形，所述通槽贯穿所述凹模固定板，所述通槽的开口朝向所述凹模固定板远离所述拉深凹模的一侧，所述凹模固定板的底部设置凹模垫板。

2.根据权利要求1所述的空间曲率管材试样的拉深模具，其特征在于：所述压边滑块连接板利用支撑柱与所述压边圈连接板相连。

3.根据权利要求2所述的空间曲率管材试样的拉深模具，其特征在于：所述支撑柱、所述模具弹簧的数量均为多个，多个所述支撑柱或所述模具弹簧的连线呈矩形或绕所述拉深冲头的轴线周状均布。

4.一种空间曲率管材试样的拉深工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、确定拉深坯料尺寸：根据原始管坯的外径和壁厚确定拉深坯料的尺寸，从原始管坯上截取空间曲面管材作为拉深坯料，不破坏管坯的空间形状和力学性能；

步骤二、确定拉深凹模的轮廓形状和尺寸：根据步骤一中确定的原始管坯拉深试样的下表面轮廓形状和尺寸，设置拉深凹模的顶面与拉深坯料的底面相适配，根据最终拉深的零件形状和材料的塑形流动特性，设置拉深凹模开口处的形状和尺寸，以及圆角半径；

步骤三、确定压边圈的轮廓形状和尺寸：根据步骤一中确定的原始管坯拉深试样的上表面轮廓形状和尺寸，设置压边圈的底面与拉深坯料的顶面相适配，根据压边力大小和材料的塑形流动特性，设置压边圈的底面尺寸，按照能够实现均匀压边力的设计原则，设置压边圈的顶面形状；

步骤四、确定拉深冲头的轮廓形状和尺寸：根据最终拉深的零件形状和材料的塑形流动特性，设置相应的拉深冲头形状和尺寸，包括拉深冲头的圆角半径；

步骤五、放置拉深坯料：在拉深凹模的顶面放置拉深坯料，对中调节至预设位置；

步骤六、拉深坯料压边：控制压边圈下行并与拉深坯料接触，施加压边力实现拉深坯料的压紧；

步骤七、拉深坯料拉深：控制拉深冲头下行并与拉深坯料接触，拉深冲头继续下行直至成形出最终的零件形状；

步骤八、拉深冲头、压边圈上行，取出最终拉深的零件。

5.根据权利要求4所述的空间曲率管材试样的拉深工艺，其特征在于：步骤一中，采用线切割的方式，从原始管坯上截取空间曲面管材作为拉深坯料。

6.根据权利要求4所述的空间曲率管材试样的拉深工艺，其特征在于：利用双动压力机或单动压力机带动拉深冲头、压边圈运动。

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