用于盒形件的拉深凹模、组合拉深模具及拉深方法

本发明涉及拉深成形技术领域，特别是涉及一种用于盒形零件的拉深凹模、组合拉深模具及拉深方法。

背景技术：

拉深，也称拉延、拉伸、压延等，是指利用模具，将冲裁后得到的一定形状平板毛坯冲压成各种开口空心零件或将开口空心毛坯减小直径，增大高度的一种机械加工工艺。用拉深工艺可以制造成筒形、阶梯形、锥形、球形、盒形和其他不规则形状的薄壁零件。与翻边、胀形、扩口、缩口等其他冲压成形工艺配合，还能制造形状极为复杂的零件。因此在汽车、飞机、拖拉机、电器、仪表、电子等工业部门的生产过程中，拉深工艺占有相当重要的地位。

盒形件，属于非轴对称零件，包括方形盒件、矩形盒件和椭圆形盒件等。根据几何形状的特点，盒形件的毛坯可分为直边部分和圆角部分，这两部分在成形过程中具有不同的变形特点。根据盒形件能否一次拉深成形可分为两类，能一次拉深成形的称为低盒形件，需要经过多次拉深才能成形的称为高盒形件。两类盒形件拉深变形时的特点有别，工艺设计过程和模具设计需要解决的问题和方法也不尽相同。

其中，盒形件拉深成形过程中，由于板料受力状态不具备轴对称特点，法兰圆角区和直边区变形不均匀、不协调，导致圆角区易发生破裂，直边区易发生起皱，最终致使单道次拉深难以达到大的拉深比，无法成形高径比较大的盒形零件，即高盒形零件。而为了解决上述单道次拉深难以达到大拉深比的问题，传统冲压工艺常采用多道次工艺方案，即采用多套模具，逐渐减小刚性凹模入口的尺寸进行拉深，多次累计后达到较大的拉深比，从而成形高盒形零件。但是，传统的刚性凹模，凹模圆角部分是固定的刚体，板料在变形过程中流经此处时，发生弯曲变形和接触滑动摩擦。凹模圆角的弯曲作用使材料硬化，增加材料的变形抗力；滑动摩擦与塑性流动方向相反，也起到阻碍变形的作用。因此，传统刚性凹模存在摩擦阻力大的问题，使得板料在多次拉深中加工硬化明显、收缩变形困难、易出现破裂，这些缺陷使得最终零件产品的成形质量差。

申请号为201210469510.4的专利公开一种“一种多级冲压模具结构”，其由上模底板和下模底板组成，所述上模底板与多级冲头固定连接，所述下模底板通过连接螺栓与下模固定板连接，所述下模底板与下模固定板之间设置有两个下模托板，所述下模固定板内部依次设置有内可动冲套、中可动冲套和外可动冲套，所述内可动冲套中间设置有冲套驱动轴。该多级冲压模具结构可一个冲头一次冲压完成多步冲压步骤但是由于该多级冲压模具结构使用的仍然是刚性凹模，不具备减小摩擦、减小变形抗力的特点。

因此，有必要提出一种新型的拉深凹模，以能够在实现一次冲压完成高盒形件拉深的同时，提升高盒形件的成形质量。

技术实现要素：

本发明的目的之一是提供一种用于盒形件的拉深凹模，以在实现一次冲压完成高盒形件拉深的同时，提升高盒形件的成形质量，进而解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种用于盒形件的拉深凹模，主要包括由上至下依次设置的变形凹模段、辊轮组合凹模段和矫形凹模段，所述辊轮组合凹模的模腔由若干辊轮围合而成，且任意一所述辊轮始终处于自由滚动状态；其中，

所述变形凹模段、所述辊轮组合凹模段和所述矫形凹模段的模腔横截面均为多边形横截面，且所述辊轮组合凹模段的模腔横截面面积小于所述变形凹模段的模腔横截面面积，所述矫形凹模段的模腔横截面面积不大于所述辊轮组合凹模段的模腔横截面面积。

