專利名稱：基于變壓邊力控制的拉深模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬板料成形的設(shè)備，尤其是涉及一種基于變壓邊力控制的拉 深模具。
背景技術(shù)：
起皺和破裂是薄板拉延的主要失效形式，壓邊力(blank-holder force, BHF) 大小(或壓邊力控制曲線)和加載方式是影響起皺和破裂的重要因素之一，傳 統(tǒng)的壓邊力控制方式一般是采用定常加載或增加加載模式為主，即隨凸模行程 下降而壓邊力保持恒定或線性增加，而變壓邊力(Variable bkank holderforce，VBHF)控制是在板材拉延成形過程中，在沖壓件法蘭(如圓筒形件) 收縮不同的時刻施加隨時間變化的壓邊力，或在沖壓件法蘭(如盒形件)在不 同位置上，施加不同的隨時間變化的壓邊力，通過調(diào)節(jié)各點正向壓力大小而改 變毛坯與模具接觸面的摩擦阻力，增加板材中的拉應(yīng)力，從而減小毛坯的切向 壓應(yīng)力，達到控制金屬流動，避免或有效抑制板材成形中起皺和破裂，提高沖 壓件的尺寸精度和沖壓過程的穩(wěn)定性以及板材的成形極限的能力。在板料拉深 中采用何種壓邊力控制曲線為最優(yōu)， 一直是國內(nèi)外變壓邊力控制的研究熱點。 從國內(nèi)外研究結(jié)果來看，壓邊力控制曲線主要集中在如下幾種類型(1)壓邊 力理論控制曲線必須緊隨著破裂曲線的變化先升后降；(2)凸模拉伸力達到最 大時的最小壓邊力曲線，即壓邊力曲線是先降后升型；(3)漸增的壓邊力；(4) 定常壓邊力；(5) V型壓邊力；(6)漸減的壓邊力(如圖1中分別為a、 b、 c、 d、 e、 f所示)。
根據(jù)壓邊力控制曲線的研究結(jié)果，已研制了的變壓邊力壓力機，對控制金 屬流動，避免或有效抑制板材成形中起鈹和破裂，提高沖壓件的尺寸精度和沖 壓過程的穩(wěn)定性以及板材的成形極限的有較好的效果。但其缺陷在如下幾個方
面
變壓邊力壓力機只能對特定的拉深件進行變壓邊力控制，如盒形件拉深，
控制點10個控制點(如圖2所示)，控制盒形件10個控制點的壓邊油缸的位 置是預(yù)先確定了的，
如果這種壓力機拉深其他形狀的拉深件(如汽車覆蓋件中的車門、前圍等)， 那么這種用來拉深盒形件的變壓邊力壓力機就不能使用。也就是說變壓邊力壓
力機的壓邊油缸不能隨拉深件的形狀變化而任意布置。目前只能根據(jù)某一種類 型的拉深件，研制出適用于該種拉深件拉深的的變壓邊力壓力機。
改造現(xiàn)有的普通的單動、雙動壓邊力機使之成為變壓邊力壓力機結(jié)果與研 制變壓邊力壓力機情況類似。
而從已研制的變壓邊力模具來看，效果也并不理想，只適用小型拉深件如 圓筒形件，并帶有下工作臺上有漏料孔的小噸位壓邊力機，解決不了大型復(fù)雜 拉深件如汽車覆蓋件那樣的在不同法蘭位置上布置不同的變壓邊力機構(gòu)。如上 種種原因，無論是變壓邊力壓力機或是變壓邊力模具還不能在實際生產(chǎn)中推廣 開來。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于變壓邊力控制的拉深模具，解決在沖壓件 收縮不同的時刻施加隨時間變化的壓邊力，或在沖壓件在不同位置上，施加不 同的隨時間變化的壓邊力，可實現(xiàn)不同類型的壓邊力控制曲線控制拉深過程。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，包括上?？偝珊拖履？偝?，其
中
