专利名称：模拟冲压件连续冲压成形特征的复合模具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模具，尤其涉及一种可用于考察汽车用冲压件连续快速冲压时模具温升及钢板的变形特征、以及冲压工艺参数对成形过程的影响的金属塑性加工用复合模具。
背景技术：
近几年，国内一些汽车生产厂商，为了提高市场竞争力，在汽车用冲压件如覆盖件的生产中引进了快速冲压生产线，生产频率提高近一倍，冲压速度大幅提高，但使得原来在普通冲压生产线上可以正常生产的零件在这种快速生产线上出现废品率显著增加的问题。此外，在汽车用覆盖件的生产中也常常会有这种现象某个汽车用覆盖件在试模时一切正常，但到了冲压生产线上，就转化为大批量的连续快速冲压生产，使冲压件的废品率显著增加。对上述两种情况现场的检查发现，冲压一定次数后，模具的温度有了较大的升高， 模具温升导致废品率增加。进一步的分析表明金属塑性成形过程中，由外力引起的塑性变形功以及工件和模具接触面上的摩擦功不断地转化为热量，使得零件和模具内的温度场发生变化，温度场的变化反过来会影响零件的变形。板料冷冲压成形时，如果冲压速度较低， 此时塑性变形热和摩擦产生的热量有足够的时间散发，模具温升较低，冲压过程一般都能正常进行，废品率也可以控制在正常范围，但随着冲压速度的提高以及冲压过程的持续进行，当产生的热量来不及散发时，模具温度会有较大的升高，此时零件的废品率也会随之升尚ο目前对于模具的试模，还无法做到连续冲压，只能进行个别的试验，然而这种试验，由于设备的速度、试验次数等的限制，使得模具温度在试模时处于室温，与生产线上连续冲压生产导致模具温度较高的工况有较大差别，因此无法实现真正的试模，结果导致试模时零件成形正常，但是到了冲压生产线上，随着冲压次数的增多，废品率也逐渐增加。如何使用于冲压的模具在试模时更接近于生产实际，一直是摆在世界各国学者面前的难题。 目前，国际上还没有这种模具用于研究和分析这个问题，因此，开发这种模具是本领域的课题。板材冲压成形，根据板材的变形状态和破裂形式进行分类而可分为拉深、胀形、弯曲、翻边等四类基本成形要素，不同的零件具有不同的成形特征。例如，以门内板为代表的内覆盖件，用材以超深冲用IF钢为主，其变形特征以拉深为主，胀形为辅；以翼子板、门外板等为代表的外覆盖件，用材以烘烤硬化BH钢为主，其变形特征以胀形为主、其他为辅。目前有各种模具来冲压各种零件，例如；欧洲专利号为EP30715A2 (其美国专利号为US^90293A)，专利名称Amethod for deep drawing,该专利通过冷却拉深试件中心部位和加热法兰部位，目的是可以大幅减小板料的拉深系数，尤其是对密排六方晶体结构的金属；专利号CN200710070504. 0，专利名称基于变压边力控制的拉深模具，该专利是一种基于变压边力控制的普通常温冷冲压拉深模具，其特点是模具中通过增加几个模具零件，达到变压边力控制目的，提高零件成形性能；专利号CN93230046. 4，专利名称一种整圆式胀形模具，是一种制造径向环状金属波纹管整圆式胀形模具装置，适用于波纹管胀形加工；专利号CN200610043003.9，专利名称一种冷冲压复合模具，该专利对于U型件弯曲工艺，可以使落料和弯曲复合成形，只需要一套模具，模具简单，精度和效率都较高；专利号CN96210223. 7，专利名称成型、翻边、切孔三工序复合模具，该专利是针对电力变压器片式散热器的片头，其在加工过程中的一种包含成型、翻边、切孔三工序复合模具。上述几种专利的模具，是对于不同成形特征的研究主要是采用不同的模具来进行的，如研究拉深成形采用拉深试验，研究胀形特征采用刚性胀形模具，复合模具也是针对现场生产加工设计的实用加工模具。并且上述的模具均无法准确显示在持续快速冲压后模具温升后的零件成形特征。因此，开发一种带有加热功能的温状态复合模具来模拟汽车用覆盖件连续冲压成形特征、且可研究分析快速冲压状态下拉深特征或胀形特征的模具，是本领域的重要课题。
