一种可拆卸式电磁压边拉深模具及其压边力控制方法与流程

本发明涉及一种可拆卸式电磁压边拉深模具及其压边力控制方法，特别涉及一种适于薄板金属拉深成形模具。

背景技术：

在薄板拉深过程中，在毛坯法兰处径向会产生较大的拉伸应力，切向会产生较大的压缩应力，容易造成起皱缺陷。通常在毛坯法兰处施加压边力可以有效地抑制法兰起皱缺陷，所以对于压边力的精确控制是决定金属板料成形质量的关键技术之一。常见的压边方式主要有机械与液压压边两类。机械式压边主要采用弹簧、橡胶垫及氮气缸，液压式压边是通过活塞产生液体压力实现的。近期研发的新型压边技术，已在电磁成形工艺中得到应用，一般采用机械电磁混合压边的方法。如采用压边弹簧与电磁压边的混合形式，压边弹簧在工作过程中会提供逐渐增加的压边力，与所控制的电磁力叠加后很难得到预定的压边力曲线，造成对电磁力控制的不精确，难免会使得拉深件出现破裂与起皱缺陷。另外，现有的薄板拉深成形电磁压边技术往往没有考虑电磁压边装置的可拆卸性，不方便更换凸模。此外，目前所提出的板料拉深电磁压边装置均采用交流电，可能会使得压边力变化不平稳。并且所提出的板料拉深电磁压边装置只停留在结构的设计，并未给出具体的电磁线圈电流控制策略。

技术实现要素：

（1）发明目的

本发明的目的是为了解决现有压边技术的空缺，提供了一种可拆卸式电磁压边的薄板拉深模具及其压边力控制方法，它可以通过对可控直流电源的调节，以实现变压边力输出，并解决现有电磁压边拉深成形模具无法去除机械压力对压边力的影响，并提出可拆卸式的模具结构。将通入电磁线圈的交变电流改为直流电，可使得压边力的变化更为平稳。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

（2）技术方案

一种可拆卸式电磁压边拉深模具及压边力控制方法，模具包括上模座、下模座、模套、导柱、固定环、凸模、凹模、磁力环、组合式压边圈、电磁线圈、紧定螺钉、圆柱销、模柄、调整垫片、定位销、垫板、凸模固定板、限位板、连接板、隔磁板等零件；上模座和下模座呈方形结构，上模座通过模柄和夹具固定在压力机滑块上，下模座通过夹具固定在工作台上；上模座左后侧和右后侧设有两个模具导套，下模座左后侧和右后侧设有两个模具导柱，上模座和下模座通过模具导柱和模具导套相联接，上模座可以在模具导柱的导向作用下相对于下模座上下运动；凹模呈凸台圆柱状，对凹模圆角下方开设有直径较大的梯台，为使拉深件在拉伸结束后自动顶出，凹模由紧定螺钉固定在下模座上，由圆柱销定位；凸模采用阶梯形式，紧定螺钉将凸模、凸模固定板及垫板紧固在上模座上，并由圆柱销定位；

所述的组合式压边圈，由连接板与压边圈组成；两者材质均选用无磁模具钢；连接板上开设有两组沿周向交错均匀分布的多个螺栓孔并在内缘部位设计有与凸模梯台相搭接的接口；压边圈上周向均匀分布有多个螺栓孔，连接板与压边圈由多个紧定螺钉紧固。

所述的磁力环，由磁导率较大的钢材制成，圆环形状，设置有与压边圈配合的搭接接口；在搭接接口的周向设置有沿周向均匀分布的多个螺栓孔；磁力环与连接板的配合是由多个紧定螺钉紧固；磁力环与压边圈的配合通过搭接接口来完成。

所述的电磁线圈部分，由扁平铜漆包线制成，呈螺旋形均匀绕制在固定环的凹槽壁面上，电磁线圈由环氧树脂封装在固定环的凹槽内。

所述的固定环，由磁导率较大的钢材制成，其上加工有环形凹槽，用来放置电磁线圈。固定环的下方设置有调整垫片，材料为模具钢。

所述的隔磁板，圆环状，由无磁模具钢制成，其上开设有内外两组均匀分布的多个螺钉孔，通过紧定螺钉完成对隔磁板与凹模的连接。

本发明包括电磁压边系统、板料拉深系统和励磁电流控制系统。电磁压边系统由连接板、磁力环、固定环、电磁线圈、压边圈、限位板、紧定螺钉、隔磁板、调整垫片等组成。电磁压边系统工作时，电磁线圈通入直流电流，在磁力环与固定环间的空气隙中会产生电磁吸力，电磁吸力会通过磁力环与压边圈的接口传递给压边圈，完成对板料的压边；板料拉深系统由凸模、凹模、上模座、下模座、导柱、模套、定位销、紧定螺钉、圆柱销、凸模固定板与凸模垫板组成，用于完成薄板的拉深成形；电流控制系统的基本工作原理为：由电磁互感器检测流过电磁线圈的电流，反馈到控制器，并与励磁电流给定信号进行比较，调节可控直流电源输出电压和电流的幅值，电路中电容c与电感l起滤波作用。

