專利名稱：通用多參數(shù)金屬板料拉深性能楔形試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及新材料開發(fā)及相關(guān)沖壓成形工藝性能測(cè)定和相關(guān)模具設(shè)計(jì)和制 造技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種通用多參數(shù)金屬板料拉深性能楔形試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
材料成形技術(shù)的創(chuàng)新是汽車、飛機(jī)、船舶等載運(yùn)工具輕量化和降低能源消耗的關(guān) 鍵所在。這主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面一是新型高強(qiáng)度和低密度輕質(zhì)材料的開發(fā)以及輕質(zhì)零件 的制備，用其取代傳統(tǒng)鋼鐵零部件，可以大大減輕載運(yùn)器自重，如高強(qiáng)度鋼、鋁、鎂、鈦合金 等金屬材料以及高分子材料和復(fù)合材料等；二是采用新的成形工藝實(shí)現(xiàn)零部件結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化 和輕型化，以節(jié)約原材料、提高性能，如剪裁毛坯、不等厚拼接成形、液壓成形、零件軋制、發(fā) 泡鋁成形、激光焊接等。但是，材料成形技術(shù)研究中的一個(gè)難點(diǎn)問題是對(duì)金屬材料成形加工 工藝性能的可靠測(cè)定和準(zhǔn)確評(píng)判。面對(duì)載運(yùn)工具零件形狀日益多樣化，沖壓工藝日益復(fù)雜 化的需求，沒有科學(xué)、簡(jiǎn)便、可靠、實(shí)用的測(cè)定方法，會(huì)影響載運(yùn)工具發(fā)展的步伐?，F(xiàn)有的金屬?zèng)_壓拉深成形工藝性能測(cè)定方法包括脹形試驗(yàn)法(杯突試驗(yàn))、擴(kuò) 孔試驗(yàn)法、沖杯拉深性能試驗(yàn)法(SWIFT拉深試驗(yàn))、拉深潛力試驗(yàn)法(TZP)和錐杯試驗(yàn)法 (福井錐杯試驗(yàn))等。這些試驗(yàn)方法的共同點(diǎn)都是采用旋轉(zhuǎn)體試樣進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)定的都是 規(guī)則條件下均勻的成形性能。針對(duì)現(xiàn)代載運(yùn)工具多樣化流線形產(chǎn)品越來越復(fù)雜的變形受力 狀態(tài)，這些方法都顯示出一定的局限性。比如對(duì)某個(gè)覆蓋件產(chǎn)品脹形和拉深復(fù)合界面上的 變形性能的預(yù)測(cè)，由于沒有可變邊界條件的模擬和測(cè)定方式，不能得到可靠的結(jié)果。另一方 面，實(shí)驗(yàn)室條件下類似于覆蓋件沖壓所需大噸位沖床的缺乏，大型實(shí)驗(yàn)的模具制作和試樣 制作成本等限制了沖壓拉深性能測(cè)定的實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性和科學(xué)性。第三，現(xiàn)有的測(cè)定方法在 工藝參數(shù)的監(jiān)控和分析精度方面還相當(dāng)有限。第四，現(xiàn)有的測(cè)定方法都在液壓機(jī)上進(jìn)行，變 形的速度很小(如GB/T 15825. 3-2008中試驗(yàn)速度小于1. 2mm/s)，而實(shí)際板料沖壓大多是 在機(jī)械壓力機(jī)上進(jìn)行，變形的速度相對(duì)較高。沒有考慮變形速度對(duì)成形性能的影響，所得結(jié) 果與材料的實(shí)際成形性能將會(huì)有較大差距。已有拉楔拉伸實(shí)驗(yàn)法(圖1)是用拉伸的方法，把扇形坯料拉過楔形夾具，只考慮 扇形變形區(qū)的變形，過濾了很多影響拉深效果的因素，測(cè)試精度有限。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種通用多參數(shù)金屬板料拉 深性能楔形試驗(yàn)裝置，試樣為非旋轉(zhuǎn)體、變形區(qū)受力邊界條件可變、試樣尺寸只有旋轉(zhuǎn)體 1/6、沖壓所需噸位相對(duì)只有1/5、工藝參數(shù)監(jiān)控分析采用現(xiàn)代液電技術(shù)和信息技術(shù)，在滑塊 速度連續(xù)可調(diào)的伺服沖床上進(jìn)行測(cè)定的。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提出一種通用多參數(shù)金屬板料拉深性能楔形試驗(yàn)裝 置，包括凸模、壓邊圈、拉深凹模、反頂座、反頂油缸、凸模鑲塊、凹模圓角鑲塊、楔形鑲塊、壓 邊鑲塊、上模板、拉深工藝參數(shù)測(cè)定系統(tǒng)和伺服壓機(jī)的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，其特征為所述拉深
