变压边力和变冲压速度的薄板成形方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术为变压边力和变冲压速度的单动薄板液压试验机，主要用于应用钢板、铝板等薄板材料来冲压成形复杂拉深件的场合，也可用于车身覆盖件的小比例模拟件进行成形试验的场合。该试验机以上滑块位移为自变量，根据预设工作曲线，由压力传感器和速度传感器实时采样压力数据和速度数据供ＰＬＣ控制器进行闭环控制，实现在１５０ＫＮ～１２５０ＫＮ范围内连续改变压边力和在４～２０ｍｍ／ｓ范围内调节冲压速度；采用本装置可以很好实现复杂拉深件成形过程中的压边力变化和上滑块冲压速度变化，从而控制板料流动的方向和大小、薄板应变速率，最终得到符合成形质量要求（破裂、起皱、回弹、刚性不足等缺陷控制在误差范围内）的复杂拉深件。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机械成形加工领域，特指一种复杂拉深件成形的变压边力和变冲压速度的单动薄板液压试验机，主要用于应用钢板、铝板等薄板材料来冲压成形复杂拉深件的场合，也可用于车身覆盖件的小比例模拟件进行成形试验的场合。采用本装置可以很好实现复杂拉深件成形过程中的压边力变化和上滑块冲压速度变化，从而控制板料流动的方向和大小、薄板应变速率，最终得到符合成形质量要求(破裂、起皱、回弹、刚性不足等缺陷控制在误差范围内)的复杂拉深件。在复杂拉深件成形过程中，通常需要压边装置产生足够的摩擦抗力，以增加板料中的拉应力、控制材料的流动、避免起皱。一般来说，压边力过小，无法有效地控制材料的流动，板料很容易起皱；而压边力过大，虽然可以避免起皱，但板料拉破的趋势会明显增加，同时因为模具和板料的表面受损可能性增大而影响模具寿命和板料拉深成形质量。对于复杂拉深件成形来说，压边力过大或过小都不好，而且压边力不是恒定的，有一定的规律。一般讲，压边力控制曲线的加载模式主要有四种，为压边力数值恒定模式、增加模式、减小模式和混合模式。冲压速度对塑性变形的影响比较复杂。当冲压速度不大时，随着速度的提高塑性是降低的；而在冲压速度较大时，塑性随冲压速度的提高反而改善。冲压速度与成形件的变形路径和应变分布情况有关，影响到成形件的应变速率大小，是保证复杂拉深件成形质量的重要因素。一般的机械压机或液压机，其滑块运动速度都由机床机械结构或液压机构确定，在一次成形过程中无法根据成形工艺需要改变冲压速度。随着薄板冲压设备的更新以及计算机控制技术的进一步推广和应用，拉深成形变压边力和变冲压速度控制技术在复杂拉深件零件或车身覆盖件成形领域中的应用成为可能。传统上有两种压边装置(a).弹性压边装置；(b).液压或气压装置。弹性压边装置最常见的是橡胶、弹簧，压边力随着橡胶和弹簧压缩量的增加而增大，与成形工艺要求相反，而且压缩量有限。液压和气压装置的压边力可调，但在一次成形过程中难以根据成形工艺要求进行变化，如果不采取特殊措施，凸缘部分单位压边力的数值将随着冲头行程的增加而增大。Hardt等人设计的可调控压边力控制设备(D.E Hardt，et.al.，Real-time controlof binder force during stamping，proceedings of the 16th Biennial Congress of theIDDRG.International Deep Drawing research group，199017-27)，用来得到恒定的单位压边力，单位压边力自始至终被保持在不起皱的最小值上以防破裂。该设备的主要缺点用冷轧钢板成形杯形件，零件比较简单，而且压边力不能根据拉深成形中的实际需要进行变化、控制和调节。E.Doege等人研制的设备(E.Doege，T.EI-Dsoki，Deep-Drawingcracks-stretching crackstwo different types of cracks in deep-drawing processes.Materials Processing Technology，32(1992)161-168)的优点是能够考虑坯料尺寸、冲头尺寸和压边力对拉深失效的影响，把单位压边力控制在一个使制成品刚好不起皱的恒定数值上，得到了更大的极限拉深比；不足是仍然局限在定常压边力加载模式的研究上。