专利名称：一种诱发汽车板表面拉毛缺陷的试验用凸模以及试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及金属塑性加工领域中板料成形技术，特别涉及一种根 据成形特征诱发汽车板表面拉毛缺陷的试验装置。
背景技术：
汽车轻量化现已成为研究的热点之一，使用高强度钢板是目前车身覆 盖件轻量化的主要手段，但是由普通钢板向高强度钢板转换过程中出现了 许多车身覆盖件成形质量方面的问题，其中表面拉毛是非常普遍的现象。 在冷轧钢板冲压成形时，当板料处于滑动运动时，由于板料和模具间的强 制接触可能发生粘着磨损，这时成形件表面会被严重损伤一一拉毛现象， 拉毛通常伴有板料转移或塑性流动。拉毛产生过程复杂，对于拉毛的概念也有许多不同的理解，目前得到 普遍认同的是美国材料实验协会对拉毛的定义拉毛是在两个相对滑移的 固体间产生的一种肉眼可见的表面损伤，通常局部粗糙化；在原始表面上 产生突出物而且常伴有物料转移或塑性流动，或两者都发生。拉毛与磨损 都产生于两相对滑动的固体间而且都引起了表面损伤，因此不同学者对于 两者也有不同的认识。Kenneth G. Budinski等把板料冲压过程中表面损伤 划分为三种形式磨光、刮擦及拉毛。E.van der Heide等把拉毛分成三个 阶段，开始阶段、粘结瘤生长阶段和严重刮擦阶段。经对现有技术的文献检索发现，实验模拟板料表面拉毛缺陷的试验装 置种类繁杂，其中美国材料试验协会的"pin-on-disk"是唯一标准化的磨 损试验装置，还有荷兰国家应用科学研究院提出的"平板滑动"试验装置 以及U形件弯曲设备。前2种方法，即"pin-on-disk"方法和"平板滑动" 方法都不属于板料成形范围内内，其方法不适用研究成形板料表面拉毛缺 陷。澳大利亚的D.M. Fabijanic等人在期刊《Metal Forming》(《金属成 形》)2000年第9期上发表论文"Improving the galling resistance of automotive stamping tools"("提高汽车冲压模具的抗表面损伤性能")，
该文用u形弯曲成形方法研究了汽车板冲压模具的抗磨损性能，在实验中实现了对表面损伤的模拟，但有明显的局限性，主要是板料表面损伤只发 生在弯曲成形的直边部分，而对于几何形状多样的汽车覆盖件，其成形模式是多样化的，除弯曲变形外，还有拉深变形、翻边变形等，所以采用u形件弯曲变形来模拟模具磨损(或板料抗表面损伤性)对于研究汽车板表 面损伤特性有较大的局限性，不能完全满足研究各因素对表面损伤行为的 影响规律和建立科学评价表面损伤缺陷的需求。发明内容本实用新型的目的在于设计一种诱发汽车板表面拉毛缺陷的试验用 凸模以及试验装置，可以用于评价不同汽车用钢板抗表面拉毛的特性，也 可以用于评价不同成形条件下(模具表面硬度、粗糙度、变形模式、工艺 参数)对板料表面拉毛的影响。为达到上述目的，本实用新型的技术方案是， 一种根据成形特征诱发 汽车板表面拉毛缺陷的试验用凸模，包括， -底板，--凸体，固定于底板上，其包括大、小外凸体连接组成；大、小外凸体之间的一侧壁内凹形成 一凹部，该侧侧壁则形成由大、小外凸体侧壁的外凸以及凹部形成的凸凹 组合结构，其余侧壁为直壁；大、小外凸体上部凸起形成胀形结构；凸体 侧壁与底板以及凸体侧壁与凸体顶部的连接处为圆角方式过渡，凸体的四 角为圆角。