專利名稱：用于板料成形的拉深筋力能參數的測量裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及一種測量拉深筋力能參數的裝置及其方法，屬于板料沖壓成形工藝及模具設計領域。
背景技術：
對于汽車覆蓋件等復雜及難成形零件，在其成形過程中板料各變形區間的成形條件存在很大的差異，各部分的成形需要不同的邊界條件。因而對于復雜零件的成形在設計工藝及模具時，必須設置一定的控制手段，以便能對毛坯各部分的成形條件加以控制和調整，設置拉深筋便是一種既簡單易行又應用廣泛的控制手段。拉深筋能夠增加變形阻力，改善板料各處的變形狀態，使變形趨于均勻，提高成形件的質量。實際上，調整拉深筋的結構參數是大型覆蓋件調模過程的主要工作之一。因此掌握拉深筋的結構及力能特性對拉深筋的設計和調整具有直接的指導意義。
拉深筋的結構參數包括拉深筋的形狀、高度、筋圓角半徑、凹槽圓角半徑及凹槽間隙。拉深筋的關鍵力能參數包括拉深筋阻力、壓筋力和上浮力。結構參數對拉深筋的力能參數起著決定性的作用，是調整和控制拉深筋阻力的主要手段。因此，深入研究拉深筋結構參數對拉深筋力能特性的影響，掌握不同結構參數下拉深筋的力能特點，對拉深筋的設計和調整具有重要意義。
目前國內對拉深筋雖然已進行了一定的研究，但限于分析和實驗手段的不足，對拉深筋的結構力學特性研究不夠深入，影響因素考慮不充分，使人們對板料通過拉深筋這一過程的認識較為籠統，從而限制了拉深筋的設計與應用水平。
發明內容
本發明的目的在于提供一種拉深筋力能參數的測量裝置及其方法，利用該裝置可以測量得到拉深筋阻力、壓筋力和上浮力等力能參數。同時可以在該裝置上進行不同結構參數對拉深筋力能參數的影響性研究。
為了達到上述目的，這種用于板料成形的拉深筋力能參數測量裝置，包括拉深筋模具、用于測量壓筋力的上位傳感器、用于測量板料經過拉深筋后對拉深凸模產生的上浮力的下位傳感器以及用于測量拉深筋阻力的側拉力傳感器，所述拉深筋模具包括凸模組件、凹模組件和模座，而且該凸模組件、凹模組件都采用鑲塊式結構以調整拉深筋的結構參數。
凸模組件包括壓邊塊和凸筋鑲塊。
凸筋鑲塊設有半圓形凸筋或者方形凸筋，而且根據凸筋的筋高和圓角半徑的不同設有一系列的鑲快。
凹模組件包括拉深筋凹槽鑲塊、凹槽邊座、組合墊片和凹模底座。
凸模組件和凹模組件呈單筋或者雙筋的結構型式。
利用本發明所提供的測量裝置可以測得拉深筋阻力、壓筋力和上浮力等力能參數，可以對半圓形筋、方筋和雙圓筋的力能參數進行測量，通過更改筋高、筋圓角半徑、凹槽圓角半徑和凹槽間隙等結構參數可以研究拉深筋的壓筋力、上浮力及拉深筋阻力的變化規律。
本發明還提供了一種利用上述用于板料成形的拉深筋力能參數測量裝置測量拉深筋力能參數的方法，該方法包括壓筋步驟和拉深步驟，其中壓筋步驟壓料板帶動凸筋向凹槽內運動至限定位置后停止運動，該過程通過上位傳感器測得壓筋力曲線。在拉深步驟，對板料一端施加側向拉力，帶動整個板料運動，經過一定量的位移后停止運動，板料變形過程結束。此過程中通過側拉力傳感器測得拉深筋阻力，通過上位傳感器和下位傳感器測得板料運動過程中對壓料板產生的上浮力。
圖1是本發明設置在試驗機上的結構示意圖；圖2是拉深筋模具壓筋過程示意圖；圖3是拉深筋模具拉深過程示意圖；圖4是半圓形拉深筋結構示意圖；圖5是方筋結構示意圖；圖6是雙圓筋結構示意圖。
在上述附圖中，1.拉深筋模具，2.試驗機橫梁，3.上位傳感器，4、5.下位傳感器，6.板料，7.側拉力傳感器，8.側拉液壓缸，9.試驗機工作臺，10.上模座，11.壓料板，12.凸筋鑲塊，13.凹槽鑲塊，14.凹槽邊座，15.組合墊片，16.凹模底座，17.導套，18.導柱，19.下模座，20.凹槽中鑲塊。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明。