发明内容
为了解决上述课题，本发明目的在于提供一种模拟冲压件连续冲压成形特征的复合模具，其可再现冲压件在连续快速冲压后模具温度升高的状态，从而研究和验证这些变化对冲压件的冲压过程中两种主要变形特征“拉深”和“胀形”的影响规律。为实现上述目的，本发明的模拟冲压件连续冲压成形特征的复合模具，具有与冲压机的主油缸活塞连接的凸凹模转接件(1)；凸凹模部件(T)，其包括与所述凸凹模转接件连接的凸凹模底座G)、固定在该凸凹模底座上的具有凸凹模通孔OOa)的凸凹模本体 (20)；以及局部凸模部件(J)，其包括局部凸模本体(1 和与其固定连接的局部凸模底座 (15)，该模具的特征在于，还具有凹模部件(A)和压边圈部件(Y)，所述凹模部件包括凹模本体(19)、安装在该凹模本体上的局部凸模安装座(10)、固定在该局部凸模安装座上的用于安装在冲压机的上工作台上的凹模安装底座(17)；所述压边圈部件包括用于安装在冲压机的下工作台上的压边圈底座O)、固定在该压边圈底座上的压边圈本体01)，所述凹模本体和所述压边圈本体分别具有与所述凸凹模本体的外形尺寸相匹配的凹模本体通孔(19a)和压边圈本体通孔Qla)，所述局部凸模部件通过至少一块局部凸模垫板(16)而固定安装在所述凹模部件的所述局部凸模安装座上，在所述压边圈部件上具有多个压边圈加热管(6)和至少二个压边圈热电偶02)，在所述凸凹模部件上具有多个凸凹模加热管(7)和至少二个凸凹模热电偶03)，在所述凹模部件上具有多个凹模加热管(8)和至少二个凹模热电偶(18)，在所述局部凸模部件上具有多个局部凸模加热管(14)和至少一个局部凸模热电偶(13)。在上述结构中，在所述压边圈本体与所述压边圈底座之间设有压边圈隔热板(3)。
另外，在所述凸凹模本体与所述凸凹模底座之间设有凸凹模隔热板(5)。另外，在所述局部凸模安装座与所述凹模本体之间设有凹模隔热板(9)。并且，在所述局部凸模底座与所述局部凸模垫板之间设有局部凸模隔热板(11)。此外，在所述凹模部件的所述凹模本体的底面四个角部安装有导向块(M)，在所述压边圈本体的上表面四个角部形成有大小与所述导向块相匹配的导向凹槽05)。当所述局部凸模部件的所述局部凸模本体位于所述凸凹模通孔内时具有1. 5 2mm的间隙。所述各部件的各加热管的加热范围为常温至150°C。本发明模具采用上述结构，可用于考察进行连续冲压生产时汽车用板材在不同冲压变形特征下冲压工艺参数对成形过程的影响，实现在一套模具上具备多种试验功能的目的，不仅可以实现对汽车用板材冲压件连续冲压成形过程的模拟试验，还可以针对不同的变形特征来进行深拉深-浅胀形、浅拉深-深胀形这种零件成形特征的研究。
图1是表示本发明的模拟冲压件连续冲压成形特征的复合模具为深拉深、浅胀形变形特征结构的主视剖视图。图2是表示表示本发明的模拟冲压件连续冲压成形特征的复合模具为浅拉深、深胀形变形特征结构的主视剖视图。图3是表示将图1中凸凹模部件T和压边圈底座2去掉后仰视看到压边圈本体21 时其上表面四个角部形成有导向凹槽25的示图。图4是表示将图1中凸凹模转接件1和凸凹模底座4去掉后仰视看到凸凹模本体 20时的示图。图5是表示将图1中局部凸模安装座10和局部凸模部件J去掉后俯视看到凹模本体19的示图。图6是表示将图1中局部凸模部件J的局部凸模底座15去掉后俯视看到局部凸模本体12的示图。