可选的，所述变形凹模段、所述辊轮组合凹模段和所述矫形凹模段的模腔横截面均为矩形横截面、三角形横截面或六边形横截面。

可选的，所述辊轮包括若干直辊轮和若干曲面辊轮，所述直辊轮位于模腔横截面的直边上，所述曲面辊轮位于模腔横截面的顶角处。

可选的，所述辊轮组合凹模段上下连续设置至少两段；且任意相邻两段所述辊轮组合凹模段中，位于下方的所述辊轮组合凹模段的模腔横截面面积不大于位于上方的所述辊轮组合凹模段的模腔横截面面积。

可选的，所述辊轮组合凹模段上下连续设置两段，分别为上辊轮组合凹模段和下辊轮组合凹模段；其中，

所述上辊轮组合凹模段位于所述变形凹模段的下方，所述上辊轮组合凹模段的模腔横截面面积小于所述变形凹模段的模腔横截面面积；

所述下辊轮组合凹模段位于所述矫形凹模段的上方，所述下辊轮组合凹模段的模腔横截面面积小于所述上辊轮组合凹模段的模腔横截面面积，且所述下辊轮组合凹模段的模腔横截面面积等于所述矫形凹模段的模腔横截面面积。

本发明的另一目的在于提供一种组合拉深模具，以进一步解决现有技术所存在的盒形件成形质量差的问题。为实现该目的，本发明提供了如下方案：

一种组合拉深模具，包括凸模组件和如上所述的拉深凹模，所述凸模组件包括由外至内依次叠套的至少两层凸模，位于所述凸模组件最外层的凸模为外层凸模，位于所述外层凸模内的为内层凸模；其中，

所述外层凸模用于与所述变形凹模段配合，所述内层凸模用于与所述辊轮组合凹模段和所述矫形凹模段配合。

一种组合拉深模具，包括凸模组件和如上所述的拉深凹模，所述凸模组件包括：

一级凸模，所述一级凸模为所述凸模组件的最外层凸模，所述一级凸模用于与所述变形凹模段的模腔配合；

二级凸模，所述二级凸模滑动套设于所述一级凸模内，用于在所述一级凸模与所述变形凹模段的模腔配合后，下行并与所述上辊轮组合凹模段的模腔配合；

三级凸模，所述三级凸模滑动套设于所述二级凸模内，用于在所述二级凸模与所述上辊轮组合凹模段配合后，下行并与所述下辊轮组合凹模段的模腔以及所述矫形凹模段的模腔配合。

此外，本发明的再一目的在于提供一种采用上述组合拉深模具进行的用于盒形件的拉深方法：

可选的，一种盒形件的拉深方法，采用如上所述的组合拉深模具进行，所述拉伸方法包括：

所述凸模组件的外层凸模首先下行，并与所述变形凹模段配合，以对板料进行第一道次拉深变形；

所述凸模组件的内层凸模下行，并与所述辊轮组合凹模段和所述矫形凹模段配合，以对第一道次成形的零件进行多道次拉深成形。

可选的，一种盒形件的拉深方法，采用如上所述的组合拉深模具进行，所述拉伸方法包括：

所述一级凸模下行，并与所述变形凹模段配合，以对板料进行第一道次拉深变形；

所述第一道次拉深结束后，所述二级凸模下行，并与所述上辊轮组合凹模段配合，以对第一道次成形的零件进行第二道次拉深成形；

所述第二道次拉深结束后，所述三级凸模下行，并与所述下辊轮组合凹模段配合，以对第二道次成形的零件进行第三道次拉深成形；

所述第三道次拉深结束后，所述三级凸模继续下行，并与所述矫形凹模段的配合，以对第三道次成形的零件进行矫形加工。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提出的用于盒形件的拉深凹模，结构布置合理，其变形凹模段和矫形凹模段为刚性凹模，通过在变形凹模段和矫形凹模段之间设置辊轮组合凹模段，实现了刚性凹模和辊轮组合凹模的配合使用，辊轮组合凹模中由于辊轮始终处于自由滚动状态，可有效改善拉深过程中现有刚性凹模圆角对板料的作用方式，改善摩擦状态，达到减小摩擦、减小变形抗力的目的；同时，多层凹模段的结构布置有利于对板料进行逐道次加工成形，可有效增大拉深比，提高盒形件的加工质量。上述拉深凹模尤其适用于深盒形件的拉深。