本發明提供的拉深筋力能參數測量裝置由拉深筋模具1、上位傳感器3、下位傳感器4、5和側拉力傳感器7組成(見圖1)。拉深筋模具1固定在試驗機上，上位傳感器3、下位傳感器4、5安裝在拉深筋模具上，側拉力傳感器7一端與板料6相連接，另一端與側拉液壓缸8相連。其拉深筋模具1包括凸模組件、凹模組件和模座。
凸模組件固定在上模座10上，采用鑲塊式結構，凸筋鑲塊12活動鑲嵌在壓料板11的方形槽內。根據試驗需要，可以方便更換凸模鑲塊12。凸筋鑲塊按形狀設計成半圓形和方形(見圖4、圖5)。半圓形筋圓角半徑R的調整范圍是2～10mm，方形筋圓角半徑R1、R2的調整范圍是2～10mm，筋高H的調整范圍是(見圖2)6～11mm。
凹模組件固定在下模座19上，包括凹槽鑲塊13、凹槽邊座14、組合墊片15和凹模底座16。凹槽鑲塊13通過螺釘固定于凹槽邊座14。凹槽邊座14上加工有板料定位塊，凹槽邊座14設置于凹模底座16上。根據試驗毛坯厚度不同(0.8mm-1.2mm)，通過調整組合墊片15的數量可以改變凹槽間隙的大小。凹槽鑲塊13的圓角r1、r2的尺寸，可以根據需要調整，調整范圍是2mm-10mm。
模座分上模座10和下模座19兩部分，凸模組件的壓料板11通過螺栓固定在上模座10上。凹模組件的凹模底座16通過螺栓及圓柱銷固定在下模座19上。上、下模座10、19之間由導柱18、導套17提供導向。下模座19通過壓板固定在試驗機的工作臺9上。
上位傳感器3下端與上模座10螺紋連接，上端通過螺釘固定在試驗機橫梁2上。上位傳感器3的作用是用來測量壓筋力。在下模座19的兩側成對角放置兩個圓柱形的下位傳感器4、5，傳感器4、5的下端插入下模座19上加工的兩個孔內，合模時其上端面和壓料板11相接觸，下位傳感器4、5的作用是用來測量板料6經過拉深筋后對壓料板產生的上浮力。側拉力傳感器7一端與板料6相連接，另一端裝卡在側拉液壓缸8上，側拉力傳感器7的作用是測量拉深筋阻力。
在模具采用單筋結構情況下，更換與調整半圓形拉深筋的結構參數(見表1)，可以獲得半圓形拉深筋的筋圓角半徑、凹槽圓角半徑和筋高對壓筋力、上浮力和拉深筋阻力的影響。
表1 半圓形拉深筋參數表(單位mm)
仍然選用單筋結構的模具，更換與調整方形拉深筋的結構參數(見參數表2)，可以獲得方形拉深筋的筋圓角半徑、凹槽圓角半徑和筋高對壓筋力、上浮力和拉深筋阻力的影響。在此基礎上可以對圓筋與方筋的力能特性進行對比研究。
表2 方形拉深筋參數表 (單位mm)
本發明的拉深筋模具采用單筋結構，也可以采用雙拉深筋結構模具。雙筋模具結構(見圖6)，在壓料板11上設有兩個半園形凸筋鑲塊12，與兩個凸筋鑲塊12相對應的結構是凹槽鑲塊13和凹槽中鑲塊20。凹槽中鑲塊20活動鑲嵌在凹模底座16的方形槽內。通過選擇不同的雙拉深筋結構參數(見表3)，可以獲得前、后筋高、拉深筋圓角及凹槽圓角對壓筋力、上浮力和拉深筋阻力的影響。同時可以進行單圓筋與雙筋的對比研究。
表3 雙拉深筋參數表 (單位mm)
發明提供了一種利用上述用于板料成形的拉深筋力能參數測量裝置測量拉深筋力能參數的方法，該方法分兩步壓筋過程和拉深過程。
第一步為壓筋過程(見圖2)，首先將板料6放在模具的凹模上，并通過凹槽邊座14上的定位塊來定位。然后開動試驗機，上模座10帶動壓料板11和凸筋鑲塊12向凹槽內運動，將板料6壓入凹槽。當壓料板11接觸下位傳感器4、5的上端面時，拉深筋完全壓靠，壓筋過程結束。該過程中上位傳感器測得的就是壓筋力曲線。