具体实施例方式下面，根据附图来说明本发明的模拟冲压件连续冲压成形特征的复合模具的详细结构、优点和有益效果。图1是本发明的模拟冲压件连续冲压成形特征的复合模具(下面简称为“模具”) 的主视剖视图。如图1所示，本发明的模具具有与冲压机(未图示)的主油缸活塞连接的凸凹模转接件1 ；凸凹模部件T，其包括与凸凹模转接件1连接的凸凹模底座4、固定在该凸凹模底座4上的具有凸凹模通孔20a的凸凹模本体20 ；以及局部凸模部件J，其包括局部凸模本体12和与其固定连接的局部凸模底座15。如图1所示，本发明的模具还具有凹模部件A和压边圈部件Y。凹模部件A包括凹模本体19、安装在该凹模本体19上的局部凸模安装座10、固定在该局部凸模安装座10上的用于安装在冲压机的上工作台上的凹模安装底座17 ；而压边圈部件Y包括用于安装在冲压机的下工作台上的压边圈底座2、固定在该压边圈底座2上的压边圈本体21。
凹模本体19和压边圈本体21分别具有与凸凹模本体20的外形尺寸相匹配的凹模本体通孔19a和压边圈本体通孔21a。如图1所示，局部凸模部件J通过二块局部凸模垫板16而固定安装在凹模部件A 的局部凸模安装座10上。即，在本实施例的图1中，在局部凸模底座15下面放置二块局部凸模垫板16后，再将局部凸模部件J固定在凹模部件A的局部凸模安装座10上，但根据生产需要和局部凸模垫板16的厚度，也可放置一块或三块以上的局部凸模垫板16，甚至不放置局部凸模垫板16。如此，可使局部凸模部件J的局部凸模本体12在凹模本体通孔19a内构成不同高度，从而实现冲压件的不同高度即拉深深度和胀形高度。当如图1所示那样放置二块局部凸模垫板16时，用本发明模具所生产的冲压件就显示深拉深、浅胀形的变形特征。当如图2所示那样未放置局部凸模垫板16时(仅放置局部凸模隔热板11，根据情况也可不垫入该局部凸模隔热板11或垫入一块厚度较薄的局部凸模垫板16)，用本发明模具所生产的冲压件就显示浅拉深、深胀形的变形特征。在上述结构中，在压边圈部件Y上具有多个压边圈加热管6和至少二个压边圈热电偶22。即，在本实施例中，压边圈加热管6和压边圈热电偶22的布置如图3所示，在压边圈本体21的与压边圈底座2相对的一侧面(参照图1)上，沿压边圈本体通孔21a周围等间隔地开设有多个压边圈加热管放置孔(未图示)，将多个压边圈加热管6均勻地放置在多个压边圈加热管放置孔内而分布在压边圈本体21上，并在该压边圈本体21上开设二个或三个热电偶放置孔(未图示)，将压边圈热电偶22放置在该热电偶放置孔内。在本实施例的图3中，在压边圈本体21上大致对称设置四个压边圈热电偶22，但也可设置二个、三个或四个以上；并且，在压边圈底座2上也设置部位、数量和大小分别与压边圈加热管6和压边圈热电偶22相对应的通孔(未图示)，以使压边圈加热管6和压边圈热电偶22通过该压边圈底座2而插入放置在压边圈本体21中，由此，使压边圈部件Y具有多个压边圈加热管 6和压边圈热电偶22。除了这种分布结构，也可用任何技术方法、结构将多个压边圈加热管 6和至少二个以上的压边圈热电偶22设置在压边圈部件Y上，使压边圈部件Y具有多个压边圈加热管6和至少二个压边圈热电偶22，以可对压边圈部件Y进行加热和对加热后的压边圈部件Y进行测温。同样，在凸凹模部件T上具有多个凸凹模加热管7和至少二个凸凹模热电偶23。 