專利名稱：板料成形的模具預(yù)處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于與基本無切削金屬加工有關(guān)的輔助加工，特別涉及模具的加工工藝。
為了提高板材的成形性能，消除板料成形過程中的拉裂缺陷，使拉裂率趨近于零，國(guó)外的許多學(xué)者把調(diào)整與優(yōu)化壓邊力曲線作為主攻方向，參見Sanchez L R，Experimental Simillation of the Sheet Metal Response to Clamping During Forming，SAE Paper 940942748～745K 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，1990.17-27R Kergen et al.Computerized control of the blankholder pressure on deep drawingpresses.SAE paper，No.920433，Warrendale，PA，1992.
這些研究的基本思想就是在薄板的成形過程中，在不出現(xiàn)起皺的前提下，確定最小壓邊力的變化曲線。美國(guó)知名學(xué)者Taytan Altan的研究則更進(jìn)一步，他依托多作用控制壓力機(jī)(德國(guó)制造，價(jià)格為壹仟萬多美元)，不僅要優(yōu)化壓力曲線，而且要調(diào)整壓料面上壓邊力強(qiáng)度(單位面積上的壓邊圖片)的分布。參見Mustafa AAhmetoglu，Taylan Altan.Improving Drawability by Using Variable Blank HolderForce and Pressure in Deep Drawing of Round and Non-Symmetric parts.SAE Paper930287，P428-435M A Ahmetoglu，T Altan，G L Kinzel.Improvement of Part Quality in Stampingby Controlling BHF and Pressure.J.of Materials Processing Technology，1993，33195-214這種壓力機(jī)有十多個(gè)輔助油缸專門用來壓邊，通過調(diào)整每個(gè)油缸的油壓的大小，就可以調(diào)整壓料面上的壓邊力強(qiáng)度。由于溫度和濕度對(duì)油液的粘性有一定的影響，故這種壓力機(jī)的工作狀態(tài)很不穩(wěn)定。因此，T Altan雖然取得了一些成果但未能在生產(chǎn)中推廣開來。事實(shí)上，我國(guó)從事板料加工的大型企業(yè)，生產(chǎn)中使用的壓邊力大都是由氣墊生成的，即使是優(yōu)化壓邊力曲線，也需要開發(fā)出一套快速且穩(wěn)定可靠壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。由于板料成形加工過程的特殊性，這套系統(tǒng)的穩(wěn)定性是非常難保證的。
本發(fā)明的一種板料成形的模具預(yù)處理工藝，依序包括如下步驟(1)在下模的壓料面上確定流動(dòng)阻力極大區(qū)域作為打孔區(qū)域；(2)在打孔區(qū)域內(nèi)打出均勻點(diǎn)陣排列的盲孔，盲孔直徑Φ＝2.0～10.0mm，盲孔深度h＝(1.5～2.0)Φ，盲孔底部半球面圓弧半徑R＝0.5Φ，盲孔口部過渡半徑γ＝0.5～1mm，盲孔中心距d1＝2Φ+1.5～2.0mm，第一排盲孔中心線到凹陷處輪廓線距離d2＝1.5Φ+1.0～2.0mm，相鄰二排盲孔相對(duì)于凹模圓角處中心輻射經(jīng)線均勻互錯(cuò)。
所述的板料成形的模具預(yù)處理工藝，其進(jìn)一步特征在于采用試驗(yàn)方式在下模的壓料面上確定流動(dòng)阻力極大區(qū)域，即使用未打盲孔的模具對(duì)板料加工成形，當(dāng)板料被拉裂，且拉裂處與距離最近的板坯邊緣所組成的板料子區(qū)域所對(duì)應(yīng)的下模臺(tái)面區(qū)域?yàn)榇蚩讌^(qū)域。
所述的板料成形的模具預(yù)處理工藝，所述盲孔完成后，可以在盲孔中填塞鋸木屑、石墨粉或多孔工程塑料顆粒，用于貯存潤(rùn)滑油。
