CN1923396A - 用于板料成形的拉深筋力能参数的测量装置及其方法 - Google Patents

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李群
李文平
张玉存
郭宝锋
邢宇
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Abstract

本发明提供了一种用于板料成形的拉深筋力能参数测量装置，包括拉深筋模具(1)，用于测量压筋力的上位传感器(3)，用于测量板料经过拉深筋后对拉深凸模产生的上浮力的下位传感器(4，5)，以及用于测量拉深筋的阻力的侧拉力传感器(7)，所述拉深筋模具包括凸模组件、凹模组件和模座，而且该凸模组件、凹模组件都采用镶块式结构以调整拉深筋的结构参数。本发明还提供了利用该测量装置测量拉深筋力能参数的方法。

Description

用于板料成形的拉深筋力能参数的测量装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种测量拉深筋力能参数的装置及其方法，属于板料冲压成形工艺及模具设计领域。
背景技术
对于汽车覆盖件等复杂及难成形零件，在其成形过程中板料各变形区间的成形条件存在很大的差异，各部分的成形需要不同的边界条件。因而对于复杂零件的成形在设计工艺及模具时，必须设置一定的控制手段，以便能对毛坯各部分的成形条件加以控制和调整，设置拉深筋便是一种既简单易行又应用广泛的控制手段。拉深筋能够增加变形阻力，改善板料各处的变形状态，使变形趋于均匀，提高成形件的质量。实际上，调整拉深筋的结构参数是大型覆盖件调模过程的主要工作之一。因此掌握拉深筋的结构及力能特性对拉深筋的设计和调整具有直接的指导意义。
拉深筋的结构参数包括拉深筋的形状、高度、筋圆角半径、凹槽圆角半径及凹槽间隙。拉深筋的关键力能参数包括拉深筋阻力、压筋力和上浮力。结构参数对拉深筋的力能参数起着决定性的作用，是调整和控制拉深筋阻力的主要手段。因此，深入研究拉深筋结构参数对拉深筋力能特性的影响，掌握不同结构参数下拉深筋的力能特点，对拉深筋的设计和调整具有重要意义。
目前国内对拉深筋虽然已进行了一定的研究，但限于分析和实验手段的不足，对拉深筋的结构力学特性研究不够深入，影响因素考虑不充分，使人们对板料通过拉深筋这一过程的认识较为笼统，从而限制了拉深筋的设计与应用水平。
发明内容
本发明的目的在于提供一种拉深筋力能参数的测量装置及其方法，利用该装置可以测量得到拉深筋阻力、压筋力和上浮力等力能参数。同时可以在该装置上进行不同结构参数对拉深筋力能参数的影响性研究。
为了达到上述目的，这种用于板料成形的拉深筋力能参数测量装置，包括拉深筋模具、用于测量压筋力的上位传感器、用于测量板料经过拉深筋后对拉深凸模产生的上浮力的下位传感器以及用于测量拉深筋阻力的侧拉力传感器，所述拉深筋模具包括凸模组件、凹模组件和模座，而且该凸模组件、凹模组件都采用镶块式结构以调整拉深筋的结构参数。
凸模组件包括压边块和凸筋镶块。
凸筋镶块设有半圆形凸筋或者方形凸筋，而且根据凸筋的筋高和圆角半径的不同设有一系列的镶快。
凹模组件包括拉深筋凹槽镶块、凹槽边座、组合垫片和凹模底座。
凸模组件和凹模组件呈单筋或者双筋的结构型式。
利用本发明所提供的测量装置可以测得拉深筋阻力、压筋力和上浮力等力能参数，可以对半圆形筋、方筋和双圆筋的力能参数进行测量，通过更改筋高、筋圆角半径、凹槽圆角半径和凹槽间隙等结构参数可以研究拉深筋的压筋力、上浮力及拉深筋阻力的变化规律。
本发明还提供了一种利用上述用于板料成形的拉深筋力能参数测量装置测量拉深筋力能参数的方法，该方法包括压筋步骤和拉深步骤，其中压筋步骤压料板带动凸筋向凹槽内运动至限定位置后停止运动，该过程通过上位传感器测得压筋力曲线。在拉深步骤，对板料一端施加侧向拉力，带动整个板料运动，经过一定量的位移后停止运动，板料变形过程结束。此过程中通过侧拉力传感器测得拉深筋阻力，通过上位传感器和下位传感器测得板料运动过程中对压料板产生的上浮力。
附图说明
图1是本发明设置在试验机上的结构示意图；
图2是拉深筋模具压筋过程示意图；
图3是拉深筋模具拉深过程示意图；
图4是半圆形拉深筋结构示意图；
图5是方筋结构示意图；
图6是双圆筋结构示意图。
在上述附图中，1.拉深筋模具，2.试验机横梁，3.上位传感器，4、5.下位传感器，6.板料，7.侧拉力传感器，8.侧拉液压缸，9.试验机工作台，10.上模座，11.压料板，12.凸筋镶块，13.凹槽镶块，14.凹槽边座，15.组合垫片，16.凹模底座，17.导套，18.导柱，19.下模座，20.凹槽中镶块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供的拉深筋力能参数测量装置由拉深筋模具1、上位传感器3、下位传感器4、5和侧拉力传感器7组成(见图1)。拉深筋模具1固定在试验机上，上位传感器3、下位传感器4、5安装在拉深筋模具上，侧拉力传感器7一端与板料6相连接，另一端与侧拉液压缸8相连。其拉深筋模具1包括凸模组件、凹模组件和模座。
