板料壓彎成型模具及方法
2024-02-21 16:06:15
專利名稱：板料壓彎成型模具及方法
技術領域：
本發明關於機械加工技術領域，尤其涉及一種板料壓彎成型模具及方法。
背景技術：
目前，機械加工成型技術已經日臻成熟，各種各樣的機械零部件都可通過模具成 型技術製造出。例如，汽車梁部件通常採用模具來成型，常見的汽車梁部件如"U"型梁。"U" 型梁的的成型工藝方案為落料衝孔、壓彎成型，板料壓彎時需要採用模具模壓成型。
有些梁類部件的成型時採用拉延的方式，其可以在一定程度上控制梁類部件的成 型，但缺點是比較浪費材料，材料利用率不高，對於生產批量比較大的零件來說，成本提高 較多，並且後序的切邊工序一般也是很複雜。但如果採用先落料再壓形的方法，可以適當解 決切邊複雜的問題，並且材料利用率相對來說可以提高很多，但缺點是壓型過程中頂面容 易起皺，並且對於材料比較厚的板料或者剛強度鋼板，兩個側壁在壓形完畢後容易有壓痕。
傳統的壓彎模具及其壓彎成型過程如圖1-3所示，先參閱圖l，傳統的壓彎模具包 括凹模20、凸模24以及位於凹模20和凸模24之間的壓料器26，凹模20包括包角部分21 以及由包角部分21底端順延的側壁部分22，包角部分21限定一個貫穿凹模20的凹模口 23。側壁部分22具有一定坡度，使得凹模20呈現向包角部分21漸縮的錐形形狀，側壁部 分22相對凹模20中心軸偏移角度通常為5-10度。凸模24具有與成型件27外形相同的 成型面240。如圖2所示，在凹模20剛壓上凸模24時，由於側壁部分22與凸模24之間間 隔較大，且成型件27的側壁部分22傾斜並且深度較深，在壓型過程中，凹模20接觸兩側壁 部分22時，中間材料25處於失穩狀態(如圖2所示)，失穩區的材料流動不受控制，局部多 料翻邊，局部少料翻邊，造成了局部範圍內的起皺，如圖3所示。而且，兩個成型件27的側 壁在壓型完畢後容易有壓痕，最終導致產品良率較低。
發明內容
有鑑於此，有必要提供一種能夠降低板料壓彎時起皺，提高板料成型良率的板料 壓彎成型模具。 以及，一種能夠降低板料壓彎時起皺，提高板料成型良率的板料壓彎成型方法。
—種板料壓彎成型模具，其包括凹模、凸模以及位於凹模與凸模之間的壓料器，所 述凸模的成型面形狀是待壓彎成型件的形狀，所述凹模包括第一子凹模、第二子凹模以及 第三子凹模，所述第一子凹模的成型面具有凹模口 ，所述第一子凹模包括第一包角部以及 從所述第一包角部過渡到第一子凹模底面的過渡段，所述第一包角部限定所述凹模口且與 成型件的凸角緣形狀相對應，所述第二子凹模具有與成型件的側面相對應的內側壁，所述 第三子凹模包括與成型件的凸角緣形狀相對應的第二包角部以及由所述第二包角部依成 型件的側面形狀順延的內側壁。 以及， 一種板料壓彎成型方法，其採用上述的板料壓彎成型模具，該方法包括以下 步驟
3
第一次模壓，用第一子凹模的第一包角部、壓料器及凸模模壓板料，壓出板料的頂 面和凸角緣； 第二次模壓，用第二子凹模的內側壁、壓料器及凸模模壓具有凸角緣的板料，壓出 板料的側壁；及 第三次模壓，用第三子凹模、壓料器及凸模模壓形成有凸角緣和側壁的板料，壓出 板料的整體形狀，獲得成型件。 與現有技術相比，所述板料壓彎成型模具和成型方法採用三個子凹模，分別對板 料進行三次模壓成型，先用第一子凹模的第一包角部成型出板料的凸角緣，再用第二子凹 模的內側壁壓出板料的側面，然後用第三子凹模整體成型，通過這樣三個子凹模設置以及 三個子凹模的分步成型方法，保證了凹模與凸模之間失穩區儘量的小，可以很好的控制材 料的起皺。並且由於凸模和每個子凹模形狀不是整體上一致的，壓彎成型時，板料較為穩 定，不會產生擠壓流動，能夠有效避免板料局部多料翻邊或少料翻邊，由此提高成型良率。
