專利名稱：薄板沖壓模具裝置及沖壓成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄板沖壓模具裝置及沖壓成型方法，特別涉及在沖壓加工時(shí)能夠調(diào)節(jié)防皺裝置的荷載分布的壓模裝置及成型方法。
背景技術(shù)：
控制防皺力的成型方法已經(jīng)公開各種各樣的發(fā)明，如日本特開平7-266100號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)中公開了一種方法，通過預(yù)先求得加壓材料的形狀及機(jī)械性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、電鍍等層疊特性、油量等表面狀態(tài)等物理量與獲得預(yù)定的加壓品質(zhì)的適合的防皺荷載之間的關(guān)系，之后通過上述關(guān)系獲取與實(shí)際的物理量相適應(yīng)的適合的防皺荷載，然后用適合的防皺荷載進(jìn)行沖壓加工，來調(diào)節(jié)氣缸中的氣壓。
并且，日本特開平9-38728號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)中公開了一種方法，從成型初期到中期將拉深成型時(shí)的防皺力提高，防止褶皺的出現(xiàn)及成長，而在成型后期通過減壓到適當(dāng)?shù)闹狄苑乐拱l(fā)生破裂現(xiàn)象及由材料的過剩注入導(dǎo)致的褶皺殘留。并且，在日本特開平6-190464號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)3)中公開了在具備使壓力均勻的液壓缸的模具緩沖裝置中，通過控制流量調(diào)節(jié)閥的開度使液壓缸內(nèi)的油壓暫時(shí)發(fā)生變化進(jìn)而控制防皺荷載的發(fā)明。
專利文獻(xiàn)1～3中雖然公開了控制防皺荷載的發(fā)明，但是對(duì)于材料特性的變動(dòng)、模具的磨損、模具溫度等等多種變動(dòng)原因，難以預(yù)先求得合適的防皺荷載。特別是模具的潤滑特性經(jīng)常發(fā)生變化，每次都要測(cè)定所述特性，會(huì)明顯地降低生產(chǎn)效率。
而用模具緩沖裝置控制防皺荷載，有必要大幅改造加壓裝置，并且預(yù)先測(cè)定合適的防皺荷載也非常困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提供一種裝置，不需要預(yù)先求得適于各種變動(dòng)因素的防皺荷載，可以即時(shí)求得防皺荷載并能進(jìn)行合適的荷載設(shè)定的。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種薄板沖壓模具裝置，具備有沖頭、陰模、防皺模具、將上述沖頭插入上述陰模內(nèi)的沖頭驅(qū)動(dòng)構(gòu)件、以及給上述防皺模具施加防皺荷載的防皺模具驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，用上述沖頭將薄板工件按入上述陰模內(nèi)來加工工件，其特征在于，具備通過防皺模具驅(qū)動(dòng)構(gòu)件調(diào)節(jié)施加于上述防皺模具的防皺荷載的防皺荷載調(diào)節(jié)構(gòu)件，測(cè)定作用于上述工件上的摩擦力的摩擦力測(cè)定構(gòu)件和測(cè)定作用于上述沖頭的沖壓反力的沖壓反力測(cè)定構(gòu)件的至少任一構(gòu)件，控制上述防皺荷載調(diào)節(jié)構(gòu)件使上述摩擦力測(cè)定構(gòu)件或上述沖壓反力測(cè)定構(gòu)件的測(cè)定值成為預(yù)定的值的控制構(gòu)件。
根據(jù)本發(fā)明的其他特征，可以提供一種薄板的沖壓成型方法，使用上述模具裝置通過沖頭將薄板工件按入陰模內(nèi)加工工件，其特征在于，具備測(cè)定作用于上述工件的摩擦力或作用于上述沖頭的沖壓反力的至少一種力的測(cè)定階段，以及調(diào)節(jié)防皺荷載或沖頭速度使上述測(cè)定階段所得測(cè)定值成為預(yù)定的值的階段。
如果采用本發(fā)明，不管模具與工件之間的潤滑性及表面形狀等如何變化，都能給予適合的摩擦力，不管材料的特性如何不同或環(huán)境如何變化，都能獲得良好的成型品。


圖1是在防皺模具的表面上具有摩擦力測(cè)定構(gòu)件的沖壓模具裝置的剖視圖。
圖2是在防皺模具表面及陰模臺(tái)肩上具有摩擦力測(cè)定構(gòu)件的沖壓模具裝置的剖視圖。
圖3由多個(gè)模具部件構(gòu)成的防皺模具和摩擦力測(cè)定構(gòu)件的俯視圖。
圖4是圖1的陰模和防皺模具的一側(cè)的放大剖視圖。
圖5是在防皺模具的表面及陰模臺(tái)肩上具有溫度傳感器的沖壓模具裝置的剖視圖。
圖6是由多個(gè)模具部件構(gòu)成的防皺模具和溫度傳感器的俯視圖。
圖7是圖5的陰模和防皺模具的一側(cè)的放大剖視圖。
圖8是在防皺模具的表面及陰模臺(tái)肩上具有摩擦力測(cè)定構(gòu)件，并且在沖頭上具有沖壓反力測(cè)定構(gòu)件的沖壓模具裝置的剖視圖。
圖9是控制摩擦力的本發(fā)明實(shí)例的流程圖。
圖10是表示在適合圖9的流程圖所示控制方法的情況下防皺荷載或摩擦力與沖程的關(guān)系的曲線圖。
