一种可控压边力的金属板材拉深成形模具及方法

1.本发明属于金属板材拉深成形领域，涉及一种可控压边力的金属板材拉深成形模具及方法。


背景技术：

2.金属板材目前大量应用在生活的方方面面，拉深成形制品更是随处可见，在金属板材热拉深成形过程中，存在涉及温度、压边力、拉深速度和模具几何尺寸等众多因素交互影响的问题。其中，压边力是影响拉深成形顺利与否的重要工艺参数，压边力过小，在拉深变形过程中容易在凸缘处起皱，而当压边力过大时，容易在金属板材凹模圆角处被拉裂，对压边力进行有效控制可以最大程度地抑制热拉深过程中起皱和破裂等致命缺陷的发生，进而显著提高拉深件的生产效率和产品合格率。因此，如何准确地控制并测量压边力也是拉深模具设计面临的挑战之一。拉深成形包括“拉深”和“压边”两个动作，传统的拉深模具需要安装在具有滑块和顶缸双动的液压机上，才能完成金属板材的拉深实验，对实验设备的要求较高。
3.很多的金属板材在室温下塑性变形能力较差，而现有的拉深模具往往并不具有加热系统，导致在室温下塑性变形能力较差的金属无法进行拉深实验，也无法完成金属板材在高温下的拉深实验。
4.所以，目前急需一种可控压边力、可加热的金属板材拉深模具，来克服上述问题，以通过简单结构来实现对金属板材压边力的准确调控，并且能够对金属板材在线加热。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可控压边力的金属板材拉深成形模具及方法，优化拉深模具对压边力施加方式和压边力的准确调控以及对金属板材进行在线加热。
6.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种可控压边力的金属板材拉深成形模具，包括凹模支架、凹模、压边圈、顶板、凸模、底座、压边圈衬板以及螺杆，所述凹模支架一端连接底座，另一端连接凹模，所述压边圈位于所述凹模远离所述凹模支架的一侧上，所述压边圈远离所述凹模的一侧上设有压边圈衬板，所述顶板位于所述压边圈衬板远离所述凹模支架的一侧，所述凸模从所述顶板、压边圈衬板以及压边圈远离所述凹模支架的一侧穿入与所述凹模匹配相连；
8.所述螺杆从所述凹模支架远离所述压边圈衬板的一侧穿入，穿过所述压边圈衬板，从所述顶板远离所述压边圈衬板的一侧穿出；
9.所述螺杆上位于所述压边圈衬板与所述顶板之间设有弹簧，并在所述螺杆远离所述凹模支架的一端设有螺母以调节压边圈衬板与顶板之间的相对位置，所述弹簧与所述顶板之间设有压力传感器。
10.进一步，本发明还包括加热系统，所述加热系统包括凹模加热槽、热电偶和弹簧杆，所述凹模加热槽将所述凹模包裹在内，并将所述凹模与所述凹模支架相连，在所述凹模
加热槽内设有凹模加热线圈，所述压边圈内设有压边圈加热线圈所述凹模内设有空腔，所述热电偶位于所述凹模的空腔内靠近所述压边圈的一端，所述弹簧杆一端与所述底座相连，另一端与所述热电偶相连，所述凹模加热线圈、压边圈加热线圈以及热电偶均与pid控制器相连。
11.进一步，所述螺杆为三根，在所述顶板上呈均匀分布状态。
12.一种基于可控压边力的金属板材拉深成形模具的可控压边力的金属板材拉深成形方法，包括如下步骤：
13.a、准备待成形的金属板材；
14.b、将金属板材放置在凹模和压边圈之间，旋转螺母使压边圈将金属板材压在凹模上，配合压力传感器的实时反馈，调整压边力至预定值；
15.c、所述凸模在外加实验设备的作用下配合凹模，进行金属板材的拉深成形，直至拉深结束；
16.d、松开所述螺母，取出拉深成形后的金属板材，对拉深成形的金属板材的开裂以及关键部位的微观组织进行分析。