此外，本发明提出的组合拉深模具及拉深方法，组合拉深模具中包含上述拉深凹模，并配置了与其配合的凸模组件，通过采用上述辊轮组合凹模代替刚性凹模，有效降低了板件的变形抗力和摩擦力，能够促进金属流动，进而提高盒形件的加工质量。上述拉深方法实现了多道次拉深组合在一起，在拉深过程中，可以使用一套凸模组件及组合凹模一次冲压便可完成多步冲压步骤，不仅节约了时间和设备成本，并且能省去制造多个模具的费用，可以有效提高生产效率以及节省财力支出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所公开的组合拉深模具的整体结构示意图；

图2为本发明实施例所公开的组合拉深模具的纵向剖面图；

图3为图2中的a-a剖面图；

图4为图2中的b-b剖面图；

其中，附图标记为：001.拉深凹模，002.凸模组件，003.组合拉深模具，1.三级凸模，2.二级凸模，3.一级凸模，4.板料，5.变形凹模段，6.上辊轮组合凹模段，6-1.上直辊轮，6-2.上曲面辊轮，7.下辊轮组合凹模段，7-1.下直辊轮，7-2.下曲面辊轮，8.矫形凹模段。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的之一是提供一种用于盒形件的拉深凹模，以在实现一次冲压完成高盒形件拉深的同时，提升高盒形件的成形质量，进而解决现有纯刚性凹模存在的问题。

本发明的另一目的在于提供一种具有上述拉深凹模的组合拉深模具，以进一步解决现有技术所存在的盒形件成形质量差的问题。

本发明的再一目的在于提供有一种基于上述组合拉深模具进行的用于盒形件的拉深方法。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1-4所示，本实施例提供一种用于盒形件的拉深凹模001，主要包括由上至下依次设置的变形凹模段5、辊轮组合凹模段和矫形凹模段8，辊轮组合凹模的模腔由若干辊轮围合而成，且任意一辊轮始终处于自由滚动状态；其中，变形凹模段5、辊轮组合凹模段和矫形凹模段8的模腔横截面均为多边形横截面，变形凹模段5、辊轮组合凹模段和矫形凹模段8中任意两者的模腔横截面的形状互为相似图形，且辊轮组合凹模段的模腔横截面面积小于变形凹模段5的模腔横截面面积，矫形凹模段8的模腔横截面面积不大于辊轮组合凹模段的模腔横截面面积。实际操作中，变形凹模段5、辊轮组合凹模段和矫形凹模段8同轴且模腔完全对齐布置。

本实施例中，变形凹模段5、辊轮组合凹模段和矫形凹模段8的模腔横截面可为矩形横截面、三角形横截面、六边形横截面或其他多边形截面，具体可根据所需盒形件的形状而定。作为优选方式，如图1-4所示，本实施例的变形凹模段5、辊轮组合凹模段和矫形凹模段8的模腔横截面均设置为矩形横截面，更优的方式，可将其设置为正方形横截面。