圖11是控制摩擦力的其他的本發(fā)明實(shí)例的流程圖。
圖12是表示在適合圖11的流程圖所示控制方法的情況下防皺荷載或摩擦力的時(shí)間履歷的曲線圖。
圖13是控制溫度的本發(fā)明實(shí)例的流程圖。
圖14是控制溫度的其他的本發(fā)明實(shí)例的流程圖。
圖15是控制沖壓反力的本發(fā)明實(shí)例的流程圖。
圖16是控制沖壓反力的其他的本發(fā)明實(shí)例的流程圖。
圖17是內(nèi)置了油壓室的防皺荷載調(diào)節(jié)構(gòu)件的放大剖視圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照?qǐng)D例進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖1表示的是本發(fā)明第1實(shí)施方式中的沖壓模具裝置的剖視圖。在防皺模具3的表面上安裝有組裝了摩擦力測(cè)定構(gòu)件4的模具裝置，通過防皺模具驅(qū)動(dòng)構(gòu)件5根據(jù)檢測(cè)出的摩擦力控制防皺力。圖4為表示圖1的陰模2和防皺模具3的一側(cè)的擴(kuò)大圖，是組裝有摩擦力測(cè)定構(gòu)件4的模具裝置的剖視圖。
本實(shí)施方式的模具裝置具備沖頭1和與沖頭1相對(duì)配置的陰模2，通過沖頭1將由薄板構(gòu)成的工件6按入陰模2內(nèi)，成型該工件6。并且，為了防止在工件6成型過程中在工件6上出現(xiàn)褶皺，而與陰模2相對(duì)配置有防皺模具3，使工件6夾在陰模2和防皺模具3之間。
并且，在上述模具裝置中設(shè)置有例如液壓缸14、5作為用來將沖頭1及防皺模具3驅(qū)動(dòng)進(jìn)陰模2的沖頭驅(qū)動(dòng)構(gòu)件及防皺模具驅(qū)動(dòng)構(gòu)件。液壓缸14、5從例如可變?nèi)萘坑蛪罕?3、12供給油壓作為沖頭速度調(diào)節(jié)構(gòu)件及防皺荷載調(diào)節(jié)構(gòu)件的油壓源，可變?nèi)萘坑蛪罕?3、12由控制裝置11進(jìn)行控制。
隨著沖頭1的上升，周邊被防皺模具3和陰模2夾住的工件6在摩擦力的作用下拉伸周邊，同時(shí)被拉入陰模2的空腔內(nèi)，成型為沿沖頭1的形狀。此時(shí)，如果張力過大則材料有可能斷裂，而如果張力過小則容易出現(xiàn)褶皺，不能成型沿下模的形狀。因此，為了得到良好的產(chǎn)品形狀，必須設(shè)定適合的防皺荷載。而作用于材料的張力是在工件6與沖頭1和陰模2之間產(chǎn)生摩擦力的原因，為了改變表面壓力與摩擦力的關(guān)系即摩擦系數(shù)，一般改變潤滑油的特性或沖頭及陰模的表面粗度，或是加上波紋。但是，摩擦系數(shù)受溫度、表面壓力、表面性狀等影響而時(shí)刻發(fā)生變化，因此必須每次都調(diào)節(jié)防皺裝置的壓力。
對(duì)此，通過采用圖1所示的結(jié)構(gòu)，用摩擦力測(cè)定構(gòu)件4直接測(cè)定工件6與防皺模具3和陰模2之間的摩擦力，并將測(cè)定結(jié)果反饋給控制裝置11，從而可以控制從可變?nèi)萘坑蛪罕?3、12提供給液壓缸14、5的油壓，使測(cè)定的摩擦力達(dá)到預(yù)定的值。這樣，在本實(shí)施方式中，沖頭速度和防皺模具負(fù)載可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，但通過調(diào)節(jié)沖頭速度和防皺荷載中的至少一個(gè)，不論摩擦系數(shù)如何變化，也總能給材料付與合適的張力。
另外，作為沖頭驅(qū)動(dòng)構(gòu)件及防皺模具驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的液壓缸14、5為單一的例子，也可以將液壓缸換成氣缸或是電動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明第2實(shí)施方式的沖壓模具裝置的剖視圖如圖2所示。在圖2中，與圖1所示實(shí)施方式中相同的構(gòu)成要素都采用相同的參照符號(hào)，這里就不再重復(fù)說明。
在該例子中，在陰模2的臺(tái)肩上安裝有組裝了摩擦力測(cè)定構(gòu)件4的模具裝置，根據(jù)檢測(cè)出的摩擦力通過防皺模具驅(qū)動(dòng)構(gòu)件5控制防皺力。雖然在圖2中不僅在陰模臺(tái)肩部，而且在防皺模具3的表面上也組裝有摩擦力測(cè)定構(gòu)件4，但也可以只在陰模臺(tái)肩部組裝摩擦力測(cè)定構(gòu)件4。
并且，如圖3如示，如果用多個(gè)模具部件3a形成防皺模具3，則可以用摩擦力測(cè)定構(gòu)件4測(cè)定各模具部件3a的摩擦力。
并且，通過在各個(gè)模具部件3a中都配置有液壓缸5作為驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，并能夠單獨(dú)進(jìn)行控制，而能夠適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)防皺力的分布。
本發(fā)明第3實(shí)施方式的防皺模具如圖3所示。在圖3中，與圖1所示實(shí)施方式中相同的構(gòu)成要素都采用相同的參照符號(hào)，這里就不再重復(fù)說明。