17.进一步，本方法还包括加热系统，所述加热系统包括凹模加热槽、热电偶以及弹簧杆，所述凹模加热槽将所述凹模包裹在内，并将所述凹模与所述凹模支架相连，在所述凹模加热槽内设有凹模加热线圈，所述压边圈内设有压边圈加热线圈，所述凹模为中空结构，所述热电偶位于所述凹模的空腔内靠近所述压边圈的一端，所述弹簧杆一端与所述底座相连，另一端与所述热电偶相连，所述凹模加热线圈、压边圈加热线圈以及热电偶均与pid控制器相连，在步骤b中，pid控制器设定加热温度后，通过凹模加热线圈、压边圈加热线圈对金属板材进行在线加热。
18.进一步，在步骤b和/或c中，通过热电偶实时监测金属板材的温度，反馈至pid控制器以调节凹模加热线圈、压边圈加热线圈的加热温度。
19.本发明的有益效果在于：
20.1、本发明利用固定在凹模支架上的螺杆配合压边圈衬板、顶板、弹簧以及螺母的结构为金属板材提供压边力，通过顶板将螺母的压力传递给弹簧，弹簧将压力传递给压边圈衬板，压边圈衬板与压边圈相连，为金属板材提供压边力；并且本发明只需通过调整螺母的松紧即可实现调整压边力的大小，配合设置在弹簧与顶板之间的压力传感器，即可实时反馈压边力的大小，能够更加准确的调整压边力，并且本发明结构简单，无需额外的动力机构，仅通过机械结构即可实现对金属板材的压边功能，极大的降低了成本，节约资源。
21.2、本发明利用设置在压边圈和凹模加热槽内的加热线圈，可实现对金属板材的在线快速加热，配合设计在凹模空腔内的热电偶和弹簧杆，能够实现热电偶在拉深变形的过程中一直与金属板材底部直接接触，从而得到金属板材温度的实时反馈。
22.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
23.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
24.图1为一种可控压边力的金属板材拉深成形模具的结构示意图1；
25.图2为一种可控压边力的金属板材拉深成形模具的结构示意图2。
26.附图标记：1-凸模、2-顶板、3-螺母、4-压力传感器、5-弹簧、6-螺杆、7压边圈衬板、8-压边圈加热线圈、9-热电偶、10-压边圈、11-凹模、12-凹模加热线圈、13-凹模、14-弹簧杆、15-凹模支架、16-底座。
具体实施方式
27.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
28.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
29.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
30.请参阅图1～图2，为一种可控压边力的金属板材拉深成形模具，包括凹模支架15、凹模11、压边圈10、顶板2、凸模1以及螺杆6，所述凹模支架15一端连接底座16，另一端连接凹模11，所述压边圈10位于所述凹模11远离所述凹模支架15的一侧上，所述压边圈10远离所述凹模11的一侧上设有压边圈衬板7，所述顶板2位于所述压边圈衬板7远离所述凹模支架15的一侧，所述凸模1从所述顶板、压边圈衬板以及压边圈10远离所述凹模支架15的一侧穿入与所述凹模11匹配相连；
31.所述螺杆6从所述凹模支架15远离所述压边圈衬板7的一侧穿入，穿过所述压边圈衬板7，从所述顶板2远离所述压边圈衬板7的一侧穿出。
32.所述螺杆6上位于所述压边圈衬板7与所述顶板2之间设有弹簧5，并在所述螺杆6远离所述凹模支架15的一端设有螺母3以调节压边圈衬板7与顶板2之间的相对位置，所述弹簧5与所述顶板2之间设有压力传感器4。
33.具体的，本发明利用固定在凹模支架15上的螺杆6配合压边圈衬板7、顶板2、弹簧5以及螺母3的压边结构为金属板材提供压边力，螺母3产生的压力通过顶板2将传递给弹簧
