變壓邊力和變衝壓速度的單動薄板液壓試驗機的製作方法
2023-10-07 04:30:54 1
專利名稱：變壓邊力和變衝壓速度的單動薄板液壓試驗機的製作方法
技術領域：
本發明涉及機械成形加工領域，特指一種複雜拉深件成形的變壓邊力和變衝壓速度的單動薄板液壓試驗機，主要用於應用鋼板、鋁板等薄板材料來衝壓成形複雜拉深件的場合，也可用於車身覆蓋件的小比例模擬件進行成形試驗的場合。採用本裝置可以很好實現複雜拉深件成形過程中的壓邊力變化和上滑塊衝壓速度變化，從而控制板料流動的方向和大小、薄板應變速率，最終得到符合成形質量要求(破裂、起皺、回彈、剛性不足等缺陷控制在誤差範圍內)的複雜拉深件。
在複雜拉深件成形過程中，通常需要壓邊裝置產生足夠的摩擦抗力，以增加板料中的拉應力、控制材料的流動、避免起皺。一般來說，壓邊力過小，無法有效地控制材料的流動，板料很容易起皺；而壓邊力過大，雖然可以避免起皺，但板料拉破的趨勢會明顯增加，同時因為模具和板料的表面受損可能性增大而影響模具壽命和板料拉深成形質量。對於複雜拉深件成形來說，壓邊力過大或過小都不好，而且壓邊力不是恆定的，有一定的規律。一般講，壓邊力控制曲線的加載模式主要有四種，為壓邊力數值恆定模式、增加模式、減小模式和混合模式。
衝壓速度對塑性變形的影響比較複雜。當衝壓速度不大時，隨著速度的提高塑性是降低的；而在衝壓速度較大時，塑性隨衝壓速度的提高反而改善。衝壓速度與成形件的變形路徑和應變分布情況有關，影響到成形件的應變速率大小，是保證複雜拉深件成形質量的重要因素。一般的機械壓機或液壓機，其滑塊運動速度都由工具機機械結構或液壓機構確定，在一次成形過程中無法根據成形工藝需要改變衝壓速度。
隨著薄板衝壓設備的更新以及計算機控制技術的進一步推廣和應用，拉深成形變壓邊力和變衝壓速度控制技術在複雜拉深件零件或車身覆蓋件成形領域中的應用成為可能。
傳統上有兩種壓邊裝置(a).彈性壓邊裝置；(b).液壓或氣壓裝置。彈性壓邊裝置最常見的是橡膠、彈簧，壓邊力隨著橡膠和彈簧壓縮量的增加而增大，與成形工藝要求相反，而且壓縮量有限。液壓和氣壓裝置的壓邊力可調，但在一次成形過程中難以根據成形工藝要求進行變化，如果不採取特殊措施，凸緣部分單位壓邊力的數值將隨著衝頭行程的增加而增大。
Hardt等人設計的可調控壓邊力控制設備(D.E Hardt，et.al.，Real-time controlof binder force during stamping，proceedings of the 16th Biennial Congress of theIDDRG[J].International Deep Drawing research group，199017-27)，用來得到恆定的單位壓邊力，單位壓邊力自始至終被保持在不起皺的最小值上以防破裂。該設備的主要缺點用冷軋鋼板成形杯形件，零件比較簡單，而且壓邊力不能根據拉深成形中的實際需要進行變化、控制和調節。
E.Doege等人研製的設備(E.Doege，T.EI-Dsoki，Deep-Drawingcracks-stretching crackstwo different types of cracks in deep-drawing processes[J].Materials Processing Technology，32(1992)161-168)的優點是能夠考慮坯料尺寸、衝頭尺寸和壓邊力對拉深失效的影響，把單位壓邊力控制在一個使製成品剛好不起皺的恆定數值上，得到了更大的極限拉深比；不足是仍然局限在定常壓邊力加載模式的研究上。