圖1是傳統的板料壓彎成型模具截面結構示意圖。 圖2是圖1中的成型模具的凹模和凸模接觸模壓時的截面結構示意圖。 圖3是圖1中的成型模具壓彎到底時的截面結構示意圖。 圖4是本發明實施例提供的板料壓彎成型模具截面結構示意圖，顯示有第一子凹 模和相應的第一壓料器。 圖5是本發明實施例應用的成型件結構示意圖。 圖6是類似於圖4，不同的是顯示成型模具中的第二子凹模和相應的第二壓料器。 圖7類似於圖4，不同的是顯示成型模具中的第三子凹模和相應的第三壓料器。 圖8是本發明實施例提供的板料壓彎成型方法流程圖。 圖9是圖4的成型模具中的第一子凹模和凸模接觸模壓時的截面結構示意圖。 圖10是圖4的成型模具中的第一子凹模壓彎到底時的截面結構示意圖。 圖11是圖6的成型模具中的第二子凹模和凸模接觸模壓時的截面結構示意圖。 圖12是圖6的成型模具中的第二子凹模壓彎到底時的截面結構示意圖。 圖13是圖12的成型模具中的第三子凹模壓彎到底時的截面結構示意圖。
具體實施例方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並 不用於限定本發明。 請參閱圖4和圖5，為本發明實施例的壓彎成型模具，用於將板料101模壓成型，成 為最後的成型件102 (如圖5所示)。該模具包括凹模、凸模14以及位於凹模與凸模14之 間的壓料器，凸模14的凸模面或成型面形狀是成型件102的形狀，凹模包括第一子凹模11、 第二子凹模12(圖9)以及第三子凹模13(圖12)。所述三個子凹模11、12和13分別與壓 料器及凸模14配合以對板料101進行三次模壓。在圖4中僅示出第一子凹模11與壓料器 16及凸模14配合的情形。相應地，壓料器包括分別與所述第一子凹模11、第二子凹模12
4及第三子凹模13配合成型的第一壓料器161、第二壓料器162及第三壓料器163，凸模14 的成型面，即其凸模面形狀對應於成型件102的外形。該成型件102包括頂部102a、側壁 102b以及連接在頂部102a和側壁102b之間的凸角緣102c，其中頂部102a具有頂面，該頂 面具有突起、隆起或拱形部分。本實施例中該成型件102是由板料壓彎成型的梁類零件。
如圖4所示，第一子凹模11具有成型面lll，成型面lll具有凹模口 IIO，第一子 凹模11包括第一包角部112以及從所述第一包角部112過渡到第一子凹模11底面115的 過渡段116，第一包角部112限定該凹模口 110且與成型件102的凸角緣形狀相對應。第一 包角部112限定凹模口 110且與成型件102的凸角緣形狀相對應。由此凹模口 110收容板 料101的最頂端部分，第一子凹模11對板料101的模壓作用位置主要在於第一包角部112， 其相對於凸模14的凸角緣對板料101進行作用，產生下壓力。此時的壓料器為第一壓料器 161，其在成型時可蓋住凹模口 110，且位於第一子凹模11中。第一壓料器16的壓料面積為 所述成型件102頂面的面積，即，第一壓料器161包括形狀對應為成型件102的頂面形狀的 壓料端部，其中第三壓料器163也具有第一壓料器161相類似的結構。
過渡段116為第一包角部112向下延伸的部分，此延伸高度約為5毫米至8毫米。 優選地，過渡段116也具有一定的坡度，該坡度較成型件102的側壁坡度稍微平緩，也即，過 渡段116的坡度小於或等於凸模14成型側面的坡度，以使過渡段116在成型時對板料101 幾乎不產生作用力或作用力較小。另外，過渡段116的高度可以根據成型件102的側壁傾斜 度而變化，通常成型件102的側壁傾斜角度通常為5-10度，也就是成型件102的頂部102a 與側壁102b的夾角在95-100度之間，而且側壁傾斜角度越大，過渡段116的高度越小。
