CN114178386A - 底面倾角小于45°的斜底皿摇摆凹模拉深方法及模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了底面倾角小于45°的斜底皿摇摆凹模拉深方法及模具。模具包括凸模、凹模组件和摇摆轴，凹模组件包括凹模、压边圈，摇摆轴位于凹模组件外侧边缘的恰当位置。拉深方法包括：凹模组件将板坯料夹住，随凸模端面倾斜至相互夹角为0°；压力机滑块下行，向凹模组件着力点施加作用力，使得凹模组件带着板坯料相对静止不动的构件绕摇摆轴线摆动/旋转；凹模组件摇摆至预定角度，凹模口周边的拉深变形同步结束；压力机滑块上行并停留在较高位置，借助弹顶装置，凹模组件带着制件绕摇摆轴线反向摇摆复位，卸去影响制件取出的模具零件，取出斜底皿制件。本发明将板坯料简便、可靠地拉深为穹顶减薄不明显、环穹顶区域不易起皱的斜底皿制件。

Description

底面倾角小于45°的斜底皿摇摆凹模拉深方法及模具

技术领域

本发明属于机械零件制造工艺技术领域，涉及以厚度t范围为(0.1～10)毫米的塑性金属板为加工对象的冲压成形工艺，特别是拉深方法及其模具，具体涉及底面倾角小于45°的斜底皿摇摆凹模拉深方法及模具。

背景技术

对于厚度t较小的板料，为保证制件表面质量，一般在室温条件下进行冲压加工(俗称冷冲压)；若t较大，甚至大于10毫米，可以按有关规范将板料加热并预热模具，进行红冲加工，但一般会降低制件表面质量。

碗、杯、盘、碟、勺、筒、盆、盒(无盖)、罩等等可统称为皿，一般由口沿(通常为平口)、侧壁、底面等部分组成，表面不可展。皿的侧壁无负斜度，即口沿外平行光能照射到口内全部表面，有别于收口(有负斜度)的瓶、罐、坛等容器。根据底面构造不同，皿可以区分为平底皿、斜底皿、复杂底部构造(非平面)皿等。平底皿是指底平面与冲压成形时凸模运行方向垂直(一般与口沿面平行)；斜底皿是指底平面与冲压成形时凸模运行方向不垂直(经查阅文献和调研，多数斜底皿的底平面相对口沿面的倾角小于45°)。典型的斜底皿有两类，一类是常见的单面斜底皿，其共同特点是凹(凸)出现在口沿面的一面(上面或下面)，如周边均有侧壁的斜底盒、斜底筒等(以下称之为甲种斜底皿)，局部无侧壁的畚斗状制件(以下称之为乙种斜底皿)等。另一类是不太常见的双面斜底皿(以下称之为丙类斜底皿)，其特点是底面跨越口沿平面，凹(凸)错位而紧邻布排在口沿面的上、下两面。如一种翻面对拼畚斗状制件，所述翻面是指两个畚斗一个斗朝上，另一个斗朝下；所述对拼是指保持口沿共面的前提下两个畚斗入口拼合。若以口沿平面和过对拼线且与口沿平面垂直的两个平面为对称面，则翻面对拼畚斗状制件结构上为反向镜像对称状态，即口沿平面上对拼线两侧相互呈实体与镜中倒影的关系或倒影的镜像与实体的关系。用金属板料制作而成的皿应用十分广泛，各类斜底皿成形之后不能破裂或邻近破裂，即板厚尽量不减薄。

用金属平板制作斜底皿的方法主要有拼接成形和整体冲压成形。

拼接成形的过程一般为，先把制件表面区分为可展曲面(含平面)和不可展曲面；沿各组成部分交接处把制件进行分块；再下料和预成形，就是对于可展的各部分(含平面部分)，按所获展平的分块形状下料并按需要进行卷曲，对于不可展的各部分则按预估的形状下料并成形(如压形、冲压、旋压等)和修整；最终将各平面板块、弯曲好的可展曲面板块以及完成预成形的不可展曲面板块按一定次序逐步拼装焊接。如期刊《航空工艺技术》1990年第1期42至43页题为《带斜底凸缘的灯座零件成形工艺分析》的论文中带斜底凸缘的灯座零件的制作步骤是，先用旋压方法做成无凸缘的平底筒，后斜向切割去除部分侧壁成斜底筒，再与凸缘焊接。期刊《工程机械》2009年12期第56至58页题为《成形件的几种有效成形方法》的论文和期刊《建筑机械》2010年10月(上半月刊)第86至87+92页题为《挖掘机铲斗组焊工装设计》的论文介绍了用“钣金+焊接”的方法制作装载机铲斗。期刊《金属加工 热加工》2010年第22期第20至21页题为《挖掘机挖斗实用焊接工艺研究》的论文介绍了用“钣金+焊接”的方法制作挖掘机挖斗。2009年10月14日公开(公开号CN101554953A)的中国专利申请(申请号200910097823.X)《无底斗组提升机及畚斗制作方法》和2016年1月27日公开(公开号CN105270820A)的中国专利申请(申请号201510873326.X)《畚斗的制作方法》介绍了用“钣金或冲压+焊接”的方法制作斗式提升机畚斗。拼接成形的优点是适应性强，几乎可以制作出任意形状的皿，一般不需专用模具(但可能要用到一些通用工具)，制件壁厚没有减薄或减薄很小；不足之处是整体性差，受人为操作差异和焊后残余应力不均等因素影响，制件形状精度不高、一致性差(若批量生产)，且制作过程繁琐、生产周期长，效率低。

整体冲压成形是指在压力机上利用模具或一些工具迫使板坯料(以下简称为坯料)发生塑性变形，成为预期形状的制件。制作斜底皿可能采用的整体(广义)冲压成形方法有拉深、胀形、渐进成形、多点成形等。

拉深要用到拉深模，多数常规拉深模的主要工作零件有凸模、凹模、压边圈(深度不大即拉深系数较大的制件可不用压边圈)。在单动压力机上，压边动作由专门安装的气垫/液压垫提供，或由模具上的弹顶装置提供；在双动压力机上，压边动作由外滑块提供；若因条件限制(如没有双动压力机，单动压力机装模空间不足或吨位不足，欲降低模具制作成本等)，则可用螺栓连接压边圈与凹模，通过拧螺栓实现压边。压边的理想状态是，允许被压住部分坯料相对压边圈和凹模发生流动和面内变形，尽量不发生起伏。拉深过程为，凸模相对凹模和压边圈作轴向(直线)运动，将坯料边缘(部分或全部)拉入凹模(凸模带动工件进入凹模到预定深度)；随后，凸模回程，分开压边圈与凹模，推/顶出制件。拉深成形的结果是坯料周边(部分或全部)面积转移到皿的侧壁，即拉深发生的变形主要在坯料周边。能够正常拉深(拉深系数不太小)的情况下，可近似认为拉深后的制件表面积等于拉深前坯料的面积，也就是忽略制件壁厚减薄(或增厚)问题。

一般将凸模和压边圈在上、凹模(始终静止不动)在下的模具称为正装式模具；凹模在上、压边圈和凸模(始终静止不动)在下的模具则称为倒装式模具。这两种结构各有优缺点，具体选用正装还是倒装，要从是否便于工序复合、是否便于与设备配合、是否便于操作等方面综合考量而定。所述与设备配合是指压力机种类不同、是否有气垫，即使成形同样的制件，模具结构是有差异的。但无论正装或倒装，常规拉深模具上，凹模工作平面一般呈与压力机滑块运行方向正交的水平状态，且工作过程中这种方位是不变的。还有，查阅现有文献，同一副拉深模具上(多工位模具的同一工位上)只有一套“凸模-压边圈-凹模”系统，没有两套(或多套)系统同体(错位)并列的安排，没有凹模向上、向下同步工作的模式。

皿的形状千差万别，其形状差异会造成冲压成形过程中坯料发生变形的区域不同，变形区各变形单元体的变形性质(受拉还是受压，发生伸长变形还是压缩变形)出现明显差异甚至是本质不同。对于直壁平底皿，自始至终，坯料中央部分几乎全部范围(圆角部分除外)与凸模端面接触，不容易发生厚度减薄，当然也不容易破裂，还不容易发生侧壁(环坯料与凸模初始接触区域)起皱。为简化描述和突出重点，本发明列举的皿口沿形状以圆形为主，部分涉及口沿形状为方形(直边之间有较大圆角过渡)。