所述的凸体侧壁与底板连接处的圆角半径大于凸体侧壁与凸体顶部 连接处的圆角半径。车身覆盖件由于外观和刚度的特殊要求，和一般冲压件相比都具有材 料薄、形状复杂、多为复杂空间曲面、结构尺寸较大、表面质量要求高等 特点。车身覆盖件冲压成形方式往往不是单纯的拉深，而是具有拉深、胀 形、弯曲、反弯曲、矫直、翻边等多种成形特征的复合变形模式。基于以上特点及现有实验装置的不足，本实用新型考虑了实际车身覆 盖件冲压成形过程中的各种变形特征。根据实际的变形方式，并结合仿真 分析的手段，进行各种变形特征的模拟。试验用凸模，采用直边等几何形状，模拟冲压成形中的"弯曲""反 弯曲"和"矫直"变形特征，其侧壁、短直壁和长直壁，直边部分的长短， 用于模拟相邻区域其它成形方式的影响，直壁的高低，要考虑材料滑动距 离的长度及材料的极限成形高度。试验用凸模采用外凸角几何形状，用于模拟冲压成形中的"拉深"和 "胀形"变形特征，大小外凸体的下部主要为"拉深"成形方式，外凸体 的上部则含有"胀形"成形方式，外凸体圆角的大小主要考虑到"拉深" 和"胀形"的变形量大小。大小外凸体之间采用内凹角几何形状，用于模拟冲压成形屮的'翻边" 成形特征。在设计中，考虑到板料表面拉毛是个积累的过程，拉毛产生及其严重 程度和拉深件数(总流入量)有关，所以特征件拉深深度要尽可能的大，以期望较少件数就获得拉毛现象，设计上为凸模圆角设计为较大值；板料轮廓形状要尽可能规则，不应该出现曲线轮廓，降低实验室板坯 制备工作量和难度，设计上鞍部深度较浅。模具的间隙，要考虑车身覆盖 件通常所使用的材料厚度范围。各个部位尺寸的设计，要能体现出不同应 变量大小的"拉深"、"胀形"和"平面应变状态"。本实用新型可以使冲压成形件实现与实际冲压相一致的三维变形。凸 模的大小外凸体顶部与侧壁相接的圆角采用较大的圆角半径，而底部与侧 壁相接的圆角采用较小的圆角半径，侧壁特别采用"直壁结构".其中 个侧壁采用了凸凹组合设计，形成内凹、外凸几何结构。这种模具的形状 特征集成了多数轿车覆盖件的主要特征结构的几何形状；从变形特征上， 该模具的直边长度差异较大，且存在侧壁内凹和侧壁大转角结构，可以获 得更多应力状态下板料变形，即在较长侧壁部位附近产生近似"拉伸一弯 曲一反弯曲一拉伸(矫直)"变形特征，在转角部位附近产生"周向压縮一-侧壁拉伸"的拉深变形特征，在内凹部位附近产生"拉伸翻边(外翻边)" 变形特征，在大转角部位附近产生"胀形+拉深"复合变形特征。整体上 该模具产生的成形模式比较复杂，与覆盖件结构较急剧变化的部位相似， 基本涵盖大多数覆盖件成形的主要变形特征。 侧壁"直壁"结构的设计根据一般侧壁设计原则，先采用侧壁斜角为5° ，结果发现，在采用
内凹外凸结构的这一侧侧壁顶部，存在余料，导致该处起皱。而将侧壁改 为直壁后，能很好地消除该处的余料堆积现象。