在本實(shí)施方式中，防皺模具3由多個(gè)模具部件3a構(gòu)成，對(duì)多個(gè)模具部件3a的每一個(gè)都設(shè)置摩擦力測(cè)定構(gòu)件4。
下面用圖4說明直接測(cè)定摩擦力的原理。工件6被一對(duì)模具，即陰模2和平板7夾住，平板7用例如螺栓等以能夠沿圖中左右方向彈性變形的狀態(tài)與防皺模具3固定。并且，在平板7和防皺模具3之間夾有作為摩擦力測(cè)定構(gòu)件的變形測(cè)定元件4。變形測(cè)定元件4可以用壓電元件或變形儀構(gòu)成。當(dāng)工件6沿箭頭方向(圖面向左)滑動(dòng)時(shí)，變形元件4中就會(huì)發(fā)生剪切變形。而如果變形元件4使用壓電元件或變形儀，則可以容易地將變形作為電壓取出，可以測(cè)出摩擦力。
圖3表示只在防皺模具3的一面測(cè)定摩擦力的情況，但在例如工件6的表面背面和一對(duì)陰模2及防皺模具3的表面性狀不一樣的情況下，通過在工件6的上下面測(cè)定摩擦力能夠進(jìn)一步提高測(cè)定精度。
作為平板7的材料，可以使用結(jié)構(gòu)用碳素鋼或工具鋼。
下面對(duì)本發(fā)明的第4實(shí)施方式的沖壓模具裝置進(jìn)行說明。圖5是具有溫度傳感器10作為摩擦力測(cè)定構(gòu)件的沖壓模具裝置的剖視圖。雖然在圖5中不僅在陰模臺(tái)肩部上，而且在防皺模具3的表面上也安裝有溫度傳感器10，但如果安裝在防皺模具3的表面和陰模2的臺(tái)肩部的至少一個(gè)地方具有溫度傳感器的模具，根據(jù)測(cè)出的溫度來控制通過液壓缸5調(diào)節(jié)防皺荷載或調(diào)節(jié)沖頭速度中的至少一個(gè)，則不管摩擦系數(shù)如何變化，都能給材料付予適合的張力，因此能夠得到本發(fā)明的效果。
溫度傳感器最好使用熱電偶，這樣比較經(jīng)濟(jì)。
下面用圖7說明溫度傳感器。圖7是圖5的陰模2和防皺模具3的一側(cè)的放大剖視圖。溫度傳感器10夾在平板7和防皺模具3之間。在沖壓成型之際，平板7上的摩擦力大的地方加工發(fā)熱也大，反之摩擦力小的地方加工發(fā)熱也小。因此，可以根據(jù)由溫度傳感器10測(cè)定的溫度變化來推定摩擦力。也就是說，平板7上的溫度高時(shí)，摩擦力變大，會(huì)阻礙材料的流入，因此會(huì)出現(xiàn)材料斷裂的情況；而溫度低時(shí)，摩擦力變小，不能抑制材料的流入，因此會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)生褶皺及形狀不良等問題。由此，通過用溫度傳感器10直接測(cè)定成型時(shí)平板7上的溫度，能夠得到本發(fā)明的效果。
并且，如圖6所示，如果防皺模具3由多個(gè)模具部件3a構(gòu)成，對(duì)于每個(gè)模具部件3a都可以通過溫度傳感器10測(cè)定其溫度。并且，在各個(gè)模具部件3a上都設(shè)置有液壓缸5，可以單獨(dú)進(jìn)行控制，所以可以適宜地調(diào)節(jié)防皺力的分布。
雖然在圖5的構(gòu)成中用溫度傳感器10作為圖2所示的摩擦力測(cè)定構(gòu)件4，但摩擦力測(cè)定構(gòu)件4也可以組合使用變形測(cè)定元件4和溫度傳感器10。
下面將參照?qǐng)D8對(duì)本發(fā)明的第5實(shí)施方式的擁有沖壓反力測(cè)定構(gòu)件的沖壓模具裝置進(jìn)行說明。在圖8中，與圖1所示實(shí)施方式中相同的構(gòu)成要素都采用相同的參照符號(hào)，這里就不再重復(fù)說明。
在用如圖8所示的結(jié)構(gòu)加工工件6時(shí)，上述摩擦力和工件6變形所需力的合力，即沖壓反力作用在沖頭上。在加工之際，沖壓反力過大會(huì)導(dǎo)致材料發(fā)生斷裂，而過小則會(huì)出現(xiàn)褶皺、形狀不良等問題。因此，為了得到良好的產(chǎn)品形狀有必要設(shè)定適合的沖壓反力。但是，上述摩擦力會(huì)隨著溫度及表面形狀的不同時(shí)刻發(fā)生變化，所以以摩擦力為成分的沖壓反力也時(shí)刻發(fā)生變化。因此，為了使沖壓反力為適當(dāng)?shù)闹?，為了改變表面力和摩擦力的關(guān)系即摩擦系數(shù)，一般都采用改變潤滑油特性、沖頭及陰模表面粗度，或是付與波紋等方法。
對(duì)此，如圖8所示，通過用沖壓反力測(cè)定構(gòu)件9直接測(cè)定作用于沖頭上的沖壓反力，用液壓缸14、5作為沖頭驅(qū)動(dòng)構(gòu)件及防皺模具驅(qū)動(dòng)構(gòu)件調(diào)節(jié)沖頭速度及防皺力使沖壓反力成為預(yù)定的值，不管沖壓反力如何變化總能進(jìn)行適合的加工。
并且，即使在這種情況下，通過如圖3所示用多個(gè)模具部件3a形成防皺模具3，并且在各個(gè)模具部件3a上設(shè)置作為防皺模具驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的液壓缸5，可以單獨(dú)控制各個(gè)模具部件3a，可以適宜地調(diào)節(jié)防皺力的分布。
雖然在圖8中不僅在沖壓反力測(cè)定構(gòu)件9上，而且還在防皺模具3的表面或陰模2的臺(tái)肩部組裝了摩擦力測(cè)定構(gòu)件4，但防皺模具3的表面或陰模2臺(tái)肩部的任一個(gè)以上的摩擦力測(cè)定構(gòu)件4可以根據(jù)需要與沖壓反力測(cè)定構(gòu)件9組合使用。并且這種摩擦力測(cè)定構(gòu)件還可以與溫度傳感器替換使用。