3工藝參數(shù)測(cè)定系統(tǒng)采用5段壓邊力變化監(jiān)控，所述壓邊力采用閉環(huán)液壓和PLC監(jiān)控，并帶有 壓電式壓力傳感器和信號(hào)變送器，在壓邊缸和壓邊圈之間裝有壓力傳感器，在反頂適配器 上裝有反頂壓力傳感器。所述拉深工藝參數(shù)測(cè)定系統(tǒng)包括拉深行程監(jiān)測(cè)、反頂力-行程、拉深力-行程、壓 邊力-行程、模具狀態(tài)監(jiān)測(cè)、滑塊速度監(jiān)測(cè)、切向壓力監(jiān)測(cè)、液壓系統(tǒng)內(nèi)壓力閉環(huán)控制。本實(shí)用新型用拉深模具(圖2)代替楔形夾具，取旋轉(zhuǎn)體的1/6，兩邊有對(duì)稱扇形的 坯料(圖3)放在設(shè)置了楔形滑塊的凹槽中，用楔形的壓邊塊壓住扇形部分，楔形滑塊上設(shè) 定一定的切向壓力，兩邊對(duì)稱用拉深凸模進(jìn)行拉深，獲得直壁平行的拉深件(圖4)?？梢灾?接反映凹模圓角、筒壁部?jī)纱螐澢?、鞍形變形、筒壁危險(xiǎn)區(qū)等變形特點(diǎn)(圖5)。還增加了切 向應(yīng)力等邊界條件可變的功能?？梢杂羞x擇地進(jìn)行復(fù)合變形的復(fù)雜邊界條件下，不同板料 的拉深工藝性能測(cè)定。其非旋轉(zhuǎn)體的試樣形狀，為復(fù)雜非旋轉(zhuǎn)體曲面的成形工藝性能測(cè)定 提供了具有更高符合度和適應(yīng)性的試驗(yàn)方法。本實(shí)用新型中，楔形試樣的坯料寬度由剪板機(jī)定位裝置保證，寬度可以靈活調(diào)整。 利用通用楔形試樣落料模落料，利用楔形拉深試驗(yàn)?zāi)＿M(jìn)行拉深性能測(cè)定。拉深實(shí)驗(yàn)用的金 屬材料強(qiáng)度在20 1200MPa范圍內(nèi)可變，變形速度在0 700mm/s范圍內(nèi)可調(diào)，壓邊力采 用閉環(huán)液壓和PLC監(jiān)控，并帶有壓電式壓力傳感器和信號(hào)變送器。拉深工藝參數(shù)測(cè)定系統(tǒng) 和伺服壓機(jī)的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)一起可以對(duì)金屬材料的拉深性能進(jìn)行精確地評(píng)價(jià)。本實(shí)用新型中，板料厚度在0.40 2. 50mm范圍內(nèi)可變，對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)拉深系數(shù)在 0. 94 0. 49范圍內(nèi)可變(對(duì)應(yīng)板料寬度在96 182mm范圍內(nèi)可變)，對(duì)應(yīng)拉深楔形角度可 以通過更換交叉布置的不同楔形擋塊，在16 34°范圍內(nèi)可變。拉深壓邊力在0 100KN 范圍內(nèi)可變，拉深的凹模圓角半徑在3 25mm范圍內(nèi)可變，拉深凸模圓角半徑在0. 5 45mm范圍內(nèi)可變，拉深模具間隙在板料厚度與40mm之間的范圍內(nèi)可變(大間隙在曲面旋轉(zhuǎn) 體拉深時(shí)有效)，拉深反頂力在0 50KN范圍內(nèi)可變，拉深反頂力可以在滑塊0 700mm/s 的速度下，迅速卸壓并維持設(shè)定的壓力不變。本實(shí)用新型的有益效果把高精度壓力傳感器技術(shù)、閉環(huán)液電組合控制技術(shù)、先進(jìn) 的伺服沖床和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合，應(yīng)用到金屬板料成型工藝性能的檢測(cè)分析中。用楔形拉深 試樣代替圓筒形拉深試樣，改變了圓筒形件拉深切向受力模式單一、不可變的局限，通過在 切向施加多樣化的邊界條件，可以模仿汽車覆蓋件等沖壓產(chǎn)品中某個(gè)局部的實(shí)際受力和變 形。