一種改善衝壓拉深件壁厚均勻性的裝置的製作方法
2023-05-12 14:47:50
本實用新型屬於衝壓拉深工藝領域，具體講是一種改善衝壓拉深件壁厚均勻性的裝置。
背景技術：
拉深實質上就是將毛坯凸緣部分的材料逐漸轉移到筒壁的過程，在轉移的過程中凸緣的材料由於受到拉深力的作用，在徑向產生拉應力，而在周向產生壓應力。在拉應力和壓應力的共同作用下，凸緣部分的金屬產生塑性變形，而不斷流入凹模中變成筒形件，由於筒壁材料在拉應力作用下厚度減薄，筒壁材料的厚度呈現出由上而下越來越薄的趨勢，且在筒底圓角部位厚度最薄。隨著拉深深度逐漸增加，最後在筒底圓角部位出現開裂，使得最終成形的拉深深度受到限制。並且由於局部頸縮，導致了整個筒形件壁厚不均勻，筒底圓角部位較薄從而降低了其使用過程中的強度。
為了彌補由於壁厚減薄所帶來的強度降低，需要增加整體壁厚，而這所產生的後果就是零件質量增加，這與當今節能減重的工業生產理念相違背，對於需要通過減輕車身重量而達到減少石油消耗以及溫室氣體排放為目標的汽車行業來說尤為重要，同時，對於航空航天領域來說，零部件的減重一直是科研工作者奮鬥的目標。為此，生產工作者們為提高衝壓拉深件的壁厚均勻性也做了不少研究。
現有的技術中，例如，張渝的專利（CN204135174U）中敘述了一種鋁製筒形件局部增厚制坯的方法，運用預拉延模具和局部增厚鐓擠模，採用較大的拉深間隙，首先通過拉延模具獲得一定深度和形狀的預製坯料，而後應用鐓擠模具將預製坯料在凸模和頂件塊的作用下通過鐓擠實現材料的局部增加，因此獲得變厚度分布的鋁製坯料，即事先在拉深應力大且厚度減薄嚴重的區域所對應的坯料上將該處材料的厚度局部增加，這樣在拉深過程中，該處局部增厚的材料在拉應力作用下變薄後仍然具有足夠的料厚，從而避免開裂。此種制坯方法存在的問題是需要嚴格控制預製坯的深度，若處理不當容易在後續的鐓擠過程中由於壓縮失穩而導致板料的摺疊，並且鐓擠過程中凸模與頂件塊的配合運動有較高的要求，否則就無法得到變厚度制坯。
陳坦和等人的專利（CN103801608A）中敘述了一種小凸緣筒形件不變薄拉深工藝，該專利的特點是首先對拉深的毛坯進行材料的加熱軟化處理，並且對毛坯件進行特定的酸性溶液洗滌以及表面塗擦潤滑油，之後進行多道次的拉深工藝並且每道次的拉深後需要對拉深件進行退火處理。此方法存在前期毛坯件準備工序較為繁瑣等缺陷，對於一些不能進行加熱處理的材料而言，此工藝不宜使用。
陳保國等人的專利（CN105081045A）中敘述了一種均勻化變形的鈑金件充液拉深成形方法，該專利的特點是首先從板料的上方充入液體，使板料發生塑性變形，保壓一段時間，正脹形出一定高度的預成形件，之後卸除上方液體向凹模型腔內通入具有一定壓力的液體，在凸模的作用下使預成形件發生塑性變形，同時排出凹模型腔的液體，從而使鈑金均勻化變形。此方法存在的問題是很難通過液體壓力精確的控制預成形高度並且在凸模下行的過程中需要精確控制凸模下行量與凹模型腔液體的減少量之間的關係，由於預成形件通過脹形工藝得到，因此預成形件已經有一定量的減薄，並且整個成形過程中對模具的密封性有較高要求，生產成本過高。
20世紀80年代在充液拉深基礎上，提出了反脹充液拉深工業，該方法是指在充液室流體介質的初始壓力作用下，板材發生脹形，並通過模具的約束得到預定形狀，之後在一定液室壓力下板料隨凸模運動進行充液拉深成形方向相反，較大的預脹量易導致凹模口附近材料摺疊，導致零件成形失敗，從而限制了零件的變形量和性能,同時，在預成形以及終成形過程中對模具的密封有較高要求，這將增加模具加工的製造成本。
