专利名称：测量无摩擦拉深筋变形阻力和摩擦阻力的装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种测量拉深筋阻力的方法及其装置，具体地说，是涉及一种可以在近似无摩擦状态下测量出拉深筋变形阻力及摩擦阻力的方法及其装置。属于板料冲压成形工艺及模具设计领域。
背景技术：
对于汽车覆盖件等复杂及难成形零件，在其冲压成形过程中板料各变形区间的成形条件存在很大的差异，各部分的成形需要不同的边界条件。因而对于复杂零件的成形在设计工艺及模具时，必须设置一定的控制手段，以便能对毛坯各部分的成形条件加以控制和调整，设置拉深筋便是一种既简单易行又应用广泛的控制手段。拉深筋能够增加变形阻力，改善板料各处的变形状态，使变形趋于均匀以提高成形件的质量。
常规拉深筋结构通常有两部分组成，即凸筋25和与之对应的凹槽26(见图1)。拉深筋阻力是影响覆盖件拉深成形的一个重要参数。拉深筋阻力由板料通过拉深筋时的变形阻力和摩擦阻力两部分组成。准确地确定拉深筋阻力对拉深筋的设计和调整具有直接的指导意义。确定拉深筋阻力的方法，主要有理论分析、有限元数值模拟与试验方法。前两者最大的不足是计算误差相对较大，计算精度难保证。因此试验方法是获得拉深筋阻力最直接有效的方法。
目前国内在拉深筋的应用研究方面，已经有一些现有技术可供参考，如中国专利(专利号03111361.3)、中国专利(专利号200410020821.8)和中国专利(专利号02257820.1)公开的专利技术。在拉深筋阻力等力能特性的试验研究方面，国内也有研究者进行过相关试验，试验只是在拉深筋单元模拟器等一些简单的装置上完成，可以测得拉深筋的阻力，却无法测得拉深筋阻力的两个组成部分板料变形阻力和摩擦阻力。这两个参数是有限元数值模拟必不可少的边界条件。
发明内容
为了分别研究板料变形与摩擦对拉深筋阻力的影响，针对现有试验方法存在的不足，本发明提供一种测量无摩擦拉深筋变形阻力及摩擦阻力的装置及其方法，该装置可以测量出拉深筋在近似无摩擦状态下的阻力，即拉深筋的变形阻力。并与在相同参数的常规拉深筋装置下测得的拉深筋阻力相比较来获得拉深筋摩擦阻力的大小。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是该装置由无摩擦拉深筋模具及与其相连接的力传感器组成，力传感器用来测量拉深筋阻力。无摩擦拉深筋模具包含凸模组件、压边组件、凹模组件和模座。
凸模组件包含凸模连接板、凸模座、凸模支撑块和凸模辊。其特点是利用该凸模辊代替常规半圆形凸筋，凸模辊采用两端有滚针轴承支撑的轴的结构。
压边组件包含两个压边辊和压边辊支架。压边辊为轴结构，两端有滚针轴承支撑，代替常规模具的压料板。压边组件通过螺栓固定在左凹模座上。
凹模组件包含左右两个部分左右凹模辊、左右凹模支撑块、左右凹模座。左右两个部分之间有凹模间隙调整块。这样的结构可以根据试验毛坯厚度不同进行拉深筋凹槽间隙调整。该左右凹模辊代替常规拉深筋凹槽圆角，其结构同样为轴结构，两端有滚针轴承支撑。
模座包含上、下两部分，上模座可以通过螺纹与试验机横梁相连，凸模组件通过螺栓固定在上模座上。凹模组件通过连接板用螺栓固定在下模座上。下模座安放在试验机工作台上。
本发明提供的无摩擦拉深筋模具采用镶块式结构，可以根据需要调整拉深筋凸模辊和凹模辊的尺寸，调整范围为半径4mm-6mm。可测量板厚0.8mm-1.2mm的拉深板、A3板及铝合金板等材料。