應(yīng)力和應(yīng)變?cè)囼?yàn)參數(shù)和實(shí)際環(huán)境更為接近，更有參考意義和實(shí)用性；只有圓筒形1/6的 楔形試樣拉深，使得實(shí)驗(yàn)室條件下較小噸位的壓力機(jī)可以進(jìn)行對(duì)應(yīng)較大尺寸的拉深試驗(yàn)； 在板料厚度、材質(zhì)、壓邊力、反頂力、拉深變形速度、拉深系數(shù)、凹模圓角、凸模圓角和凹凸模 間隙等方面多參數(shù)可控和通用。對(duì)現(xiàn)代交通載運(yùn)工具輕量化過程中新材料開發(fā)及其性能的 測(cè)定提供了一種新的有效裝置。
圖1是原有拉伸楔形試驗(yàn)方法示意圖；圖2是本實(shí)用新型的楔形拉深試驗(yàn)示意圖；圖3是本實(shí)用新型的楔形坯料示意圖；圖4是完成楔形拉深試驗(yàn)后的試樣示意圖；圖5是楔形拉深試驗(yàn)的中間過程示意圖；[0018]圖6是可控寬度剪板機(jī)剪料示意圖；圖7是中心定位寬度可調(diào)的楔形試樣落料沖孔示意圖；圖8是壓邊力_行程設(shè)定和實(shí)測(cè)曲線示意圖；圖9是便捷通用多參數(shù)的金屬板料拉深性能楔形試驗(yàn)系統(tǒng)框圖；圖10是楔形拉深試驗(yàn)?zāi)＞呓Y(jié)構(gòu)示意圖；圖中，01模柄、02銷釘、03凸模、04壓邊圈+壓力傳感器、05拉深試樣、06拉深凹 模、07反頂板、08反頂適配器、09反頂座、10反頂油缸、11反頂力傳感器、12坯料導(dǎo)正釘、 13凸模鑲塊螺釘、14凸模鑲塊、15凹模圓角鑲塊、16楔形鑲塊、17壓邊鑲塊、18導(dǎo)柱、19凸 模固定板、20凸模墊板、21凸模固定螺釘、22上模板，23楔形拉深試樣、24楔形擋塊、25拉 深凹模、31楔角為24°的試樣、32楔角為34°的試樣、51扇形變形區(qū)、52凹模圓角區(qū)、53凸 模圓角區(qū)、54鞍形變形區(qū)、55筒壁危險(xiǎn)區(qū)、61板料、62剪刀、63寬度調(diào)整器、64坯料、65剪板 機(jī)、72擋料釘、73沖定位孔、74陰影部分是凹模和凸?？梢杂行_裁的區(qū)域、75可中心定位 調(diào)整寬度的側(cè)向?qū)Я厢敗?br> 具體實(shí)施方式
具體試驗(yàn)方法過程為對(duì)所試板料進(jìn)行工藝性數(shù)據(jù)采集和分析——在材料和工藝 數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇相近似的可分析數(shù)據(jù)——對(duì)試驗(yàn)?zāi)＞吆驮嚇舆M(jìn)行三維實(shí)體造型——對(duì)力學(xué) 模型進(jìn)行提煉——進(jìn)行網(wǎng)格劃分——進(jìn)行邊界參數(shù)的設(shè)置——進(jìn)行CAE工藝模擬獲得初試 數(shù)據(jù)——初選試驗(yàn)工藝方案——剪板機(jī)剪料(圖6)——中心定位寬度可調(diào)的楔形試樣落 料沖孔模(圖7)——楔形拉深試驗(yàn)?zāi)！囼?yàn)過程監(jiān)控(含拉深行程監(jiān)控、反頂力-行 程、拉深力-行程、壓邊力-行程(圖8)、模具狀態(tài)監(jiān)控、滑塊速度監(jiān)控、切向壓力監(jiān)控、液壓 系統(tǒng)內(nèi)壓力閉環(huán)控制)——對(duì)所獲工藝數(shù)據(jù)反饋到對(duì)比判定環(huán)節(jié)，和CAE模擬的數(shù)據(jù)進(jìn)行 對(duì)比和判定——分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，出具試驗(yàn)分析報(bào)告——所獲數(shù)據(jù)經(jīng)甄選后充實(shí)到CAE數(shù)據(jù) 庫(kù)。完成本實(shí)用新型試驗(yàn)方法體系如圖9所示。拉深試驗(yàn)?zāi)＞呓Y(jié)構(gòu)如圖10所示。