下面用圖9所示的流程圖對(duì)圖1或圖2所示模具裝置的控制方法進(jìn)行說明。在該例中，為了使由摩擦力測(cè)定構(gòu)件4測(cè)定的摩擦力在加工預(yù)定范圍內(nèi)，在加工過程中至少要控制防皺荷載或沖頭速度的任一個(gè)。
步驟101成型開始、此時(shí)i＝1。
步驟102該步驟進(jìn)行使沖頭的沖程前進(jìn)ΔSi[mm]的處理。如i＝1時(shí)，因?yàn)镾0＝0[mm]，所以S1＝ΔS1[mm]。ΔS1[mm]要在加工前決定。
步驟103該步驟進(jìn)行測(cè)定沖程為Si[mm]的摩擦力Fmi[N]的處理。
步驟104該步驟比較103測(cè)定的摩擦力Fmi[N]與摩擦力控制目標(biāo)值Fci[N](加工前預(yù)先設(shè)定)的大小。
步驟105如果步驟104中比較大小的結(jié)果為Fmi＞Fci，則如圖中步驟105所示公式，根據(jù)測(cè)定值與目標(biāo)值的摩擦力之差(Fmi-Fci)進(jìn)行減小防皺荷載BHFi+1[N]，或是減小沖頭沖程增量ΔSi+1[mm]的處理中的至少一個(gè)。
步驟106如果步驟104中比較大小的結(jié)果為Fmi＜Fci，則如圖中步驟106所示公式，根據(jù)測(cè)定值與目標(biāo)值的摩擦力之差(Fmi-Fci)進(jìn)行增大防皺荷載BHFi+1[N]，或是增大沖頭沖程增量ΔSi+1[mm]的處理中的至少一個(gè)。
步驟107如以上所示，在一次成型過程中，在進(jìn)行反饋控制的同時(shí)進(jìn)行加工，如果沖程S[mm]達(dá)到加工完成時(shí)的沖程Smax[mm]，則表示加工完成，如果沒達(dá)到循環(huán)將會(huì)返回2之前。此時(shí)i的值將增加1。
具體的防皺荷載BHFi+1[N]或沖頭沖程增量ΔSi+1[mm]的值將通過使用比例常數(shù)α、β、γ、δ的圖示關(guān)系式算出。該循環(huán)將在沖頭沖程Si[mm]達(dá)到成型結(jié)束時(shí)的沖頭沖程Send[mm]之前不斷重復(fù)。
如果每隔一定時(shí)間間隔Δt[sec]就進(jìn)行一次上述控制，則沖頭速度Vpi[mm/s]由ΔSi/Δt求得，所以可以通過沖頭沖程增量來控制沖頭速度。
圖10表示使用這種控制方法時(shí)的摩擦力實(shí)測(cè)值Fm[N]和防皺荷載BHF[N]的沖頭沖程履歷的示例。由此我們可以看出，相當(dāng)于摩擦力實(shí)測(cè)值Fm與摩擦力控制目標(biāo)值Fc[SI單位]之差的BHF控制目標(biāo)值發(fā)生變化，為了與其相符合BHF實(shí)測(cè)值在加工過程發(fā)生變化。
下面參照?qǐng)D11所示的流程圖說明圖1所示模具裝置的控制方法的其他例子。其中下標(biāo)字母j表示沖壓加工工序中的成型次數(shù)。
步驟201第1次成型、j＝1步驟202測(cè)定第j次成型時(shí)的時(shí)間t[sec]中摩擦力履歷Fmj(t)[N]。
步驟203任意分割第j次成型時(shí)的時(shí)間t[sec]，在將既定的摩擦力下限值設(shè)定為Fcl(t)[N]時(shí)，如果在各個(gè)微小時(shí)間t[sec]中Fmj(t)＞Fclj(t)，則對(duì)第(j+1)次成型時(shí)的該微小時(shí)間t的范圍的BHFj+1(t)[N]或沖頭速度Vpj+1(t)[mm/s]進(jìn)行如圖中公式所示那樣根據(jù)測(cè)定值與既定下限值的摩擦力之差(Fmj(t)-Fclj(t))減小防皺荷載BHFj+1，或是減慢沖頭速度Vpj+1(t)的處理中的至少一個(gè)處理。
步驟204如果將既定的摩擦力上限值作為Fcu(t)[N]時(shí)在各個(gè)微小時(shí)間t[sec]中Fmj(t)＜Fcuj(t)，則對(duì)于第(j+1)次成型時(shí)的微小時(shí)間t的范圍內(nèi)的BHFj+1(t)[N]或沖頭速度Vpj+1(t)進(jìn)行如圖中公式所示那樣根據(jù)測(cè)定值與既定上限值的摩擦力之差(Fmj(t)-Fcuj(t))增大防皺荷載BHFj+1[N]，或是加大沖頭速度Vpj+1(t)[mm/s]的處理中的至少一個(gè)處理。
步驟205如以上所示，以第j次成型時(shí)的成型條件為基礎(chǔ)預(yù)先設(shè)定第(j+1)次成型時(shí)的成型條件，如果j達(dá)到全部成型次數(shù)jmax，則表示成型結(jié)束，否則將返回2之前。
具體的防皺荷載BHFj+1(t)[N]或沖頭速度Vpj+1(t)[mm/s]的值將通過使用比例常數(shù)α、β、γ、δ的圖示關(guān)系式算出。之后使用這樣得到的防皺荷載BHFj+1[N]或沖頭速度Vpj+1(t)[mm/s]進(jìn)行第j+1次的成型操作。該控制將在成型次數(shù)j達(dá)到最大成型次數(shù)jmax之前不斷重復(fù)。
圖12表示使用這種控制方法時(shí)的摩擦力實(shí)測(cè)值Fm[N]和防皺力BHF[N]的時(shí)間履歷的示例。在摩擦力Fmj(t)[N]大于摩擦力上限值Fcuj(t)[N]，或摩擦力Fmj(t)[N]小于摩擦力下限值Fclj(t)[N]的t[sec]范圍內(nèi)，使BHF控制目標(biāo)值從BHFj變化到BHFj+1，使用變化的BHF控制目標(biāo)值BHFj+1進(jìn)行第j+1次的加工。
