高溫板料成形性能試驗模具及試驗方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高溫板料成形性能試驗模具及試驗方法，屬于板料成形性能測試領域。其特征在于：凹模固定座上端為斜面環(huán)、下端為環(huán)形卡爪，環(huán)形卡爪中部為斜面環(huán)、底部頂端為圓弧角，凹模固定座與定位環(huán)通過斜面環(huán)進行接觸定位；凹模固定座下端的環(huán)形卡爪與凹模夾緊環(huán)通過斜面環(huán)接觸；壓邊圈為“L”形回旋件，其外側有斜面環(huán)、內側底部有圓弧角，壓邊圈與凹模固定座通過壓邊圈外側的斜面環(huán)和環(huán)形卡爪頂端的圓弧角進行接觸定位，保證了壓邊圈和凹模固定座的同軸度；凸模中部具有斜面環(huán)，通過凸模上移，凸模與壓邊圈在凸模斜面環(huán)與壓邊圈內側底部圓弧角的作用下保證了同軸度；通過上述定位，保證了凹模、壓邊圈、凸模的同軸度達到試驗要求。
【專利說明】高溫板料成形性能試驗模具及試驗方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明專利涉及一種高溫板料成形性能試驗模具及試驗方法，屬于板料成形性能測試領域。

【背景技術】
[0002]隨著新型合金材料的不斷出現，如鎂合金、鈦合金、超高強度鋼板，金屬材料的力學性能不斷加強，在保持重量不變或更輕的條件下不斷提高強度極限，使得金屬在面對日新月異的高分子材料的沖擊下仍在先進材料領域占有一席之地；然而，伴隨著材料屈服強度的提高，其在工程應用中也遇到了難題，即常溫下難以成形，特別是成形較復雜的零件，對成形設備和工藝的要求十分苛刻，有時甚至在現有技術條件下根本無法成形所需的形狀，因此，為了解決這個問題，溫度成形技術應運而生；所謂的溫度成形即將板料加熱到一定溫度，利用高溫下板料的屈服強度下降的特點降低成形特定形狀零件的難度，但高溫下，由于材料內部組織結構的變化，其相關性能有別于常溫，因此檢測高強度板料在高溫下的成形性能是進行高溫成形工藝設計的基礎。
[0003]本文所發(fā)明的高溫板料成形性能試模具是以現有溫熱環(huán)境通用板材成形性能試驗機為載體(可見中國專利《溫熱環(huán)境通用板材成形性試驗機》，專利號CN200820108648.0)，該試驗機高溫環(huán)境下的試驗方法是將試驗模具至于特制的爐體內，在將爐內抽至一定的真空度后進行加熱,加熱到要求的溫度后,進行成形性能測試,如凸耳試驗、鋼模脹形試驗、液壓脹形試驗、杯突試驗、拉深試驗、錐杯試驗、擴孔試驗等，由此可以得到所選板料在特定溫度下的相關成形性能參數。
[0004]在成形性能實驗中，凸凹模以及壓邊圈的的同軸度要求、平行度要求較高，其直接決定了試驗結果的精確性；在常溫下，可以通過導柱、導套的定位，以及控制零件的加工和裝配誤差來間接保證同軸度要求，可見中國專利《一種板料性能測試實驗裝置》，專利號CN201310710466.6 ;然而在高溫條件下，由于零件受熱膨脹會導致誤差放大，且由于不同零件的膨脹率和膨脹方向不同，無法用導柱、導套限定位置；因此，若要在高溫條件下保證凸凹模以及壓邊圈的同軸度，必須通過模具凸凹模以及壓邊圈自身進行定位，即使受熱膨脹，由于只有一種誤差，即使誤差放大，影響也會較小，可以保證實驗所需的同軸度要求。
[0005]本發(fā)明提出了一種進行凸耳實驗的高溫板料成形性能試驗模具，通過特定的凸凹模以及壓邊圈結構在合模后進行自身的定位，隨后進行夾緊固定，從而保證了試驗所需的同軸度要求。


【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明提出了一種高溫板料成形性能試驗模具，通過所設計的特定凸凹模以及壓邊圈結構，使得模具在前期對中時通過模具自身完成定位，保證實驗所需的同軸度要求；該發(fā)明解決了高溫條件下，常規(guī)試驗模具由于材料膨脹而使得通過間接定位來保證的凸凹模及壓邊圈同軸度出現誤差過大而導致試驗失敗的問題。