因此，開發一種新的改善衝壓拉深件壁厚均勻性的工藝，能夠彌補現有技術中諸如凸模和頂件塊運動配合精度較高，工序過於繁瑣等缺陷，又能夠解決衝壓拉深件壁厚減薄嚴重的問題，突破傳統拉深工藝中拉深深度的限制，提高拉深筒形件的使用強度具有深遠意義。
技術實現要素：
針對現有技術中存在的問題，本實用新型公開了一種改善衝壓拉深件壁厚均勻性的裝置，具體是在減薄最嚴重的筒底圓角部位所對應的坯料區域作預成形處理，來改善衝壓拉深件壁厚均勻性的一種工藝；本實用新型的方法具有設備簡單，不需要多道次的拉深工序以及繁瑣的退火工序、生產成本低、過程易於調節和控制等優點。
本實用新型是這樣實現的：一種改善衝壓拉深件壁厚均勻性的裝置，包括下模座以及上滑塊；下模座的上端連接有凹模基座；上滑塊下端連接有連接板；所述的凹模基座以及連接板之間的中間位置設置有預成形凸模以及預成形凹模；所述的預成形凸模設置在連接板的下端；所述的預成形凹模設置在凹模基座的型腔中；通過預成形模具（預成形凸模以及預成形凹模）製備含特定形狀，即在對應筒形件圓角位置形成環形凸起，預製坯零件進行筒形件拉深來改善成形筒形件的壁厚均勻性。
進一步，所述的預成形凹模為剛性材質的預成形凹模或者柔性材質的預成形凹模。
進一步，所述的預成形凸模是可拆卸的，並與連接板過渡配合。
進一步，所述的凹模基座的上端連接有預成形壓邊圈。
進一步，所述的預成形壓邊圈通過內六角螺釘與凹模基座連接。
進一步，所述的凹模基座以及連接板之間的兩側位置還連接有導柱。
進一步，所述的所述的導柱的上端與連接板中的導套相連接；所述的導柱的下端固定在凹模基座。
本實用新型所構思的技術方案與現有技術相比，具有以下有益效果：
(1)本實用新型所採用的是傳統的衝壓拉深模具，不需要其他輔助的高精密儀器，減少了設備投資以及生產成本。
(2)不需要預先製備出變厚度的坯料以及製備過程中需要嚴格限制預製坯的深度和鐓擠過程中由於擠壓失穩而導致板料的摺疊等問題。而且不需要較高的配合運動精度。
(3)本實用新型只需要預成形和終成形兩道拉深工序，不需要多道次的拉深工序以及繁瑣的退火工序，避免了由此所產生的加工成本過高等問題，而且，本實用新型也適用一些不能進行加熱處理的材料。
(4)本實用新型預成形所得到的具有儲料效應以及應力分布效應的預成形板料，在終成形時能夠起到補料以及改變減薄嚴重區域應力狀態的作用，能有效改善衝壓拉深件壁厚分布的均勻性。
附圖說明
圖1是本實用新型實施例1中採用剛性材質的預成形模具裝配示意圖。
圖2是本實用新型實施例1中預成形時板料與剛性凹模接觸部位的局部放大示意圖。
圖3是本實用新型實施例1中終成形模具裝配示意圖。
圖4是本實用新型實施例1中終成形凸模與板料初始位置局部放大示意圖。
圖5是本實用新型實施例2中所獲得的實驗結果。
圖6是本實用新型實施例2中採用柔性材質的預成形模具裝配示意圖。
圖7是本實用新型實施例2中預成形時板料與柔性預成形凹模接觸部位的局部放大示意圖。
圖8是本實用新型實施例2中終成形模具裝配示意圖。
圖9是本實用新型實施例2中終成形凸模與板料初始位置局部放大示意圖。