請參閱圖6，第二子凹模12包括與成型件102的側面相對應的內側壁122，內側壁 122之間限定凹模空間120，該凹模空間120允許模壓時板料101貫穿其中，內側壁122的 坡度等同於或者大於成型件102的側面的坡度，使得在模壓時第二子凹模12能順著成型件 102的側面向下壓到底，甚至下壓時板料IOI的頂面能凸出於內側壁122，如圖ll所示。因 而，在模壓時，第二子凹模12通過內側壁122對板料101進行作用。此時的壓料器採用第 二壓料器162，其形狀可以是與第二子凹模12內側壁122互補，兩者整個構成成型件102的 外形。如圖6所示，第二壓料器162的成型端部為帽形，其壓料面積為成型件102頂面與凸 緣角的面積之和，即包括與成型件102的頂面相對應壓料端部及與成型件102的凸角緣相 對應的壓料包角部。如圖所示，第二壓料器162成型端面還是非平面，例如具有突起。凸模 14的形狀不變。 請參閱圖7，第三子凹模13包括與成型件102的凸角緣形狀相對應的第二包角部 132以及由第二包角部132依成型件102的側面形狀順延的內側壁134。第三壓料器163 的壓料面積為所述成型件102頂面的面積，即，第三壓料器163包括形狀對應為成型件102 的頂面形狀的壓料端部。在本實施例中，成型件102的頂面形狀具有非平面形狀，例如，可 以是整個為曲面或局部曲面，或者如圖5或13所示，成型件102頂面具有前述的突起、隆起 或拱形部分，第一壓料器161和第三壓料器163的形狀也是具有突起、隆起或拱形部分的形 狀。凸模14的形狀不變。第三子凹模13、第三壓料器163及凸模14相配合將板料101模 壓出最終的成型件102的形狀。可以理解的是，第一子凹模11的第一包角部112的形狀是 第三子凹模13的第二包角部132的局部形狀或整體相同的形狀。 請參閱圖8，為採用上述板料壓彎成型模具10對板料101進行壓彎成型的步驟流程圖。該板料101的壓彎成型方法包括以下步驟 (1)第一次模壓，用第一子凹模11的第一包角部112、壓料器16及凸模14模壓板 料101，壓出板料101的頂面和凸角緣； (2)第二次模壓，用第二子凹模12的內側壁122、壓料器16及凸模14模壓具有凸 角緣的板料101，壓出板料101的側壁； (3)第三次模壓，用第三子凹模13、壓料器16及凸模14模壓形成有凸角緣和側壁 的板料101，壓出板料101的整體形狀，獲得成型件102。 在第一次模壓過程中，如圖9所示，第一子凹模11主要是利用其包角部112對板 料101的凸角緣進行作用，產生下壓力，而壓料器16則頂住板料101的頂面不至於脫出凹 模口 110。此時的壓料器16為第一壓料器161，其端部位於包角部112下。模壓時，如圖IO 所示，板料101的最頂部抵住凹模口 110。第一子凹模11和第一壓料器161下壓，配合凸模 14壓出板料101的凸角緣。由於主要作用部分在於包角部112對板料101的凸角緣，第一 子凹模11的過渡段116可以是向外張開的，使得過渡段116與凸模14基本不相抵，並且過 渡段116的深度僅僅5毫米-8毫米左右，使得第一子凹模11與凸模14之間間隙較小，板 料101處於相對較為自由狀態，使得板料101的側壁上不會產生壓痕。
在第二次模壓過程中，如圖11所示，第二子凹模12主要是利用其內側壁122對板 料101的側面進行作用，而壓料器16則作用於板料101的頂面和凸角緣。此時的壓料器16 為第二壓料器162，在模壓時，第二子凹模12能順著成型件102的側面向下壓到底，甚至下 壓時板料101的頂面能凸出於內側壁122，如圖12所示，但是板料101的頂面和凸角緣受壓 於第二壓料器162。因而，在第二次模壓時，主要形成板料IOI的側壁，保證在第一次模壓出 來頂面和凸角緣形狀壓實，並且成型時材料均勻進入內側壁122之間的模口。
在第三次模壓過程中，如圖13所示，其可以是與普通成型方法是一致的，凸模14 和第三子凹模13的模口均為零件形狀，將零件的凸緣面壓出並且到底墩實，如圖所示，形 成具有整體結構的成型件102。這樣的方法壓出來的零件如圖13所示，基本沒有起皺。並 且兩側壁由於在第一次模壓過程中，凸模14和第一子凹模11並沒有實質接觸，所以板料 101上沒有壓痕產生，即使是較厚板料零件或高強板零件也同樣適用。 在上述實施例中，成型模具和成型方法採用三個子凹模11、12和13，分別利用它 們進行三次模壓，先用第一子凹模ll的第一包角部112成型出板料101的凸角緣，再用第 二子凹模12的內側壁122壓出板料101的側面，然後用第三子凹模整體成型，通過這樣三 個子凹模設置以及三個子凹模的分步成型方法，分次對板料各部分進行模壓成型，可有效 地控制成型過程中板料101的起皺。