專利名稱：用于板料成形的拉深筋力能參數(shù)的測量裝置及其方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種測量拉深筋力能參數(shù)的裝置及其方法，屬于板料沖壓成形工藝及模具設計領域。
背景技術(shù)：
對于汽車覆蓋件等復雜及難成形零件，在其成形過程中板料各變形區(qū)間的成形條件存在很大的差異，各部分的成形需要不同的邊界條件。因而對于復雜零件的成形在設計工藝及模具時，必須設置一定的控制手段，以便能對毛坯各部分的成形條件加以控制和調(diào)整，設置拉深筋便是一種既簡單易行又應用廣泛的控制手段。拉深筋能夠增加變形阻力，改善板料各處的變形狀態(tài)，使變形趨于均勻，提高成形件的質(zhì)量。實際上，調(diào)整拉深筋的結(jié)構(gòu)參數(shù)是大型覆蓋件調(diào)模過程的主要工作之一。因此掌握拉深筋的結(jié)構(gòu)及力能特性對拉深筋的設計和調(diào)整具有直接的指導意義。
拉深筋的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括拉深筋的形狀、高度、筋圓角半徑、凹槽圓角半徑及凹槽間隙。拉深筋的關鍵力能參數(shù)包括拉深筋阻力、壓筋力和上浮力。結(jié)構(gòu)參數(shù)對拉深筋的力能參數(shù)起著決定性的作用，是調(diào)整和控制拉深筋阻力的主要手段。因此，深入研究拉深筋結(jié)構(gòu)參數(shù)對拉深筋力能特性的影響，掌握不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下拉深筋的力能特點，對拉深筋的設計和調(diào)整具有重要意義。
目前國內(nèi)對拉深筋雖然已進行了一定的研究，但限于分析和實驗手段的不足，對拉深筋的結(jié)構(gòu)力學特性研究不夠深入，影響因素考慮不充分，使人們對板料通過拉深筋這一過程的認識較為籠統(tǒng)，從而限制了拉深筋的設計與應用水平。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種拉深筋力能參數(shù)的測量裝置及其方法，利用該裝置可以測量得到拉深筋阻力、壓筋力和上浮力等力能參數(shù)。同時可以在該裝置上進行不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對拉深筋力能參數(shù)的影響性研究。
為了達到上述目的，這種用于板料成形的拉深筋力能參數(shù)測量裝置，包括拉深筋模具、用于測量壓筋力的上位傳感器、用于測量板料經(jīng)過拉深筋后對拉深凸模產(chǎn)生的上浮力的下位傳感器以及用于測量拉深筋阻力的側(cè)拉力傳感器，所述拉深筋模具包括凸模組件、凹模組件和模座，而且該凸模組件、凹模組件都采用鑲塊式結(jié)構(gòu)以調(diào)整拉深筋的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
凸模組件包括壓邊塊和凸筋鑲塊。
凸筋鑲塊設有半圓形凸筋或者方形凸筋，而且根據(jù)凸筋的筋高和圓角半徑的不同設有一系列的鑲快。
凹模組件包括拉深筋凹槽鑲塊、凹槽邊座、組合墊片和凹模底座。
凸模組件和凹模組件呈單筋或者雙筋的結(jié)構(gòu)型式。
利用本發(fā)明所提供的測量裝置可以測得拉深筋阻力、壓筋力和上浮力等力能參數(shù)，可以對半圓形筋、方筋和雙圓筋的力能參數(shù)進行測量，通過更改筋高、筋圓角半徑、凹槽圓角半徑和凹槽間隙等結(jié)構(gòu)參數(shù)可以研究拉深筋的壓筋力、上浮力及拉深筋阻力的變化規(guī)律。
本發(fā)明還提供了一種利用上述用于板料成形的拉深筋力能參數(shù)測量裝置測量拉深筋力能參數(shù)的方法，該方法包括壓筋步驟和拉深步驟，其中壓筋步驟壓料板帶動凸筋向凹槽內(nèi)運動至限定位置后停止運動，該過程通過上位傳感器測得壓筋力曲線。在拉深步驟，對板料一端施加側(cè)向拉力，帶動整個板料運動，經(jīng)過一定量的位移后停止運動，板料變形過程結(jié)束。此過程中通過側(cè)拉力傳感器測得拉深筋阻力，通過上位傳感器和下位傳感器測得板料運動過程中對壓料板產(chǎn)生的上浮力。


圖1是本發(fā)明設置在試驗機上的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是拉深筋模具壓筋過程示意圖；圖3是拉深筋模具拉深過程示意圖；圖4是半圓形拉深筋結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是方筋結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是雙圓筋結(jié)構(gòu)示意圖。