现有冲压专业设计手册和教科书虽然没有专门论述斜底皿的成形方法，但其中的锥形皿与甲、乙种斜底皿有较大的相似度。可以推论，对于甲、乙种斜底皿，拉深成形的起始阶段，坯料只有较小范围与凸模的顶点接触，这个小范围的接触区要承受(传递)全部拉深力，处于较大的双向受拉的应力状态(就是胀形)，容易引起局部严重变薄而破裂(通俗一点说，容易被顶穿)；度过起始阶段没有破裂的话，随后，环初始接触区(将成为侧壁的区域)的坯料处于悬空状态(既未接触凸模、也未接触凹模)，受坯料变形伴生的切向压应力作用极易起皱。为避免破裂，需要减小压边力；为避免起皱，需要增大压边力(如在凹模口外某些区段设置拉深筋)，这是一对尖锐的矛盾。实际生产中要反复调试才可能获得既不破裂又不起皱的制件，使得调试工作十分繁琐，还浪费不少材料。期刊文献中有一些甲、乙种斜底皿成形案例，如期刊《锻压机械》1990年第2期第32至33页题为《提升机畚斗零件一次拉伸成形工艺》的论文和期刊《模具工业》2008年第11期第27至30页题为《基于正交试验的畚斗冲压成形工艺参数优化》的论文介绍了用常规模具拉深底面为小曲率柱面的畚斗的曲折调试过程。机械工业出版社2002年出版、2006年重印，涂光祺主编的《冲模技术》第236页图5-58展示了正装式拉深斜底盒(油箱上体)的模具图。机械工业出版社1993年出版，中国机械工程学会锻压学会编撰(于连仲编写)的《锻压手册第2卷冲压》第441至455页，清华大学出版社2006年出版，张如华等主编的《冲压工艺与模具设计》第152至154页都论述了深锥形皿需要多次过渡逐渐成形(多步成形)。同理，对于深度较大的甲、乙种斜底皿，也需要多步完成。1986年5月出刊的期刊《模具工业》第13至15页题为《斜底矩形零件的拉深》的论文介绍了经两步拉深成形斜底盒的方法，期刊《模具工业》2021年第7期第18至20页题为《异锥形端盖成形工艺分析及拉深模设计》的论文介绍了经两步拉深成形侧壁为异锥形的斜底皿的方法，这两个例子中均采用倒装式拉深模。这些常规做法都是成形起始阶段凸模与坯料接触面积小，制件穹顶容易减薄；环初始接触区域存在较大范围悬空，容易起皱。制件穹顶容易减薄和环穹顶区域容易起皱的根本原因有二，一是制件存在斜底，二是凸模与凹模相对直线运动。

为了对制件的斜底进行整形以获得较高的形状精度，甲、乙种斜底皿常规拉深模常常需要做出带底的凹模，增加了模具制造成本。

充液拉深和液体凸模拉深可望减轻甲、乙种斜底皿成形过程中的变薄和起皱趋势。

充液拉深的工作机制是在底部密封的凹模中充以液体，凸模下行时带动变形中的工件进入凹模，减小密封体积，压迫液体产生压力，将坯料紧贴凸模(减少悬空区)，形成分散拉深力的“摩擦保持效果”；同时高压液体可以从坯料法兰/凸缘与凹模之间溢出，减少摩擦阻力，形成“溢流润滑效果”。这两种效果，使得板成形极限得到提高，所获制件精度较高，表面质量较好。期刊《塑性工程学报》2002年第4期第29至34页题为《板液压成形及无模充液拉深技术》的论文介绍了这种做法。充液拉深模一般为正装式安装，凸模下行要克服液压阻力，需增大设备吨位；同时，需要花费较大成本保障液体系统的密封，清理粘附在制件上的液体容易造成浪费和污染；采用橡皮囊将坯料和液体隔开，可以方便密封和不必清理制件表面，但会失去“溢流润滑效果”；还有，橡皮囊难免接触金属毛刺，容易损坏。

液体凸模拉深是一种单模(即只需皿形凹模)成形，用一种刚度较大、开有高压液体通道的盖板取代凸模和压边圈。其工作机制是，盖板和凹模压住坯料周边后，再往盖板和板料之间泵入高压液体(类似于吹气球)，迫使凹模口内板料率先变形。成形初期，内压较低，压边力较小，周边板料逐步进入凹模；成形后期，预期面积的板料进入到模具内并变形为接近凹模形状后，增大压边力，保持周边密封，增大液体压力，对制件进行整形。由于凸模是没有形状的高压液体，对板面不构成摩擦，变形和硬化容易由变形和硬化程度较大的部分向变形和硬化程度较小的部分扩散，使得板料变形较均匀，可以获得深度较大、形状较复杂的制件。期刊《国防制造技术》2009年第1期第55至57页题为《薄壁整体构件液体介质压力成形技术》的论文介绍了这种做法。但该技术的应用门槛较高，一是压边力需随内部液体压力实时变化，难于把控；二是需要配备成本较高的高压液体供给系统；三是需要花费较大成本清理粘附在制件上的液体。

1982年8月出刊的期刊《机械工人》第45至47页题为《用弹性凹模成型斜底空心零件》的文章(俞焕文翻译的“国外经验”)介绍了一种将刚性凸模改为与压边圈铰接的凸模(可称为摇摆凸模)，与弹性凹模(橡皮)配合成形甲种斜底皿的例子。采用倒装模具，成形之前，凸模端面与压边圈工作平面平齐，坯料平铺于这个平面上。成形过程是，弹性凹模压住坯料贴合压边圈工作面和凸模端面后下压(施力点尽量与压力中心重合)，迫使压边圈下行(作直线运动)，摇摆的凸模越过压边圈工作平面而进入弹性凹模，凸模端面逐步倾斜，使坯料成形为甲种斜底皿；然后，弹性凹模和压边圈回程，凸模复位(端面回复为水平状态)，取下制件。过程中，凸模相对于压边圈和弹性凹模不是作直线运动，而是转动(摇摆)，这个摇摆动作是杠杆原理的一种应用，以弹性凹模下压力为动力、板料变形力为阻力、凸模与压边圈铰接点为支点。摇摆凸模成形的优点是凸模与坯料的起始接触面较大，减少了悬空区，有利于缓解制件穹顶变薄和侧壁起皱；不足之处是，对于一般中小零件，压边圈周界范围内空间有限，难于设置能承受较大作用力的铰链机构和小车(配套用)；还有，弹性凹模提供的压边力变化规律是前期增大较慢，后期增大迅猛，与拉深需要的前期希望增大较快、后期应有所降低的理想状态有较大偏离；弹性凹模也难于控制变形的凸缘区不发生起皱现象。

查阅现有文献，未见用拉深方法制作丙类斜底皿的报道。一种设想是增加工艺补充面，将双面斜底部分置于较深的皿底部，使得丙类斜底皿转化为复杂底部构造(起伏)的单面皿，然后进行拉深和整形，成形后再切除工艺补充面。这样做的不足之处非常明显，一是增加了拉深难度，可能需要增加拉深次数；二是底面起伏部分主要以胀形方式成形，厚度减薄明显，且变形不同步、不均匀，难于保证形状精度；三是需要增加切边工序；四是浪费材料。

坯料经旋压加工可以制作多种皿，但查阅现有文献，未见用旋压方法制作斜底皿的报道。

胀形(包括常规模具胀形、软模胀形、液压胀形等)也可制作甲、乙种斜底皿，其工作机制是把坯料边缘压死(不让边缘发生流动和面内变形)，仅依靠变形区变薄来增大工件表面积而成，厚度明显减薄。常规模具胀形难于做到均匀减薄，工件容易破裂；软模胀形所获制件不够清晰，且软模寿命不高；液压胀形则存在与液体凸模拉深类似的不足。查阅现有文献，未见用胀形方法制作丙类斜底皿的报道。

渐进成形的工作机制是将坯料周边张紧、压死，通过数控工具头沿设定路径(在当前层的轨迹)逐点压迫板料，令其发生连续局部塑性变形；走完当前层后，再沿下一层轨迹运行。如此逐层成形，最终得到皿形制件。其变形效果是板面双向伸长、面积增大、厚度明显减薄，故变形性质属于胀形。渐进成形使得制件厚度减薄分散范围较大，均匀性较好，故可以获得深度较大的皿(包括斜底皿)。双面渐进成形是指在板料的两面各设置一个工具头(对向，同轴或按需要错位)，两个工具头之间保持一定间距并对变形点板料发生对向施压作用，使之产生一定的形变，然后两个工具头按设定的轨迹协同运动，使板料产生连续局部塑性变形。其优点是支撑工具头替代了支撑模型，省去了制作模型的时间与成本，且仅需修改支撑工具头的运动路径，便能达到优化制件成形质量的目的。渐进成形可以成形单面皿，也可以成形双面皿。如期刊《中国机械工程》2008年第4期第491至497页题为《金属板材数字化渐进成形技术研究现状》的论文列举了用渐进成形方法得到的多种制件，期刊《锻压技术》2018年第1期第46至52页题为《双面数控渐进成形仿真系统》的论文介绍了一种满意的数值模拟结果，用双面渐进成形方法获得了一种双面球冠。渐进成形的优点是，制件的形状取决于工具头的轨迹，而无需模具，便于快速拿出样件，方便修改，成形力不大。不足之处是制件壁厚减薄明显，受机床和工具头刚度所限，形状精度有限，且效率不高。