1) 上模總成包括中間板、上彈簧、退料螺釘、下彈簧、壓料圈、凸模、導(dǎo) 套和上模板。上模板下端面中心裝有開出氣孔的凸模，凸模從上至下依次套裝 在中間板孔和壓料圈孔中，并與中間板孔和壓料圈孔形成滑動配合，凸模外面 的上模板上開有三個以上的通孔，每個通孔中均裝有退料螺釘，露出在上模板 下端面的退料螺釘上依次套裝在上彈簧、中間板和下彈簧孔中，退料螺釘端部 與壓料圈螺紋連接，退料螺釘外的壓料圈上開有三個以上的通孔，中間板和壓 料圈外面的上模板下端裝有導(dǎo)套；
2) 下?？偝砂ò寄?、變壓邊力桿、運動彈簧、銷軸、變壓邊力凸輪、凹 模墊塊、頂件彈簧、限位圈、動銷、定位銷、下模板和導(dǎo)柱。下模板上端面中
心的限位圈內(nèi)裝有頂件彈簧，限位圈外面的下模板上端面上裝有"n"形凹模， "n"形凹模上端面中心裝有凹模墊塊，凹模墊塊的小端與"n"形凹模形成 滑動配合，頂件彈簧頂在凹模墊塊大端面上，凹模墊塊中心線與凸模中心線重 合，凹模墊塊外面的"n"形凹模上端面開有三個以上的通孔，每個通孔中分
別裝有上變壓邊力桿，變壓邊力桿的小端伸出"n"形凹模外的一端能與壓料 圈上的孔一一對應(yīng)，分別形成滑動配合，變壓邊力桿在"n"形凹模內(nèi)的小端 套裝在運動彈簧孔中，三個以上的變壓邊力凸輪分別頂在各自的變壓邊力桿大 端的端點，變壓邊力凸輪繞銷軸轉(zhuǎn)動，變壓邊力凸輪的伸出臂與凹模墊塊的大
端用動銷連接，"n"形凹模外的下模板上裝有與上模板的導(dǎo)套相應(yīng)個數(shù)的導(dǎo)柱，
工作時，導(dǎo)柱能插入各自的導(dǎo)套孔中形成滑動配合，同時，"n"形凹模上的定
位銷插入壓料圈定位孔中定位。
所述的變壓邊力凸輪，當(dāng)拉深規(guī)則法蘭形狀的拉深件時，即用一個參數(shù)表 示的法蘭形狀的拉深件，變壓邊力凸輪的形狀曲線相同并以模具壓力中心對稱 布置或模具幾何中心對稱布置。
所述的變壓邊力凸輪，當(dāng)拉深不規(guī)則法蘭形狀的拉深件時，即不能用一個參 數(shù)表示的法蘭形狀的拉深件，變壓邊力凸輪的形狀曲線各不相同，不同法蘭形 狀位置處布置不同形狀曲線的變壓邊力凸輪。
本發(fā)明具有的有益效果是通過設(shè)計增加中間板、變壓邊力桿及變壓邊力 凸輪等幾個模具零件，達到和實現(xiàn)拉深過程中的變壓邊力控制，提高沖壓件的 尺寸精度和沖壓過程的穩(wěn)定性以及板材的成形極限的能力。本發(fā)明不必設(shè)置專 門的壓力機，成本低，適用性廣，可拉深簡單拉深件如圓筒形件，也可拉深任 意變化和復(fù)雜形狀的拉深件如汽車覆蓋件，可在沖壓件法蘭(如圓筒形件)收 縮不同的時刻施加隨時間變化的壓邊力，也可在沖壓件法蘭(如盒形件)在不 同位置上，施加不同的隨時間變化的壓邊力，可實現(xiàn)不同類型的壓邊力控制曲 線控制拉深過程。


圖1壓邊力控制曲線幾種主要類型。
圖2盒形件控制點。
圖3未工作時狀態(tài)時下模總成俯視圖。
圖4基于變壓邊力控制的拉深模具未工作時的狀態(tài)圖。
圖5基于變壓邊力控制的拉深模具工作時的初始狀態(tài)圖。
圖6基于變壓邊力控制的拉深模具壓制后工作狀態(tài)圖。
圖中1、中間板，2、上彈簧，3、退料螺釘，4、下彈簧，5、壓料圈，6、 凸模，7、 "n"形凹模，8、變壓邊力桿，9、運動彈簧，10、銷軸，11、變壓 邊力凸輪，12、凹模墊塊，13、頂件彈簧，14、限位圈，15、動銷，16、板料， 17、定位銷，18、下模板，19、導(dǎo)柱，20、導(dǎo)套，21、上模板。
具體實施例方式
如圖3、圖4所示，本發(fā)明包括上模總成和下?？偝桑渲?l)上?？偝砂ㄖ虚g板l、上彈簧2、退料螺釘3、下彈簧4、壓料圈5、 凸模6、導(dǎo)套20和上模板21。上模板21下端面中心裝有開出氣孔的凸模6，凸 模6從上至下依次套裝在中間板1孔和壓料圈5孔中，并與中間板1孔和壓料