其中，1-下模座，2-凹模基座，3-導柱，4-預成形壓邊圈，5-導套，6-連接板，7-上滑塊，8-預成形凸模，9-坯料，10-預成形凹模。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的，技術方案，實施步驟以及本實用新型的優點更加具體明白，一下結合附圖、實施例以及實驗數據作詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型，附圖中的Ⅰ處表示的是本發明的局部放大處。
本實用新型中改善衝壓拉深件壁厚均勻性的方法，具體步驟如下：
1）計算出與最終筒形件的幾何尺寸匹配的坯料9；
2）採用預成形模具，將預成形凹模10置於凹模基座2中，將坯料9置於預成形凹模10中，通過內六角螺釘將預成形壓邊圈4與凹模基座2連接；
3）啟動液壓機，在預成形凸模8以及預成形凹模10的作用下，使得坯料9形成預凸起；達到預成形高度時，預成形凸模行程結束，製得預成形坯料；
4）採用終成形模具，即更換掉預成形凸模8、預成形凹模10以及預成形壓邊圈4，將預成形坯料的預凸起朝上或預凸起朝下安裝於終成形凹模中；
5）在終成形壓邊圈均勻分布彈簧，通過與凹模基座2螺紋孔相連的螺栓，旋入螺母；
6）重新啟動在液壓機，終成形凸模下行，使預成形板料發生塑性變形，在終成形凸模下行達到設定的高度時，終成形結束，取出壁厚均勻的衝壓拉深件。
實施例1
根據本實用新型的構思，應首先製備出具有一定預凸起形狀的預成形坯料。如圖1~2所示，採用此剛性材質的預成形模具成形出預成形坯料，其具體包括以下步驟：
（1）根據最終筒形件的幾何尺寸，計算出合適大小坯料9，並且在坯料9與模具接觸的表面塗抹潤滑油。並將坯料9放置在剛性材質的預成形凹模10中；將具有一定預凸起的剛性預成形凹模10安裝固定在凹模基座2中的型腔中。
（2）通過內六角螺釘將預成形壓邊圈4與凹模基座2連接，對原始板料起到壓邊作用。 將預成形凸模8設計成可拆卸式，其與連接板6過渡配合，預成形凸模8下行程過程中，通過固定在凹模基座2中的導柱3與連接板6中的導套5起導向作用。
（3）啟動液壓機，上滑塊7帶動連接板6向下運動，預成形凸模8與板料9接觸，使板料9與剛性材質的預成形凹模10接觸發生變形，在預成形凸模的作用下，板料發生塑性變形，預成形出具有一定高度和形狀的預凸起預成形凸模下行到一定距離時，預成形凸模行程結束，卸下板料預成形壓邊圈4，取出預成形坯料9。預成形所製得的預成形坯料具有一定高度和一定形狀的預凸起，其具有儲料效應以及終成形時改變坯料應力分布的效應，如圖3所示，所示的是本實施例中終成形模具裝配示意圖，也即預成形坯料正裝(預凸起朝上)模具示意圖；
（4）在預成形模架的基礎上，取下預成形模具中的壓邊圈以及壓入式連接的可拆卸預成形凸模，更換終成形凸模。在凹模基座2中，放入終成形凹模，將預成形坯料9正裝固定在終成形凹模中，如圖4所示的是終成形凸模與板料初始相對位置局部放大示意圖。
（5）安裝好終成形壓邊圈之後，將八個均勻分布在終成形壓邊圈上的螺栓旋入凹模基座的螺紋孔中，每個螺栓中套進一個矩形彈簧，通過旋入端部的螺母來使彈簧產生一定的壓縮量，從而提供終成形所需的板料壓邊力。
（6）終成形凸模下行過程中，通過固定在凹模基體2中導柱3與連接板6中的導套5起導向作用。
（7）啟動液壓機，上滑板7帶動連接板6向下運動，使預成形板料發生塑性變形，在終成形凸模下行到設定距離時，終成形結束，取出壁厚均勻的衝壓拉深件。
實施例2
如圖6~7所示，採用的柔性材質的預成形模具製備出具有一定預凸起形狀的預成形坯料，其具體包括以下步驟：