[0007]所述的用于高溫下凸耳實驗的高溫板料成形性能試驗模具結構包括結構包括定位環(huán)、凹模固定座、固定座壓板、凹模、凹模夾緊環(huán)、壓邊圈、壓邊圈支撐板、凸模、連接螺栓以及連接螺釘；其特征在于:凹模固定座上端為斜面環(huán)、下端為環(huán)形卡爪，環(huán)形卡爪中部為斜面環(huán)、底部頂端為圓弧角；凹模夾緊環(huán)與環(huán)形卡爪通過斜面環(huán)接觸，并通過連接螺栓固定在凹模固定座上；壓邊圈為“L”形回旋件，其外側有斜面環(huán)、內側底部有圓弧角；凸模中部具有斜面環(huán)；通過上述結構特征輔以正確的操作方式，可以實現模具自身的定位，以保證試驗所需的同軸度要求。
[0008]本發(fā)明的技術方案是:凹模固定座上端與定位環(huán)下端通過斜面環(huán)進行接觸定位，保證了凹模固定座與定位環(huán)的同軸度，以減小試驗模具的主體在水平方向的裝配誤差，保證了模具在實驗時受力盡可能對稱；凹模固定座下端的環(huán)形卡爪與凹模夾緊環(huán)通過斜面環(huán)接觸，在連接螺栓提供的壓力作用下保證了凹模與凹模固定座的同軸度；“L”形回旋式壓邊圈外側的斜面環(huán)與環(huán)形卡爪頂端的圓弧角接觸，合模時在水平側向力的作用下定位，保證了壓邊圈和凹模固定座的同軸度；通過凸模上移，凸模中部的斜面環(huán)與壓邊圈內側底部的圓弧角接觸定位，保證了凸模與壓邊圈的同軸度；通過上述定位，保證了凹模、壓邊圈、凸模的同軸度達到試驗要求。
[0009]所述的定位環(huán)與凹模固定座在裝配時的的接觸部分為與豎直方向夾角30°的斜面環(huán)，且定位環(huán)的斜面環(huán)的高度為3(T40mm ;在固定座壓板以及連接螺栓的作用下，隨著螺栓的抒緊，固定座壓板施加給凹模固定座的力在斜面環(huán)處分解為豎直方向推動凹模固定座向定位環(huán)內部運動的力，以及水平方向推動凹模固定座使其與定位環(huán)達到同軸的力，即在固定過程中完成了定位環(huán)與凹模固定座的定位，保證了兩者的同軸度；由于凹模固定座的位置決定了后續(xù)凸凹模以及壓邊圈的位置，因此定位環(huán)的存在限定了模具主體在水平方向偏離中心線的誤差，保證了實驗時模具受力關于中心線盡可能對稱。
[0010]所述的凹模固定座與凹模之間定位是由成環(huán)狀均勻分布的爪片構成的環(huán)形卡爪在凹模夾緊環(huán)的作用下實現的；環(huán)形卡爪與凹模夾緊環(huán)的接觸面為30°斜面環(huán)，環(huán)形卡爪在不受力下口徑剛好可以容凹模進入；當隨連接螺釘擰緊時，凹模夾緊環(huán)向上運動，通過斜面環(huán)驅使環(huán)形卡爪向中心收縮，進而通過接觸使得凹模向中心移動，從而定位凹模，保證凹模與凹模固定座的同軸度；為了保證一定強度的條件下使得定位時，螺釘所要施加的力不會過大，環(huán)形卡爪厚度為同時，采用卡爪機構，也是為了方便更換不同尺寸的凹模，節(jié)省材料。
[0011]所述的壓邊圈的定位是通過壓邊圈上外側斜面環(huán)以及環(huán)形卡爪頂端圓弧角實現的；在完成了凹模的定位后，通過合模，壓邊圈外側斜面環(huán)與環(huán)形卡爪頂端圓弧角接觸，在力的作用下，使得壓邊圈向凹模固定座中心軸方向移動，最終完成壓邊圈的定位，保證了壓邊圈與凹模固定座的同軸度，進而保證了凹模與壓邊圈的同軸度；由于實驗開始時，壓邊圈在凹模以及壓邊圈支撐板的作用下夾緊，故無需用其他裝置進行固定；壓邊圈的斜面環(huán)與豎直方向的夾角為1(Γ15°，較小的傾斜角有利于增大水平方向的分力，有利于壓邊圈的定位。