圈5孔形成滑動配合，凸模6外面的上模板21上開有三個以上的通孔，每個通 孔中均裝有退料螺釘3，露出在上模板21下端面的退料螺釘3上依次套裝在上 彈簧2、中間板1和下彈簧4孔中，退料螺釘3端部與壓料圈5螺紋連接，退料 螺釘3外的壓料圈5上開有三個以上的通孔，中間板1和壓料圈5外面的上模
板21下端裝有導(dǎo)套20;
2)下模總成包括凹模7、變壓邊力桿8、運動彈簧9、銷軸IO、變壓邊力 凸輪ll、凹模墊塊12、頂件彈簧13、限位圈14、動銷15、定位銷17、下模板 18和導(dǎo)柱19。下模板18上端面中心的限位圈14內(nèi)裝有頂件彈簧13，限位圈 14外面的下模板18上端面上裝有"n"形凹模7， "n"形凹模7上端面中心 裝有凹模墊塊12，凹模墊塊12的小端與"n"形凹模7形成滑動配合，頂件彈 簧13頂在凹模墊塊12大端面上，凹模墊塊12中心線與凸模6中心線重合，凹 模墊塊12外面的"n"形凹模7上端面開有三個以上的通孔，每個通孔中分別 裝有上變壓邊力桿8，變壓邊力桿8的小端伸出"n"形凹模7外的一端能與壓 料圈5上的孔一一對應(yīng)，分別形成滑動配合，變壓邊力桿8在"n"形凹模7 內(nèi)的小端套裝在運動彈簧9孔中，三個以上的變壓邊力凸輪11分別頂在各自的 變壓邊力桿8大端的端點，變壓邊力凸輪11繞銷軸10轉(zhuǎn)動，變壓邊力凸輪11 的伸出臂與凹模墊塊12的大端用動銷15連接，"n"形凹模7外的下模板18 上裝有與上模板21的導(dǎo)套20相應(yīng)個數(shù)的導(dǎo)柱19，工作時，導(dǎo)柱19能插入各自 的導(dǎo)套孔中形成滑動配合，同時，"n"形凹模7上的定位銷17插入壓料圈5 定位孔中定位。
所述的變壓邊力凸輪11，當(dāng)拉深規(guī)則法蘭形狀的拉深件時，即用一個幾何 參數(shù)表示的法蘭形狀的拉深件，變壓邊力凸輪11的形狀曲線相同并以模具壓力 中心對稱布置或模具幾何中心對稱布置。如拉深圓筒形件時，其法蘭形狀即可 用一個直徑參數(shù)表示，在圓筒形件的初始法蘭上，以模具壓力中心(模具幾何 中心)對稱布置4個形狀曲線相同的變壓邊力凸輪11。或在圓筒形件初始法蘭 圓周上，以模具壓力中心(模具幾何)中心均布120G設(shè)置3個形狀曲線相同的 變壓邊力凸輪ll。
所述的變壓邊力凸輪ll，當(dāng)拉深不規(guī)則法蘭形狀的拉深件時，即不能用一個 幾何參數(shù)表示的法蘭形狀的拉深件，變壓邊力凸輪11的形狀曲線各不相同，不同 法蘭形狀位置處布置不同形狀曲線的變壓邊力凸輪11如拉深盒形件時，盒形件 由圓角(弧)與直邊組成，盒形件毛坯形狀展開不能用一個幾何參數(shù)表示，但
毛坯法蘭形狀基本上是由圓弧與直邊光滑過渡連接，在圓弧與直邊處要分別布 置不同形狀曲線的變壓邊力凸輪。 本發(fā)明的工作原理如下
當(dāng)上模總成還未下行時，凸模6下平面與壓料圈5下平面有一定差值。此
時上彈簧2與下彈簧4分別達到了初預(yù)緊狀態(tài)，如圖3所示。上?？偝衫^續(xù)下 行至壓料圈5下平面與放在"n "形凹模7上的板料16上平面接觸，隨后壓料 圈5保持不動的情況下，當(dāng)凸模6下行至接觸板料16上平面，上彈簧2與下彈 簧4壓縮量增大，隨后壓力增大并傳遞給板料16就是變壓邊力控制曲線的初始 壓邊力。而此時變壓邊力桿8上平面與中間板1剛好碰撞，如圖5所示。拉深 開始，凸模6壓板料的力傳到凹模墊塊12上，凹模墊塊12就往下運動，凹模 墊塊12大端面上有動銷15，動銷15插在變壓邊力凸輪11的伸出臂的滑槽中。 凹模墊塊12往下運動時動銷15往下拉變壓邊力凸輪11的伸出臂，從而可使變 壓邊力凸輪11繞銷軸10旋轉(zhuǎn)，變壓邊力凸輪11通過頂變壓邊力桿8大端的端 點，變壓邊力桿8穿過壓料圈5孔就往上頂中間板1，使下彈簧4的高度增大或 減小，從而使壓邊圈壓板料16的壓力減小或增大。達到了拉深過程中采用變壓 邊力控制。改變變壓邊力凸輪形狀曲線，可完成任意壓邊力曲線控制拉深過程， 如圖6所示。