本发明的有益效果是该装置可以模拟板料在近似无摩擦状态下经过拉深筋的变形情况，还提供了一种利用上述无摩擦拉深筋阻力测量装置测量拉深筋变形阻力和摩擦阻力的方法，该方法首先在上述装置上测量出在近似无摩擦状态下的拉深筋阻力，这就是拉深筋的变形阻力。然后将装置的凸模辊和左右凹模辊固定不动，使其模拟常规拉深筋模具，并测量出板料经过常规拉深筋模具时的拉深筋阻力，两者相比较，就可以获得拉深筋摩擦阻力的大小。
图1是常规拉深筋结构示意图；图2是无摩擦拉深筋模具在试验机上的结构示意图；图3是无摩擦拉深筋模具主视图；图4是无摩擦拉深筋模具凹模组件的俯视图。
在上述附图中，1.无摩擦拉深筋模具，2.试验机横梁，3.板料，4.侧向拉力传感器，5.侧拉液压缸，6.试验机工作台，7.上模座，8.凸模连接板，9.凸模座，10.凸模支撑块，11.凸模辊，12.压边辊，13.压边辊支架，14.左凹模辊，15.左凹模座，16.左凹模支撑块，17.凹模连接板，18.凹模间隙调整块，19.右凹模辊，20.右凹模支撑块，21.右凹模座，22.下模座，23.导柱，24.导套，25.凸筋，26.凹槽。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供的无摩擦拉深筋阻力测量装置，由无摩擦拉深筋模具1及与其相连接的力传感器组成(见图2)。无摩擦拉深筋模具1上端固定在试验机横梁2上，下端固定在试验机工作台6上，板料3的前端与侧向拉力传感器4相连，侧向拉力即拉深筋阻力由力传感器4测得。力传感器4的另一端与侧拉液压缸5相连。
无摩擦拉深筋模具1包括(见图3)凸模组件、压边组件、凹模组件和模座。
凸模组件包含凸模连接板8、凸模座9、凸模支撑块10和凸模辊11。具体连接方式为凸模辊11和凸模支撑块10安装在凸模座9上，凸模座9通过螺栓固定在凸模连接板8上。其特点是利用凸模辊代替常规半圆形凸筋。凸模辊的两端有滚针轴承支撑，可以跟随板料一起滚动。凸模辊11采用镶块式结构，凸模辊11的尺寸调整范围为半径4～6mm。
压边组件包含两个压边辊12和压边辊支架13。压边辊12为轴结构，两端有滚针轴承支撑，代替常规模具的压料板。压边组件通过螺栓固定在左凹模座15上。
凹模组件由左右两个部分组成。左侧凹模组件包含左凹模辊14、左凹模支撑块16和左凹模座15，其结构为左凹模辊14两端有辊针轴承支撑，下方有左凹模支撑块16支撑，两者都安装在左凹模座15上；右侧凹模组件包含右凹模辊19、右凹模支撑块20和右凹模座21，各零件的连接方式与左侧相同。左右两个部分之间有凹模间隙调整块18调整间隙。根据试验毛坯厚度不同(0.8mm-1.2mm)，可以更换不同尺寸的凹模间隙调整块18。
该左、右凹模辊14、19代替常规拉深筋凹槽圆角，如图4所示，左、右凹模辊14、19为轴结构，两端有滚针轴承支撑，可以跟随板料3一起滚动。左、右凹模辊14、19也采用镶块式结构，左、右凹模辊14、19的尺寸调整范围为半径4～6mm。
模座包含上、下两部分，上模座7可以通过螺纹与试验机横梁2相连，凸模组件通过螺栓固定在上模座上。凹模组件通过凹模连接板17用螺栓及圆柱销固定在下模座22上。下模座安放在试验机工作台6上。上、下模座之间由导柱23、导套24提供导向。
本发明提供了一种利用上述无摩擦拉深筋装置测量拉深筋变形阻力和摩擦阻力的方法，该方法分三个步骤第一步，在上述无摩擦拉深筋阻力测量装置上放置好板料3，合模后，侧拉液压缸5工作，带动整个板料3运动(图2中箭头方向)，随着板料3被拉动，压边辊12、凸模辊11和凹模辊14、19跟随板料3一起滚动，这样就可以测出拉深筋在近似无摩擦状态下的阻力，这就是拉深筋的变形阻力。
第二步，将上述装置的凸模辊11和左右凹模辊14、19固定不动，使其模拟常规拉深筋模具。放置好板料3后合模，侧拉液压缸5工作，测量出板料3经过常规拉深筋模具时的拉深筋阻力。