若制件平面尺寸足够大，多点成形可以成形斜底皿。多点成形的工作机制是由一系列规则排列的基本体点阵(点模)代替整体式模具，通过调整基本体单元高度形成所需要的成型面作用于板料，实现板料的成形。上、下点模对板料的作用与双面渐进成形中上、下工具头类似，但点模仅作上下运动，不作水平运动；板料所发生的变形也是以胀形为主。期刊《锻压装备与制造技术》2007年第5期第15页至18页题为《多点成形技术的现状与发展趋势》的论文介绍了一些多点成形的应用实例。多点成形的突出优点是柔性化方便，不必专门制造特定形状的模具；但靠有限的点接触代替整体模具工作零件，容易出现压痕、皱纹、直边效应、回弹等缺陷，制件的轮廓精度不够高，虽然可以多道成形，精度依然有限，且效率不高；所需机床及点模结构复杂、昂贵。

除了前文介绍的成形甲、乙种斜底皿应用了摇摆凸模之外，弯曲模中也应用了摆动凸模。如清华大学出版社2006年出版，张如华主编的《冲压工艺与模具设计》第224页图7.32展示了Ω形制件的弯曲模上成对使用了摆动凸模。不过，该模具中的摆动凸模是一种摆杆(必要时可以在与工件接触端加装滚轮，以减少摆杆对工件的擦伤)，需与压料装置配合使用，或成对使用；倒置看的话，也可以把成对的摆动凸模视为下文论及的摆块式凹模。

相比之下，将凹模分成若干块，利用其中的摆块来实现弯曲成形的例子更多。如在燕尾形、C形(开口朝上)、带边槽形(断面为凹字去掉左、下、右笔划状)、Z形(台阶形)等形状制件的弯曲模上(单侧或存在镜像对称关系的两侧)，将凹模与工件需要弯曲的对应部位做成可以绕预定轴线作一定幅度摇摆(转动)的摆块。摆块实质上是变异的杠杆，具备动力臂、阻力臂、支点要素，遵循杠杆原理工作，动力来源于凸模，阻力是工件变形力。以一种典型含摆块式凹模的弯曲模(见机械工业出版社1993年出版，中国机械工程学会锻压学会编《锻压手册第2卷冲压》第623页图7-1-31)为例，工作机制是，凸模下行，压迫坯料发生弯曲变形至一定形状后，变形中的坯料又压迫摆块，作用于动力臂端(摆块未与工件接触之前阻力臂端呈张开状态，凸模和变形中的工件可以进入)，使得摆块转动(摆动)，凹模形状不断改变，阻力臂端克服工件变形阻力，至“凸模-工件-凹模”贴合，获得所需形状的制件；然后，凸模带着制件回程，摆块在弹簧或弹顶装置的作用下复位(张开)；制件沿水平方向从凸模侧边取下。清华大学出版社2006年出版，张如华等主编《冲压工艺与模具设计》第218至219页、第222至224页，以及类似教科书也介绍了这种方法。采用摆块式凹模可以实现复合动作(即凸模下行一次可以使工件弯曲两次或更多次)，效率高，还可减少模具与工件的摩擦，有利于避免或减少模具对工件的擦伤；但凹模结构较复杂。

查阅现有文献，未见分块的摇摆凹模用于拉深，根本原因是分块的摇摆凹模只能用于可展曲面成形(弯曲)，不能用于不可展曲面成形(拉深)；更未见整体摇摆凹模用于拉深。

综上所述，现有成形斜底皿的技术中，拼接成形整体性差，制件形状精度不高，生产效率低；常规模具拉深，凸模与凹模相对直线运动，成形起始阶段凸模与坯料接触面积小，制件穹顶容易减薄，环初始接触区域容易起皱；充液拉深和液体凸模拉深对设备要求高，需要花费较大成本清理粘附在制件上的液体；胀形会造成制件厚度明显减薄，变形程度有限；渐进成形和多点成形所获制件也是厚度明显减薄，且形状精度有限，效率不高。现有摇摆凸模拉深难于适应中小制件，且未见用于丙类斜底皿拉深；摆块式凹模可用于弯曲，不能用于拉深。

总之，采用现有方法、现有结构的模具难于简便、可靠地获得厚度减薄不明显的斜底皿，特别是难于简便、可靠地获得厚度减薄不明显的丙类斜底皿。

发明内容

针对现有技术中的不足与难题，本发明旨在提供底面倾角小于45°的斜底皿摇摆凹模拉深方法及模具，本发明是一种不同于现有技术的拉深方法，在钢质模具上设计相应机构，仅用常规单动压力机(有弹顶装置或配气垫/液压垫更好)，将坯料拉深为质量可靠的底面倾角小于45°的斜底皿；质量可靠是指制件穹顶减薄不明显，环穹顶区域不易起皱，即要简便、可靠地拉深底面倾角小于45°的斜底皿。

本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明一方面提供一种底面倾角小于45°的斜底皿摇摆凹模拉深模具，所述拉深模具包括凸模、凹模组件和摇摆轴等，凹模组件包括凹模、压边圈，凹模与压边圈通过螺栓连接；摇摆轴位于凹模组件外侧边缘恰当位置，摇摆轴通过最少两个摇摆轴支座与下模座铰接。

凹模同压边圈一道夹住坯料，凹模组件可带着坯料相对于凸模等静止不动的构件绕摇摆轴线MN旋转，摇摆轴线MN为斜底皿底部斜面与口沿平面的交线或两个平面延伸后的交线，且位于水平面内。

本发明涉及的斜底皿有两类：

(1)单面斜底皿，其共同特点是凹(凸)出现在口沿面的一面(上面或下面)，如周边均有侧壁的斜底盒、斜底筒等(以下称之为甲种斜底皿)，局部无侧壁的畚斗状制件(以下称之为乙种斜底皿)等。

(2)双面斜底皿(以下称之为丙类斜底皿)，其特点是底面跨越口沿平面，凹(凸)错位而紧邻布排在口沿面的上、下两面。

进一步地，凸模端面倾角小于+25°，倾角是指凸模端面相对于摇摆轴线MN所在水平面形成的角，凸模端面外法线与摇摆轴线MN空间正交。

进一步地，摇摆轴与压边圈构成整体；凹模及压边圈上不与坯料接触区域做出避让斜度，以免在凹模组件摇摆过程中出现干涉；凹模与压边圈之间用小导柱导向定位，由于现有压力机上的外滑块和气垫/液压垫以及弹顶装置均不能提供可摇摆的压边动作，压边动作由螺栓将凹模与压边圈接合完成。

进一步地，凹模组件下方适当位置设置弹顶装置，所需弹顶力能克服凹模组件自重和脱模阻力即可。该适当位置是指偏离摇摆轴、能托住摇摆凹模组件的位置。

上述凹模组件外侧边缘摇摆轴的恰当位置是指皿底部斜面与口沿平面的(延伸)相交位置，对于不同的斜底皿，这个位置与凹模口(变形区)的距离变化幅度非常大：

对于甲种斜底皿，凹模口各局部距摇摆轴线MN有一定距离，这样的摇摆可称之为“离轴摇摆”；不难理解，整个凹模口距摇摆轴线MN愈远，愈接近平底皿拉深模，当凹模口距摇摆轴线MN无限远，就成为常规的直线运动凹模，拉深所获就是平底皿；反过来说，现有直线运动的凹模只是离轴摇摆凹模的特例(这是一条很重要的结论)。

对于乙种斜底皿，对应无侧壁的凹模口与摇摆轴线MN重合，可称之为“挨轴摇摆”。

对于丙类斜底皿，凹模口跨越摇摆轴线MN，可称之为“跨轴摇摆”(类似于跷跷板--典型杠杆动作)；不难看出，沿丙类斜底皿(假想的)对拼线剖切就可得到两件乙种斜底皿。

拉深模具的其它要素设计(如模具零件强度、刚度，凹模圆角和凸模圆角、凸模-凹模间隙和凸模-压边圈间隙等)、制造精度及表面质量、硬度要求等还可参考冲模设计手册和机械设计手册。

本发明另一方面提供一种底面倾角小于45°的斜底皿摇摆凹模拉深方法，采用上述拉深模具，该模具的拉深方法包括如下步骤：

(1)凹模组件将坯料夹住，并带着其随凸模端面倾斜至相互夹角为0°，使得凸模端面与坯料平面形成大面积的接触；此时，凹模组件一边高、一边低，高于摇摆轴线MN所在水平面的状态可称之为上昂，低于摇摆轴线MN所在水平面的状态可称之下俯；