[0012]所述的凸模的定位是通過凸模中部的45°斜面環(huán)以及壓邊圈內側底部的圓弧角實現的；在壓邊圈完成定位后，凸模上移直至其中部斜面環(huán)與壓邊圈相接觸，在壓邊圈內側底部圓弧角的作用下，凸模向壓邊圈中心軸方向移動，最終完成定位，保證了凹模與壓邊圈的同軸度，進而保證了其與凹模的同軸度；在凸模定位后，在其下端用壓板以及螺栓進行固定；凸模中部斜面環(huán)至凸模頂端的距離要大于合模時凹模與壓邊圈的總高度2?3mm，如此可以保證試驗中在板料拉深完成時，斜面環(huán)與壓邊圈仍有一段距離，不會發(fā)生碰撞；之所以采用斜面環(huán)定位，而不采取凹模外徑與凹模內徑進行孔軸定位，是由于兩者之間的間距的設定不僅要考慮板料厚度，還要考慮高溫下材料的膨脹導致軸徑增大、孔徑減小，因此過大的間距無法用于凸模的定位。
[0013]所述的凹模固定座、定位環(huán)中心有通孔，其孔徑大于凹模內孔:T4mm;—是為了減輕重量以降低連接螺栓的承重，且不影響對凹模的支撐作用；二是因為定位凸模時，凸模頂端會穿透凹模，若凹模固定座中心無通孔或通孔口徑過小，則會影響凸模定位。
[0014]本發(fā)明所提出的一種高溫板料成形性能實驗模具可以解決常規(guī)實驗模具在高溫下由于材料膨脹導致凸凹模以及壓邊圈無法對中的問題；其通過模具主體間的自定位，排除了通過模架間接定位存在的裝配誤差的影響，保證了凸凹模以及壓邊圈的同軸度達到試驗要求；本發(fā)明只針對杯突試驗設計了對應試驗模具，但其設計思路可以運用到其他成形性能試驗模具，如凸耳試驗、鋼模脹形試驗、液壓脹形試驗、拉深試驗、錐杯試驗、擴孔試驗坐寸ο

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為試驗模具在成形性能試驗機上的安裝示意圖；
圖2為試驗|旲具的結構不意圖；
圖3為凸模在凸模頂桿上的裝配示意圖；
圖4為模具結構的三維剖視圖；
圖5為凹模固定座三維圖；
附圖中:1-定位環(huán)、2-凹模固定座上端斜面環(huán)、3-凹模固定座、4-固定座壓板、5-凹模、6-凹模夾緊環(huán)、7-連接螺釘、8-壓邊圈、9-壓邊圈支撐板、10-第二固定桿、11-凸模、12-連接螺栓、13-壓板、14-試驗機上板、15-第一固定桿、16-第三固定桿、17-墊板、18-試驗機中板、19-壓邊圈頂桿、20-凸模頂桿、21-壓邊圈油缸、22-凸模油缸、23-試驗機底座、24-環(huán)形卡爪、25-環(huán)形卡爪中部斜面環(huán)、26-壓邊圈外側斜面環(huán)、27-環(huán)形卡爪尖端圓弧角、28-壓邊圈內側底部圓弧角、29-凸模中部斜面環(huán)、30-爪片。
具體實施方案
[0016]下面結合附圖對本發(fā)明所述的一種高溫板料成形性能試驗模具作進一步說明。
[0017]如圖1所示，該試驗模具安裝在板料成形性能試驗機上，模具最上方的定位環(huán)通過第一固定桿15 (3根)與試驗機上板14相連接且通過螺栓固定；模具的壓邊圈8放置在壓邊圈支撐板9上，壓邊圈支撐板9由第二固定桿10 (3根)支撐，第二固定桿10固定在墊板13上，墊板13固定在3根壓邊圈頂桿19上，并通過其受壓邊圈油缸21驅動；模具的凸模11固定在凸模頂桿20上，并通過其受凸模油缸22驅動。