即，凸凹模加热管7和凸凹模热电偶23的布置如图4所示，在凸凹模本体20的与凸凹模底座4相对的一侧面(参照图1)上，沿凸凹模本体通孔20a周围等间隔地开设有多个凸凹模加热管放置孔(未图示)，将多个凸凹模加热管7均勻地放置在多个凸凹模加热管放置孔内而分布在凸凹模本体20上，并在该凸凹模本体20上开设二个或三个热电偶放置孔(未图示)，将凸凹模热电偶23放置在该热电偶放置孔内。在本实施例的图4中，在凸凹模本体20 上设置三个压边圈热电偶23，但也可设置二个或四个以上；并且，在凸凹模底座4上也设置部位、数量和大小分别与凸凹模加热管7和凸凹模热电偶23相对应的通孔(未图示)，以使凸凹模加热管7和凸凹模热电偶23通过该凸凹模底座4而插入放置在凸凹模本体20中， 由此，使凸凹模部件T具有多个凸凹模加热管7和凸凹模热电偶23。除了这种分布结构，也可用任何技术方法、结构将多个凸凹模加热管7和至少二个以上的凸凹模热电偶23设置在凸凹模部件T上，使凸凹模部件T具有多个凸凹模加热管7和至少二个凸凹模热电偶23，以
6可对凸凹模部件T进行加热和对加热后的凸凹模部件T进行测温。同样，在凹模部件A上具有多个凹模加热管8和至少二个凹模热电偶18。即，在本实施例中，凹模加热管8和凹模热电偶18的布置如图5所示，在凹模本体19的与局部凸模安装座10相对的一侧面(参照图1)上，沿凹模本体通孔19a周围等间隔地开设有多个凹模加热管放置孔(未图示)，将多个凹模加热管8均勻地放置在多个凹模加热管放置孔内而分布在凹模本体19上，并在该凹模本体19上开设二个或三个热电偶放置孔(图5中显示为在该凹模本体19三放置了四个凹模热电偶18)，将凹模热电偶18放置在该热电偶放置孔内。在本实施例的图5中，在凹模本体19上设置四个凹模热电偶18，但也可设置二个、 三个或五个以上；并且，在局部凸模安装座10以及凹模安装底座17上分别也设置部位、数量和大小分别与凹模加热管8和凹模热电偶18相对应的通孔(未图示)，以使凹模加热管 8和凹模热电偶18通过凹模安装底座17和局部凸模安装座10而插入放置在凹模本体19 中，由此，使凹模部件A具有多个凹模加热管8和凹模热电偶18。除了这种分布结构，也可用任何技术方法、结构将多个凹模加热管8和至少二个以上的凹模热电偶18设置在凹模部件A上，使凹模部件A具有多个凹模加热管8和至少二个凹模热电偶18，以可对凹模部件A 进行加热和对加热后的凹模部件A进行测温。同样，在局部凸模部件J上具有多个局部凸模加热管14和至少一个局部凸模热电偶13。即，在本实施例中，局部凸模加热管14和局部凸模热电偶13的布置如图6所示，在局部凸模本体12的与局部凸模底座15相对的一侧面(参照图1)上，大致均勻地开设有多个局部凸模加热管放置孔14a，将多个局部凸模加热管14均勻地放置在多个局部凸模加热管放置孔内而分布在局部凸模本体12上，并在该局部凸模本体12上开设一个或二个以上的热电偶放置孔13a(图6中显示为一个，可根据局部凸模本体12的大小而设置二个或三个以上的热电偶放置孔13a)，将局部凸模热电偶13放置在该热电偶放置孔13a内；并且， 在局部凸模底座15上也设置部位、数量和大小分别与局部凸模加热管14和局部凸模热电偶13相对应的通孔(未图示)，以使局部凸模加热管14和局部凸模热电偶13通过局部凸模底座15而插入放置在局部凸模本体12中，由此，使局部凸模部件J具有多个局部凸模加热管14和局部凸模热电偶13。除了这种分布结构，也可用任何技术方法、结构将多个局部凸模加热管14和至少一个以上的局部凸模热电偶13设置在局部凸模部件J上，使局部凸模部件J具有多个局部凸模加热管14和至少一个局部凸模热电偶13，以可对局部凸模部件 J进行加热和对加热后的局部凸模部件J进行测温。