(2)压力机滑块向凹模组件的着力点施加铅垂方向的作用力P，使得凹模组件带着坯料相对于凸模等静止不动的构件绕摇摆轴线摆动，凹模口周边的坯料同步开始拉深变形；

(3)凹模组件与凸模端面之间的夹角不断增大，方位不断改变，按相对运动的说法，凸模带动坯料中央部分跨越凹模工作面，沿弧线进入凹模，实现对坯料的拉深；

(4)凹模组件摇摆至预定角度，凹模口周边的拉深变形同步结束；

(5)压力机滑块上行并停留在较高位置，借助于弹顶装置，凹模组件带着制件绕摇摆轴线反向摇摆复位，松开凹模与压边圈的接合螺栓，取下凹模，获得斜底皿制件。

进一步地，步骤(4)预定角度为相对于摇摆轴线MN所在水平面的角度，其跨越水平面且最大至-25°，这样凹模组件摇摆幅度达两个25°(即50°)，可以满足底面倾角小于45°的斜底皿拉深。

由三角函数关系可知，凹模组件摆动过程中，着力点会出现水平漂移，对应±25°以内摇摆角，最大漂移位置分别是0°和±25°位置，取漂移幅度的中间位置为0漂移的话，漂移幅度为(1-cos25°)/2＝0.047，即不超过动力臂长度(着力点摇摆半径)的5％。

进一步地，为适应这个小幅度漂移，步骤(2)压力机施加作用力P时配置专用施力撑杆并采取防滑脱措施，例如，在着力点设置防滑脱凹窝。

进一步地，为减小漂移幅度，步骤(2)凹模组件摆动的摇摆角相对水平面上、下对称分配，且着力点尽量设于凹模工作面与压边圈工作面之间的平面上。

进一步地，甲、乙种斜底皿的拉深模具，其压边圈与下模座铰接，拉深过程中凹模组件相对于凸模端面发生相对转动(摆动)，方位不断改变；拉深模具工作时，着力点不在压力中心(变形阻力合力所在点)，而在凹模组件上昂端。因此，为了使着力点正对压力机滑块中央(施力点)，摇摆凹模拉深模的压力中心需要偏离压力机工作台中央安装。不难看出，摇摆凹模拉深模遵循杠杆原理完成工作，铰支点为支点，动力是压力机滑块向下施加的作用力P，动力臂是铰支轴至着力点的距离(与施力方向正交距离)，阻力是工件变形力，阻力臂是铰支轴至工件变形力(合力)点的距离(与阻力方向正交距离)，一般动力臂长度大于阻力臂。

拉深甲、乙种斜底皿的具体方法为：

(1)工作前，凹模组件远离摇摆轴线MN的一边高，处于上昂状态，靠近摇摆轴线MN的一边低；

(2)压力机滑块下行，以凹模组件远离摇摆轴线MN的合适位置(较高位置)为着力点，推动上昂的凹模组件带着坯料绕摇摆轴线MN向下摆动(旋转)，把运动轨迹为直线的压力机滑块运动转化为运动轨迹为弧线的凹模组件绕摇摆轴线MN的摇摆运动，随着凹模组件与凸模端面之间的夹角不断增大，逐步接近水平状态再转变至下俯状态。按相对运动的说法，凸模带动坯料中央部分跨越凹模工作面，沿弧线进入凹模，实现对坯料的拉深至制件成形；

(3)压力机滑块回程上行，并停留在较高位置，借助于弹顶装置，凹模组件带着制件绕摇摆轴线MN反向摇摆复位(恢复上昂状态)；

(4)松开凹模与压边圈的接合螺栓，取下凹模和制件，放入下一块坯料，重新安装凹模，加工下一件。

进一步地，丙类斜底皿的拉深模具采用一副模具上相向(错位)布置两套“凸模-压边圈-凹模”系统，一套凹模在上，相对于下凸模下行(倒装式)；另一套凹模在下，相对于上凸模上行(倒置倒装式)；形成了一种两套“凸模-压边圈-凹模”系统中凹模既向上又向下且同步工作的模式，相应模具上倒装、倒置倒装同体并列。

丙类斜底皿的拉深模具可在甲/乙种斜底皿的拉深模具基础上进行改造，具体为：

其一，增设上凸模，上凸模与上模座相连，构成上凸模组件，在避开施力区域的适当位置与下模座相连，相向设置的上、下凸模倾斜端面相互平行，工作时上、下凸模均处于静止状态。为了保证两个凸模相互之间的位置精度，可以在上、下模座之间设置导柱和导套；皿的斜底上允许开工艺孔的话，在两个凸模的倾斜端面上设置两个导销更简单可靠，导销还可以和螺栓复合，更方便控制上、下凸模之间的间隙(就是方便控制对坯料中央的压紧程度。如后文实施例中上、下凸模之间可以设置两个导销)。

其二，在成形甲、乙种斜底皿所用的凹模和压边圈的基础上进行改造，以摇摆轴线MN所在的垂直于凹模工作面的平面为界，在上的半边凹模转换为压边圈，在下的半边压边圈转换为凹模。

对于丙类斜底皿采用跨轴摇摆凹模拉深模进行拉深，具体为：

(1)工作之前，坯料的安装状态是，在保持坯料平整的前提下，上、下凸模夹住坯料中央部分，环绕上、下凸模的上、下凹模夹住坯料周边部分，也就是在下凹模工作平面与下凸模端面共面、上凹模工作平面与上凸模端面共面的情况下，上、下凸模和上、下凹模一同夹住坯料；

(2)通过跨轴摇摆凹模拉深模进行拉深工作过程，其相对于离轴/挨轴摇摆凹模拉深模的工作增加了装拆上凸模组件的操作；其工作过程包括：

首先，把装入坯料的模具安装在压力机工作台上；

然后，依然以距摇摆轴线MN较远的凹模组件的上昂端为着力点，压力机滑块下行，施加作用力P，通过专用撑杆推动上昂端下俯，另一端由下俯转为上昂，凹模组件带着坯料绕摇摆轴线MN摇摆，实现丙类斜底皿的拉深；

随后，压力机滑块回程上行，并停留在较高位置，借助于弹顶装置，凹模组件带着制件绕摇摆轴线MN反向摇摆复位(着力点端恢复上昂状态)；

最后，先松开上模座压紧螺栓，卸下上凸模组件，再松开凹模与压边圈的接合螺栓，取下上凹模和制件，放入下一块坯料，重新安装上凹模和上凸模组件，加工下一件。

综合以上描述的技术方案，本发明有以下技术特征：

之一，将坯料贴向倾斜的凸模端面，使得拉深开始时凸模端面与坯料之间有最大的接触面，而不是点(或小范围)接触，极大限度地分散了初始接触区的受力，制件穹顶不容易变薄，也极大限度地减小了坯料悬空区域，环穹顶区域也不易起皱，变形均匀性较好。

之二，凹模相对于凸模作轨迹为弧线的摇摆运动，成形甲、乙种斜底皿采用离轴摇摆和挨轴摇摆，成形丙类斜底皿采用跨轴摇摆，明显区别于凸、凹模之间作直线运动的现有技术，摇摆凹模拉深使得沿凹模口周边的变形能同步开始、同步结束。

之三，在成形丙类斜底皿的跨轴摇摆凹模拉深模具上，设置了上、下两个凸模，两个“凹模-压边圈”同体(半边为凹模，半边为压边圈)零件，构成了两套“凸模-压边圈-凹模”系统并存，倒装、倒置倒装同体并列的结构型式。

之四，摇摆凹模拉深模的着力点一般设在距摇摆轴线MN较远的凹模组件一端，而不在压力中心，由于动力臂长度大于阻力臂长度，由杠杆原理可知，这样所需的作用力较小。同时，模具在压力机上的安装位置要求以着力点对正压力机施力中心，模具主体中心则偏离压力机工作台中心，不同于常规拉深模具所要求的压力中心对正压力机施力中心和压力机工作台中心；还有，需采取必要措施应对着力点漂移。

与现有技术相比，本发明有益效果包括：

其一，改善斜底皿拉深效果：把常规模具拉深斜底皿起始时的点(或小范围)接触状态回归为拉深平底皿起始时的面接触状态，极大限度地改变了现有技术(常规模具)固有的开始拉深时小范围接触区传递全部拉深力的现象，制件穹顶不容易变薄，也极大限度地减小了坯料的悬空区域，环穹顶区域不易起皱。由于沿凹模口周边的变形是同步开始、同步结束，使得在所获斜底皿上，过口沿面与底面交线(摇摆轴线MN)作若干横截面(与在平底皿上平行底面作若干横截面对应)的话，同一截面的变形均匀性较好。这是由技术特征之一、之二带来的。

