CN209156870U - 一种动态调整拉深筋板料成形流动阻力的设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及冲压成形技术领域，尤其涉及一种动态调整拉深筋板料成形流动阻力的设备，包括一带拉深筋的模具，该带拉深筋的模具由凹模、凸模、压边圈、凹筋和凸筋构成，成形板料放置于所述凹模和凸模之间；所述凸筋安装在所述压边圈中间的竖直滑槽内并与该滑槽滑动配合，该凸筋底端与一固定在所述压边圈下方的液压缸活塞杆端部联接，该液压缸的进油口和出油口分别与一电液比例控制系统连通；所述带拉深筋的模具的外侧设有一反馈检测装置，用于检测所述凹筋和凸筋间距的变动值，该反馈检测装置与所述电液比例控制系统的控制端连接。通过控制凸筋进入凹筋的高度，调整凸筋压入待成形板料的高度，能调整板料成形流动阻力，使应力与应变均匀分布，实现板料拉深塑性均匀成形。
Description
技术领域
本实用新型涉及冲压成形技术领域，尤其涉及一种动态调整拉深筋板料成形流动阻力的设备。
背景技术
在汽车覆盖件冲压成形中，通常采用拉深筋对不均匀的板料流动阻力进行控制，以减少板料起皱、破裂、表面扭曲和回弹等缺陷。在板料拉深成形过程中，拉深筋和压边力是联系在一起的，压边力用来产生摩擦阻力，使板料内部的拉应力增加，控制材料的流动，从而避免材料起皱。当需要更大的约束阻力来控制金属流动时，必须施加更大的压边力。但是，过高的压边力会引起模具过早磨损及板料破裂。有时模具需要提供最小的压边力可能都会超出压力机的供载能力。为了达到上述目的，同时不增大压力机吨位，在覆盖件冲压生产中，常常采用拉深筋结构，在较低的压边力情况下提供更大的板料成形流动阻力，从而改变约束阻力以控制金属流动，获得更均匀的变形，提高覆盖件质量。
当前，已应用的拉深筋根据实际使用中的布置，可分为单筋、多筋；根据拉深筋截面的形状可分为半圆筋、矩形筋、三角形筋和拉深槛等。一方面，拉深筋可提供成形过程中毛坯所需的部分拉力，降低对成形压边力F压的依赖；另一方面，对于大型复杂不对称的冲压件，合理布置的拉深筋能控制成形金属塑性流动的均匀性。
虽然有关拉深筋的研究已取得许多成果，但是拉深筋在冲压成形模具上的使用，至今还处于经验阶段，拉深筋阻力大小尚无准确量的计算。由于冲压件的形状各异，对于复杂的成形件，在试模阶段需要根据实际试压情况对拉深筋的几何形状参数进行调整，才能获得合格的成形零件，对于大型、复杂的汽车覆盖件拉深模的调试周期长。据统计，一般大型覆盖件的拉深模试模需要1至2个月时间的周期，试模费用占总费用的20％以上。
然而试模并不能完全杜绝板料缺陷的出现：如某款车后舱板在生产过程中出现开裂问题，此件已生产3年，在生产1年后开始开裂，频改次随着产量的增加而呈增长趋势。开裂现象：此件拉深高度为300mm，开裂部位为制件拐角处，开裂点下方板料有明显的起皱被压平的现象。开裂分析：经现场确认分析，在板料经过拉深筋后起皱明显，起皱板料在上下模中间被强压变形，产生额外磨擦阻力，当外力超过板料本身抗拉强度后被拉裂。在注意观察后发现此处拉深筋高度较其他部位浅且圆角过大，未能很好地控制板料在成形过程中的流动速度，因此判断为拉深筋磨损，造成摩擦阻力下降.所产生的材料成形阻力不足，形成材料局部流动速度过快引起起皱，起皱后板料叠加超过凹凸模间隙，造成制件挤压开裂。
所以，如何准确调整板料各部位的流动阻力，动态控制其变形速度，避免在成形过程中出现拉裂和起皱，是许多复杂零件在拉深筋过程中亟待解决的难题。但是，现有传统高度固定式的拉深筋不能动态改变拉深筋几何形状参数，充分调整板料成形阻力，满足均匀成形需要。