凸輪簡要設(shè)計說明
(1) 根據(jù)理論計算或有限元模擬得到拉深件所需要的壓邊力-時間曲線，其中
時間由壓力機的工作速度與拉深件拉深高度得到；
(2) 選擇合適的彈簧，將壓邊力-時間曲線轉(zhuǎn)化計算出彈簧力-時間曲線，根 據(jù)彈簧力-時間曲線，換算成彈簧被壓縮后高度-時間曲線；
(3) 根據(jù)所設(shè)計的結(jié)構(gòu)，得到從拉深開始到拉深結(jié)束時變壓邊力凸輪轉(zhuǎn)過的 角度，壓邊力變化的時間與變壓邊力凸輪轉(zhuǎn)過的時間是相等；
(4) 根據(jù)彈簧被壓縮后高度-時間曲線，將時間劃分若干等份，每一小段時間 單元上都有相對應(yīng)的被壓縮后彈簧高度；
(5)在變壓邊力凸輪的基圓的圓周上，按變壓邊力凸輪的轉(zhuǎn)動方向，劃分若干 等份，等份數(shù)與拉深時間劃分的等份數(shù)相等。按照凸輪的設(shè)計方法，根據(jù)模具 的空間位置與各零件的相互關(guān)系，設(shè)計時，保證變壓邊力凸輪每轉(zhuǎn)過一個微小 角度，下彈簧的壓縮高度所產(chǎn)生的壓力力剛好等于此時所需對應(yīng)的壓邊力，如 此，可得到連續(xù)變化的變壓邊力凸輪形狀曲線。 具體實施中要解決以下問題
1、 根據(jù)理論計算或有限元模擬得到拉深件所需要的壓邊力-時間曲線，選擇 彈簧，確定初始壓力，根據(jù)壓邊力-時間曲線換算計算出彈簧力-時間曲線，根 據(jù)彈簧力-時間曲線，換算成彈簧高度-時間曲線，在該時間內(nèi)計算變壓邊力凸輪 轉(zhuǎn)過的角度，取轉(zhuǎn)角和時間相同的等份，得到變壓邊力凸輪形狀變化的曲線并 設(shè)計變壓邊力桿長及滑槽與變壓邊力桿長度，確定動銷位置。
2、 在拉深圓筒形件時，當(dāng)僅布置三個變壓邊力桿時的拉深情況下，變壓邊 力桿同時可作為拉深件定位零件。
3、 拉深簡單拉深件如圓筒形件如上述說明。
4、 拉深任意變化和復(fù)雜形狀的拉深件如汽車覆蓋件，在沖壓件法蘭不同位
置上，以變壓邊力桿為中心，均布壓縮元件，或者以變壓邊力桿下面的尖頂為
中心，往上頂出桿采用4個的形狀，再均布壓縮元件。如此在拉深件不同的法
蘭位置分別安裝變壓邊力凸輪、變壓邊力桿等機構(gòu)，就可施加不同的隨時間變 化的壓邊力，可實現(xiàn)不同類型的壓邊力控制曲線控制拉深過程，
上述具體實施方式
用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本 發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落
入本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1、基于變壓邊力控制的拉深模具，其特征在于包括上?？偝珊拖履？偝?，其中1)上?？偝砂ㄖ虚g板(1)、上彈簧(2)、退料螺釘(3)、下彈簧(4)、壓料圈(5)、凸模(6)、導(dǎo)套(20)和上模板(21)；上模板(21)下端面中心裝有開出氣孔的凸模(6)，凸模(6)從上至下依次套裝在中間板(1)孔和壓料圈(5)孔中，并與中間板(1)孔和壓料圈(5)孔形成滑動配合，凸模(6)外面的上模板(21)上開有三個以上的通孔，每個通孔中均裝有退料螺釘(3)，露出在上模板(21)下端面的退料螺釘(3)上依次套裝在上彈簧(2)、中間板(1)和下彈簧(4)孔中，退料螺釘(3)端部與壓料圈(5)螺紋連接，退料螺釘(3)外的壓料圈(5)上開有三個以上的通孔，中間板(1)和壓料圈(5)外面的上模板(21)下端裝有導(dǎo)套(20)；2)下?？