申請(qǐng)人用國(guó)際上知名的板成形分析軟件eta/DYNAFORM-952-V-32，對(duì)帶凸緣的長(zhǎng)方形盒形件的成形過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。數(shù)值分析結(jié)果表明，這一工藝措施能顯著減小成形過程中法蘭接觸面上流動(dòng)阻力極大區(qū)域上的流動(dòng)阻力，從而有效地優(yōu)化板料的成形狀態(tài)，大幅度地提高板料的成形性能，在這基礎(chǔ)上，既使在相鄰區(qū)域上還需要設(shè)置拉深筋，也可選用阻力較小的拉深筋，這樣既能均衡法蘭面上的流動(dòng)阻力，又能較大地減小總的成形力，從而有效地優(yōu)化了板材的成形狀態(tài)，既能防止起皺又能大大地減少拉裂率。
從物理意義上講，這一新工藝措施的優(yōu)化機(jī)理主要有三個(gè)因素(1)減少了板坯與壓料面在打孔區(qū)域內(nèi)的接觸面積，從而減小了該區(qū)域上的壓邊力與磨擦阻力。(2)在板料上，位于這一區(qū)域內(nèi)到凹模入口處的垂直距離相同且相互鄰近的一些質(zhì)點(diǎn)的受壓狀態(tài)有較大差別，從而導(dǎo)致這些質(zhì)點(diǎn)在整個(gè)成形過程中的移動(dòng)與變形狀態(tài)不同步，這也有利于減小流動(dòng)阻力。(3)在一定程度上改善了這一區(qū)域的潤(rùn)滑狀態(tài)，從而進(jìn)一步減小了這一區(qū)域的磨擦阻力。
現(xiàn)在，在各種數(shù)控加工中心的技術(shù)非常成熟且較為普及的條件下，在下模的臺(tái)面，既壓料面上按一定規(guī)律鉆幾百個(gè)小且淺的盲孔并非難事，增加的工作量及成本也很少。同時(shí)，這一新工藝措施對(duì)模具結(jié)構(gòu)沒有任何改變，因而對(duì)模具工作的可靠性與穩(wěn)定性也不會(huì)產(chǎn)生任何不良影響。將這一新技術(shù)和上述其他的工藝措施結(jié)合起來運(yùn)用，相互配合，這能顯著地優(yōu)化板料的成形狀態(tài)，因而在整個(gè)薄板成形領(lǐng)域中至少有以下二方面的廣闊前景(1)能大大減少薄板成形加工中的廢品率，使其趨近于零；(2)能使許多按現(xiàn)有工藝需要二次拉深才能成形的薄板零件，一次拉深就能加工出來。以汽車油底殼為例，我國(guó)現(xiàn)在在每年生產(chǎn)二百多萬輛汽車，以后每年還將不斷增加，而油底殼是汽車的全部板成形零件中加工難度最大的一個(gè)，現(xiàn)在絕大多數(shù)(約90％左右)的油底殼是通過二次拉深加工出來的。如果將這一新技術(shù)和其他工藝措施結(jié)合起來運(yùn)用，完全可能將這些油底殼的絕大多數(shù)只經(jīng)一次拉深就能成形。
圖3是孔的排列示意圖，盲孔排列的關(guān)鍵是相鄰的二排孔必須盡可能均勻的錯(cuò)開，絕不能位于同一條經(jīng)線上。由于打孔區(qū)域中周線的長(zhǎng)度隨著它離圓心距離的增大而增加，故當(dāng)孔的直徑不變時(shí)，后排孔的個(gè)數(shù)會(huì)隔幾排增加一個(gè)。
在確定打孔區(qū)域時(shí)，一般要經(jīng)過試驗(yàn)，這里，首先給出一個(gè)普通適用的方法如果板料被拉裂了，且拉裂處與距離最近的邊界所組成的板料的子區(qū)域上已經(jīng)沒有多余的料，則這個(gè)子區(qū)域所在的下模臺(tái)面上的對(duì)應(yīng)區(qū)域就是打孔區(qū)域。下面結(jié)合具體情況分別闡述如下1)對(duì)于回轉(zhuǎn)類的薄板零件，只須按照?qǐng)D3中所示的規(guī)則直接在下模的整個(gè)臺(tái)面上打孔即可，打孔區(qū)域?yàn)橄聣毫厦嫔习霃铰源笥诎迮鞯某跏及霃降恼麄€(gè)圓環(huán)。
2)對(duì)于非回轉(zhuǎn)類的薄板零件，打孔區(qū)域通常為圓角與直邊、尤其是短直邊的過渡區(qū)域，但是這個(gè)區(qū)域究竟有多大、它的兩側(cè)分別向圓角區(qū)域與直邊區(qū)域延伸了多遠(yuǎn)，目前尚無有效方法準(zhǔn)確劃定，通常需要采用調(diào)試的方法。例如，對(duì)于汽車油底殼，首先在深底所對(duì)應(yīng)的圓周與直邊的過渡區(qū)域沿縱向分別打4排孔，即在該圓周區(qū)域的二側(cè)沿徑向各打2排孔，同時(shí)在相鄰的直邊區(qū)域沿縱向分別打2排孔，由此，進(jìn)行拉深試驗(yàn)，根據(jù)拉深時(shí)是否再有拉裂發(fā)生及拉裂發(fā)生時(shí)裂縫的延伸方向，決定在該區(qū)域上是否繼續(xù)打孔及朝哪個(gè)方向打孔。