在本实施例中，通过另外设置的温控器(未图示)或其它任何手段来对上述各部件中的各加热管6、7、8、14进行加热并温度控制，只要上述各部件的各加热管6、7、8、14的加热范围是在常温至150°C即可。在上述结构中，最好在压边圈本体21与压边圈底座2之间设有压边圈隔热板3。 最好在凸凹模本体20与凸凹模底座4之间设有凸凹模隔热板5。最好在局部凸模安装座 10与凹模本体19之间设有凹模隔热板9。并且，在图1结构的情况下，最好在局部凸模底座15与局部凸模垫板16之间设有局部凸模隔热板11 ；在图2结构的情况下，局部凸模底座15与局部凸模安装座10之间设有局部凸模隔热板11。如此，可良好地使独立加热后的各部件的温度难以传递到冲压机，模具的各部件与冲压机之间具有良好的隔热效果。
在本实施例中，如图2所示，在凹模部件A的凹模本体19的底面四个角部安装有导向块M，在压边圈本体21的上表面四个角部形成有大小与导向块M相匹配的导向凹槽 25 (参看图3)。这样，压边圈本体21与凹模本体19在合模时通过其导向块M和导向凹槽25配合而进行整体的模具导向，在冲压过程中可以抵消侧向力的影响。在上述结构中，虽未图示，但当局部凸模部件J的局部凸模本体12位于凸凹模通孔20a内时局部凸模本体12与凸凹模通孔20a之间的间隙为1. 5 2mm。实际安装上述结构的本发明模具时，将凹模部件A通过其凹模安装底座17而安装在冲压机的上横梁即上工作台上，压边圈部件Y通过其压边圈底座2而安装在冲压机的下工作台上，凸凹模部件T通过其凸凹模转接件1而安装在冲压机的主油缸活塞上面，模具的加热控制通过温控器进行控制，然后，通过调整局部凸模本体相对于凸凹模本体的高度位置，可以实现冲压件的不同的拉深深度和胀形高度，可以在一套模具上实现深拉延-浅胀形和浅拉延-深胀形的变形特征，实现一个模具上研究冲压件的变形特征以及不同材料的影响规律。具体来说，在图1中，局部凸模部件J的局部凸模本体12通过一块或两块以上的局部凸模垫板16而将其位置升高，这样在冲压成形时，控制凸凹模部件T向上的工作行程较高而形成一个深拉深浅胀形的一个零件；在图2中，去掉局部凸模垫板16，将局部凸模部件J直接安装在凹模部件A的局部凸模安装座10上，这样，局部凸模本体12的位置变低，冲压成形时控制凸凹模部件T的行程较低，但冲压件的局部胀形的成形高度较高，最终形成一个浅拉深深胀形的零件。这两种零件的变形方式一个以拉-压为主，一个以拉-拉为主， 也就是说，利用本发明的模具，可以完成不同特征变形模式的冲压成形，方便进行不同变形特征模式下的零件分析。采用本发明的模具，主要有如下的有益效果1、本发明模具，具有拉深、胀形和弯曲等复杂变形特征，并可以通过模具调整，实现不同的拉深深度和胀形高度，可以在一套模具上实现深拉延-浅胀形和浅拉延-深胀形的变形特征，实现一个模具上研究汽车外覆盖件和内覆盖件的变形特征，以及不同材料的
影响规律。2、模具的凸凹模本体、凹模本体、压边圈本体和局部凸模本体均具有独立加热和温控功能，加热范围为常温 150°C，涵盖了汽车用冲压件连续快速冲压过程中模具温度升高的范围。3、模具的凸凹模、凹模、压边圈和局部凸模的加热管布局合理，并有良好加热均勻性；通过合理的隔热方案实施，与冲压机之间具有良好的隔热效果。4、基于设计的试验模具，可用于考察汽车用冲压件连续快速冲压生产时模具温升时钢板变形特征及规律，以及冲压工艺参数对成形过程的影响，实现在一套模具上具备多种试验功能的目的。
权利要求