其二，方便丙类斜底皿成形：一副凹模跨轴摇摆的模具上倒装、倒置倒装同体并列，可方便实现丙类斜底皿成形。跨轴摇摆凹模不用做出型腔，结构简单，容易制造。对于乙种斜底皿，也可先用跨轴摇摆凹模成对成形，而后剖切开。这是由技术特征之二、之三带来的。

其三，所需设备吨位较小：将杠杆原理运用于拉深，动力臂长度大于阻力臂长度，减小了作用力，加上压边力由螺栓独立承受，故可用较小吨位设备。这是由技术特征之四带来的。

其四，摇摆凹模拉深应用面较宽：摇摆凹模拉深特别适合于拉深斜底皿，离轴/挨轴摇摆用于甲、乙种斜底皿，跨轴摇摆用于丙类斜底皿。摇摆凹模所需的铰链机构、弹顶装置和辅助零部件设于凹模组件边缘外侧，构件所需的足够刚性容易得到满足，摇摆凹模拉深模既可成形轮廓尺寸较大的制件，也可成形轮廓尺寸较小的制件。这是由技术特征之一、之二、之三带来的。

其五，启迪思路：本发明对拉深模中凹模相对凸模的运动给出了一般化描述，把现有技术(常规模具)中相对直线运动的拉深看作是离轴摇摆凹模拉深的特例而纳入广义的摇摆凹模拉深，可以启发拉深工艺与模具设计的思路。摇摆凹模还可望推广用于胀形、切口等板料加工，以及延伸到反挤压等体积成形工艺中。这是由技术特征之二、之三带来的。

附图说明

图1为实施例1拉深甲种斜底皿的离轴摇摆凹模拉深模的主剖面原理图之一，凹模组件相对于水平面上昂，处于拉深起始状态。

图2为实施例1拉深甲种斜底皿的离轴摇摆凹模拉深模的主剖面原理图之二，凹模组件相对于水平面下俯，处于拉深结束状态。

图3为实施例1甲种斜底皿离轴摇摆凹模拉深的数值模拟试验结果。

图4为实施例1拉深乙种斜底皿的挨轴摇摆凹模拉深模的主剖面原理图之一，凹模组件相对于水平面上昂，处于拉深起始状态。

图5为实施例1拉深乙种斜底皿的挨轴摇摆凹模拉深模的主剖面原理图之二，凹模组件相对于水平面下俯，处于拉深结束状态。

图6为实施例1乙种斜底皿挨轴摇摆凹模拉深的数值模拟试验结果。

图7为实施例2拉深丙类斜底皿的跨轴摇摆凹模拉深模的主剖面原理图之一，凹模组件处于拉深起始状态。

图8为实施例2拉深丙类斜底皿的跨轴摇摆凹模拉深模的主剖面原理图之二，凹模组件处于拉深结束状态。

图9为实施例2丙类圆形斜底皿的三维造型。

图10为实施例2丙类圆形斜底皿3数字模型沿主剖面剖切后的状况。

图11为实施例2用跨轴摇摆凹模拉深模成形的丙类圆形斜底皿3经后续切割加工而成的一种“斜场电极片”

图12为实施例2丙类圆形斜底皿3的坯料1平面图。

图13为实施例2拉深丙类圆形斜底皿3的跨轴摇摆凹模拉深模装入坯料1后的三维造型。

图14为实施例2拉深丙类圆形斜底皿3的跨轴摇摆凹模拉深模装入坯料1后的三维造型(沿主剖面剖开)。

图15为图13、14所示跨轴摇摆凹模拉深模的下凹模114(与摇摆轴100、倒装部分压边圈113为一体，下凹模114与倒装部分压边圈113构成环状)的三维造型(工作面在上)。

图16为图13、14所示跨轴摇摆凹模拉深模的上凹模104(内边缘圆角较大之半边，与倒置倒装部分压边圈105为一体，构成环状)的三维造型(工作面在上)。

图17为实施例2图13、14所示摇摆凹模拉深模的上凸模组件三维造型。

图18为图13、14所示跨轴摇摆凹模拉深模的下凸模组件的三维造型。

图19为图13、14所示跨轴摇摆凹模拉深模凹模组件已摇摆至水平状态的三维造型主剖面正视图。

图20为图13、14所示跨轴摇摆凹模拉深模拉深结束状态的三维造型主剖面正视图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步地说明。

本发明用“摇摆凹模”方法来拉深斜底皿，涉及的斜底皿有两类：

一类是单面斜底皿，其共同特点是凹(凸)出现在口沿面的一面(上面或下面)，如周边均有侧壁的斜底盒、斜底筒等(以下称之为甲种斜底皿)，局部无侧壁的畚斗状制件(以下称之为乙种斜底皿)等。

另一类是双面斜底皿(以下称之为丙类斜底皿)，其特点是底面跨越口沿平面，凹(凸)错位而紧邻布排在口沿面的上、下两面。

本发明用于拉深底面倾角小于45°的斜底皿的模具，包括凸模、凹模组件和摇摆轴，凹模组件包括凹模、压边圈，凹模与压边圈通过螺栓连接；摇摆轴位于凹模组件外侧边缘，摇摆轴通过最少两个摇摆轴支座(用两点来确定摇摆轴线MN走向)与下模座铰接。

凹模同压边圈一道夹住坯料，凹模组件可带着坯料相对于凸模和模座等静止不动的构件绕摇摆轴线MN旋转，而不是作直线运动；摇摆轴线MN为斜底皿底部斜面与口沿平面的交线或延伸交线，且通常置于水平面内。若摇摆轴线MN偏离这条交线或多自由度摇摆，会产生一些变化，为突出重点，暂不阐述这些变化。

从模具结构和凸模刚性、设备施力效率(凹模组件带着坯料摇摆所需切向力与铅垂方向的作用力P的比率)等因素考虑，凸模端面倾角小于+25°，倾角是指凸模端面相对于摇摆轴线MN所在水平面形成的角，凸模端面外法线与摇摆轴线MN空间正交。

为了便于摆放坯料，将压边圈与摇摆轴做成整体，凹模虽然保留为整块，但要便于装拆。

凹模及压边圈上不与坯料接触区域做出避让斜度，以免在凹模组件摇摆过程中出现干涉。

凹模与压边圈之间用小导柱导向定位，压边动作由螺栓将凹模与压边圈接合完成(现有压力机上的外滑块和气垫/液压垫以及弹顶装置均不能提供可摇摆的压边动作)；摇摆轴和摇摆轴支座需要足够的强度和刚性，以承受工件变形力、模具零件的自重等，铰支构件制造精度在中等以上的话，凹模组件与凸模的相对运动一般可不依赖导向装置，即可不设导向装置。

凹模组件下方偏离摇摆轴的适当位置设置弹顶装置，所需弹顶力能克服凹模组件自重和脱模阻力即可。有必要指出，凹模组件周边外侧空间开放，为设置高强度、大刚度铰支机构、弹顶装置以及附属零部件提供了足够的空间。

底面倾角小于45°的斜底皿摇摆凹模拉深方法，采用上述拉深模具，该模具的拉深方法包括如下步骤：

(1)拉深之前，凹模组件将坯料夹住，并带着其随凸模端面倾斜至相互夹角为0°，使得凸模端面与坯料平面有尽可能大的接触面，而不是点接触；此时，凹模组件一边高、一边低，高于摇摆轴线MN所在水平面的状态可称之为上昂，低于摇摆轴线MN所在水平面的状态可称之下俯；

(2)压力机滑块向拉深模具施加铅垂方向的作用力P，凹模组件的着力点受力摆动(P与P偏离摇摆轴线MN的水平距离乘积构成力矩)，凹模口周边的坯料同步开始拉深变形；

(3)凹模组件与凸模端面之间的夹角不断增大，方位不断改变，按相对运动的说法，凸模带动坯料中央部分跨越凹模工作面，沿弧线进入凹模，实现对坯料的拉深；

(4)凹模组件摇摆至预定角度，凹模口周边的拉深变形同步结束，预定角度为相对于摇摆轴线MN所在水平面的角度，其跨越水平面且最大至-25°，这样凹模组件摇摆幅度达两个25°(即50°)，可以满足底面倾角小于45°的斜底皿拉深；