偝砂ò寄?7)、變壓邊力桿(8)、運動彈簧(9)、銷軸(10)、變壓邊力凸輪(11)、凹模墊塊(12)、頂件彈簧(13)、限位圈(14)、動銷(15)、定位銷(17)、下模板(18)和導(dǎo)柱(19)；下模板(18)上端面中心的限位圈(14)內(nèi)裝有頂件彈簧(13)，限位圈(14)外面的下模板(18)上端面上裝有“∏”形凹模(7)，“∏”形凹模(7)上端面中心裝有凹模墊塊(12)，凹模墊塊(12)的小端與“H”形凹模(7)形成滑動配合，頂件彈簧(13)頂在凹模墊塊(12)大端面上，凹模墊塊(12)中心線與凸模(6)中心線重合，凹模墊塊(12)外面的“∏”形凹模(7)上端面開有三個以上的通孔，每個通孔中分別裝有上變壓邊力桿(8)，變壓邊力桿(8)的小端伸出“∏”形凹模(7)外的一端能與壓料圈(5)上的孔一一對應(yīng)，分別形成滑動配合，變壓邊力桿(8)在“∏”形凹模(7)內(nèi)的小端套裝在運動彈簧(9)孔中，三個以上的變壓邊力凸輪(11)分別頂在各自的變壓邊力桿(8)大端的端點，變壓邊力凸輪(11)繞銷軸(10)轉(zhuǎn)動，變壓邊力凸輪(11)的伸出臂與凹模墊塊(12)的大端用動銷(15)連接，“∏”形凹模(7))外的下模板(18)上裝有與上模板(21)的導(dǎo)套(20)相應(yīng)個數(shù)的導(dǎo)柱(19)，工作時，導(dǎo)柱(19)能插入各自的導(dǎo)套孔中形成滑動配合，同時，“∏”形凹模(7)上的定位銷(17)插入壓料圈(5)定位孔中定位。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于變壓邊力控制的拉深模具，其特征在于所 述的變壓邊力凸輪(ll)，當(dāng)拉深規(guī)則法蘭形狀的拉深件時，即用一個參數(shù)表示的 法蘭形狀的拉深件，變壓邊力凸輪(ll)的形狀曲線相同并以模具壓力中心對稱布 置或模具幾何中心對稱布置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于變壓邊力控制的拉深模具，其特征在于所 述的變壓邊力凸輪(ll)，拉深不規(guī)則法蘭形狀的拉深件時，即不能用一個參數(shù)表 示的法蘭形狀的拉深件，變壓邊力凸輪(ll)的形狀曲線各不相同，不同法蘭形狀 位置處布置不同形狀曲線的變壓邊力凸輪(ll)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于變壓邊力控制的拉深模具。上模板下端裝有凸模，凸模裝在中間板和壓料圈孔中，上模板上開有三個以上的通孔，通孔中均裝有退料螺釘，露出在上模板下端面的退料螺釘上依次裝在上彈簧、中間板和下彈簧孔中，退料螺釘端部與壓料圈螺紋連接；下模板上端面中心裝有頂件彈簧和“Π”形凹模，凹模中心裝有凹模墊塊，頂件彈簧頂在凹模墊塊端面上，凹模上端面開有三個以上的孔，孔中裝有變壓邊力桿，變壓邊力桿在凹模內(nèi)的一端裝在運動彈簧孔中，變壓邊力凸輪分別頂在各自的變壓邊力桿大端的端點，變壓邊力凸輪的伸出臂與凹模墊塊用動銷連接。增加幾個模具零件，能達到變壓邊力控制，在通用壓力機上，拉深簡單與任意變化和復(fù)雜形狀的拉深件。
文檔編號B21D37/00GK101104184SQ20071007050
公開日2008年1月16日 申請日期2007年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月16日
發(fā)明者施于慶 申請人:浙江科技學(xué)院