CN1442248A

CN1442248A - 板料成形的模具预处理工艺

Info

Publication number: CN1442248A
Application number: CN 03118879
Authority: CN
Inventors: 李赞; 董湘怀; 李志刚; 梁培志
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2003-04-02
Filing date: 2003-04-02
Publication date: 2003-09-17
Anticipated expiration: 2023-04-02
Also published as: CN1194828C

Abstract

板料成形的模具预处理工艺，属于与基本无切削金属加工有关的辅助加工工艺，以使得应用该模具在板料成形过程中法兰面上各处流动阻力趋向成形所需的均匀程度的同时，总的成形力趋向最小，克服现有措施不能有效地优化形状复杂的板成形件的成形状态的问题。本发明依序包括步骤为：(1)在下模的压料面上确定流动阻力极大区域作为打孔区域；(2)在打孔区域内打出均匀点阵排列的盲孔，其中Φ＝2.0～10.0mm，h＝(1.5～2.0)Φ，R＝0.5Φ，γ＝0.5～1mm，d₁＝2Φ+1.5～2.0mm，d₂＝1.5Φ+1.0～2.0mm。本发明能有效地减小压料接触面上流动阻力极大区域上的流动阻力，大幅度地提高板材的成形性能，使二次拉深才能成形的零件一次拉深就能成功。

Description

板料成形的模具预处理工艺

技术领域

本发明属于与基本无切削金属加工有关的辅助加工，特别涉及模具的加工工艺。

背景技术

在形状复杂的板成形件(指通过成形工艺制造的薄板零件)的加工过程中，模具的压料面(与这对应的是板坯与压料面互相接触的法兰面)上各处的流动阻力不均匀，且相差很大，尤其是在圆角与直边的过渡区域流动阻力为极大(指流动阻力最大或明显大于相邻的区域)。为了均衡压料面上的流动阻力，现有技术是在流动阻力较小的区域设置一道或二道阻力较大的拉深筋，参见姜奎华.冲压工艺与模具设计.北京：机械工业出版社，1997：188～189。例如汽车油底壳的现有工艺就是如此。这样做的结果，一方面使压料面上的流动阻力的均匀化程度符合成形的要求，同时也使总的成形力很大，导致成形过程常常处在接近破坏的临界状态，拉深时很容易开裂。于是，当板材的性能出现稍大一些但属于允许的负面偏差时，即使是以往生产很正常的模具，且在安装准确无误的条件下，依然会出现拉一个开裂一个的局面，以致于出现堆叠如山的废品。

为了提高板材的成形性能，消除板料成形过程中的拉裂缺陷，使拉裂率趋近于零，国外的许多学者把调整与优化压边力曲线作为主攻方向，参见Sanchez L R，Experimental Simillation of the Sheet Metal Response to Clamping During Forming，SAE Paper 940942：748～745

K Manabe et al.Artificial intelligence identification of process parameters andadaptive control system for deep-drawing process.

D E Hardt et al.Real-time Control of Binder Force During Stamping，Proceedingsof the 16th Biennial Congress of the IDDRG，International Deep Drawing researchgroup，1990.17-27

R Kergen et al.Computerized control of the blankholder pressure on deep drawingpresses.SAE paper，No.920433，Warrendale，PA，1992.

这些研究的基本思想就是在薄板的成形过程中，在不出现起皱的前提下，确定最小压边力的变化曲线。美国知名学者Taytan Altan的研究则更进一步，他依托多作用控制压力机(德国制造，价格为壹仟万多美元)，不仅要优化压力曲线，而且要调整压料面上压边力强度(单位面积上的压边图片)的分布。参见Mustafa AAhmetoglu，Taylan Altan.Improving Drawability by Using Variable Blank HolderForce and Pressure in Deep Drawing of Round and Non-Symmetric parts.SAE Paper930287，P428-435

M A Ahmetoglu，T Altan，G L Kinzel.Improvement of Part Quality in Stampingby Controlling BHF and Pressure.J.of Materials Processing Technology，1993，33：195-214

这种压力机有十多个辅助油缸专门用来压边，通过调整每个油缸的油压的大小，就可以调整压料面上的压边力强度。由于温度和湿度对油液的粘性有一定的影响，故这种压力机的工作状态很不稳定。因此，T Altan虽然取得了一些成果但未能在生产中推广开来。事实上，我国从事板料加工的大型企业，生产中使用的压边力大都是由气垫生成的，即使是优化压边力曲线，也需要开发出一套快速且稳定可靠压力调节系统。由于板料成形加工过程的特殊性，这套系统的稳定性是非常难保证的。