本实用新型的根据成形特征诱发汽车板表面拉毛缺陷的试验装置，包 括，上底板，下底板，其上设有数个通孔；凹模，通过凹模垫块固定于上 底板下，其内有一凹腔结构，凹腔端口两侧的下端面设有环状凹槽；该凹 模以及凹模垫块两侧边还分别开有导向槽；拉延凸筋，固定于凹模下端面 环状凹槽内；凸模，固定于上底板上，对应于凹模的凹腔结构；凸模，包 括， 一底板， 一凸体，固定于底板上，其包括大、小外凸体连接组成；大、 小外凸体之间的一侧壁内凹形成一凹部，该侧侧壁则形成由大、小外凸体 侧壁的外凸以及凹部形成的凸凹组合结构，其余侧壁为直壁大、小外凸 体上部凸起形成胀形结构；凸体侧壁与底板以及凸体侧壁与凸体顶部的连 接处为圆角方式过渡，凸体的四角为圆角；凸模垫块，固定于上底板上， 位于凹模的凹腔结构内，对应于凸模；顶件器，设置于h底板和凸模垫块 之间；二个背向导块，固定于下底板上，分别设置于凸模两侧；至少二个 顶杆，分别穿过下底板上的通孔，位于凸模两侧；压边板，设置于顶杆上， 对应凹模两侧，其近凸模一侧的上端面对应凹模下端面环状凹槽开有凹 槽；该压边板的两侧边开有导向槽，并与背向导块相对应配合。拉延凹筋， 设置于压边板凹槽内，对应凹模下端面环状凹槽内拉延凸筋。又，本实用新型还设二个支撑板，分别固定连接于二个背向导块。所述的顶件器为弹簧。结合多点变压边力压力机，按照所采用的成形特征零件形状尺寸，设 计能够实现特征零件拉深变形的汽车板表面损伤模拟拉深的本实用新型 试验装置。实验用压力机为单动倒装式压力机，凹模垫块和顶件器安装在上底板 上，凹模固定在凹模垫块上，拉延凸筋直接在凹模工作表面加工，凹模、 凹模垫块以及顶件器可随着上底板在压力机上横梁的带动下一起上下运 动，背向导块和凸模安装在下底板上，压边板置于顶杆上，可随顶杆沿背 向导块上下运动，拉延筋凹筋直接在压边板工作面加工。压边板、凹模型 腔同加工、以保证同心性，型腔尺寸也相同。压边板、凹模形状与凸模的 外轮廓相同，且压边板与凸模、凹模与凸模之间的模具保持一定间隙、中
心与凸模相同。凹模工作面拉延凸筋与压边板工作表面拉延凹筋的对称中 心相同。拉延筋是大多数覆盖件成形中所特有的结构。用该拉深模具能较全面 地模拟覆盖件不同部位板料成形情况，且与形状多样的汽车覆盖件变形程 度更为相近，可获得更多变形模式下变形板料表面损伤特性，能够满足研 究汽车板表面损伤特性研究的要求。冲压成形时，坯料置于压边板上，凹模在压力机上横梁的带动下向下 运动，当凹模接触坯料时，压边板随凹模一起向下运动，此时顶杆对压边 板施加-定的向上压紧力，在压紧力和凹模向下运动下使坯料变形成为预 期的特征零件。取出拉深件后，对拉毛的最大划痕深度进行定量评价。本实用新型的特点在于(1) 凹模型腔轮廓形状不对称，板料拉深时可形成多种成形特征， 含弯曲、反弯曲和矫直、翻边、拉深、和拉深胀形复合成形等多种成形特 征，实现各种成形特征下诱发板料拉毛及其行为研究；(2) 模具结构简单，依靠背向导块实现运动导向；(3) 通过改变模具表面状态(如表面硬度、粗糙度及模具材质等)、 冲压速度、润滑状况及其它工艺条件，可以全面研究车身覆盖件拉深中拉 毛缺陷与各因素之间的关系。本实用新型实现了对板料多变形模式的表面拉毛缺陷的诱发，与实际 冲压变形过程具有良好的相似性。另外，本实用新型具有较好地调整成形 条件参数的特性，可以深入研究模具表面硬度、粗糙度、变形模式、工艺 参数等条件对高强度钢板零件冲压成形中拉毛产生的影响规律。
图1为本实用新型一实施例试验用凸模的立体结构示意图；图2为本实用新型一实施例试验装置的立体结构示意图；图3为本实用新型一实施例试验装置试验前的结构剖视图；图4为本实用新型一实施例试验装置试验的结构剖视图图5为本实用新型一实施例试验装置试验完成后的结构剖视图。