在上述附圖中，1.拉深筋模具，2.試驗機橫梁，3.上位傳感器，4、5.下位傳感器，6.板料，7.側(cè)拉力傳感器，8.側(cè)拉液壓缸，9.試驗機工作臺，10.上模座，11.壓料板，12.凸筋鑲塊，13.凹槽鑲塊，14.凹槽邊座，15.組合墊片，16.凹模底座，17.導套，18.導柱，19.下模座，20.凹槽中鑲塊。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
本發(fā)明提供的拉深筋力能參數(shù)測量裝置由拉深筋模具1、上位傳感器3、下位傳感器4、5和側(cè)拉力傳感器7組成(見圖1)。拉深筋模具1固定在試驗機上，上位傳感器3、下位傳感器4、5安裝在拉深筋模具上，側(cè)拉力傳感器7一端與板料6相連接，另一端與側(cè)拉液壓缸8相連。其拉深筋模具1包括凸模組件、凹模組件和模座。
凸模組件固定在上模座10上，采用鑲塊式結(jié)構(gòu)，凸筋鑲塊12活動鑲嵌在壓料板11的方形槽內(nèi)。根據(jù)試驗需要，可以方便更換凸模鑲塊12。凸筋鑲塊按形狀設計成半圓形和方形(見圖4、圖5)。半圓形筋圓角半徑R的調(diào)整范圍是2～10mm，方形筋圓角半徑R1、R2的調(diào)整范圍是2～10mm，筋高H的調(diào)整范圍是(見圖2)6～11mm。
凹模組件固定在下模座19上，包括凹槽鑲塊13、凹槽邊座14、組合墊片15和凹模底座16。凹槽鑲塊13通過螺釘固定于凹槽邊座14。凹槽邊座14上加工有板料定位塊，凹槽邊座14設置于凹模底座16上。根據(jù)試驗毛坯厚度不同(0.8mm-1.2mm)，通過調(diào)整組合墊片15的數(shù)量可以改變凹槽間隙的大小。凹槽鑲塊13的圓角r1、r2的尺寸，可以根據(jù)需要調(diào)整，調(diào)整范圍是2mm-10mm。
模座分上模座10和下模座19兩部分，凸模組件的壓料板11通過螺栓固定在上模座10上。凹模組件的凹模底座16通過螺栓及圓柱銷固定在下模座19上。上、下模座10、19之間由導柱18、導套17提供導向。下模座19通過壓板固定在試驗機的工作臺9上。
上位傳感器3下端與上模座10螺紋連接，上端通過螺釘固定在試驗機橫梁2上。上位傳感器3的作用是用來測量壓筋力。在下模座19的兩側(cè)成對角放置兩個圓柱形的下位傳感器4、5，傳感器4、5的下端插入下模座19上加工的兩個孔內(nèi)，合模時其上端面和壓料板11相接觸，下位傳感器4、5的作用是用來測量板料6經(jīng)過拉深筋后對壓料板產(chǎn)生的上浮力。側(cè)拉力傳感器7一端與板料6相連接，另一端裝卡在側(cè)拉液壓缸8上，側(cè)拉力傳感器7的作用是測量拉深筋阻力。
在模具采用單筋結(jié)構(gòu)情況下，更換與調(diào)整半圓形拉深筋的結(jié)構(gòu)參數(shù)(見表1)，可以獲得半圓形拉深筋的筋圓角半徑、凹槽圓角半徑和筋高對壓筋力、上浮力和拉深筋阻力的影響。
表1 半圓形拉深筋參數(shù)表(單位mm)

仍然選用單筋結(jié)構(gòu)的模具，更換與調(diào)整方形拉深筋的結(jié)構(gòu)參數(shù)(見參數(shù)表2)，可以獲得方形拉深筋的筋圓角半徑、凹槽圓角半徑和筋高對壓筋力、上浮力和拉深筋阻力的影響。在此基礎上可以對圓筋與方筋的力能特性進行對比研究。
表2 方形拉深筋參數(shù)表 (單位mm)

本發(fā)明的拉深筋模具采用單筋結(jié)構(gòu)，也可以采用雙拉深筋結(jié)構(gòu)模具。雙筋模具結(jié)構(gòu)(見圖6)，在壓料板11上設有兩個半園形凸筋鑲塊12，與兩個凸筋鑲塊12相對應的結(jié)構(gòu)是凹槽鑲塊13和凹槽中鑲塊20。凹槽中鑲塊20活動鑲嵌在凹模底座16的方形槽內(nèi)。通過選擇不同的雙拉深筋結(jié)構(gòu)參數(shù)(見表3)，可以獲得前、后筋高、拉深筋圓角及凹槽圓角對壓筋力、上浮力和拉深筋阻力的影響。同時可以進行單圓筋與雙筋的對比研究。
表3 雙拉深筋參數(shù)表 (單位mm)

發(fā)明提供了一種利用上述用于板料成形的拉深筋力能參數(shù)測量裝置測量拉深筋力能參數(shù)的方法，該方法分兩步壓筋過程和拉深過程。
第一步為壓筋過程(見圖2)，首先將板料6放在模具的凹模上，并通過凹槽邊座14上的定位塊來定位。然后開動試驗機，上模座10帶動壓料板11和凸筋鑲塊12向凹槽內(nèi)運動，將板料6壓入凹槽。當壓料板11接觸下位傳感器4、5的上端面時，拉深筋完全壓靠，壓筋過程結(jié)束。該過程中上位傳感器測得的就是壓筋力曲線。
第二步為拉深過程(見圖1、圖3)，側(cè)拉液壓缸8工作，拉動板料6向箭頭方向運動，經(jīng)過一定量的位移后，停止運動，板料變形過程結(jié)束。板料6經(jīng)過凸筋鑲塊12時對壓料板及凸筋要產(chǎn)生上浮力，該上浮力數(shù)值上等于上位傳感器的讀數(shù)減去兩個下位傳感器的讀數(shù)之和。拉深筋阻力由側(cè)拉力傳感器7測得。