對(duì)每一個(gè)需要繼續(xù)打孔的區(qū)域，每一次沿每一邊最好只增加一排孔。再者，在拉深試驗(yàn)時(shí)，每打一次孔都要及時(shí)減小壓邊力，減小值等于(0.75～1)乘以新打孔的面積再乘以壓邊力強(qiáng)度。如果有拉深筋，還要不斷地減小拉深凸筋的高度，當(dāng)直邊區(qū)域每增加1排孔，就同時(shí)減小該直邊區(qū)域上的拉深凸筋(0.1～0.25)mm的高度。又如果拉裂僅出現(xiàn)在圓柱形側(cè)壁上，就在圓形區(qū)域靠近下模入口處沿橫向(周向)先打2排孔。但是，這些孔與過渡區(qū)域上的孔的排列與分布要遵循圖3中所示的規(guī)則。這時(shí)，是否繼續(xù)打孔可按上述的方法來操作。
如果事先能進(jìn)行有限元數(shù)值模擬，可使調(diào)試的工作量及周期大大減小。
圖2為盲孔形狀示意，圖中標(biāo)識(shí)為盲孔直徑Φ，盲孔深度h，盲孔底部半球面圓弧半徑R，盲孔口部過渡半徑γ，盲孔中心距d1。以下根據(jù)拉深件的不同尺寸，分別舉例說明(1)小型拉深件，盲孔直徑Φ＝2.0～4.0(單位為mm，以下同)。例如，拉深直徑為90.0的圓筒件時(shí)，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，拉深轎車油底殼時(shí)，可取Φ＝5.0，h＝1.5Φ(當(dāng)Φ≥4.0時(shí)，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卡車的油底殼時(shí)可取Φ＝6.0，h＝1.5Φ，γ＝0.5，d1＝2Φ+2.0，d2＝1.5Φ+2.0。
一般說來，在打孔區(qū)域不變的條件下，盲孔的直徑愈小，孔的數(shù)量就愈多，質(zhì)量變形不同步效益就愈顯箸，效果也就愈好，但模具的成本和制造周期都會(huì)有所增加。因此，使用者應(yīng)綜合考慮這二方面的因素而靈活掌握上述規(guī)范。于是，對(duì)于拉深難度非常大的大型拉深件，取Φ＝5.0也是允許的。
權(quán)利要求
1.一種板料成形的模具預(yù)處理工藝，依序包括如下步驟(1)在下模的壓料面上確定流動(dòng)阻力極大區(qū)域作為打孔區(qū)域；(2)在打孔區(qū)域內(nèi)打出均勻點(diǎn)陣排列的盲孔，盲孔直徑Φ＝2.0～10.0mm，盲孔深度h＝(1.5～2.0)Φ，盲孔底部半球面圓弧半徑R＝0.5Φ，盲孔口部過渡半徑γ＝0.5～1mm，盲孔中心距d1＝2Φ+1.5～2.0mm，第一排盲孔中心線到凹陷處輪廓線距離d2＝1.5Φ+1.0～2.0mm，相鄰二排盲孔相對(duì)于凹模圓角處中心輻射經(jīng)線均勻互錯(cuò)。
2.如權(quán)利要求1所述的板料成形的模具預(yù)處理工藝，其特征在于采用試驗(yàn)方式在下模的壓料面上確定流動(dòng)阻力極大區(qū)域，即使用未打盲孔的模具對(duì)板料加工成形，當(dāng)板料被拉裂，且拉裂處與距離最近的板坯邊緣所組成的板料子區(qū)域所對(duì)應(yīng)的下模臺(tái)面區(qū)域?yàn)榇蚩讌^(qū)域。
3.如權(quán)利要求1或2所述的板料成形的模具預(yù)處理工藝，其特征在于所述盲孔完成后，在盲孔中填塞鋸木屑、石墨粉或多孔工程塑料顆粒，用于貯存潤(rùn)滑油。
全文摘要
板料成形的模具預(yù)處理工藝，屬于與基本無切削金屬加工有關(guān)的輔助加工工藝，以使得應(yīng)用該模具在板料成形過程中法蘭面上各處流動(dòng)阻力趨向成形所需的均勻程度的同時(shí)，總的成形力趨向最小，克服現(xiàn)有措施不能有效地優(yōu)化形狀復(fù)雜的板成形件的成形狀態(tài)的問題。本發(fā)明依序包括步驟為(1)在下模的壓料面上確定流動(dòng)阻力極大區(qū)域作為打孔區(qū)域；(2)在打孔區(qū)域內(nèi)打出均勻點(diǎn)陣排列的盲孔，其中Φ＝2.0～10.0mm，h＝(1.5～2.0)Φ，R＝0.5Φ，γ＝0.5～1mm，d
文檔編號(hào)B21D37/08GK1442248SQ03118879
公開日2003年9月17日 申請(qǐng)日期2003年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月2日
發(fā)明者李贊, 董湘懷, 李志剛, 梁培志 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)