（1）根據最終筒形件的幾何尺寸，計算出合適大小坯料9，並且在坯料9與模具接觸的表面塗抹潤滑油。並將坯料9放置在柔性材質的預成形凹模10中。柔性材質的預成形凹模10，例如聚氨酯橡膠、天然橡膠棒、矽膠棒等柔性軟模，將柔性材質的預成形凹模10安裝固定在凹模基座2中的型腔中。
（2）通過內六角螺釘將預成形壓邊圈4與凹模基座2連接，對原始板料起到壓邊作用。將預成形凸模8設計成可拆卸式，其與連接板6過渡配合，預成形凸模8下行程過程中，通過固定在凹模基座2中的導柱3與連接板6中的導套5起導向作用。
（3）啟動液壓機，上滑塊7帶動連接板6向下運動，預成形凸模8與板料9接觸，使板料9與柔性材質的預成形凹模10發生變形，由於橡膠類材料的不可壓縮性，並且其限定在具有不變體積的容器內，在外力作用下，根據最小阻力定律，橡膠類材料將會向上運動，推動板料，在橡膠力的作用下，板料發生塑性變形，預成形出具有一定高度和形狀的預凸起，預成形凸模達到設定高度時，預成形凸模行程結束，卸下板料預成形壓邊圈4取出預成形坯料9。預成形所製得的預成形坯料具有一定高度和一定形狀的預凸起，其具有儲料效應以及終成形時改變坯料應力分布的效應，如圖8所示，是本實施例中終成形模具裝配示意圖，也即預成形坯料反裝(預凸起朝下)模具示意圖；
（4）在預成形模架的基礎上，取下預成形模具中的預成形壓邊圈4以及壓入式連接的可拆卸預成形凸模8，更換終成形凸模。在凹模基座2中，放入終成形凹模，將預成形坯料9反裝固定在終成形凹模中，如圖9所示的是終成形凸模與板料初始相對位置局部放大示意圖。
（5）安裝好終成形壓邊圈之後，將八個均勻分布在終成形壓邊圈上的螺栓旋入凹模基座的螺紋孔中，每個螺栓中套進一個矩形彈簧，通過旋入端部的螺母來使彈簧產生一定的壓縮量，從而提供終成形所需的板料壓邊力。
（6）終成形凸模下行過程中，通過固定在凹模基體2中導柱3與連接板6中的導套5起導向作用。
（7）啟動液壓機，上滑板7帶動連接板6向下運動，使預成形板料發生塑性變形，在終成形凸模下行到設定距離時，終成形結束，取出壁厚均勻的衝壓拉深件。
針對本實施例進行了一系列的實驗驗證，我們分別對原始板料進行了預成形處理，預成形凸模直徑分別為12mm、16mm、20mm，每組情況的預成形板料高度均為2mm，之後進行筒形件終成形，拉深的高度均為11mm，為了便於比較，進行了傳統的筒形件拉深得到拉深試件，得到筒形件壁厚分布如圖5所示，從得到的實驗數據可知，三種預成形所得到的筒形件在凸模圓角處的減薄量較直接拉深所得到的筒形件在凸模圓角處較小，而且，隨著預成形凸模直徑的增加，凸模圓角處的減薄率隨著減少，也就是說壁厚均勻性更好。直接拉深時，凸模圓角處的減薄率為29%；預成形直徑為12mm時，凸模圓角處的減薄率為26%；預成形直徑為16mm時，凸模圓角處的減薄率為22%；預成形直徑為20mm時，凸模圓角處的減薄率為12%,若以直接拉深時減薄最嚴重的凸模圓角處的強度作為極限安全載荷的話，採用預成形獲得的筒形件在滿足強度要求時厚度可減少17%，對於面積一定時的汽車覆蓋件，質量將會減少17%，這對於以減輕重量為現階段目標的汽車行業來說是非常可觀的。如上所述，實驗結果證實本實用新型能夠明顯改善衝壓拉深件壁厚均勻性。
本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本實用新型的較佳實施列而已，並不用於限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進，均應包括在本實用新型的保護範圍內。