日本尼桑汽车公司和美国俄亥俄大学合作，用相似模拟的方法进行了汽车挡泥板拉深成形中压边力控制的研究(Yuji Hishida，Robert H.Wagoner，Experimental Analysis of Blank Holding Force Control in Sheet Forming，SAEPaper，930285)。他们用一台1000KN的双动液压机和两套按比例缩小的汽车挡泥板(带轮罩和不带轮罩)模具及计算机、数据采集器等组成一个物理模拟系统。该系统的不足之一是压机滑块公称力仅为1000KN，与实际汽车挡泥板冲压成形所需的滑块公称力大小相差较大；不足之二是采用双动液压机，这与目前国际上流行使用单动压机不符；不足之三是压边力控制曲线仅为2段水平直线，状态较少。本专利技术的目的采用以下技术方案来实现其特征为以上滑块位移为自变量，根据预设工作曲线，由压力传感器和速度传感器实时采样压力数据和速度数据供PLC控制器进行闭环控制，在150KN～1250KN范围内连续改变压边力和在4～20mm/s范围内调节冲压速度；且在液压试验机一次冲压成形中，变压边力和变冲压速度这二种方法可同时采用，也可只采用其中一种方法。由顶出油缸产生大小随顶出油缸压力变化的总压边力，作用到液压垫上，再经液压机专用组合式顶出杆采取不同组合方式分担传递到压边圈上，形成二步可调的压边力。同时通过调整顶出杆数量、位置和长度，针对某一总压边力可实现分压边力为时间和位置的函数。上述液压机专用组合式顶出杆由力传感器、顶出杆上部、调整环、顶出杆下部四部分组成。其工作过程为1)通过输入输出设备将预设总压边力控制曲线输入PLC控制器，PLC控制器按此曲线计算出针对某上滑块位置的预设理论总压边力；顶出油缸所装压力传感器测量油缸实际压力并换算成压边力，然后将实际总压边力数据传送到PLC控制器，由PLC控制器对实际总压边力和预设理论总压边力曲线进行闭环调整。2)液压垫上安装多个(共12个)液压机专用组合式顶出杆，多个专用顶出杆顶出力之和为实际总压边力(即液压垫力)；使用时总压边力由多个专用组合式顶出杆分担，通过改变总压边力、顶出杆数量、位置和长度，来实现压边力为时间和位置的函数，满足成形过程中对压边力变化的需要。3)通过输入输出设备将预设冲压速度控制曲线输入PLC控制器，PLC控制器按此曲线计算出针对某上滑块位置的预设冲压速度；速度传感器测得实际上滑块速度，将此数值传送至PLC控制系统，与预设理论冲压速度进行对比，实现冲压速度的闭环控制。本专利技术与现有技术相比具有以下优点本专利技术在常规单动薄板液压机上，应用压边力和冲压速度闭环控制系统，以上滑块位移为自变量，由计算机、传感器和液压系统来实现压边力和冲压速度的变化。其中液压垫总压边力可以根据上滑块位移、按照预设压边力曲线进行闭环控制；液压垫总压边力按比例分配给多个(具体数量可根据需要调整)液压机专用组合式顶出杆，通过调整顶出杆的长度来改变其顶出力。同时上滑块冲压速度可以根据其位置、按照PLC控制器中预设的工作曲线进行变化，以满足复杂拉深件冲压成形时的工艺需要。本专利技术的优势在于不改变常规单动薄板液压机的结构，既能够改变液压垫的总压边力，又能实现多点控制压边力，使每个分压边力成为时间(或压机行程)和位置的函数，来提高非对称零件的拉深性能；液压垫专用组合式顶出杆有多个，可以根据需要放置在不同的工作台顶出孔中，顶出杆的数量以及每个顶出杆的位置可以调整；压边力和冲压速度控制曲线可多至20段水平直线。如附图说明图1所示，模具安装在单动薄板液压试验机上，由凹模1、凸模3、压边圈4、导向板5、下模垫板6等零部件组成。其中凹模1安装在液压机上滑块13上，由主油缸12决定其运动；凸模3、压边圈4、导向板5、下模垫板6安装在本文档来自技高网...

【技术保护点】
变压边力和变冲压速度的单动薄板液压试验机，其特征为以上滑块位移为自变量，根据预设工作曲线，由压力传感器和速度传感器实时采样压力数据和速度数据供ＰＬＣ控制器进行闭环控制，在１５０ＫＮ～１２５０ＫＮ范围内连续改变压边力和在４～２０ｍｍ／ｓ范围内调节冲压速度；且在液压试验机一次冲压成形中，变压边力和变冲压速度这二种方法可同时采用，也可只采用其中一种方法。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈炜，杨继昌，仲志刚，姜银方，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]