並且由於凸模14和每個子凹模形狀不是整體上一致 的，壓彎成型時，板料101較為穩定，不會產生擠壓流動，能夠有效避免板料101局部多料翻 邊或少料翻邊，由此提高成型良率。 以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種板料壓彎成型模具，其包括凹模、凸模以及位於凹模與凸模之間的壓料器，所述凸模的成型面形狀是壓彎成型件的形狀，其特徵在於，所述凹模包括第一子凹模、第二子凹模以及第三子凹模，所述三個子凹模分別與壓料器及凸模配合以對板料進行三次模壓，所述第一子凹模具有凹模口，所述第一子凹模包括第一包角部以及從所述第一包角部過渡到第一子凹模底面的過渡段，所述第一包角部限定所述凹模口且與成型件的凸角緣形狀相對應，所述第二子凹模具有與成型件的側面相對應的內側壁，所述第三子凹模包括與成型件的凸角緣形狀相對應的第二包角部以及由所述第二包角部依成型件的側面形狀順延的內側壁。
2. 如權利要求1所述的板料壓彎成型模具，其特徵在於，所述過渡段的高度在5毫米至 8毫米。
3. 如權利要求1所述的板料壓彎成型模具，其特徵在於，所述過渡段的坡度小於或等 於凸模的成型側面的坡度。
4. 如權利要求1所述的板料壓彎成型模具，其特徵在於，所述壓料器包括分別與所述 第一子凹模、第二子凹模及第三子凹模配合成型的第一壓料器、第二壓料器及第三壓料器， 所述第一和第三壓料器的壓料面積均為所述成型件頂面的面積，所述第二壓料器的壓料面 積為所述成型件頂面與凸角緣面積之和。
5. 如權利要求4所述的板料壓彎成型模具，其特徵在於，所述第一和第三壓料器均包 括與成型件的頂面相對應的壓料端部，所述第二壓料器包括與成型件的頂面相對應的壓料 端部和與成型件的凸角緣相對應的壓料包角部。
6. 如權利要求1所述的板料壓彎成型模具，其特徵在於，所述第一子凹模的第一包角 部形狀是所述第三子凹模的第二包角部的局部形狀或整體形狀。
7. 如權利要求1所述的板料壓彎成型模具，其特徵在於，所述凸模的頂面具有非平面 形狀，用於成型頂部具有非平面形狀的成型件。
8. —種板料壓彎成型方法，其採用如權利要求1至6任一項所述的板料壓彎成型模具， 該方法包括以下步驟第一次模壓，用第一子凹模的第一包角部、壓料器及凸模模壓板料，壓出板料的頂面和 凸角緣；第二次模壓，用第二子凹模的內側壁、壓料器及凸模模壓具有凸角緣的板料，壓出板料 的側壁；第三次模壓，用第三子凹模、壓料器及凸模模壓形成有凸角緣和側壁的板料，壓出板料 的整體形狀，獲得成型件。
9. 如權利要求8所述的板料壓彎成型方法，其特徵在於，在第一次模壓過程中，所述板 料處於自由狀態。
10. 如權利要求8所述的板料壓彎成型方法，其特徵在於，第一次模壓時，所述第一子 凹模作用於凸模的凸角緣部位模壓板料，第二次模壓時，所述第二子凹模作用於凸模的側 面模壓板料，第三次模壓時，所述第三子凹模作用於凸模的凸角緣部位及側面模壓板料。
全文摘要
本發明涉及一種板料壓彎成型模具以及成型方法，該成型模具包括凹模、凸模以及位於凹模與凸模之間的壓料器，凸模的成型面形狀是壓彎成型件的形狀，凹模包括第一子凹模、第二子凹模以及第三子凹模，三個子凹模分別與壓料器及凸模配合以對板料進行三次模壓，第一子凹模具有凹模口，第一子凹模包括第一包角部以及從第一包角部過渡到第一子凹模底面的過渡段，第一包角部限定凹模口且與成型件的凸角緣形狀相對應，第二子凹模具有與成型件的側面相對應的內側壁，第三子凹模包括與成型件的凸角緣形狀相對應的第二包角部以及由第二包角部依成型件的側面形狀順延的內側壁。該板料壓彎成型模具以及成型方法能夠降低板料壓彎時起皺，提高板料成型良率。
文檔編號B21D11/00GK101745581SQ20081021791
公開日2010年6月23日 申請日期2008年11月29日 優先權日2008年11月29日
發明者虎春剛 申請人:比亞迪股份有限公司