日本尼桑汽車公司和美國俄亥俄大學合作，用相似模擬的方法進行了汽車擋泥板拉深成形中壓邊力控制的研究(Yuji Hishida，Robert H.Wagoner，Experimental Analysis of Blank Holding Force Control in Sheet Forming[c]，SAEPaper，930285)。他們用一臺1000KN的雙動液壓機和兩套按比例縮小的汽車擋泥板(帶輪罩和不帶輪罩)模具及計算機、數據採集器等組成一個物理模擬系統。該系統的不足之一是壓機滑塊公稱力僅為1000KN，與實際汽車擋泥板衝壓成形所需的滑塊公稱力大小相差較大；不足之二是採用雙動液壓機，這與目前國際上流行使用單動壓機不符；不足之三是壓邊力控制曲線僅為2段水平直線，狀態較少。
本發明的目的採用以下技術方案來實現其特徵為以上滑塊位移為自變量，根據預設工作曲線，由壓力傳感器和速度傳感器實時採樣壓力數據和速度數據供PLC控制器進行閉環控制，在150KN～1250KN範圍內連續改變壓邊力和在4～20mm/s範圍內調節衝壓速度；且在液壓試驗機一次衝壓成形中，變壓邊力和變衝壓速度這二種方法可同時採用，也可只採用其中一種方法。
由頂出油缸產生大小隨頂出油缸壓力變化的總壓邊力，作用到液壓墊上，再經液壓機專用組合式頂出杆採取不同組合方式分擔傳遞到壓邊圈上，形成二步可調的壓邊力。
同時通過調整頂出杆數量、位置和長度，針對某一總壓邊力可實現分壓邊力為時間和位置的函數。
上述液壓機專用組合式頂出杆由力傳感器、頂出杆上部、調整環、頂出杆下部四部分組成。
其工作過程為1)通過輸入輸出設備將預設總壓邊力控制曲線輸入PLC控制器，PLC控制器按此曲線計算出針對某上滑塊位置的預設理論總壓邊力；頂出油缸所裝壓力傳感器測量油缸實際壓力並換算成壓邊力，然後將實際總壓邊力數據傳送到PLC控制器，由PLC控制器對實際總壓邊力和預設理論總壓邊力曲線進行閉環調整。
2)液壓墊上安裝多個(共12個)液壓機專用組合式頂出杆，多個專用頂出杆頂出力之和為實際總壓邊力(即液壓墊力)；使用時總壓邊力由多個專用組合式頂出杆分擔，通過改變總壓邊力、頂出杆數量、位置和長度，來實現壓邊力為時間和位置的函數，滿足成形過程中對壓邊力變化的需要。
3)通過輸入輸出設備將預設衝壓速度控制曲線輸入PLC控制器，PLC控制器按此曲線計算出針對某上滑塊位置的預設衝壓速度；速度傳感器測得實際上滑塊速度，將此數值傳送至PLC控制系統，與預設理論衝壓速度進行對比，實現衝壓速度的閉環控制。
本發明與現有技術相比具有以下優點本發明在常規單動薄板液壓機上，應用壓邊力和衝壓速度閉環控制系統，以上滑塊位移為自變量，由計算機、傳感器和液壓系統來實現壓邊力和衝壓速度的變化。其中液壓墊總壓邊力可以根據上滑塊位移、按照預設壓邊力曲線進行閉環控制；液壓墊總壓邊力按比例分配給多個(具體數量可根據需要調整)液壓機專用組合式頂出杆，通過調整頂出杆的長度來改變其頂出力。同時上滑塊衝壓速度可以根據其位置、按照PLC控制器中預設的工作曲線進行變化，以滿足複雜拉深件衝壓成形時的工藝需要。
本發明的優勢在於不改變常規單動薄板液壓機的結構，既能夠改變液壓墊的總壓邊力，又能實現多點控制壓邊力，使每個分壓邊力成為時間(或壓機行程)和位置的函數，來提高非對稱零件的拉深性能；液壓墊專用組合式頂出杆有多個，可以根據需要放置在不同的工作檯頂出孔中，頂出杆的數量以及每個頂出杆的位置可以調整；壓邊力和衝壓速度控制曲線可多至20段水平直線。
如
圖1所示，模具安裝在單動薄板液壓試驗機上，由凹模1、凸模3、壓邊圈4、導向板5、下模墊板6等零部件組成。其中凹模1安裝在液壓機上滑塊13上，由主油缸12決定其運動；凸模3、壓邊圈4、導向板5、下模墊板6安裝在液壓機工作檯7上；頂出油缸11推動液壓墊9、液壓墊9推動專用組合式頂出杆8、頂出杆8推動壓邊圈4產生壓邊力。
上滑塊上安裝位移傳感器14和速度傳感器15，液壓機專用組合式頂出杆上安裝力傳感器18，頂出油缸上安裝壓力傳感器19。傳感器測量數據傳送至PLC控制器16處理，數據的輸入輸出通過輸入輸出設備17進行。
如圖2所示，液壓機專用組合式頂出杆8由力傳感器18、頂出杆上部20、調整環21、頂出杆下部22四部分組成。
其工作過程為1)變壓邊力(1).模具處於打開狀態，板料2放在壓邊圈4上。