下面參照?qǐng)D13所示流程圖說明圖5所示模具裝置的控制方法的一例。在該示例中，在加工過程中控制防皺荷載或沖頭速度中的至少一個(gè)使由溫度傳感器測(cè)定的溫度在加工過程中預(yù)定的范圍內(nèi)。其中下標(biāo)字母i表示成型過程中的控制次數(shù)。
步驟301成型開始，此時(shí)i＝1。
步驟302該步驟進(jìn)行使沖頭的沖程前進(jìn)ΔSi[mm]的處理。例如i＝1時(shí)，因?yàn)镾0＝0，所以S1＝ΔS1[mm]。ΔS1[mm]要預(yù)先在加工前決定。
步驟303該步驟進(jìn)行測(cè)定沖程為Si[mm]的溫度Tmi[℃]的處理。
步驟304該步驟比較303測(cè)定的溫度Tmi[℃]與溫度控制目標(biāo)值Tci[℃](加工前預(yù)先設(shè)定)的大小。
步驟305如果步驟304中比較大小的結(jié)果為Tmi＞Tci，則進(jìn)行例如圖中步驟305所示公式那樣的根據(jù)測(cè)定值與目標(biāo)值的溫度之差(Tmi-Tci)減小防皺荷載BHFj+1[N]，或是減小沖頭沖程增量ΔSi+1[mm]的處理中的至少一個(gè)處理。
步驟306如果步驟304中比較大小的結(jié)果為Tmi＜Tci，則進(jìn)行像圖中步驟306所示公式那樣的根據(jù)測(cè)定值與目標(biāo)值的溫度之差(Tmi-Tci)增大防皺荷載BHFj+1[N]，或是增大沖頭沖程增量ΔSi+1[mm]的處理中的一個(gè)處理。
步驟307像上述那樣，在一次成型過程中在進(jìn)行反饋控制的同時(shí)進(jìn)行加工，如果沖程S[mm]達(dá)到加工完成時(shí)的沖程Smax[mm]，便表示加工完成，如果沒達(dá)到循環(huán)將會(huì)返回2之前。此時(shí)i的值將增加1。
具體的防皺荷載BHFi+1[N]或沖頭沖程增量ΔSi+1[mm]的值將通過使用比例常數(shù)α、β、γ、δ的圖示關(guān)系式算出。該循環(huán)將在沖頭沖程Si[mm]達(dá)到成型結(jié)束時(shí)的沖頭沖程Send[mm]之前不斷重復(fù)。
如果每隔一定時(shí)間間隔Δt[sec]進(jìn)行一次上述控制，則沖頭速度Vpi[mm/s]可以由ΔSi/Δt求得，所以沖頭速度可以由沖頭沖程增量來控制。
下面參照?qǐng)D14所示流程圖說明圖5所示模具裝置的控制方法的其他例子。其中下標(biāo)字母j表示沖壓加工工序中的成型次數(shù)。
步驟401第1次成型、j＝1步驟402測(cè)定第j次成型時(shí)的時(shí)間t[sec]中溫度履歷Tmj(t)[℃]。
步驟403任意分割第j次成型時(shí)的時(shí)間t[sec]，在將既定的溫度下限值設(shè)定為Tcl(t)[℃]時(shí)，如果在各個(gè)微小時(shí)間t[sec]中Tmj(t)＞Tclj(t)，則對(duì)第(j+1)次成型時(shí)的微小時(shí)間t的范圍內(nèi)的BHFj+1(t)[N]或沖頭速度Vpj+1(t)[N]進(jìn)行像圖中公式所示那樣，根據(jù)測(cè)定值和既定下限值的溫度之差(Tmj(t)-Tclj(t))減小防皺荷載BHFj+1或是減慢沖頭速度Vpj+1(t)的處理中的至少一個(gè)處理。
步驟404在將既定的溫度上限值設(shè)定為Tcu(t)時(shí)，如果在各個(gè)微小時(shí)間t[sec]中Tmj(t)＜Tcuj(t)，則對(duì)第(j+1)次成型時(shí)的微小時(shí)間t的范圍的BHFj+1(t)[N]或沖頭速度Vpj+1(t)[mm/s]進(jìn)行像圖中公式所示那樣根據(jù)測(cè)定值和既定上限值的溫度之差(Tmj(t)-Tcuj(t))增大防皺荷載BHFj+1[N]，或是加大沖頭速度Vpj+1(t)[mm/s]的處理中的至少一個(gè)處理。
步驟405像上述那樣，以第j次成型時(shí)的成型條件為基礎(chǔ)預(yù)先設(shè)定第(j+1)次成型時(shí)的成型條件，如果j達(dá)到全部成型次數(shù)jmax，則表示成型結(jié)束，否則將返回2之前。
具體的防皺荷載BHFj+1(t)[N]或沖頭速度Vpj+1(t)[mm/s]的值將通過使用比例常數(shù)α、β、γ、δ的圖示關(guān)系式算出。在上次成型中預(yù)先測(cè)定的溫度Tmj(t)[℃]大于溫度上限值Fcuj(t)[℃]，或溫度Tmj(t)[℃]小于溫度下限值Tclj(t)[℃]的t[sec]范圍中，使BHF控制目標(biāo)值從BHFj(t)[N]變化到BHFj+1(t)[N]，或使沖頭速度控制目標(biāo)值從Vpj(t)[mm/s]變化到Vpj+1(t)[mm/s]，使用變化的BHF控制目標(biāo)值BHFj+1(t)[N]或沖頭速度控制目標(biāo)值Vpj+1(t)[mm/s]進(jìn)行第j+1次的成型。該控制將在成型次數(shù)j達(dá)到最大成型次數(shù)jmax之前不斷重復(fù)。
下面再參照?qǐng)D15的流程圖說明圖9所示模具裝置的控制方法的一例。在該示例中，為使沖壓反力測(cè)定構(gòu)件測(cè)定的沖壓反力在加工過程中的預(yù)定范圍內(nèi)，在加工過程中控制防皺荷載或沖頭速度中的至少一種。其中下標(biāo)字母i表示成型過程中的控制次數(shù)。