第二步為拉深過程(見圖1、圖3)，側拉液壓缸8工作，拉動板料6向箭頭方向運動，經過一定量的位移后，停止運動，板料變形過程結束。板料6經過凸筋鑲塊12時對壓料板及凸筋要產生上浮力，該上浮力數值上等于上位傳感器的讀數減去兩個下位傳感器的讀數之和。拉深筋阻力由側拉力傳感器7測得。
權利要求
1.一種用于板料成形的拉深筋力能參數測量裝置，其拉深筋模具(1)固定在試驗機上，其特征是上位傳感器(3)、下位傳感器(4，5)安裝在拉深筋模具(1)上，側拉力傳感器(7)與板料(6)相連接，所述拉深筋模具(1)包括凸模組件、凹模組件和模座。
2.根據權利要求1所述的用于板料成形的拉深筋力能參數測量裝置，其特征是所述凸模組件固定在上模座(10)上，采用鑲塊式結構，凸筋鑲塊(12)鑲嵌在壓料板(11)的方形槽內。
3.根據權利要求1或2所述的用于板料成形的拉深筋力能參數測量裝置，其特征是凸模鑲塊(12)的形狀可設計成半圓形或方形，半圓形筋圓角半徑R＝2～10mm，方形筋圓角R1和R2的半徑可在2～10mm之間調整，筋高H＝6～11mm。
4.根據權利要求3所述用于板料成形的拉深筋力能參數測量裝置，其特征是凹模組件固定在下模座(19)上，凹槽鑲塊(13)通過螺釘固定于凹槽邊座(14)；凹槽邊座(14)上加工有板料定位塊，凹槽邊座(14)設置于凹模底座(16)上。
5.根據權利要求4所述用于板料成形的拉深筋力能參數測量裝置，其特征是調整組合墊片15的數量改變凹槽間隙的大小。
6.根據權利要求4所述用于板料成形的拉深筋力能參數測量裝置，其特征是凹槽鑲塊(13)的圓角r1和r2的半徑可在2～10mm之間調整。
7.根據權利要求1所述用于板料成形的拉深筋力能參數測量裝置，其特征是所述模座為上模座(10)和下模座(19)兩部分，壓料板(11)通過螺栓固定在上模座(10)上；凹模底座(16)通過螺栓及圓柱銷固定在下模座(19)上，下模座(19)通過壓板固定在試驗機的工作臺(9)上。
8.根據權利要求7所述用于板料成形的拉深筋力能參數測量裝置，其特征是上、下模座(10、19)之間有導柱(18)和導套(17)。
9.根據權利要求1所述用于板料成形的拉深筋力能參數測量裝置，其特征是所述雙筋模具結構的壓料板(11)上設有兩個半園形凸筋鑲塊(12)，與兩個凸筋鑲塊(12)相對應的是凹槽鑲塊(13)和凹槽中鑲塊(20)，凹槽中鑲塊(20)鑲嵌在凹模底座(16)的方形槽內。
10.一種根據權利要求1所述的用于板料成形的拉深筋力能參數測量裝置測量拉深筋力能參數的方法，其特征是該方法包括如下步驟(a)壓筋步驟壓料板(11)帶動凸筋鑲塊(12)向凹槽內運動，將板料(6)壓入凹槽，該過程通過上位傳感器(3)測得壓筋力曲線；(b)在拉深步驟，側拉液壓缸(8)拉動板料(6)移動一定量的位移后，停止運動，板料(6)變形過程結束；(c)該過程產生的上浮力數值上等于上位傳感器(3)的讀數減去兩個下位傳感器(4，5)的讀數之和，拉深筋阻力由側拉力傳感器(7)測得。
全文摘要
本發明提供了一種用于板料成形的拉深筋力能參數測量裝置，包括拉深筋模具(1)，用于測量壓筋力的上位傳感器(3)，用于測量板料經過拉深筋后對拉深凸模產生的上浮力的下位傳感器(4，5)，以及用于測量拉深筋的阻力的側拉力傳感器(7)，所述拉深筋模具包括凸模組件、凹模組件和模座，而且該凸模組件、凹模組件都采用鑲塊式結構以調整拉深筋的結構參數。本發明還提供了利用該測量裝置測量拉深筋力能參數的方法。
文檔編號B21D37/00GK1923396SQ20061004828
公開日2007年3月7日 申請日期2006年9月14日 優先權日2006年9月14日
發明者金淼, 李群, 李文平, 張玉存, 郭寶鋒, 邢宇 申請人:燕山大學