实用新型内容
为克服现有技术的不足之处，本实用新型提供一种动态调整拉深筋板料成形流动阻力的设备，能减少板料在成形过程中出现拉裂和起皱的几率，解决了传统拉深筋凸筋高度参数固定、不能灵活地动态调整拉深筋阻力的缺点。
本实用新型所采用的技术方案是：一种动态调整拉深筋板料成形流动阻力的设备，包括一带拉深筋的模具，该带拉深筋的模具由凹模、凸模、压边圈、凹筋和凸筋构成，待成形板料放置于所述凹模和凸模之间；所述凸筋安装在所述压边圈中间的竖直滑槽内并与该滑槽滑动配合，该凸筋底端与一固定在压边圈下方的液压缸活塞杆端部联接，该液压缸的进油口和出油口分别与一电液比例控制系统连通；所述带拉深筋的模具的外侧设有一反馈检测装置，用于检测所述凹筋和凸筋间距的变动值，该反馈检测装置的反馈信号输出端通过比较元件与所述电液比例控制系统连接，构成一个用于调整所述凸筋进入待成形板料的高度的闭环控制系统。反馈检测装置的信号输出端在比较元件内，通过比例控制放大器与所述电液比例控制系统的控制端连接，通过动态调整凸筋进入凹筋的高度H，能动态调整、控制板料成形流动阻力，使应力与应变均匀分布，实现板料拉深均匀成形。
进一步，所述电液比例控制系统包括一个由闭环比例阀、定量液压泵、单向阀和电磁溢流阀组成的油路，所述闭环比例阀的控制端与所述比例控制放大器连接，该液压缸的进油口和出油口与所述闭环比例阀的阀口连接，所述闭环比例阀按照所述比例控制放大器输入信号的大小和极性，线性控制所述液压缸的进油口和出油口的油压、流量和流向。
有益效果：本实用新型通过动态调整拉深筋板料成形流动阻力，能显著降低最大厚度变薄率、起皱增厚率值，控制覆盖件成形的应力与应变，实现板料的均匀成形，降低成形件的残余应力，显著地提高了覆盖件的拉深成形质量，充分发挥材料塑性变形的潜力。
附图说明
图1为本实用新型的局部结构示意图，
图2为带拉深筋的模具整体结构示意图，
图3为本实用新型压边力F压调节系统的结构示意图。
图中：1板料、2凹筋、3凹模、4凸筋、5连接销、6压边圈、7活塞杆、8液压缸、81出油口、82进油口、9密封圈、10反馈电位器、11指令电位器、12闭环比例阀、13比较元件、14比例控制放大器、15电磁溢流阀、16定量液压泵、17单向阀、18凸模、19弹簧、20位移传感器、21液压垫缸、22液压垫集成控制块、23压边力比例调压阀、24泵出口控制块、 25单向阀、26变量液压泵、27液压垫、28顶杆。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
“复杂覆盖件均匀成形的动态调控”是本专利申请第一发明人于2010 年公开发表(刊登于《热加工工艺》2010年第39卷第21期第16页)，互联网上也能检索到这篇文章，本专利申请是对“复杂覆盖件均匀成形的动态调控”一文的具体实践，是应用该理论的专用设备。因此，该文中的理论、计算方法以及如何对比测量分析成形质量的方法与本专利申请是一致的，均属于公知常识，本领域技术人员应该熟练掌握和使用。
参见图1、2，如图所示，一种动态调整拉深筋板料成形流动阻力的设备，包括一带拉深筋的模具，该带拉深筋的模具由凹模3、凸模18、压边圈6、凹筋2和凸筋4构成，板料1放置于凹模3和凸模18以及凹筋2和凸筋4之间；凸筋4安装在压边圈6中间的竖直滑槽内并与该滑槽滑动配合，该凸筋4 底端通过连接销5与固定在压边圈6下方的活塞杆7端部联接固定。