步驟501成型開始，此時(shí)i＝1。
步驟502該步驟進(jìn)行使沖頭的沖程前進(jìn)ΔSi[mm]的處理。例如i＝1時(shí)，因?yàn)镾0＝0[mm]，所以S1＝ΔS1[mm]。ΔS1[mm]要在加工前決定。
步驟503該步驟進(jìn)行測(cè)定沖程為Si[mm]時(shí)的沖頭反作用力Pmi[N]的處理。
步驟504該步驟比較503測(cè)定的沖頭反作用力Pmi[N]與沖頭反力控制目標(biāo)值Pci[N](加工前預(yù)先設(shè)定)的大小。
步驟505如果步驟504中比較大小的結(jié)果為Pmi＞Pci[N]，則進(jìn)行像圖中步驟505所示公式那樣根據(jù)測(cè)定值與目標(biāo)值的沖壓反力之差(Pmi-Pci)減小防皺荷載BHFj+1[N]，或是減小沖頭沖程增量ΔSi+1[mm]的處理中的至少一個(gè)處理。
步驟506如果步驟504中比較大小的結(jié)果為Pmi＜Pci[N]，則進(jìn)行像圖中步驟506所示公式那樣的根據(jù)測(cè)定值與目標(biāo)值的沖壓反力之差(Pmi-Pci)增大防皺荷載BHFj+1[N]，或是增大沖頭沖程增量ΔSi+1[mm]的處理中的至少一個(gè)處理。
步驟507像上述那樣，在一次成型過程中，是在進(jìn)行反饋控制的同時(shí)進(jìn)行加工，如果沖程S達(dá)到加工完成時(shí)的沖程Smax[mm]，則表示加工完成，如果沒達(dá)到循環(huán)將會(huì)返回2之前。此時(shí)i的值將增加1。
具體的防皺荷載BHFi+1[N]或沖頭沖程增量ΔSi+1[mm]的值將通過使用比例常數(shù)α、β、γ、δ的圖示關(guān)系式算出。該循環(huán)將在沖頭沖程Si[mm]達(dá)到成型結(jié)束時(shí)的沖頭沖程Send[mm]之前不斷重復(fù)。
由于如果每隔一定時(shí)間間隔Δt[sec]就進(jìn)行一次上述控制，則沖頭速度Vpi[mm/s]可以由ΔSi/Δt求得，所以沖頭速度可以由沖頭沖程增量來控制。
下面參照?qǐng)D16所示流程圖說明圖9所示模具裝置的控制方法的其他例子。其中下標(biāo)字母j表示沖壓加工工序中的成型次數(shù)。
步驟601第1次成型、j＝1步驟602測(cè)定第j次成型時(shí)的時(shí)間t[sec]中沖頭反作用力履歷Pmj(t)。
步驟603任意分割第j次成型時(shí)的時(shí)間t[sec]，在將既定的沖壓反力下限值設(shè)定為Pcl(t)[N]時(shí)，如果在各個(gè)微小時(shí)間t[sec]中Pmj(t)＞Pclj(t)，則對(duì)第(j+1)次成型時(shí)的微小時(shí)間t的范圍內(nèi)的BHFj+1(t)[N]或沖頭速度Vpj+1(t)[mm/s]進(jìn)行像圖中公式所示那樣的根據(jù)測(cè)定值和既定下限值的沖壓反力之差(Pmj(t)-Pclj(t))減小防皺荷載BHFj+1[N]，或是減慢沖頭速度Vpj+1(t)[mm/s]的處理中的至少一個(gè)處理。
步驟604在將既定的沖壓反力上限值設(shè)定為Pcu(t)[N]時(shí)，如果在各個(gè)微小時(shí)間t[sec]中Pmj(t)＜Pcuj(t)，則對(duì)第(j+1)次成型時(shí)的微小時(shí)間t的范圍的BHFj+1(t)[N]或沖頭速度Vpj+1(t)[mm/s]進(jìn)行像圖中公式所示那樣根據(jù)測(cè)定值和既定上限值的溫度之差(Tmj(t)-Tcuj(t))增大防皺荷載BHFj+1[N]，或是加大沖頭速度Vpj+1(t)的處理中的至少一個(gè)處理。
步驟605像上述那樣，以第j次成型時(shí)的成型條件為基礎(chǔ)預(yù)先設(shè)定第(j+1)次成型時(shí)的成型條件，如果j達(dá)到全部成型次數(shù)jmax，則表示成型結(jié)束，否則將返回2之前。
具體的防皺荷載BHFj+1(t)[N]或沖頭速度Vpj+1(t)[mm/s]的值將通過使用比例常數(shù)α、β、γ、δ的圖示關(guān)系式算出。在上次成型中預(yù)先測(cè)定的沖壓反力Pmj(t)[N]大于沖壓反力上限值Pcuj(t)[N]，或沖壓反力Pmj(t)[N]小于沖壓反力下限值Pclj(t)[N]的t[sec]范圍內(nèi)，使BHF控制目標(biāo)值從BHFj(t)[N]變化到BHFj+1(t)[N]，或使沖頭速度控制目標(biāo)值從Vpj(t)[mm/s]變化到Vpj+1(t)[mm/s]，使用變化的BHF控制目標(biāo)值BHFj+1(t)[N]或沖頭速度控制目標(biāo)值Vpj+1(t)[mm/s]進(jìn)行第j+1次的成型。該控制在成型次數(shù)j達(dá)到最大成型次數(shù)jmax之前不斷重復(fù)。
并且，雖然沖頭1采用與防皺模具裝置3同樣的分割構(gòu)造，用液壓缸對(duì)每個(gè)分割的沖頭進(jìn)行加壓也可以，但由于模具裝置操作復(fù)雜且設(shè)備昂貴，所以將沖頭1一體化，并利用普通的外側(cè)氣缸施加均一壓力，像例如圖17所示那樣將油壓室8內(nèi)置于用上述方法固定在沖頭1的表面上并分割的防皺模具3內(nèi)，通過分別調(diào)節(jié)壓力，能夠經(jīng)濟(jì)地控制每個(gè)被分割的防皺模具的防皺荷載。