发明内容

本发明提出一种板料成形的模具预处理工艺，以使得应用该模具在板料的成形过程中，在使法兰面上各处的流动阻力趋向成形所需的均匀程度的同时，总的成形力趋向最小，克服现有措施不能有效地优化形状复杂的板成形件的成形状态的问题。

本发明的一种板料成形的模具预处理工艺，依序包括如下步骤：(1)在下模的压料面上确定流动阻力极大区域作为打孔区域；(2)在打孔区域内打出均匀点阵排列的盲孔，盲孔直径Φ＝2.0～10.0mm，盲孔深度h＝(1.5～2.0)Φ，盲孔底部半球面圆弧半径R＝0.5Φ，盲孔口部过渡半径γ＝0.5～1mm，盲孔中心距d₁＝2Φ+1.5～2.0mm，第一排盲孔中心线到凹陷处轮廓线距离d₂＝1.5Φ+1.0～2.0mm，相邻二排盲孔相对于凹模圆角处中心辐射经线均匀互错。

所述的板料成形的模具预处理工艺，其进一步特征在于采用试验方式在下模的压料面上确定流动阻力极大区域，即使用未打盲孔的模具对板料加工成形，当板料被拉裂，且拉裂处与距离最近的板坯边缘所组成的板料子区域所对应的下模台面区域为打孔区域。

所述的板料成形的模具预处理工艺，所述盲孔完成后，可以在盲孔中填塞锯木屑、石墨粉或多孔工程塑料颗粒，用于贮存润滑油。

申请人用国际上知名的板成形分析软件eta/DYNAFORM-952-V-32，对带凸缘的长方形盒形件的成形过程进行了数值模拟。数值分析结果表明，这一工艺措施能显著减小成形过程中法兰接触面上流动阻力极大区域上的流动阻力，从而有效地优化板料的成形状态，大幅度地提高板料的成形性能，在这基础上，既使在相邻区域上还需要设置拉深筋，也可选用阻力较小的拉深筋，这样既能均衡法兰面上的流动阻力，又能较大地减小总的成形力，从而有效地优化了板材的成形状态，既能防止起皱又能大大地减少拉裂率。

从物理意义上讲，这一新工艺措施的优化机理主要有三个因素：(1)减少了板坯与压料面在打孔区域内的接触面积，从而减小了该区域上的压边力与磨擦阻力。(2)在板料上，位于这一区域内到凹模入口处的垂直距离相同且相互邻近的一些质点的受压状态有较大差别，从而导致这些质点在整个成形过程中的移动与变形状态不同步，这也有利于减小流动阻力。(3)在一定程度上改善了这一区域的润滑状态，从而进一步减小了这一区域的磨擦阻力。

现在，在各种数控加工中心的技术非常成熟且较为普及的条件下，在下模的台面，既压料面上按一定规律钻几百个小且浅的盲孔并非难事，增加的工作量及成本也很少。同时，这一新工艺措施对模具结构没有任何改变，因而对模具工作的可靠性与稳定性也不会产生任何不良影响。将这一新技术和上述其他的工艺措施结合起来运用，相互配合，这能显著地优化板料的成形状态，因而在整个薄板成形领域中至少有以下二方面的广阔前景：(1)能大大减少薄板成形加工中的废品率，使其趋近于零；(2)能使许多按现有工艺需要二次拉深才能成形的薄板零件，一次拉深就能加工出来。以汽车油底壳为例，我国现在在每年生产二百多万辆汽车，以后每年还将不断增加，而油底壳是汽车的全部板成形零件中加工难度最大的一个，现在绝大多数(约90％左右)的油底壳是通过二次拉深加工出来的。如果将这一新技术和其他工艺措施结合起来运用，完全可能将这些油底壳的绝大多数只经一次拉深就能成形。

附图说明

图1为打孔区域示意图，

图2为盲孔形状示意图，

图3为盲孔排列示意图。

具体实施方式

图1为打孔区域示意图，打孔区域1和打孔区域2通常位于圆角与直边的过渡区域，即流动阻力极大的区域上，且不越过初始板坯的外轮廓线。

图3是孔的排列示意图，盲孔排列的关键是相邻的二排孔必须尽可能均匀的错开，绝不能位于同一条经线上。由于打孔区域中周线的长度随着它离圆心距离的增大而增加，故当孔的直径不变时，后排孔的个数会隔几排增加一个。