[0018]如圖2所示該高溫板料成形性能試驗模具，其結構包括定位環(huán)1、凹模固定座3、固定座壓板4、凹模5、凹模夾緊環(huán)6、壓邊圈8、壓邊圈支撐板9、凸模11、連接螺栓12以及連接螺釘7等；具體裝配方式為:凹模固定座3在定位環(huán)I下方，通過斜面環(huán)2進行接觸定位，并通過固定座壓板4以及連接螺栓12進行夾緊；凹模5位于凹模固定座3下端的環(huán)形卡爪24內，環(huán)形卡爪24與凹模夾緊環(huán)6通過斜面環(huán)25接觸，環(huán)形卡爪24在凹模夾緊環(huán)6以及連接螺釘7的作用下對凹模5進行定位夾緊；凹模5下方的壓邊圈8通過其外側斜面環(huán)26以及凹模固定座3上環(huán)形卡爪24頂端圓弧角27定位,并位于壓邊圈支撐板9上,未合模時可自由活動，但在合模時受凹模5和壓邊圈支撐板9的壓力而固定；凸模11位于凹模5和壓邊圈8內部并與其同軸，通過合模時凸模11中部的斜面環(huán)29與壓邊圈8內側底部的圓弧角28進行定位，并通過鏈接螺栓12和壓板13固定在凹模頂桿20上。
[0019]如圖2所示，為了減輕重量以降低連接螺栓12的承重，且不影響對凹模5的支撐作用，要在凹模固定座3、定位環(huán)I鏜中心通孔，其孔徑大于凹模內孔3?4mm;為了保證一定強度的條件下使得定位時，連接螺釘7所要施加的力不會過大，在加工環(huán)形卡爪24時，厚度保證在9?12mm。
[0020]如圖3所示，為了方便更換凸模11且能對其形成良好固定，本發(fā)明采用卡槽形式，凸模11從上方按照對應方向可將下端穿過壓板13，再旋轉一定角度后，壓板13便可卡住凸模11 ;在將壓板13通過連接螺栓12固定在凸模頂桿20上，即固定住了凸模11。
[0021]如圖4所示，為了使凹模固定座3良好定位，本發(fā)明采用卡槽形式對其進行固定；凹模固定座3從下方按照對應方向可將上端穿過固定座壓板4,再旋轉一定角度后，固定座壓板4便可卡住凹模固定座3，在將連接螺栓12擰緊后，即在保證同軸度的條件下對凹模固定座3進行固定。
[0022]如圖5所示，凹模固定座3下端的環(huán)形卡爪24是由呈環(huán)狀均勻分布的爪片30構成；環(huán)形卡爪24中部為30°斜面環(huán)25，底部頂端為圓弧角27。
[0023]模具工作方式如下:
(1)前期定位:先將所選凹模5放進凹模固定座3，擰緊連接螺釘7，通過凹模夾緊環(huán)6定位及固定凹模5 ;再將凹模固定座3放入定位環(huán)I,抒緊連接螺栓12,通過固定座壓板4對其進行固定；將凸模11放入凸模頂桿20上，但先不要固定，通過凸模油缸22將凸模頂桿20下降；壓邊圈8放在壓邊圈支撐板9上，通過目測以及上升壓邊圈頂桿19，使得壓邊圈8基本可以進入環(huán)形卡爪24內，再通過壓邊圈油缸21上升壓邊圈頂桿19，使得壓邊圈8在環(huán)形卡爪24驅動下進行定位；最后通過目測初步定為凸模11，使其基本可以穿過壓邊圈8中心通孔，再上升凸模頂桿20，直至凸模斜面環(huán)2與壓邊圈8內側底部圓弧角接觸并受力，定位凸模11后，擰緊連接螺栓12，通過壓板13進行固定；最后，在完成凸模11、凹模5及壓邊圈8定位后，下降凸模頂桿20和壓邊圈頂桿19，且保證凸模頂端低于壓邊圈上表面；
(2)板料放置:將板料放在壓邊圈8上，通過目測，保證其與壓邊圈同軸；上升壓邊圈頂桿19進行合模；
(3)實驗:在夾緊板料后，上升凸|吳頂桿20進彳了實驗；
按照上述操作方式，可以保證凸凹模、壓邊圈、板料的同軸度，為實驗成功打下良好的基礎。
【權利要求】
1.一種高溫板料成形性能試驗模具，用于板料在高溫下的凸耳實驗，其結構包括定位環(huán)、凹模固定座、固定座壓板、凹模、凹模夾緊環(huán)、壓邊圈、壓邊圈支撐板、凸模、連接螺栓以及連接螺釘；定位環(huán)通過第一固定桿與試驗機上板相連接固定；在定位環(huán)下方，凹模固定座通過固定座壓板以及連接螺栓與定位環(huán)連接及固定；凹模位于凹模固定座下端，通過凹模夾緊環(huán)以及連接螺釘固定在凹模固定座上；凹模下方是壓邊圈，壓邊圈位于壓邊圈支撐板上，未合模時可自由活動；壓邊圈支撐板與第二固定桿相連接，通過墊板以及壓邊圈頂桿在