电液比例控制系统包括一个由闭环比例阀12、比例控制放大器14、定量液压泵16、单向阀17和电磁溢流阀15组成的油路，闭环比例阀12的控制端与比例控制放大器14连接，该液压缸8的出油口81和进油口82与闭环比例阀12的阀口连接，闭环比例阀12按照比例控制放大器14输入信号的大小和极性，线性控制液压缸8的出油口81和进油口82的油压、流量和流向，从而控制其活塞杆7的运动方向。带拉深筋的模具的外侧设有一反馈电位器10，用于检测凹筋2和凸筋4间距的变动值，反馈电位器10的信号输出端在比较元件13中与指令信号比较后，通过比例控制放大器14与闭环比例阀12的控制端连接。
带拉深筋的模具的成形参数，参见“复杂覆盖件均匀成形的动态调控”第2.2.2节，通过公式(3)计算出压边力F压。
参见图3，液压垫27上端面的顶杆28与压边圈6下端面相抵，液压垫缸 21中的油液压力p对油缸柱塞的作用力通过液压垫27、压边圈6、凹模3等传递给冲压件，作为冲压件的压边力F压，因此F压＝pA(A为液压垫缸柱塞的面积)。23为压边力比例调压阀，用于对压边力F压变化的连续控制，由于油液压力p可由压边力比例调压阀23连续调节，所以压边力F压的变化也就可以得到连续的改变，按照一定的规律给压边力比例调压阀23输入电流，就能得到理想的压边力F压控制曲线。
本实用新型的拉深筋的动作与拉深成形过程：
带拉深筋的模具安装在压力机上，当压力机的活动横梁带动凹模3、凹筋2下行到一定位置时，与压边圈6一起压紧板料1，对板料1施加压边力载荷F压。继续下行，凸筋4进入凹筋2中，对板料1施加成形流动阻力。为了避免板料1产生成形缺陷，在压力机上采用电液比例控制系统，该系统可控制调整凸筋4进入凹筋2中的高度，使之按照指令电位器11给定的规律变化。在该系统中，指令电压参量U不断地与反馈电位器10测出的凸筋4和凹筋2 的间距实际值，转换电压UE在比较元件13中进行比较，比较后得出的调节差值ΔU(误差)，在比例控制放大器14中处理形成控制信号后，输入控制元件(即图1中的闭环比例阀12)，误差不断获得纠正，凸筋4进入凹筋2高度位置可精确定位。上述方法具体过程如下：
指令电位器11将滑臂的位置指令Xi(由拉深筋高度决定)转换成指令电压U(U与Xi成线性关系，斜率可以根据需要进行调整)，被控制的凸筋4 进入凹筋2高度位置Xp由反馈电位器10转换成电压UE，凸筋4与反馈电位器 10的滑臂刚性连接，两个电位器10、11接成桥式回路(见图1)，输出电压为ΔU＝U-UE＝K(Xi-Xp)，K为电位器增益。
当凸筋4进入凹筋2高度位置Xp与指定位置Xi相一致时，电桥输出偏差电压ΔU＝0，此时比例控制放大器14输出电流为零，闭环比例阀12处于零位，没有流量输出，油缸活塞7和凸筋4不动。当指令电位器11滑臂位置发生变化时，如移动一个位置ΔXi，在凸筋4位置发生变化之前，电桥会输出偏差电压ΔU＝KΔXi，偏差电压经比例控制放大器14放大后变为电流信号去控制闭环比例阀12，闭环比例阀12输出压力油到油缸8推动凸筋4上移。随着凸筋4的移动，电桥输出偏差电压逐渐减小，当凸筋4位移Xp等于指令电位器位移Xi时，电桥输出偏差电压为零，凸筋4停止运动。如果指令电位器11 滑臂反向运动，凸筋4也反向跟随运动。
此外，因为闭环比例阀12的阀口开度受控制信号精确控制，所以通过闭环比例阀12控制流入或流出油缸8中的液压油流量受到控制信号精确控制，可动态地增加或减小与活塞杆7联接的凸筋进入凹筋的高度H，动态调整、控制板料1成形流动阻力F阻，使成形应力与应变均匀分布，实现板料拉深均匀成形。