(2).頂出油缸11產生的力分二步傳遞到壓邊圈4上壓邊圈所具有的總壓邊力由頂出油缸11產生，作用在液壓墊9上，大小隨頂出油缸壓力變化；液壓墊9所具有的總壓邊力經多個(共12個)液壓機專用組合式頂出杆8(頂出杆數量、位置和長度可根據成形實際需要變化、調整)傳至壓邊圈4。
(3).滑塊13下行時凹模1壓料面首先接觸壓邊圈4上的板料，此時壓邊圈4所具有的總壓邊力由頂出油缸11產生，液壓墊9採用獨立驅動；衝壓成形過程中位移傳感器14將上滑塊位置參數傳送給PLC控制器16，PLC控制器按照預設總壓邊力控制曲線(以上滑塊位移為自變量，壓邊力為應變量)計算出此時預設理論總壓邊力，頂出油缸11所裝壓力傳感器19測量油缸實際壓力並換算成壓邊力，然後將實際壓邊力數據傳送到PLC控制器，由PLC控制器對實際總壓邊力和預設總壓邊力進行閉環調整；壓邊力系統為比例壓力控制系統，壓力在3～25MPa範圍內可連續調節；可數顯、數控，液壓墊上限位保持時間可預置，行程可調。
(4).液壓墊9上安裝多個(共12個)液壓機專用組合式頂出杆8，使用時多個專用頂出杆頂出力之和為總壓邊力(即液壓墊力)，總壓邊力由多個專用組合式頂出杆分擔；力傳感器18安裝在專用組合式頂出杆上端，傳感器與PLC控制器16連接，顯示屏顯示其頂出力數值，根據數值大小，通過改變調整環21長度來改變頂出力分布情況；通過改變總壓邊力、頂出杆數量、位置和長度，來實現分壓邊力為時間和位置的函數，滿足成形過程中對壓邊力變化的需要。
2)變衝壓速度上滑塊13帶動凹模1下行。上滑塊下行時，根據滑塊不同位置，滑塊衝壓速度可在4～20mm/s範圍內進行調節。在下行過程中，位移傳感器14測量上滑塊位置，並將數據傳送給PLC控制器16；PLC根據預設上滑塊衝壓速度曲線(以上滑塊位移為自變量，工具機比例泵輸出量為應變量)，計算比例泵輸出量，由此決定上滑塊衝壓速度；速度傳感器15測量上滑塊實際速度，將此數據傳送給PLC控制器，與預設衝壓速度數值進行對比，進行閉環控制。
本實施例子僅用於說明本發明，而不進行限制。
權利要求
1變壓邊力和變衝壓速度的單動薄板液壓試驗機，其特徵為以上滑塊位移為自變量，根據預設工作曲線，由壓力傳感器和速度傳感器實時採樣壓力數據和速度數據供PLC控制器進行閉環控制，在150KN～1250KN範圍內連續改變壓邊力和在4～20mm/s範圍內調節衝壓速度；且在液壓試驗機一次衝壓成形中，變壓邊力和變衝壓速度這二種方法可同時採用，也可只採用其中一種方法。
2根據權利要求1所述的變壓邊力和變衝壓速度的單動薄板液壓試驗機，其特徵在於由頂出油缸產生大小隨頂出油缸壓力變化的總壓邊力，作用到液壓墊上，再經液壓機專用組合式頂出杆採取不同組合方式分擔傳遞到壓邊圈上，形成二步可調的壓邊力。
3根據權和要求2所述的變壓邊力和變衝壓速度的單動薄板液壓試驗機，其特徵在於通過調整頂出杆數量、位置和長度，針對某一總壓邊力可實現分壓邊力為時間和位置的函數。
4根據權利要求2所述的變壓邊力和變衝壓速度的單動薄板液壓試驗機，其特徵為液壓機專用組合式頂出杆由力傳感器、頂出杆上部、調整環、頂出杆下部四部分組成。
全文摘要
本發明為變壓邊力和變衝壓速度的單動薄板液壓試驗機，主要用於應用鋼板、鋁板等薄板材料來衝壓成形複雜拉深件的場合，也可用於車身覆蓋件的小比例模擬件進行成形試驗的場合。該試驗機以上滑塊位移為自變量，根據預設工作曲線，由壓力傳感器和速度傳感器實時採樣壓力數據和速度數據供PLC控制器進行閉環控制，實現在150KN～1250KN範圍內連續改變壓邊力和在4～20mm/s範圍內調節衝壓速度；採用本裝置可以很好實現複雜拉深件成形過程中的壓邊力變化和上滑塊衝壓速度變化，從而控制板料流動的方向和大小、薄板應變速率，最終得到符合成形質量要求(破裂、起皺、回彈、剛性不足等缺陷控制在誤差範圍內)的複雜拉深件。
文檔編號G01N3/12GK1434282SQ0311293
公開日2003年8月6日 申請日期2003年3月7日 優先權日2003年3月7日
發明者陳煒, 楊繼昌, 仲志剛, 姜銀方 申請人:江蘇大學