實(shí)施例1以上述發(fā)明為基礎(chǔ)，試作了圖1所示的模具裝置作為本發(fā)明實(shí)施例，并進(jìn)行了使用了薄鋼板的沖壓成型。使用壓電元件作為摩擦力測(cè)定構(gòu)件4，平板7使用表面淬火的S45C。
表1表示所使用的鋼板的特性。使用了板厚為1.2mm的合金熔融(熱浸)鍍鋅鋼板，并使用了2種改變了合金度的鋼板。
表1

成型試驗(yàn)連續(xù)進(jìn)行50mm×50mm矩形件拉深成型，并檢查了此時(shí)的成型負(fù)載以及成型品有無斷裂及摺皺現(xiàn)象出現(xiàn)。使用由100mm×100mm四方形材料，例如圖2所示由8個(gè)模具部件3a構(gòu)成的防皺模具進(jìn)行成型試驗(yàn)。
表2表示連續(xù)進(jìn)行100次成型試驗(yàn)的結(jié)果。
作為比較示例，表3表示使用沒有防皺荷載調(diào)節(jié)構(gòu)件的模具裝置，并使防皺壓力為一定時(shí)的結(jié)果。
表2

表3

使所有模具部件的摩擦力為一定(0.25[kN/模具])地成型的本發(fā)明例1中，將防皺荷載固定為20[kN](在假定摩擦系數(shù)為0.1的情況下，摩擦力合計(jì)為2[kN])的比較例1與將防皺荷載固定為40[kN](在假定摩擦系數(shù)為0.1的情況下，摩擦力合計(jì)為4[kN])的比較例2相比，成型荷載變動(dòng)非常少，能夠得到較好的成型結(jié)果。但是，合金度低的材料B隨著成型次數(shù)的增大，會(huì)在模具上發(fā)生鋅凝著現(xiàn)象，導(dǎo)致摩擦不均，在角部可以看到輕微的摺皺。因此，將材料流入較大的平行部的摩擦力降低至0.2[kN/模具]，而將角部的摩擦力提高至0.3[kN/模具]，在進(jìn)行上述設(shè)定的成型實(shí)驗(yàn)的本發(fā)明例2中，無論什么材料，也不管進(jìn)行多少次成型，都能得到較好成型結(jié)果。
實(shí)施例2以上述發(fā)明為基礎(chǔ)，試作了圖5所示模具裝置作為本發(fā)明實(shí)施例，并進(jìn)行了使用了薄鋼板的沖壓成型。使用熱電偶作為溫度傳感器10，平板7使用表面淬火的S45C。
實(shí)驗(yàn)所使用的鋼板與實(shí)施例1中使用的鋼板相同。
成型試驗(yàn)連續(xù)進(jìn)行50mm×50mm矩形件(方筒)拉深成型，并檢查了此時(shí)的成型負(fù)載以及成型品有無斷裂及摺皺現(xiàn)象出現(xiàn)。使用由100mm×100mm四方形材料(素板)，例如圖6所示由8個(gè)模具部件3a構(gòu)成的防皺模具進(jìn)行成型試驗(yàn)。
表4表示連續(xù)進(jìn)行100次成型試驗(yàn)的結(jié)果。
比較示例與實(shí)施例1中相同。
表4

使所有模具部件溫度為一定(180[℃])地成型的本發(fā)明例3中，將防皺荷載固定為20[kN](在假定摩擦系數(shù)為0.1的情況下，摩擦力合計(jì)為2[kN])的比較例1與將防皺荷載固定為40[kN](在假定摩擦系數(shù)為0.1的情況下，摩擦力合計(jì)為4[kN])的比較例2相比，成型荷載變動(dòng)非常少，能夠得到較好的成型結(jié)果。但是，合金度低的材料B隨著成型次數(shù)的增大，會(huì)在模具上發(fā)生鋅凝著現(xiàn)象，導(dǎo)致溫度不均，在角部可以看輕微的摺皺。因此，將材料流入較大的平行部的溫度降低至150[℃]，而將角部的溫度提高至200[℃]，在進(jìn)行上述設(shè)定的成型實(shí)驗(yàn)的本發(fā)明例4中，無論什么材料，不管進(jìn)行多少次成型都能夠得到較好成型結(jié)果。
實(shí)施例3以上述發(fā)明為基礎(chǔ)，試作了圖8所示模具裝置作為本發(fā)明實(shí)施例，并進(jìn)行了使用了薄鋼板的沖壓成型。使用變形儀作為沖壓反力測(cè)定構(gòu)件9，平板7使用表面淬火的S45C。
實(shí)驗(yàn)所使用的鋼板與實(shí)施例1中使用的鋼板相同。
成型試驗(yàn)連續(xù)進(jìn)行50mm×50mm矩形件拉深成型，并檢查了此時(shí)的成型負(fù)載以及成型品有無斷裂及摺皺現(xiàn)象出現(xiàn)。使用由100mm×100mm四方形材料(素板)，例如圖3所示由8個(gè)模具部件3a構(gòu)成的防皺模具進(jìn)行成型試驗(yàn)。
表5表示連續(xù)進(jìn)行了100次成型試驗(yàn)的結(jié)果。
比較示例與實(shí)施例1的相同。
表5

控制防皺裝置的壓力使沖壓反力保持一定(65kN)而成型的本發(fā)明例5中，將防皺荷載固定為20[kN](在假定摩擦系數(shù)為0.1的情況下，摩擦力合計(jì)為2[kN])的比較例1與將防皺荷載固定為40[kN](在假定摩擦系數(shù)為0.1的情況下，摩擦力合計(jì)為4[kN])的比較例2相比，成型荷載變動(dòng)非常少，能夠得到較好的成型結(jié)果。但是，合金度低的材料B隨著成型次數(shù)的增大，會(huì)在模具上發(fā)生鋅凝著現(xiàn)象，導(dǎo)致沖壓反力不均，在角部可以看輕微的摺皺。