5，弹簧5将压力传递给压边圈衬板7，压边圈衬板7与压边圈10相连，为金属板材提供压边力，本发明只需通过调整螺母3的松紧即可实现调整压边力的大小，无需额外提供动力源作为压边力，结构简单可靠，节约成本，并且通过设置在所述弹簧5与所述顶板2之间设有压力传感器4，可以实时监测压力大小，能够精确控制压边力的大小，所述凸模1远离凹模11的一端连接压力机的压头，作为凸模1进行拉深的动力源。
34.本发明还包括加热系统，所述加热系统包括凹模加热槽13、热电偶9和弹簧杆14，所述凹模加热槽13将所述凹模11包裹在内，并将所述凹模11与所述凹模支架15相连，在所述凹模加热槽13内设有凹模加热线圈12，所述压边圈10内设有压边圈加热线圈8，所述凹模11内设有空腔，所述热电偶9位于所述凹模11的空腔内靠近所述压边圈10的一端，所述弹簧杆14一端与所述底座16相连，另一端与所述热电偶9相连，所述凹模加热线圈12、压边圈加热线圈8以及热电偶9均与pid控制器相连。传统的拉深模具为了实现加热功能，一般在带有热环境箱的万能试验机上进行，时间长、效率低，难以得到金属板材的实时温度，一般通过只能通过控制模具温度，从而大概估计板材的温度。本发明的加热系统将加热线圈设置模具内部可以对金属板材在线加热，加热线圈与金属板材距离更近，加热效率更高，所述凹模设置为中空结构，配合设在所述凹模11的空腔内的热电偶9，所述热电偶9通过弹簧杆14连接在底座16上，热电偶9在弹簧杆14的作用下，能够保证拉深成形过程中热电偶9始终与金属板板材接触，能够对金属板材的温度进行实时反馈，能够实现对金属板料温度的准确控制，满足镁合金等金属板材对变形温度的要求。
35.进一步，所述螺杆3为三根，在所述顶板2上呈均匀分布状态，将螺杆3设置为三根，是为了保证螺母3能够提供稳定的压力，保证压边力的稳定性。
36.一种基于可控压边力的金属板材拉深成形模具的可控压边力的金属板材拉深成形方法，包括如下步骤：
37.a、准备待成形的金属板材；
38.b、将金属板材放置在凹模11和压边圈10之间，旋转螺母3，螺母3产生的压力通过顶板2将传递给弹簧5，弹簧5将压力传递给压边圈衬板7，压边圈衬板7与压边圈10相连，为金属板材提供压边力，使压边圈10将金属板材压在凹模11上，配合压力传感器4的实时反馈，调整压边力至预定值，并将将金属板材加热至预定温度；
39.c、所述凸模1在外加实验设备的作用下压，设置预定的下压速度和下压距离，所述凸模1配合凹模11进行金属板材的拉深成形，直至拉深结束；
40.d、松开所述螺母3，压边圈10松开金属板材，将压边圈10向上位移，取出拉深成形后的金属板材，放入待拉深成形的金属板材，进行下一轮拉深成形，对拉深成形的金属板材的开裂以及关键部位的微观组织进行分析。
41.进一步，本方法还包括加热系统，所述加热系统包括凹模加热槽13、热电偶9以及弹簧杆14，所述凹模加热槽13将所述凹模11包裹在内，并将所述凹模11与所述凹模支架15相连，在所述凹模加热槽13内设有凹模加热线圈12，所述压边圈10内设有压边圈加热线圈8，所述凹模11为中空结构，所述热电偶9位于所述凹模11的空腔内靠近所述压边圈10的一端，所述弹簧杆14一端与所述底座16相连，另一端与所述热电偶9相连，所述凹模加热线圈12、压边圈加热线圈8以及热电偶9均与pid控制器相连，在步骤b中，pid控制器设定加热温度后，通过凹模加热线圈12、压边圈加热线圈8对金属板材进行在线加热，在步骤b和/或c
中，通过热电偶9实时监测金属板材的温度，反馈至pid控制器以调节凹模加热线圈12、压边圈加热线圈8的加热温度。
42.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。