电磁溢流阀15是一个阀组，里面包带有一个溢流阀和一个电磁换向阀，在系统中起溢流定压和泵卸荷两个作用。系统中定量液压泵16是动力源，作用是提供有一定压力和流量的油液。单向阀17安装在泵出口处，作用是防止油液倒流回定量液压泵16中。
工作时，凹模3在压力机活动横梁带动下行，与压边圈6、凹筋2一起压紧成形板料，继续下行时，凹模3与凸模18逐渐闭合。同时，控制凸筋4进入凹筋2中的高度H，能动态改变板料成形的流动阻力F阻，使覆盖件成形的应力、应变分布均匀。
另外，除了用有限元数值模拟以外，还可采用基于光学三角法的激光测量，该测量系统具有非接触、精度高、易于控制，且与材料内部特性参数无关等优点，广泛应用于板料的厚度测量领域。在成形金属板料毛坯上，应用电腐蚀技术，蚀刻制直径为5-10mm的一系列圆，实际冲压成形后，通过激光测量仪器，可测量圆变形量最大处的板料厚度。然后，对比不同实验条件下成形件的最大厚度处变薄率、起皱增厚率，可获得实验成形件厚度数据结果。
以汽车右托架、轮包覆盖件进行成形验证、测试，对比固定拉深筋与能动态调整凸筋进入凹筋高度的两种成形情况。首先，在拉深板料上刻制直径为5-10mm的一系列圆。然后，在拉深成形件上的圆变形量最大厚度处变薄率、起皱增厚率处分别作标记，运用激光测量仪器测量拉深件在标记处的厚度。两种情况下测量的对比结果如表1所示。右托架覆盖件拉深成形后的最大厚度变薄率、起皱增厚率分别减少了13.5％、47％。轮包拉深件的最大厚度变薄率、起皱增厚率值分别显著地降低了68.4％、19.8％，同时没有出现破裂现象。可见动态调整凸筋进入凹筋高度的设备技术，能显著地提高了覆盖件的拉深成形质量。
表1固定拉深筋与动态调整拉深筋的成形质量结果对比
最终获得的拉深成形件的板厚均匀，与传统的固定式拉深筋相比，该新型动态调整凸筋进入凹筋高度的设备不影响冲压成形效率，能显著地提高成形件的质量，充分了发挥材料的成形潜力，为难成形材料、复杂件的成形，提供一种新型、简便的方法与手段。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (2)
1.一种动态调整拉深筋板料成形流动阻力的设备，包括一带拉深筋的模具，该带拉深筋的模具由凹模、凸模、压边圈、凹筋和凸筋构成，待成形板料放置于所述凹模和凸模之间；其特征在于：所述凸筋安装在所述压边圈中间的竖直滑槽内并与该滑槽滑动配合，该凸筋底端与一固定在所述压边圈下方的液压缸活塞杆端部联接，该液压缸的进油口和出油口分别与一电液比例控制系统连通；所述带拉深筋的模具的外侧设有一反馈检测装置，用于检测所述凹筋和凸筋间距的变动值，该反馈检测装置的反馈信号输出端通过比较元件与所述电液比例控制系统连接，构成一个用于调整所述通过控制凸筋进入凹筋的高度，调整凸筋压入待成形板料的高度的闭环控制系统。
2.根据权利要求1所述一种动态调整拉深筋板料成形流动阻力的设备，其特征在于，所述电液比例控制系统包括一个由闭环比例阀、比例控制放大器、定量液压泵、单向阀和电磁溢流阀组成的油路，所述闭环比例阀的控制端与所述比例控制放大器连接，该液压缸的进油口和出油口与所述闭环比例阀的阀口连接，所述闭环比例阀按照所述比例控制放大器输入信号的大小和极性，线性控制所述液压缸的进油口和出油口的油压、流量和流向。
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