在确定打孔区域时，一般要经过试验，这里，首先给出一个普通适用的方法：如果板料被拉裂了，且拉裂处与距离最近的边界所组成的板料的子区域上已经没有多余的料，则这个子区域所在的下模台面上的对应区域就是打孔区域。下面结合具体情况分别阐述如下：

1)对于回转类的薄板零件，只须按照图3中所示的规则直接在下模的整个台面上打孔即可，打孔区域为下压料面上半径略大于板坯的初始半径的整个圆环。

2)对于非回转类的薄板零件，打孔区域通常为圆角与直边、尤其是短直边的过渡区域，但是这个区域究竟有多大、它的两侧分别向圆角区域与直边区域延伸了多远，目前尚无有效方法准确划定，通常需要采用调试的方法。例如，对于汽车油底壳，首先在深底所对应的圆周与直边的过渡区域沿纵向分别打4排孔，即在该圆周区域的二侧沿径向各打2排孔，同时在相邻的直边区域沿纵向分别打2排孔，由此，进行拉深试验，根据拉深时是否再有拉裂发生及拉裂发生时裂缝的延伸方向，决定在该区域上是否继续打孔及朝哪个方向打孔。对每一个需要继续打孔的区域，每一次沿每一边最好只增加一排孔。再者，在拉深试验时，每打一次孔都要及时减小压边力，减小值等于(0.75～1)乘以新打孔的面积再乘以压边力强度。如果有拉深筋，还要不断地减小拉深凸筋的高度，当直边区域每增加1排孔，就同时减小该直边区域上的拉深凸筋(0.1～0.25)mm的高度。又如果拉裂仅出现在圆柱形侧壁上，就在圆形区域靠近下模入口处沿横向(周向)先打2排孔。但是，这些孔与过渡区域上的孔的排列与分布要遵循图3中所示的规则。这时，是否继续打孔可按上述的方法来操作。

如果事先能进行有限元数值模拟，可使调试的工作量及周期大大减小。

图2为盲孔形状示意，图中标识为：盲孔直径Φ，盲孔深度h，盲孔底部半球面圆弧半径R，盲孔口部过渡半径γ，盲孔中心距d₁。以下根据拉深件的不同尺寸，分别举例说明：

(1)小型拉深件，盲孔直径Φ＝2.0～4.0(单位为mm，以下同)。例如，拉深直径为90.0的圆筒件时，可取Φ＝3.0，h＝2Φ，γ＝0.5，d₁＝2Φ+1.5，d₂＝1.5Φ+1.0。

(2)中型拉深件，Φ＝4.0～6.0。例如，拉深轿车油底壳时，可取Φ＝5.0，h＝1.5Φ(当Φ≥4.0时，取h＝1.5Φ)，γ＝0.5，d₁＝2Φ+2.0，d₂＝1.5Φ+1.5。

(3)大型拉深件，Φ＝6.0～10.0。例如，拉深4T卡车的油底壳时可取Φ＝6.0，h＝1.5Φ，γ＝0.5，d₁＝2Φ+2.0，d₂＝1.5Φ+2.0。

一般说来，在打孔区域不变的条件下，盲孔的直径愈小，孔的数量就愈多，质量变形不同步效益就愈显箸，效果也就愈好，但模具的成本和制造周期都会有所增加。因此，使用者应综合考虑这二方面的因素而灵活掌握上述规范。于是，对于拉深难度非常大的大型拉深件，取Φ＝5.0也是允许的。

Claims

1.一种板料成形的模具预处理工艺，依序包括如下步骤：

(1)在下模的压料面上确定流动阻力极大区域作为打孔区域；

(2)在打孔区域内打出均匀点阵排列的盲孔，盲孔直径Φ＝2.0～10.0mm，盲孔深度h＝(1.5～2.0)Φ，盲孔底部半球面圆弧半径R＝0.5Φ，盲孔口部过渡半径γ＝0.5～1mm，盲孔中心距d₁＝2Φ+1.5～2.0mm，第一排盲孔中心线到凹陷处轮廓线距离d₂＝1.5Φ+1.0～2.0mm，相邻二排盲孔相对于凹模圆角处中心辐射经线均匀互错。

2.如权利要求1所述的板料成形的模具预处理工艺，其特征在于采用试验方式在下模的压料面上确定流动阻力极大区域，即使用未打盲孔的模具对板料加工成形，当板料被拉裂，且拉裂处与距离最近的板坯边缘所组成的板料子区域所对应的下模台面区域为打孔区域。

3.如权利要求1或2所述的板料成形的模具预处理工艺，其特征在于所述盲孔完成后，在盲孔中填塞锯木屑、石墨粉或多孔工程塑料颗粒，用于贮存润滑油。