因此，將材料流入較大的加工初期的沖壓反力降低至20kN，而將加工后期的沖壓反力提高至70kN，在進(jìn)行上述設(shè)定的成型實(shí)驗(yàn)的本發(fā)明例6中，無論什么材料，不管進(jìn)行多少次成型都能夠得到較好成型結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種薄板沖壓模具裝置，具有沖頭、陰模、防皺模具、將上述沖頭插入上述陰模內(nèi)的沖頭驅(qū)動(dòng)構(gòu)件、以及給上述防皺模具施加防皺荷載的防皺模具驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，用上述沖頭將薄板工件按入上述陰模內(nèi)來加工工件，其特征在于，具備通過防皺模具驅(qū)動(dòng)構(gòu)件調(diào)節(jié)施加于上述防皺模具的防皺荷載的防皺荷載調(diào)節(jié)構(gòu)件，測(cè)定作用于上述工件上的摩擦力的摩擦力測(cè)定構(gòu)件和測(cè)定作用于上述沖頭的沖壓反力的沖壓反力測(cè)定構(gòu)件的至少任一構(gòu)件，以及控制上述防皺荷載調(diào)節(jié)構(gòu)件使上述摩擦力測(cè)定構(gòu)件或上述沖壓反力測(cè)定構(gòu)件的測(cè)定值成為預(yù)定的值的控制構(gòu)件。
2.如權(quán)利要求1所述的薄板沖壓模具裝置，其中，上述摩擦力測(cè)定構(gòu)件被設(shè)置在陰模臺(tái)肩部，測(cè)定上述工件與上述陰模之間的摩擦力。
3.如權(quán)利要求1所述的薄板沖壓模具裝置，其中，上述摩擦力測(cè)定構(gòu)件被設(shè)置在上述防皺模具上，測(cè)定上述工件與上述防皺模具之間的摩擦力。
4.如權(quán)利要求1所述的薄板沖壓模具裝置，其中，防皺模具具備多個(gè)模具部件，在上述各模具部件上設(shè)置上述防皺模具驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，能夠獨(dú)立控制各模具部件。
5.如權(quán)利要求4所述的薄板沖壓模具裝置，其中，上述摩擦力測(cè)定構(gòu)件與上述各模具部件對(duì)應(yīng)設(shè)置在陰模臺(tái)肩部，測(cè)定上述工件與上述陰模之間的摩擦力。
6.如權(quán)利要求4所述的薄板沖壓模具裝置，其中，上述摩擦力測(cè)定構(gòu)件被設(shè)置在上述各模具部件上，能夠單獨(dú)測(cè)定上述工件與上述各模具部件之間的摩擦力。
7.如權(quán)利要求1～6中的任一項(xiàng)所述的薄板沖壓模具裝置，其中，上述摩擦力測(cè)定構(gòu)件具備壓電元件或變形儀。
8.如權(quán)利要求1～6中的任一項(xiàng)所述的薄板沖壓模具裝置，其中，摩擦力測(cè)定構(gòu)件具備溫度傳感器。
9.如權(quán)利要求8所述的薄板沖壓模具裝置，其中，溫度傳感器為熱電偶。
10.一種薄板沖壓成型方法，使用了權(quán)利要求1所述的模具裝置，用沖頭將薄板工件按入陰模內(nèi)加工工件，其特征在于具備以下步驟測(cè)定作用于上述工件的摩擦力或作用于上述沖頭的沖壓反力的至少一種力的測(cè)定步驟，以及調(diào)節(jié)防皺荷載或沖頭速度使由上述測(cè)定步驟得到的測(cè)定值成為預(yù)定的值的步驟。
11.如權(quán)利要求10所述的薄板沖壓成型方法，其中，還具有用上述測(cè)定值，求得在上次成型過程中測(cè)定的摩擦力或沖壓反力、與防皺荷載或沖頭速度的任一關(guān)系的步驟；根據(jù)上述求得的關(guān)系，調(diào)節(jié)防皺荷載和沖頭速度的任一個(gè)，使上述摩擦力或沖壓反力測(cè)定值在預(yù)定的范圍內(nèi)。
12.如權(quán)利要求10或11所述的薄板沖壓成型方法，其中，上述摩擦力測(cè)定構(gòu)件配設(shè)在陰模臺(tái)肩部。
13.如權(quán)利要求10或11所述的薄板沖壓成型方法，其中，上述摩擦力測(cè)定構(gòu)件配置在上述防皺模具上。
14.如權(quán)利要求10或11所述的薄板沖壓成型方法，其中，上述摩擦力測(cè)定構(gòu)件具備配置在陰模臺(tái)肩部上的溫度傳感器，上述方法根據(jù)由上述溫度傳感器測(cè)定的溫度變化來推定上述工件與上述陰模之間的摩擦力。
15.如權(quán)利要求10或11所述的薄板沖壓成型方法，其中，上述摩擦力測(cè)定構(gòu)件具備配置在上述防皺模具上的溫度傳感器，上述方法根據(jù)由上述溫度傳感器測(cè)定的溫度變化來推定上述工件與上述陰模之間的摩擦力。
16.如權(quán)利要求10或11所述的薄板沖壓成型方法，其中，防皺模具具備多個(gè)模具部件，上述各模具部件設(shè)置有上述防皺模具驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，能夠單獨(dú)控制各個(gè)模具部件。
全文摘要
薄板沖壓模具裝置具有沖頭(1)、陰模(2)、防皺模具(3)、安裝在陰模與防皺模具之間的摩擦力測(cè)定構(gòu)件(4)以及液壓缸(5)。
文檔編號(hào)B21D24/00GK1744958SQ20048000314
公開日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2004年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月31日
發(fā)明者鈴木規(guī)之, 山形光晴, 桑山卓也 申請(qǐng)人:新日本制鐵株式會(huì)社