下方與壓邊圈油缸相連；凸模與凹模和壓邊圈同軸，下端固定在凸模頂桿上，并通過凸模頂桿在下方與凸模油缸相連；其特征在于:凹模固定座上端為斜面環(huán)、下端為環(huán)形卡爪，環(huán)形卡爪中部為斜面環(huán)、底部頂端為圓弧角，凹模固定座與定位環(huán)通過斜面環(huán)進行接觸定位，保證了凹模固定座與定位環(huán)的同軸度，從而減小試驗模具的主體在水平方向的裝配誤差，保證了模具在實驗時受力盡可能對稱；凹模固定座下端的環(huán)形卡爪與凹模夾緊環(huán)通過斜面環(huán)接觸，環(huán)形卡爪在凹模夾緊環(huán)的作用下保證了凹模與凹模固定座的同軸度；壓邊圈為“L”形回旋件，其外側有斜面環(huán)、內側底部有圓弧角，壓邊圈與凹模固定座通過壓邊圈外側的斜面環(huán)和環(huán)形卡爪頂端的圓弧角進行接觸定位，保證了壓邊圈和凹模固定座的同軸度；凸模中部具有斜面環(huán)，通過凸模上移，凸模與壓邊圈在凸模斜面環(huán)與壓邊圈內側底部圓弧角的作用下保證了同軸度；通過上述定位，保證了凹模、壓邊圈、凸模的同軸度達到試驗要求。
2.如權利要求1所述的一種高溫板料成形性能試驗模具，其特征在于:所述的凹模固定座上端的斜面環(huán)、環(huán)形卡爪中部的斜面環(huán)與豎直方向的夾角為30° ;壓邊圈的斜面環(huán)與豎直方向的夾角為1(Γ15° ;凸模中部的斜面環(huán)與豎直方向的夾角為45°。
3.如權利要求1所述的一種高溫板料成形性能試驗模具，其特征在于:所述的凹模固定座上用于定位凹模和壓邊圈的環(huán)形卡爪由呈環(huán)狀均勻分布的爪片構成，其厚度為在保證一定強度的條件下使得定位時，連接螺釘所要施加的力不會過大。
4.如權利要求1所述的一種高溫板料成形性能試驗模具，其特征在于:所述的凹模固定座、定位環(huán)中心有通孔，其孔徑大于凹模內孔3?4_;不僅為了減輕重量以降低連接螺栓的承重，還不影響對凹模的支撐作用。
5.如權利要求1所述的一種高溫板料成形性能試驗模具，其特征在于:所述的凸模中部斜面環(huán)至凸模頂端的距離要大于合模時凹模與壓邊圈的總高度2?3mm，使得凸模的定位環(huán)不影響實驗中凸模的上移。
6.如權利要求1所述的一種高溫板料成形性能試驗模具的試驗方法，按照上述操作方式，能夠保證凸凹模、壓邊圈、板料的同軸度，為實驗成功打下良好的基礎，其特征在于包括如下步驟: (O前期定位:先將所選凹模放進凹模固定座，擰緊連接螺釘，通過凹模夾緊環(huán)定位及固定凹模；再將凹模固定座放入定位環(huán)，擰緊連接螺栓，通過固定座壓板對其進行固定；將凸模放入凸模頂桿上，但先不要固定，通過凸模油缸將凸模頂桿下降；壓邊圈放在壓邊圈支撐板上，通過目測以及上升壓邊圈頂桿，使得壓邊圈能夠進入環(huán)形卡爪內，再通過壓邊圈油缸上升壓邊圈頂桿，使得壓邊圈在環(huán)形卡爪驅動下進行定位；最后通過目測初步定為凸模，使其基本可以穿過壓邊圈中心通孔，再上升凸模頂桿，直至凸模斜面環(huán)與壓邊圈內側底部圓弧角接觸并受力，定位凸模后，擰緊連接螺栓，通過壓板進行固定；最后，在完成凸模、凹模及壓邊圈定位后，下降凸模頂桿和壓邊圈頂桿，且保證凸模頂端低于壓邊圈上表面； (2)板料放置:將板料放在壓邊圈上，通過目測，保證其與壓邊圈同軸；上升壓邊圈頂桿進行合模； (3)實驗:在夾緊板料后，上升凸模頂桿進行實驗。
【文檔編號】G01N3/02GK104198271SQ201410410727
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月20日 優(yōu)先權日:2014年8月20日
【發(fā)明者】陳煒, 陳瀧, 湯鵬鵬, 蔣在敏, 曹志福, 歐陽康 申請人:江蘇大學