本实施例中，如图1-4所示，辊轮组合凹模段中的辊轮包括若干直辊轮和若干曲面辊轮。以各凹模段8的模腔横截面均设置为正方形横截面为例，如图3-4所示，在构造辊轮组合凹模段时，直辊轮和曲面辊轮交替布置，且直辊轮位于模腔横截面的直边上，曲面辊轮位于模腔横截面的顶角处，任意相邻两直辊轮和曲面辊之间平滑过渡，从而形成具有标准截面形状的模腔。其中，如图3-4所示，直辊轮中的“直”是指辊轮的外周面为圆柱形面；曲面辊中的“曲”则是指其外周面的中部内凹，使得辊轮的整个外周面形成类似两个圆锥面尖端相对设置的形状，且所述中部内凹处圆滑过渡，用于成形盒形件的拐角。各辊轮，包括直辊轮和曲面辊，均通过辊轮轴安装，且各辊轮可始终相对与其对应的辊轮轴进行360度正转或反转。值得注意的是，辊轮组合凹模段中的辊轮不包括但不限于上述直辊轮和曲面辊的组合，也可以是能够实现相同或近似拉深效果的其他形状辊轮或其他结构，比如，辊轮组合凹模段中的各辊轮均采用曲面辊，当然全部由曲面辊围合而成的模腔横截面的形状主要取决于曲面辊外周的曲面角度以及曲面辊的设置数量。

本实施例中，辊轮组合凹模段可上下连续设置至少两段；且任意相邻两段辊轮组合凹模段中，位于下方的辊轮组合凹模段的模腔横截面面积不大于位于上方的辊轮组合凹模段的模腔横截面面积。如图1-4所示，作为一种本实施例的优选方式，可将辊轮组合凹模段上下连续设置两段，分别为上辊轮组合凹模段6和下辊轮组合凹模段7；其中，上辊轮组合凹模段6位于变形凹模段5的下方，上辊轮组合凹模段6的模腔横截面面积小于变形凹模段5的模腔横截面面积；下辊轮组合凹模段7位于矫形凹模段8的上方，下辊轮组合凹模段7的模腔横截面面积小于上辊轮组合凹模段6的模腔横截面面积，且下辊轮组合凹模段7的模腔横截面面积等于矫形凹模段8的模腔横截面面积。基于此，变形凹模段5、上辊轮组合凹模段6、下辊轮组合凹模段7和矫形凹模段8由上至下依次布置，形成一种特定模式下的拉深凹模001，此时拉深凹模001具备四级凹模段，即变形凹模段5、上辊轮组合凹模段6、下辊轮组合凹模段7和矫形凹模段8依次为一级凹模段、二级凹模段、三级凹模段和四级凹模段。当然，可以根据实际加工需求，改变拉深凹模001内凹模段的设置级数，比如辊轮组合凹模段仅设置一级，或辊轮组合凹模段设置三级以上，或者增加变形凹模段5的设置数量等。

同时，本实施例提出一种组合拉深模具003，包括凸模组件002和如上的拉深凹模001。如图1-2所示，凸模组件002包括由外至内依次叠套的至少两层(级)凸模，任意一层(级)的凸模均能够与具备和其对应的模腔的凹模段配合。其中，“和其对应的模腔”是指该凹模段的模腔形状与尺寸均能够与该层(级)凸模相匹配。

本实施例中，如图1-2所示，作为优选方式，凸模组件002包括：

一级凸模3，一级凸模3用于与变形凹模段5的模腔配合；

二级凸模2，二级凸模2滑动套设于一级凸模3内，用于在一级凸模3与变形凹模段5的模腔配合后，下行并与辊轮组合凹模段的模腔配合；

三级凸模1，三级凸模1滑动套设于二级凸模2内，用于在二级凸模2与辊轮组合凹模段配合后，下行并与矫形凹模段8的模腔配合；

当辊轮组合凹模段设置两段以上，且拉深凹模001中任意相邻两凹模段的模腔横截面面积相等时，两凹模段共用同一级(个)凸模。比如，当拉深凹模001具备如上所述的四级凹模段时，由于变形凹模段5、上辊轮组合凹模段6和下辊轮组合凹模段7的模腔截面积沿冲压方向依次减小，而矫形凹模段8的模腔截面积和与它相邻设置的下辊轮组合凹模段7的模腔截面积相同或近似相同，此时，矫形凹模段8和下辊轮组合凹模段7可以共用上述三级凸模1，即在三级凸模1与下辊轮组合凹模段7配合后，继续下行与矫形凹模段8配合，以完成对零件的矫形。