1.一种模拟冲压件连续冲压成形特征的复合模具，具有与冲压机的主油缸活塞连接的凸凹模转接件(1)；凸凹模部件(T)，其包括与所述凸凹模转接件连接的凸凹模底座0)、 固定在该凸凹模底座上的具有凸凹模通孔OOa)的凸凹模本体OO)；以及局部凸模部件 (J)，其包括局部凸模本体(1 和与其固定连接的局部凸模底座(15)，该模具的特征在于，还具有凹模部件(A)和压边圈部件(Y)，所述凹模部件包括凹模本体(19)、安装在该凹模本体上的局部凸模安装座(10)、固定在该局部凸模安装座上的用于安装在冲压机的上工作台上的凹模安装底座(17)；所述压边圈部件包括用于安装在冲压机的下工作台上的压边圈底座O)、固定在该压边圈底座上的压边圈本体01)，所述凹模本体和所述压边圈本体分别具有与所述凸凹模本体的外形尺寸相匹配的凹模本体通孔(19a)和压边圈本体通孔Qla)，所述局部凸模部件通过至少一块局部凸模垫板(16)而固定安装在所述凹模部件的所述局部凸模安装座上，在所述压边圈部件上具有多个压边圈加热管(6)和至少二个压边圈热电偶02)，在所述凸凹模部件上具有多个凸凹模加热管(7)和至少二个凸凹模热电偶03)，在所述凹模部件上具有多个凹模加热管(8)和至少二个凹模热电偶(18)，在所述局部凸模部件上具有多个局部凸模加热管(14)和至少一个局部凸模热电偶 (13)。
2.如权利要求1所述的模拟冲压件连续冲压成形特征的复合模具，其特征在于，在所述压边圈本体与所述压边圈底座之间设有压边圈隔热板(3)。
3.如权利要求1所述的模拟冲压件连续冲压成形特征的复合模具，其特征在于，在所述凸凹模本体与所述凸凹模底座之间设有凸凹模隔热板(5)。
4.如权利要求1所述的模拟冲压件连续冲压成形特征的复合模具，其特征在于，在所述局部凸模安装座与所述凹模本体之间设有凹模隔热板(9)。
5.如权利要求1所述的模拟冲压件连续冲压成形特征的复合模具，其特征在于，在所述局部凸模底座与所述局部凸模垫板之间设有局部凸模隔热板(11)。
6.如权利要求1所述的模拟冲压件连续冲压成形特征的复合模具，其特征在于，在所述凹模部件的所述凹模本体的底面四个角部安装有导向块(M)，在所述压边圈本体的上表面四个角部形成有大小与所述导向块相匹配的导向凹槽05)。
7.如权利要求1所述的模拟冲压件连续冲压成形特征的复合模具，其特征在于，当所述局部凸模部件的所述局部凸模本体位于所述凸凹模通孔内时具有1. 5 2mm的间隙。
8.如权利要求1 7中任一项所述的模拟冲压件连续冲压成形特征的复合模具，其特征在于，所述各部件的各加热管的加热范围为常温至150°C。
全文摘要
一种模拟冲压件连续冲压成形特征的复合模具，具有凸凹模转接件(1)；凸凹模部件(T)，其包括凸凹模底座(4)、凸凹模本体(20)；以及局部凸模部件(J)，其包括局部凸模本体(12)和局部凸模底座(15)，还具有凹模部件(A)和压边圈部件(Y)，在压边圈部件上具有多个压边圈加热管(6)和至少二个压边圈热电偶(22)，在凸凹模部件上具有多个凸凹模加热管(7)和至少二个凸凹模热电偶(23)，在凹模部件上具有多个凹模加热管(8)和至少二个凹模热电偶(18)，在局部凸模部件上具有多个局部凸模加热管(14)和至少一个局部凸模热电偶(13)。本复合模具可再现冲压件在连续快速冲压后模具温度升高的状态，可研究冲压件“拉深”和“胀形”的成形特征规律。
文档编号B21D37/16GK102397942SQ20101028263
公开日2012年4月4日 申请日期2010年9月15日 优先权日2010年9月15日
发明者刁可山, 蒋浩民, 陈新平 申请人:宝山钢铁股份有限公司