凸模组件固定在上模座10上，采用镶块式结构，凸筋镶块12活动镶嵌在压料板11的方形槽内。根据试验需要，可以方便更换凸模镶块12。凸筋镶块按形状设计成半圆形和方形(见图4、图5)。半圆形筋圆角半径R的调整范围是：2～10mm，方形筋圆角半径R1、R2的调整范围是：2～10mm，筋高H的调整范围是(见图2)：6～11mm。
凹模组件固定在下模座19上，包括凹槽镶块13、凹槽边座14、组合垫片15和凹模底座16。凹槽镶块13通过螺钉固定于凹槽边座14。凹槽边座14上加工有板料定位块，凹槽边座14设置于凹模底座16上。根据试验毛坯厚度不同(0.8mm-1.2mm)，通过调整组合垫片15的数量可以改变凹槽间隙的大小。凹槽镶块13的圆角r1、r2的尺寸，可以根据需要调整，调整范围是：2mm-10mm。
模座分上模座10和下模座19两部分，凸模组件的压料板11通过螺栓固定在上模座10上。凹模组件的凹模底座16通过螺栓及圆柱销固定在下模座19上。上、下模座10、19之间由导柱18、导套17提供导向。下模座19通过压板固定在试验机的工作台9上。
上位传感器3下端与上模座10螺纹连接，上端通过螺钉固定在试验机横梁2上。上位传感器3的作用是用来测量压筋力。在下模座19的两侧成对角放置两个圆柱形的下位传感器4、5，传感器4、5的下端插入下模座19上加工的两个孔内，合模时其上端面和压料板11相接触，下位传感器4、5的作用是用来测量板料6经过拉深筋后对压料板产生的上浮力。侧拉力传感器7一端与板料6相连接，另一端装卡在侧拉液压缸8上，侧拉力传感器7的作用是测量拉深筋阻力。
在模具采用单筋结构情况下，更换与调整半圆形拉深筋的结构参数(见表1)，可以获得半圆形拉深筋的筋圆角半径、凹槽圆角半径和筋高对压筋力、上浮力和拉深筋阻力的影响。
           表1  半圆形拉深筋参数表                        (单位：mm)
  参数   凹槽圆角r1   拉深筋圆角R   凹槽圆角r2   筋高
  尺寸   2，3，5，8   2，3，5，8   2，3，5，8   6，7，8，9，10，11
仍然选用单筋结构的模具，更换与调整方形拉深筋的结构参数(见参数表2)，可以获得方形拉深筋的筋圆角半径、凹槽圆角半径和筋高对压筋力、上浮力和拉深筋阻力的影响。在此基础上可以对圆筋与方筋的力能特性进行对比研究。
            表2  方形拉深筋参数表             (单位：mm)
  参数   凹槽圆角r1   拉深筋圆角R1   拉深筋圆角R2   凹槽圆角r2  筋高   筋宽
  尺寸   2，3，5，8   2，3，5，8   2，3，5，8   2，3，5，8  6，8，9，11   30
本发明的拉深筋模具采用单筋结构，也可以采用双拉深筋结构模具。双筋模具结构(见图6)，在压料板11上设有两个半园形凸筋镶块12，与两个凸筋镶块12相对应的结构是凹槽镶块13和凹槽中镶块20。凹槽中镶块20活动镶嵌在凹模底座16的方形槽内。通过选择不同的双拉深筋结构参数(见表3)，可以获得前、后筋高、拉深筋圆角及凹槽圆角对压筋力、上浮力和拉深筋阻力的影响。同时可以进行单圆筋与双筋的对比研究。
         表3  双拉深筋参数表                     (单位：mm)
参数 前筋   后筋
r1 R r3 H r4 R r2 H
  尺寸 2，3，5，8 2，3，5，8 2，3，5，8 6，8，9，11 2，3，5，8 2，3，5，8 2，3，5，8 6，8，9，11
发明提供了一种利用上述用于板料成形的拉深筋力能参数测量装置测量拉深筋力能参数的方法，该方法分两步：压筋过程和拉深过程。
第一步为压筋过程(见图2)，首先将板料6放在模具的凹模上，并通过凹槽边座14上的定位块来定位。然后开动试验机，上模座10带动压料板11和凸筋镶块12向凹槽内运动，将板料6压入凹槽。当压料板11接触下位传感器4、5的上端面时，拉深筋完全压靠，压筋过程结束。该过程中上位传感器测得的就是压筋力曲线。
第二步为拉深过程(见图1、图3)，侧拉液压缸8工作，拉动板料6向箭头方向运动，经过一定量的位移后，停止运动，板料变形过程结束。板料6经过凸筋镶块12时对压料板及凸筋要产生上浮力，该上浮力数值上等于上位传感器的读数减去两个下位传感器的读数之和。拉深筋阻力由侧拉力传感器7测得。