本实施例提出一种用于盒形件的拉深方法，可采用上述组合拉深模具003，拉深方法主要包括：

将板料4置于一级变形凹模，即变形凹模段5的上端面，准备进行拉深；

凸模组件002的最外层凸模首先下行，并与具备和其对应的模腔的凹模段配合，以对板料4进行第一道次拉深变形；即一级凸模3下行，与变形凹模段5配合，对板料4进行拉深成形，完成材料的第一道次变形加工；且第一道次结束后一级凸模3停止。

第一道次拉深结束，凸模组件002的由外至内的第二层凸模下行，并与具备和其对应的模腔的凹模段配合，以对第一道次成形的零件进行第二道次拉深成形；即一级凸模3停止后，二级凸模2下行，与二级辊轮组合凹模，即上辊轮组合凹模段6配合，对第一道次成形零件进行第二道次拉深成形，第二道次结束后二级凸模2停止；

第二道次拉深结束，凸模组件002的位于第二层凸模内部的凸模按照由外至内的顺序依次下行，以对第二道次成形的零件进行后续道次的拉深成形；即二级凸模2停止后，三级凸模1下行，与三级辊轮组合凹模，即下辊轮组合凹模段7配合，以对第二道次成形的零件进行第三道次拉深成形；三级凸模1继续下行，可再与矫形凹模段8配合，完成最后一道的矫形加工，提高零件的加工精度和加工质量。

当然，上述步骤是在拉深凹模001具备如上所述的四级凹模段、且凸模组件002具备如上所述的三级凸模的基础上进行的。实际操作中，可以根据实际的拉深凹模和凸模组件的结构设置，以及所需拉深零件的尺寸和形状需求，调整拉深步骤，比如增加拉深道次或缩减拉深道次等。

由此可见，本实施例的组合拉深模具003通过变形凹模段、上辊轮组合凹模段、下辊轮组合凹模段以及矫形凹模段对板料进行逐道次加工成形，可有效增大拉深比，提高成形工件的加工质量。在组合拉深模具003中，上辊轮组合凹模段和下辊轮组合凹模段结合形成组合辊轮式的凹模新结构，代替了传统刚性凹模，通过其直辊轮和曲面辊的巧妙组合设计，可使得组合凹模的截面形状为方形，适用于盒形零件的拉深成形。

在实际拉深过程中，本实施例的组合拉深模具003可以使用一个组合凸模(复合叠套式冲头)及组合凹模一次冲压完成多步冲压步骤进行加工制造，节约了时间和设备成本，并且能省去制造多个模具的费用，可以有效提高生产效率以及节省财力支出。

盒形件包括直角边区域和圆角区域，其应力状态和所产生的拉深变形在周边上的分布是不均匀的，拉深时冷作硬化较严重，圆角区易破裂、长直边区易皱曲。本实施例采用的辊轮层凹模配合刚性凹模的组合凹模结构，拉深时，工件通过辊轮滚动进入凹模，将钢模挤压变形变为滚动挤压变形，这种过渡形式更加符合金属流动曲线平滑过渡的原理，圆角处变形更加平缓，在相同拉深比下成形效果更好，有效避免了刚模多次拉深下工件圆角区域易开裂的问题。

传统模具在加工过程中模具与板料之间会产生很大的摩擦力。本实施例采用具备上述拉深凹模001的组合模具及相应的拉深方法进行盒形零件的加工，拉深过程中始终处于自由滚动状态的辊轮大大减小了冲压过程中工件与模具之间的摩擦，从而提高了成品的尺寸精度、减小了成品表面的粗糙度；同时，还有效减缓凹模表面的磨损，使其使用寿命得到了提升。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。