其工作原理為設(shè)置五段壓邊力一行程參數(shù)；調(diào) 整反頂缸壓力在所需的范圍內(nèi)和其他需要調(diào)整監(jiān)控的工藝參數(shù)；根據(jù)坯料的厚度和所需凸 模圓角安裝所需要的凸模鑲塊14，以滿足拉深所需凹凸模間隙的值和凸模圓角半徑值；安 裝所需半徑的凹模圓角鑲塊15 ；調(diào)整壓力機(jī)的閉合高度使得拉深凸模的下止點(diǎn)位置可以 完成全部拉深行程；楔形坯料按楔形角置放于凹模上對(duì)應(yīng)的楔形鑲塊16的楔形槽內(nèi)，坯 料上的孔套在導(dǎo)正釘12上；啟動(dòng)壓邊圈下行壓住拉深試樣5 ；壓機(jī)滑塊下行，當(dāng)凸模鑲塊 14接觸到拉深試樣5表面后開始拉深行程，這時(shí)安裝在壓邊缸和壓邊圈4之間的壓力傳感 器顯示出壓邊力值，在設(shè)定的范圍內(nèi)有五段壓力變化；同時(shí)凸模鑲塊14和反頂板7壓緊拉 深試樣5防止由于兩邊不對(duì)稱引起的坯料側(cè)向滑移；這時(shí)凸模迫使反頂油缸10的活塞下 行，反頂缸下腔壓力增加，由于反頂缸下腔回路設(shè)定了溢流壓力，油缸下腔壓力被卸壓并維 持在恒壓，直至行程結(jié)束，反頂壓力傳感器11測(cè)得反頂壓力至監(jiān)控器；反頂缸、壓邊缸向上 復(fù)位；拉深過程開始后筒壁危險(xiǎn)區(qū)可能會(huì)因壓邊力過大、拉深系數(shù)過小、楔形角度過大、切 向壓力過大、凸模圓角過小、凹模圓角過小、滑塊速度過快或過慢、壓邊力過小引起扇形區(qū) 起皺等因素造成破裂。這時(shí)可以維持其它因素不變，通過調(diào)整某一個(gè)參數(shù)重復(fù)實(shí)驗(yàn)，直到獲 得無失效的拉深結(jié)果。記錄所有參數(shù)，繪制所有因素對(duì)拉深性能的影響規(guī)律曲線，并對(duì)此材 料的沖壓工藝性能進(jìn)行一個(gè)準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)。更換材質(zhì)、材料厚度等，再次重復(fù)前述過程，可以對(duì)不同材料和厚度的板料進(jìn)行工藝性分析和對(duì)比。
權(quán)利要求一種通用多參數(shù)金屬板料拉深性能楔形試驗(yàn)裝置，包括凸模、壓邊圈、拉深凹模、反頂座、反頂適配器、反頂油缸、凸模鑲塊、凹模圓角鑲塊、楔形鑲塊、壓邊鑲塊、上模板、拉深工藝參數(shù)測(cè)定系統(tǒng)和伺服壓機(jī)的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，其特征為所述拉深工藝參數(shù)測(cè)定系統(tǒng)采用5段壓邊力變化監(jiān)控，所述壓邊力采用閉環(huán)液壓和PLC監(jiān)控，并帶有壓電式壓力傳感器和信號(hào)變送器，在壓邊缸和壓邊圈之間裝有壓力傳感器，在反頂適配器上裝有反頂壓力傳感器。
2.按權(quán)利要求1所述的通用多參數(shù)金屬板料拉深性能楔形試驗(yàn)裝置，其特征為所述 板料厚度為0. 40 2. 50mm,對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)拉深系數(shù)為0. 94 0. 49，對(duì)應(yīng)拉深楔形角度通過更 換交叉布置的不同楔形擋塊為16 34°，拉深壓邊力為0 100KN，拉深的凹模圓角半徑 為3 25mm，拉深凸模圓角半徑為0. 5 45mm，拉深模具間隙為0 40mm，拉深反頂力為 0 50KN。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種通用多參數(shù)金屬板料拉深性能楔形試驗(yàn)裝置，所述拉深工藝參數(shù)測(cè)定系統(tǒng)采用5段壓邊力變化監(jiān)控，所述壓邊力采用閉環(huán)液壓和PLC監(jiān)控，并帶有壓電式壓力傳感器和信號(hào)變送器，在壓邊缸和壓邊圈之間裝有壓力傳感器，在反頂適配器上裝有反頂壓力傳感器；本實(shí)用新型的有益效果把高精度壓力傳感器技術(shù)、閉環(huán)液電組合控制技術(shù)、先進(jìn)的伺服沖床和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合，應(yīng)用到金屬板料成型工藝性能的檢測(cè)分析中，用楔形拉深試樣代替圓筒形拉深試樣，改變了圓筒形件拉深切向受力模式單一、不可變的局限，通過在切向施加多樣化的邊界條件，可以模仿汽車覆蓋件等沖壓產(chǎn)品中某個(gè)局部的實(shí)際受力和變形。
文檔編號(hào)G01N3/10GK201653809SQ201020032838
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者于治水, 張效迅, 張霞, 曹陽(yáng)根, 蘇鈺, 阮勤超, 黃晨 申請(qǐng)人:上海工程技術(shù)大學(xué)