具体实施方式
参见图1，本实用新型的根据成形特征诱发汽车板表面拉毛缺陷的试验用凸模6，包括， 一底板61， 一凸体62;凸体62固定于底板61』:，其 包括大外凸体621、小外凸体622连接组成；大外凸体621、小外凸体622 之间的一侧壁623内凹形成一凹部6231，该侧侧壁623则形成由大、小外 凸体621、 622侧壁的外凸以及凹部6231形成的凸凹组合结构，其余侧壁 为直壁；大、小外凸体621、 622上部凸起形成胀形结构；凸体62侧壁与 底板61以及凸体侧壁与凸体顶部的连接处为圆角方式过渡，凸体62的四 角为圆角；该凸体62侧壁与底板61连接处的圆角半径大于凸体侧壁与凸 体顶部连接处的圆角半径。参见图2~图5，本实用新型的根据成形特征诱发汽车板表面拉毛缺陷 的试验装置，包括，上底板l、下底板2、凹模3、凹模垫块4、拉延凸筋 5、凸模6、凸模垫块7、背向导块8、 8'、顶杆9、压边板IO、拉延凹筋 11、顶件器14。下底板2，其上设有数个通孔21;凹模3，通过凹模垫块4固定于上 底板l下，其内有一凹腔结构31，凹腔端口两侧的下端面32设有环状凹 槽321;该凹模3以及凹模垫块4两侧边还分别开有导向槽33、 41;拉延凸筋5，固定于凹模下端面32环状凹槽321内；凸模6，固定于 上底板1上，对应于凹模的凹腔结构31;凸模垫块7，固定于上底板1上， 位于凹模3的凹腔结构31内，对应于凸模6;该凸模垫块7还通过螺钉 15连接、滑设于上底板1上；顶件器14，设置于上底板1和凸模垫块7 之间，该顶件器采用弹簧；二个背向导块8、 8'，固定于下底板2上，分 别设置于凸模6两侧；数个顶杆9，分别穿过下底板2上的通孔21，位于 凸模6两侧；压边板IO，设置于顶杆9上，对应凹模3两侧，其近凸模6 一侧的上端面101对应凹模下端面环状凹槽321开有凹槽1011;该压边板 IO的两侧边102开有导向槽1021，并与背向导块8、 8'相对应配合；拉 延凹筋11，设置于压边板凹槽1011内，对应凹模3下端面环状凹槽321 内拉延凸筋5。又，本实用新型还设二个支撑板12，分别固定连接于二个背向导块8、8，。参见图4、图5，上底板1和压力机上横梁相连，凹模垫块4安装在 上底板1上，顶件器14安装在上底板1上，凹模3安装在凹模垫块4上， 拉延凸筋5在凹模3工作表面上，凹模3、凹模垫块4及顶件器14可随着 上底板l在压力机上横梁的带动下一起上下运动，背向导块8、 8'安装在 下底板2上，凸模6安装在下底板2上，压边板10放于顶杆9上，并由 背向导块8、 8'导向，可随顶杆9上下一起运动，拉延凹筋ll在压边板 IO工作表面上。高强度钢板13放置于凹模3、凸模6之间，压力机上橫 梁带动上底板l下压，凹模3、凸模6配合作用，其上的拉延凸筋5、拉 延凹筋11配合对高强度钢板13作用，诱发其拉毛缺陷。再通过顶件器14的弹簧回复作用，将上底板1及凹模垫块4撑开， 回复至初始状态。通过高强钢拉毛缺陷的成功诱发，可以深化高强度钢板抗表面拉毛特 性方面的研究。通过定量评价高强度钢板在冲压成形中的零件抗拉毛特 性，帮助汽车厂进行可靠的冲压模具状态参数确定，并提高汽车覆盖件表 面质量，减少修模次数，降低轿车冲压件制造成本、保障整车性能质量、 以推进高强度钢板在汽车厂已有车型和新车型上的稳定使用。