(5)压力机滑块上行并停留在较高位置，借助于弹顶装置，凹模组件带着制件绕摇摆轴线反向摇摆复位，松开凹模与压边圈的接合螺栓，取下凹模，获得斜底皿制件。

若要拉深更大倾角的斜底皿，常规设备就不太适合，需要配备能方便提供力矩的机构(如摇摆液压缸——模具研配压力机的滑块上有应用)。

由三角函数关系可知，凹模组件摆动过程中，着力点会出现水平漂移，对应±25°以内摇摆角，最大漂移位置分别是0°和±25°位置，取漂移幅度的中间位置为0漂移的话，漂移幅度为(1-cos25°)/2＝0.047，即不超过动力臂长度(着力点摇摆半径)的5％。为适应这个小幅度漂移，压力机滑块施加作用力P时配置专用施力撑杆并采取防滑脱措施，即在着力点设置防滑脱凹窝。为减小漂移幅度，凹模组件的摇摆角相对水平面上、下对称分配，且着力点尽量设于凹模工作面与压边圈工作面之间的平面上。

下面以甲种、乙种、丙类三种斜底皿的拉深作为实施例进行具体说明。

实施例1 拉深甲种和乙种的斜底皿

对于甲、乙种斜底皿，为便于利用常规压力机的滑块向下施加作用力P，摇摆凹模拉深模一般采用倒装结构。

对于甲种斜底皿，凹模口各局部距摇摆轴线MN有一定距离，这样的摇摆可称之为“离轴摇摆”(如图1和图2所示)；对于乙种斜底皿，对应无侧壁的凹模口与摇摆轴线MN重合，可称之为“挨轴摇摆”(如图4和图5所示)。

图1和图2为拉深甲种斜底皿的离轴摇摆凹模拉深模的主剖面原理图，其中图1为凹模组件相对于水平面上昂，处于拉深起始状态；图2为凹模组件相对于水平面下俯，处于拉深结束状态。其中，11为一种甲种斜底皿的坯料，14为一种甲种斜底皿制件，50为摇摆轴甲(一般与压边圈甲53连为一体)，51为凹模甲，52为拉深筋甲，53为压边圈甲(一般与摇摆轴甲50连为一体)，54为凸模甲，58为弹顶装置甲，P为作用力(未示出施力撑杆及防滑脱凹窝)。

图4和图5是拉深乙种斜底皿的挨轴摇摆凹模拉深模的主剖面原理图，其中图4为凹模组件相对于水平面上昂，处于拉深起始状态；图5凹模组件相对于水平面下俯，处于拉深结束状态。其中，21为一种乙种斜底皿的坯料，23为一种乙种斜底皿制件，60为摇摆轴乙(一般与压边圈乙63连为一体，在压边圈乙63边缘外侧)，61为凹模乙，62为拉深筋乙，63为压边圈乙(一般与摇摆轴乙60连为一体)，64为凸模乙，68为弹顶装置乙，P为作用力(未示出施力撑杆及防滑脱凹窝)。

工作前，凹模组件远离摇摆轴线MN的一边高(上昂状态)，靠近摇摆轴线MN的一边低，该拉深模工作过程与常规倒装拉深模类似，滑块下行，以凹模组件远离摇摆轴线MN的合适位置(较高位置)为着力点，推动上昂的凹模组件带着坯料绕摇摆轴线MN向下摆动(旋转)，把运动轨迹为直线的压力机滑块运动转化为运动轨迹为弧线的凹模组件绕摇摆轴线MN的摇摆运动(类似于人手压订书机)，随着凹模组件与凸模端面之间的夹角不断增大，逐步接近水平状态再转变至下俯状态。按相对运动的说法，凸模带动坯料中央部分跨越凹模工作面，沿弧线进入凹模，实现对坯料的拉深至制件成形。滑块回程上行，并停留在较高位置，借助于弹顶装置，凹模组件带着制件绕摇摆轴线MN反向摇摆复位(恢复上昂状态)；松开凹模与压边圈的接合螺栓，取下凹模和制件，放入下一块坯料，重新安装凹模，加工下一件。

与常规倒装拉深模拉深过程的不同之处主要有两点，其一，压边圈与下模座铰接，拉深过程中，凹模组件相对于凸模端面发生相对转动(摆动)，方位不断改变；其二，着力点不在压力中心(变形阻力合力所在点)，而在凹模组件上昂端。因此，为了使着力点正对压力机滑块中央(施力点)，摇摆凹模拉深模的压力中心需要偏离压力机工作台中央安装。不难看出，摇摆凹模拉深模遵循杠杆原理完成工作，铰支点为支点，动力是压力机滑块向下施加的作用力P，动力臂是铰支轴至着力点的距离(与施力方向正交距离)，阻力是工件变形力，阻力臂是铰支轴至工件变形力(合力)点的距离(与阻力方向正交距离)，一般动力臂长度大于阻力臂。

本实施例拉深成形的斜底皿制件如图3和图6所示，其中图3为甲种斜底皿制件离轴摇摆凹模拉深的数值模拟试验结果；图6为乙种斜底皿挨轴摇摆凹模拉深的数值模拟试验结果。

实施例2 丙类斜底皿的拉深

对于丙类斜底皿，依然是以凹模组件为杠杆，利用典型杠杆的一端下俯、一端上昂(跨轴摇摆)动作原理实现错位向上、向下运动，即在一副模具上相向(错位)布置两套“凸模-压边圈-凹模”系统，一套凹模在上，相对于下凸模下行(倒装式)；另一套凹模在下，相对于上凸模上行(倒置倒装式。由于位于上方的上凸模静止不动，故不宜称之为正装式)。这就形成了一种两套“凸模-压边圈-凹模”系统中凹模既向上又向下且同步工作的模式(忽略凹模组件的弹性变形)，相应模具上倒装、倒置倒装同体并列。

图7和图8为跨轴摇摆凹模拉深模的主剖面原理图，其中图7为凹模组件处于拉深起始状态；图8为凹模组件处于拉深结束状态。其中，31为一种丙类斜底皿的坯料，33为丙类斜底皿制件，70为摇摆轴丙(一般与下凹模丙74连为一体，在下凹模丙74边缘外侧)，71为上凸模丙，72为倒置倒装部分压边圈丙(与上凹模丙76为一体)，73为拉深筋丙，74为下凹模丙(一般与倒装部分压边圈丙77为一体)，75为下凸模丙，76为上凹模丙(与倒置倒装部分压边圈丙72为一体)，77为倒装部分压边圈丙(与下凹模丙74为一体)，78为弹顶装置丙，P为作用力(未示出施力撑杆及防滑脱凹窝)。这是一种含有两套“凸模-压边圈-凹模”系统，倒装、倒置倒装同体并列式拉深模，上凹模丙76、下凹模丙74绕摇摆轴丙70摇摆可以分别向上、向下同步工作。

具体做法是：

其一，增设上凸模71，上凸模71与上模座相连，构成上凸模组件，在避开施力区域的适当位置与下模座相连(用螺栓连接，每加工一件制件需装拆一次)。相向设置的上、下凸模倾斜端面相互平行，工作时上、下凸模均处于静止状态。为了保证两个凸模相互之间的位置精度，可以在上、下模座之间设置导柱和导套；皿的斜底上允许开工艺孔的话，在两个凸模的倾斜端面上设置两个导销更简单可靠，导销还可以和螺栓复合，更方便控制上、下凸模之间的间隙(就是方便控制对坯料中央的压紧程度。如后文实施例中上、下凸模之间可以设置两个导销)。

其二，将成形甲、乙种斜底皿所用的凹模和压边圈进行改造，以摇摆轴线MN所在的垂直于凹模工作面的平面为界，在上的半边凹模转换为压边圈72，在下的半边压边圈转换为凹模74，也就是说，这副模具上有两个“凹模-压边圈”同体的零件(仍可分别称之为上、下凹模)。可见，与离轴/挨轴摇摆凹模拉深模相比，跨轴摇摆凹模拉深模结构复杂程度较大。跨轴摇摆凹模拉深模工作之前，坯料的安装状态是，在保持坯料平整的前提下，上、下凸模夹住坯料中央部分，环绕上、下凸模的上、下凹模夹住坯料周边部分，也就是在下凹模74工作平面与下凸模75端面共面、上凹模76工作平面与上凸模71端面共面的情况下，上、下凸模和上、下凹模一同夹住坯料。跨轴摇摆凹模拉深模的工作过程与离轴/挨轴摇摆凹模拉深模大致相同，但增加了装拆上凸模组件的操作。把装入坯料的模具安装在压力机工作台上，依然以距摇摆轴线MN较远的凹模组件的上昂端为着力点，压力机滑块下行，施加作用力P，通过专用撑杆推动上昂端下俯，另一端由下俯转为上昂，凹模组件带着坯料绕摇摆轴线MN摇摆，实现丙类斜底皿的拉深。压力机滑块回程上行，并停留在较高位置，借助于弹顶装置，凹模组件带着制件绕摇摆轴线MN反向摇摆复位(着力点端恢复上昂状态)。先松开上模座压紧螺栓，卸下上凸模组件，再松开凹模与压边圈的接合螺栓，取下上凹模和制件33，放入下一块坯料，重新安装上凹模和上凸模组件，加工下一件。