權(quán)利要求
1.一種用于板料成形的拉深筋力能參數(shù)測量裝置，其拉深筋模具(1)固定在試驗機上，其特征是上位傳感器(3)、下位傳感器(4，5)安裝在拉深筋模具(1)上，側(cè)拉力傳感器(7)與板料(6)相連接，所述拉深筋模具(1)包括凸模組件、凹模組件和模座。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于板料成形的拉深筋力能參數(shù)測量裝置，其特征是所述凸模組件固定在上模座(10)上，采用鑲塊式結(jié)構(gòu)，凸筋鑲塊(12)鑲嵌在壓料板(11)的方形槽內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于板料成形的拉深筋力能參數(shù)測量裝置，其特征是凸模鑲塊(12)的形狀可設計成半圓形或方形，半圓形筋圓角半徑R＝2～10mm，方形筋圓角R1和R2的半徑可在2～10mm之間調(diào)整，筋高H＝6～11mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述用于板料成形的拉深筋力能參數(shù)測量裝置，其特征是凹模組件固定在下模座(19)上，凹槽鑲塊(13)通過螺釘固定于凹槽邊座(14)；凹槽邊座(14)上加工有板料定位塊，凹槽邊座(14)設置于凹模底座(16)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述用于板料成形的拉深筋力能參數(shù)測量裝置，其特征是調(diào)整組合墊片15的數(shù)量改變凹槽間隙的大小。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述用于板料成形的拉深筋力能參數(shù)測量裝置，其特征是凹槽鑲塊(13)的圓角r1和r2的半徑可在2～10mm之間調(diào)整。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于板料成形的拉深筋力能參數(shù)測量裝置，其特征是所述模座為上模座(10)和下模座(19)兩部分，壓料板(11)通過螺栓固定在上模座(10)上；凹模底座(16)通過螺栓及圓柱銷固定在下模座(19)上，下模座(19)通過壓板固定在試驗機的工作臺(9)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述用于板料成形的拉深筋力能參數(shù)測量裝置，其特征是上、下模座(10、19)之間有導柱(18)和導套(17)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于板料成形的拉深筋力能參數(shù)測量裝置，其特征是所述雙筋模具結(jié)構(gòu)的壓料板(11)上設有兩個半園形凸筋鑲塊(12)，與兩個凸筋鑲塊(12)相對應的是凹槽鑲塊(13)和凹槽中鑲塊(20)，凹槽中鑲塊(20)鑲嵌在凹模底座(16)的方形槽內(nèi)。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于板料成形的拉深筋力能參數(shù)測量裝置測量拉深筋力能參數(shù)的方法，其特征是該方法包括如下步驟(a)壓筋步驟壓料板(11)帶動凸筋鑲塊(12)向凹槽內(nèi)運動，將板料(6)壓入凹槽，該過程通過上位傳感器(3)測得壓筋力曲線；(b)在拉深步驟，側(cè)拉液壓缸(8)拉動板料(6)移動一定量的位移后，停止運動，板料(6)變形過程結(jié)束；(c)該過程產(chǎn)生的上浮力數(shù)值上等于上位傳感器(3)的讀數(shù)減去兩個下位傳感器(4，5)的讀數(shù)之和，拉深筋阻力由側(cè)拉力傳感器(7)測得。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于板料成形的拉深筋力能參數(shù)測量裝置，包括拉深筋模具(1)，用于測量壓筋力的上位傳感器(3)，用于測量板料經(jīng)過拉深筋后對拉深凸模產(chǎn)生的上浮力的下位傳感器(4，5)，以及用于測量拉深筋的阻力的側(cè)拉力傳感器(7)，所述拉深筋模具包括凸模組件、凹模組件和模座，而且該凸模組件、凹模組件都采用鑲塊式結(jié)構(gòu)以調(diào)整拉深筋的結(jié)構(gòu)參數(shù)。本發(fā)明還提供了利用該測量裝置測量拉深筋力能參數(shù)的方法。
文檔編號B21D37/00GK1923396SQ20061004828
公開日2007年3月7日 申請日期2006年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月14日
發(fā)明者金淼, 李群, 李文平, 張玉存, 郭寶鋒, 邢宇 申請人:燕山大學