Claims (10)

1.一种用于板料成形的拉深筋力能参数测量装置，其拉深筋模具(1)固定在试验机上，其特征是：上位传感器(3)、下位传感器(4，5)安装在拉深筋模具(1)上，侧拉力传感器(7)与板料(6)相连接，所述拉深筋模具(1)包括凸模组件、凹模组件和模座。
2.根据权利要求1所述的用于板料成形的拉深筋力能参数测量装置，其特征是：所述凸模组件固定在上模座(10)上，采用镶块式结构，凸筋镶块(12)镶嵌在压料板(11)的方形槽内。
3.根据权利要求1或2所述的用于板料成形的拉深筋力能参数测量装置，其特征是：凸模镶块(12)的形状可设计成半圆形或方形，半圆形筋圆角半径：R＝2～10mm，方形筋圆角R1和R2的半径可在2～10mm之间调整，筋高：H＝6～11mm。
4.根据权利要求3所述用于板料成形的拉深筋力能参数测量装置，其特征是：凹模组件固定在下模座(19)上，凹槽镶块(13)通过螺钉固定于凹槽边座(14)；凹槽边座(14)上加工有板料定位块，凹槽边座(14)设置于凹模底座(16)上。
5.根据权利要求4所述用于板料成形的拉深筋力能参数测量装置，其特征是：调整组合垫片15的数量改变凹槽间隙的大小。
6.根据权利要求4所述用于板料成形的拉深筋力能参数测量装置，其特征是：凹槽镶块(13)的圆角r1和r2的半径可在2～10mm之间调整。
7.根据权利要求1所述用于板料成形的拉深筋力能参数测量装置，其特征是：所述模座为上模座(10)和下模座(19)两部分，压料板(11)通过螺栓固定在上模座(10)上；凹模底座(16)通过螺栓及圆柱销固定在下模座(19)上，下模座(19)通过压板固定在试验机的工作台(9)上。
8.根据权利要求7所述用于板料成形的拉深筋力能参数测量装置，其特征是：上、下模座(10、19)之间有导柱(18)和导套(17)。
9.根据权利要求1所述用于板料成形的拉深筋力能参数测量装置，其特征是：所述双筋模具结构的压料板(11)上设有两个半园形凸筋镶块(12)，与两个凸筋镶块(12)相对应的是凹槽镶块(13)和凹槽中镶块(20)，凹槽中镶块(20)镶嵌在凹模底座(16)的方形槽内。
10.一种根据权利要求1所述的用于板料成形的拉深筋力能参数测量装置测量拉深筋力能参数的方法，其特征是：该方法包括如下步骤：
(a)压筋步骤压料板(11)带动凸筋镶块(12)向凹槽内运动，将板料(6)压入凹槽，该过程通过上位传感器(3)测得压筋力曲线；
(b)在拉深步骤，侧拉液压缸(8)拉动板料(6)移动一定量的位移后，停止运动，板料(6)变形过程结束；
(c)该过程产生的上浮力数值上等于上位传感器(3)的读数减去两个下位传感器(4，5)的读数之和，拉深筋阻力由侧拉力传感器(7)测得。
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