权利要求1.一种根据成形特征诱发汽车板表面拉毛缺陷的试验用凸模，其特征是，包括，一底板，一凸体，固定于底板上，其包括大、小外凸体连接组成；大、小外凸体之间的一侧壁内凹形成一凹部，该侧侧壁则形成由大、小外凸体侧壁的外凸以及凹部形成的凸凹组合结构，其余侧壁为直壁；大、小外凸体上部凸起形成胀形结构；凸体侧壁与底板以及凸体侧壁与凸体顶部的连接处为圆角方式过渡，凸体的四角为圆角。
2. 如权利要求l所述的根据成形特征诱发汽车板表面拉毛缺陷的试验用 的凸模，其特征是，所述的凸体侧壁与底板连接处的圆角半径大于凸 体侧壁与凸体顶部连接处的圆角半径。
3. —种根据成形特征诱发汽车板表面拉毛缺陷的试验装置，其特征是， 包括，上底板，下底板，其上设有数个通孔；凹模，通过凹模垫块固定于上底板下，其内有一凹腔结构，凹腔 端口两侧的下端面设有环状凹槽；该凹模以及凹模垫块两侧边还分别 开有导向槽；拉延凸筋，固定于凹模下端面环状凹槽内； 凸模，固定于上底板上，对应于凹模的凹腔结构；其包括， 一底板，一凸体，固定于底板上，其包括大、小外凸体连接组成；大、 小外凸体之间的一侧壁内凹形成一凹部，该侧侧壁则形成由大、 小外凸体侧壁的外凸以及凹部形成的凸凹组合结构，其余侧壁为 直壁；大、小外凸体上部凸起形成胀形结构；凸体侧壁与底板以 及凸体侧壁与凸体顶部的连接处为圆角方式过渡，凸体的四角为 圆角；凸模垫块，固定于上底板上，位于凹模的凹腔结构内，对应于凸模； 顶件器，设置于上底板和凸模垫块之间； 二个背向导块，固定于下底板上，分别设置于凸模两侧； 至少二个顶杆，分别穿过下底板上的通孔，位于凸模两侧；压边板，设置于顶杆上，对应凹模两侧，其近凸模一侧的上端面 对应凹模下端面环状凹槽开有凹槽；该压边板的两侧边开有导向槽， 并与背向导块相对应配合。拉延凹筋，设置于压边板凹槽内，对应凹模下端面环状凹槽内拉 延凸筋。
4. 如权利要求3所述的根据成形特征诱发汽车板表面拉毛缺陷的试验装 置，其特征是，所述的凸模的凸体侧壁与底板连接处的圆角半径大于 凸体侧壁与凸体顶部连接处的圆角半径。
5. 如权利要求3所述的根据成形特征诱发汽车板表面拉毛缺陷的试验装 置，其特征是，还设二个支撑板，分别固定连接于二个背向导块。
6. 如权利要求3所述的根据成形特征诱发汽车板表面拉毛缺陷的试验装 置，其特征是，所述的顶件器为弹簧。
专利摘要本实用新型公开了一种诱发汽车板表面拉毛缺陷的试验用凸模以及试验装置，试验装置包括，上底板；下底板，其上设通孔；凹模，通过凹模垫块固定于上底板下，凹腔端口两侧的下端面设环状凹槽；其侧边开有导向槽；拉延凸筋，设于凹模环状凹槽内；凸模，固定于上底板上；凸模垫块，固定于上底板上，位于凹模的凹腔结构内；背向导块，固定于下底板上，设于凸模两侧；顶杆，穿过下底板通孔；压边板，设于顶杆上，对应凹模两侧，其近凸模一侧的上端面开有凹槽；压边板的两侧边开有导向槽，并与背向导块配合；拉延凹筋，设于压边板凹槽内。本实用新型用于评价不同汽车用钢板抗表面拉毛的特性，也可以用于评价不同成形条件下对板料表面拉毛的影响。
文档编号G01N1/28GK201034870SQ20072006931
公开日2008年3月12日 申请日期2007年4月25日 优先权日2007年4月25日
发明者蒋浩民, 陈新平 申请人:宝山钢铁股份有限公司