第三步，将测量得到结果相比较，就可以获得拉深筋摩擦阻力的大小。
以厚度为1mm的铝镁合金为例，采用模拟常规拉深筋模具测得的拉深筋阻力是4.3kN，利用无摩擦拉深筋模具测得的拉深筋阻力是1.95kN，这就是拉深筋的变形阻力，则可以计算得出拉深筋摩擦阻力为4.3-1.95＝2.35kN。
权利要求
1.一种用于板料成形的无摩擦拉深筋阻力测量装置，无摩擦拉深筋模具(1)上端固定在试验机横梁(2)上，下端固定在试验机工作台(6)上，其特征是板料(3)的前端与侧向拉力传感器(4)相连，侧向拉力传感器(4)的另一端与侧拉液压缸(5)相连，所述无摩擦拉深筋模具(1)包括凸模组件、压边组件、凹模组件和模座。
2.根据权利要求1所述的无摩擦拉深筋阻力测量装置，其特征是所述凸模组件的凸模辊(11)和凸模支撑块(10)安装在凸模座(9)上，凸模座(9)通过螺栓固定在凸模连接板(8)。
3.根据权利要求1或2所述的无摩擦拉深筋阻力测量装置，其特征是凸模辊(11)的两端有滚针轴承支撑，它可跟随板料(3)一起滚动，凸模辊(11)采用镶块式结构，凸模辊(11)半径R＝4～6mm。
4.根据权利要求1或2所述的无摩擦拉深筋阻力测量装置，其特征是所述压边组件由两个压边辊(12)和压边辊支架(13)组成，压边辊12为轴结构，两端有滚针轴承支撑，压边组件由螺栓固定在左凹模座(15)上。
5.根据权利要求1或2所述的无摩擦拉深筋阻力测量装置，其特征是所述凹模组件的左凹模辊(14)两端有辊针轴承支撑，下方有左凹模支撑块(16)支撑，两者都安装在左凹模座(15)上；右凹模辊(19)两端有辊针轴承支撑，下方有右凹模支撑块(20)支撑，两者都安装在右凹模座(21)上。
6.根据权利要求5所述的无摩擦拉深筋阻力测量装置，其特征是左、右凹模辊(14，19)也采用镶块式结构，左、右凹模辊(14，19)半径R＝4～6mm。
7.根据权利要求4所述的无摩擦拉深筋阻力测量装置，其特征是左、右凹模座(15，21)之间用凹模间隙调整块(18)调整间隙。
8.根据权利要求1所述的无摩擦拉深筋阻力测量装置，其特征是模座的上模座(7)通过螺栓与试验机横梁(2)相连，凸模组件通过螺栓固定在上模座(7)上；凹模组件通过凹模连接板(17)用螺栓及圆柱销固定在下模座(22)上；下模座(22)安装在试验机工作台(6)上；上、下模座(7，22)之间有导柱(23)和导套(24)。
9.一种根据权利要求1所述的无摩擦拉深筋装置测量拉深筋变形阻力和摩擦阻力的方法，其特征是该方法分为三个步骤(1)利用所述装置测量出近似无摩擦状态下的拉深筋阻力，即拉深筋的变形阻力；(2)将所述装置的凸模辊(11)和左、右凹模辊(14，19)固定不动来模拟常规拉深筋模具，测量出板料经过常规拉深筋模具时的拉深筋阻力；(3)将测量结果相比较获得拉深筋摩擦阻力。
全文摘要
本发明提供了一种用于板料成形的无摩擦拉深筋变形阻力和摩擦阻力的测量装置，包括无摩擦拉深筋模具(1)及与其相连接的力传感器，力传感器用来测量拉深筋阻力。无摩擦拉深筋模具(1)包含凸模组件、压边组件、凹模组件和模座。所述凸模组件、凹模组件都采用镶块式结构，而且该凸模辊(11)及左、右凹模辊(14，19)都采用两端有滚针轴承支撑的轴结构。本发明还提供了利用该无摩擦拉深筋装置测量拉深筋变形阻力及摩擦阻力的方法。
文档编号B21D22/20GK1923397SQ200610048289
公开日2007年3月7日 申请日期2006年9月14日 优先权日2006年9月14日
发明者李群, 金淼, 张玉存, 李文平, 郭宝锋, 邢宇 申请人:燕山大学