以一种如图9、10所示丙类圆形斜底皿3拉深为例，对本发明方法及模具作进一步说明。图9是一种丙类圆形斜底皿3的三维造型；图10是丙类圆形斜底皿3数字模型沿主剖面剖切后的状况，在该剖面上制件的拉深深度最大。图9、10中，A为周边环形口沿平面(指几何中层，下同)，B为跨越口沿平面A的斜底平面，C为斜底B向口沿A过渡部分(侧壁)。图9中，点划线MN为斜面B与平面A的理论交线，也是跨轴摇摆凹模的摇摆轴线。在过MN线且与A面垂直的剖面上，理论上不发生拉深变形。该件可以看成由两个形状、尺寸相同的半圆形畚斗翻面对拼而成，结构上(以A面和过MN线且与A面垂直的平面为对称面)反向镜像对称，即A面上MN线两侧相互呈实体与镜中倒影的关系或倒影的镜像与实体的关系。该件厚度为1毫米，最大凸/凹深度约25毫米，外缘直径为400毫米，拉深系数约0.60(在安全范围内)。由于该件反向镜像对称，摇摆轴线MN两边变形性质、变形速度相同，变形力相等，可能引起工件窜动的水平力自动平衡，故模具上不用设拉深筋或变压边力；相应在坯料边缘不用增加拉深筋所需修边余量。

该件生产流程为，下料(裁切并去毛刺)后，用图13所示跨轴摇摆凹模拉深模可一步完成拉深。

由于该件反向镜像对称，摇摆轴线MN两边变形性质、变形速度相同，变形力相等，可能引起工件横向窜动的水平力自动平衡，故压边圈和凹模之间不用设拉深筋或变压边力；相应在坯料1边缘不用增加拉深筋所需修边余量。下料形状见图12，其中，D1为平面轮廓的长度尺寸(423毫米)，对应于拉深深度最大方向，D₂为平面轮廓的宽度尺寸(400毫米)，坯料1厚度1毫米。

使用设备为通用液压机，靠“柱塞+撑杆”施力，工作台面纵横尺寸能满足模具的着力点对正撑杆(施力点)后，下模座能够有效紧固。

采用的跨轴摇摆凹模拉深模见图13、14，抽去支撑块118即可开始拉深。下凹模114、上凹模104、上凸模组件、下凸模组件的三维造型分别如图15、16、17、18所示。

其中，1为一种丙类圆形斜底皿的坯料，100为摇摆轴(与倒装部分压边圈113、下凹模114为一体)，101为上模座压紧螺栓，102为上模座，103为上凸模，104为上凹模(与倒置倒装部分压边圈105为一体)，105为倒置倒装部分压边圈(与上凹模104为一体)，106为压边螺栓，108为着力点(防滑脱凹窝)；111为下凸模，112为下模座，113为倒装部分压边圈(与下凹模114为一体)，114为下凹模，115为小导柱，116为摇摆轴支座，117为限程块，118为支撑块。相对于图8、9所示原理图采取了一些细化、完善措施，一是摇摆角未相对水平面对称分配，这是为拉深不同深度的丙类斜底皿预留了一定摇摆空间，减小限程块117高度，可以拉深深度稍大的制件；二是为降低制作成本，上下模座之间没有设导柱导套；三是用支撑块118代替图8、9中的弹顶装置78，反向摇摆由手工完成；四是用螺栓压边会使上、下凹模出现弹性拱曲，为了保持压边后上、下凹模仍为平面状态，一般应在坯料以外的区域放置厚度适当的垫片。还有，该模具上不用设拉深筋。上凸模103、下凸模113、上凹模104(及倒置倒装部分压边圈105)、下凹模114(及倒装部分压边圈113)共同压住坯料1。下凹模114上有两个小导柱115安装孔和若干个压边螺栓106安装螺孔。

该模具上上凸模103与下凸模111的工作部分边缘圆角相同，上凹模104与下凹模114的工作部分边缘圆角相同。

拉深前，坯料1安放在下凹模114工作面与下凸模111端面构成的平面上。组装时，上凹模104工作面朝下，压住坯料1。

模具的组装要点有，下凸模111用螺栓固定在下模座112上；小导柱115压入下凹模114的安装孔内(过盈配合)；下凹模114两侧的摇摆轴100装入摇摆轴支座116内(小间隙配合，摩擦副要保有一定量润滑油)，摇摆轴支座116用螺栓与下模座112连接，这就组装好该模具的下模部分。下模部分组装好后，装有两个小导柱115的下凹模114(及倒装部分压边圈113)可以绕摇摆轴线MN摇摆(旋转，可手工摇动)。上凸模103用螺栓与上模座102连接，构成上凸模组件。上凸模组件通过上模座压紧螺栓101与下模座112相连接。

图19和图20分别为跨轴摇摆凹模拉深模凹模组件已摇摆至水平状态、拉深结束状态的三维造型主剖面正视图。由图19左侧可见，上凹模104、下凸模111、倒装部分压边圈113构成该模具的倒装部分；由图19右侧可见，下凹模114、上凸模103、倒置倒装部分压边圈105构成该模具的倒置倒装部分。由图20可见，调整限程块117的高度，可以改变凹模组件的下俯角度，获得不同深度的丙类圆形斜底皿。

跨轴摇摆凹模拉深模的工作机理(即丙类斜底皿的变形过程，如图19-20所示)是以凹模组件为杠杆，利用典型杠杆的一端下俯、一端必然上昂的原理，实现倒装部分和倒置倒装部分错位同步向上、向下运动，对坯料进行错位同步双向(一上一下)拉深。

就本实施例来说就是，上凸模103、下凸模111夹住坯料1的中央部分，上凹模104、下凹模114夹住坯料1的周边部分，也就是在下凹模114工作平面与下凸模111端面共面、上凹模104工作平面与上凸模103端面共面的情况下，上、下凸模和上、下凹模一同夹住坯料。压力机滑块下行，以距摇摆轴线MN较远的凹模组件的上昂端(防滑脱凹窝)108为着力点，通过撑杆推动上昂端下俯，凹模组件带着坯料1绕摇摆轴线MN摇摆，另一端由下俯转为上昂，凹模相对于凸模发生了运动，坯料就会发生拉深变形，实现丙类斜底皿的拉深。由坯料1(参见图12)，经变形过程中的工件2(参见图19)变形为丙类圆形斜底皿3(参见图9)。由于摇摆轴线MN两侧的坯料和模具的几何要素(坯料形状、压边范围、凹模圆角、凸模圆角等)相同，发生的拉深变形也相同(但拉深方向相反)。

丙类圆形斜底皿3拉深的操作过程为：

步骤一，把液压机柱塞上升至合适高度，把组装好的下模放在液压机工作台上，找正位置，紧固在液压机工作台上。

步骤二，在限程块117与下凹模114之间放入支撑块118，把下凹模114支撑成预定倾角，保持下凹模114工作面与下凸模111端面处于共面状态；

步骤三，对模具工作部分进行润滑(如涂抹机油)，润滑范围包括下凹模114工作面、下凸模111的倾斜端面和周边圆角区域、上凸模103的倾斜端面和周边圆角区域、上凹模104工作面。

步骤四，把坯料1放入在下凹模114工作面与下凸模111端面组成的平面上，较长尺寸D₁对正拉深深度最大方向，较短尺寸D₂尽量与摇摆轴线MN对正；

步骤五，放上上凹模104，上凹模104与下凹模114通过小导柱115确定相对位置，用若干个压边螺栓106将上凹模104与下凹模114相连，压紧坯料1周边区域；周边要尽量同步压紧。为了控制(调节)压边间隙和消除上、下凹模的拱曲变形，可以在上、下凹模之间坯料1外围放置厚度适当的垫片。

步骤六，放上上凸模组件，用四个上模座压紧螺栓101将上凸模组件与下模座116相连，使得上凸模103与下凸模111共同压紧坯料1中央部分(参见图13、14)；

步骤七，抽去支撑块118；

步骤八，开动液压机，使柱塞及撑杆下行，驱动凹模组件带着坯料发生摇摆，经由水平状态(参见图19)，至倒装部分压边圈113摇摆至与限程块117贴合(参见图20)；

步骤九，液压机滑块及撑杆上行，停于合适高度；手工将凹模组件带着制件反向摇摆至合适角度，放入支撑块118。

步骤十，松开并卸下上模座压紧螺栓101，卸下上凸模组件；松开并卸下压边螺栓106，卸下上凹模104；

步骤十一，取出丙类圆形斜底皿3制件。

若需继续生产，重复上述各步骤即可。后续擦去残留润滑液，再切割并去除切割断面边缘毛刺，得到图11所示的斜场电极片4；图11中A为周边口沿平面(边缘切割出若干带圆孔的耳状轮廓)，B为跨越口沿平面A的斜底平面(切割出长圆形窗口)，C为斜底B向口沿A过渡部分(侧壁)。

以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种底面倾角小于45°的斜底皿摇摆凹模拉深模具，其特征在于：所述拉深模具包括凸模、凹模组件和摇摆轴，所述凹模组件包括凹模、压边圈，所述凹模与所述压边圈通过螺栓连接；所述摇摆轴位于所述凹模组件外侧边缘的恰当位置，所述摇摆轴通过最少两个摇摆轴支座与下模座铰接，所述恰当位置是指皿底部斜面与口沿平面的相交位置或两个平面延伸后的相交位置；所述凹模组件夹住板坯料，所述凹模组件可带着坯料相对于静止不动的构件绕摇摆轴线MN旋转，摇摆轴线MN为斜底皿底部斜面与口沿平面的交线或两个平面延伸后的交线，且位于水平面内；所述凹模组件下方适当位置设置弹顶装置，所述适当位置是指偏离摇摆轴、能托住摇摆凹模组件的位置；

所述斜底皿包括两类：

(1)单面斜底皿，其共同特点是凹或凸出现在口沿面的上面或下面，其中周边均有侧壁的斜底盒、斜底筒为甲种斜底皿，局部无侧壁的畚斗状制件为乙种斜底皿；

(2)双面斜底皿为丙类斜底皿，其底面跨越口沿平面，凹或凸错位而紧邻布排在口沿面的上、下两面。

2.根据权利要求1所述的一种底面倾角小于45°的斜底皿摇摆凹模拉深模具，其特征在于：所述凸模端面倾角小于+25°，倾角是指凸模端面相对于摇摆轴线MN所在水平面形成的角，凸模端面外法线与摇摆轴线MN空间正交。

3.根据权利要求1所述的一种底面倾角小于45°的斜底皿摇摆凹模拉深模具，其特征在于：所述摇摆轴与所述压边圈构成整体；所述凹模及所述压边圈上不与坯料接触区域做出避让斜度；所述凹模与所述压边圈之间用小导柱导向定位。

4.一种底面倾角小于45°的斜底皿摇摆凹模拉深方法，其特征在于：采用权利要求1～3任一所述的拉深模具，该模具的拉深方法包括如下步骤：

(1)所述凹模组件夹住板坯料，并带着其随凸模端面倾斜至相互夹角为0°，使得凸模端面与坯料平面形成大面积的接触；此时，凹模组件一边高、一边低，高于摇摆轴线MN所在水平面的状态可称之为上昂，低于摇摆轴线MN所在水平面的状态可称之下俯；

(2)压力机滑块向凹模组件的着力点施加铅垂方向的作用力P，使得凹模组件带着坯料相对于静止不动的构件绕摇摆轴线摆动或旋转，凹模口周边的坯料同步开始拉深变形；

(3)凹模组件与凸模端面之间的夹角不断增大，方位不断改变，按相对运动的说法，凸模带动坯料中央部分跨越凹模工作面，沿弧线进入凹模，实现对坯料的拉深；

(4)凹模组件摇摆至预定角度，凹模口周边的拉深变形同步结束；

(5)压力机滑块上行并停留在较高位置，借助于弹顶装置，凹模组件带着制件绕摇摆轴线反向摇摆复位，松开凹模与压边圈的接合螺栓，取下凹模，获得斜底皿制件。

5.根据权利要求4所述的一种底面倾角小于45°的斜底皿摇摆凹模拉深方法，其特征在于：所述步骤(4)中预定角度为相对于摇摆轴线MN所在水平面的角度，其跨越水平面且最大至-25°。

6.根据权利要求4所述的一种底面倾角小于45°的斜底皿摇摆凹模拉深方法，其特征在于：所述步骤(2)中压力机施加作用力P时配置专用施力撑杆并采取防滑脱措施，所述防滑脱措施包括在着力点设置防滑脱凹窝；所述步骤(2)中凹模组件摆动的摇摆角相对水平面上、下对称分配，且着力点设于凹模工作面与压边圈工作面之间的平面上。

7.根据权利要求4所述的一种底面倾角小于45°的斜底皿摇摆凹模拉深方法，其特征在于：甲、乙种斜底皿的拉深模具，其压边圈与下模座铰接，拉深过程中凹模组件相对于凸模端面发生相对摆动或旋转，方位不断改变；拉深模具工作时，着力点不在压力中心而在凹模组件上昂端；甲、乙种斜底皿的拉深模具的压力中心偏离压力机工作台中央。

8.根据权利要求7所述的一种底面倾角小于45°的斜底皿摇摆凹模拉深方法，其特征在于：对于甲、乙种斜底皿采用离轴摇摆或挨轴摇摆凹模拉深模进行拉深，具体为：

(1)工作前，凹模组件远离摇摆轴线MN的一边高，处于上昂状态，靠近摇摆轴线MN的一边低；

(2)压力机滑块下行，以凹模组件远离摇摆轴线MN的较高位置为着力点，推动上昂的凹模组件带着坯料绕摇摆轴线MN向下摆动或旋转，把运动轨迹为直线的压力机滑块运动转化为运动轨迹为弧线的凹模组件绕摇摆轴线MN的摇摆运动，随着凹模组件与凸模端面之间的夹角不断增大，逐步接近水平状态再转变至下俯状态。按相对运动的说法，凸模带动坯料中央部分跨越凹模工作面，沿弧线进入凹模，实现对坯料的拉深至制件成形；

(3)滑块回程上行，并停留在较高位置，借助于弹顶装置，凹模组件带着制件绕摇摆轴线MN反向摇摆复位，进而恢复上昂状态；

(4)松开凹模与压边圈的接合螺栓，取下凹模和制件，放入下一块坯料，重新安装凹模，加工下一件。

9.根据权利要求4所述的一种底面倾角小于45°的斜底皿摇摆凹模拉深方法，其特征在于：所述丙类斜底皿的拉深模具采用一副模具上相向并错位布置两套“凸模-压边圈-凹模”系统，一套凹模在上，相对于下凸模下行，形成倒装式；另一套凹模在下，相对于上凸模上行，形成倒置倒装式；这就形成了一种两套“凸模-压边圈-凹模”系统中凹模既向上又向下且同步工作的模式，相应模具上倒装、倒置倒装同体并列。

所述丙类斜底皿的拉深模具可在甲/乙种斜底皿的拉深模具基础上进行改造，具体为：

(1)增设上凸模，上凸模与上模座相连，构成上凸模组件，在避开施力区域的适当位置再与下模座相连，相向设置的上、下凸模倾斜端面相互平行，工作时上、下凸模均处于静止状态；在上、下模座之间设置导柱和导套或在两个凸模的倾斜端面上设置两个导销。

(2)在成形甲、乙种斜底皿所用的凹模和压边圈的基础上进行改造，以摇摆轴线MN所在的垂直于凹模工作面的平面为界，在上的半边凹模转换为压边圈，在下的半边压边圈转换为凹模。

10.根据权利要求9所述的一种底面倾角小于45°的斜底皿摇摆凹模拉深方法，其特征在于：对于丙类斜底皿采用跨轴摇摆凹模拉深模进行拉深，具体为：

(1)工作之前，坯料的安装状态是，在保持坯料平整的前提下，上、下凸模夹住坯料中央部分，环绕上、下凸模的上、下凹模夹住坯料周边部分，也就是在下凹模工作平面与下凸模端面共面、上凹模工作平面与上凸模端面共面的情况下，上、下凸模和上、下凹模一同夹住坯料；

(2)通过跨轴摇摆凹模拉深模进行拉深工作过程，其相对于甲/乙种斜底皿的拉深工作增加了装拆上凸模组件的操作；其工作过程包括：

(2-1)把装入坯料的模具安装在压力机工作台上；

(2-2)依然以距摇摆轴线MN较远的凹模组件的上昂端为着力点，压力机滑块下行，施加作用力P，通过专用撑杆推动上昂端下俯，另一端由下俯转为上昂，凹模组件带着坯料绕摇摆轴线MN摇摆，实现丙类斜底皿的拉深；

(2-3)压力机滑块回程上行，并停留在较高位置，借助于弹顶装置，凹模组件带着制件绕摇摆轴线MN反向摇摆复位，使得着力点端恢复上昂状态；

(2-4)先松开上模座压紧螺栓，卸下上凸模组件，再松开凹模与压边圈的接合螺栓，取下上凹模和制件，放入下一块坯料，重新安装上凹模和上凸模组件，加工下一件。

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