本发明结构紧凑，功能齐全，使用安全可靠，可以依据模具设计数据及电流控制策略，实现薄板拉深变压边力的控制。

（3）技术效果

本发明的有益效果是：（1）可拆卸式电磁压边拉深模具将传统的机械或液压压边形式改为电磁压边，通过改变通入电磁线圈的电流大小以改变施加在板料法兰部分的压边力，采用控制励磁电流幅值的方式使得对压边力的调节灵活精确。（2）可拆卸式电磁压边拉深模具与现有电磁压边模具相比去除了机械压边力对电磁力的影响，使得对于电磁力的调控更为精确。（3）可拆卸式电磁压边力的励磁电流控制采用可控直流电源设计，可以实现电流大小的精确控制。（4）可拆卸式电磁压边拉深模具压边圈部分便于拆卸，可以有效延长装置的使用寿命，易于维护。

本发明主要适用于薄板金属的拉深成形，易于安装拆卸，制造成本较低，特别适用于小型拉深件的拉深成形，同样适用于普通的机械压力机或常规的液压机。

附图说明

图1是本发明的整体结构简图。

图2是本发明可拆卸连接板的三维图。

图3是本发明a部的局部放大视图。

图4是本发明电磁力与压边力转换计算的力学模型。

图5是本发明电流控制系统整体框图。

图6是薄板拉深的合理压边力曲线。

图7是本发明电磁力与压边力的关系曲线。

图8是本发明电磁力与励磁电流的关系曲线。

图9是本发明当电流为一定值时电磁力与电磁线圈匝数的关系曲线。

图10是本发明当电流与磁链为一定值时电磁力与空气隙的关系曲线。

图1标记说明:1紧定螺钉，2下模座，3调整垫片，4导柱，5固定环，6电磁线圈，7凹模，8紧定螺钉，9模套，10上模座，11紧定螺钉，12模柄，13定位销，14圆柱销，15垫板，16凸模固定板，17凸模，18压边圈，19连接板，20磁力环，21板料，22限位板，23紧定螺钉，24紧定螺钉，25隔磁板，26圆柱销，27圆柱销，28紧定螺钉。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，但其仅为优选实施例，并不用来限制本发明的实质范围。

图1为本发明的模具结构示意图，所述的可拆卸式电磁压边装置包括紧定螺钉1，上模座2，调整垫片3，导柱4，固定环5，电磁线圈6，凹模7，紧定螺钉8，模套9，上模座10，紧定螺钉11，模柄12，定位销13，圆柱销14，垫板15，凸模固定板16，凸模17，压边圈18，连接板19，磁力环20，板料21，限位板22，紧定螺钉23，紧定螺钉24，隔磁板25，圆柱销26，圆柱销27，紧定螺钉28组成；所述的可拆卸电磁压边装置模具采用正装结构，凸模17在上，凹模7在下，凸模17上方安装有凸模固定板16，凸模固定板16上方安装有垫板15，用以减缓凸模与板料碰撞对凸模造成的损伤，凸模17、凸模固定板16、垫板15与上模座2由周向交错均匀分布的多个紧定螺钉紧固，并由多个圆柱销定位，多个紧定螺钉13用来防止模柄相对上模座转动；凹模7与下模座间由多个周向均匀分布的紧定螺钉紧固，并由多个沿对角线方向的圆柱销26定位，凹模7的上端面安装有板料的限位板22，限位板22与凹模7的连接由沿周向均匀分布的多个紧定螺钉23紧固；压边圈18与连接板19用周向均匀分布的多个紧定螺钉紧固，构成组合式压边圈；组合式压边圈与磁力环用周向均匀分布的多个紧定螺钉紧固；连接板采用可拆卸形式，并由沿对角方向的多个紧定螺钉紧固，连接板19的内缘部分与凸模17的梯台搭接；电磁线圈6由隔磁板25封闭在固定环5的凹槽中，隔磁板22与固定环5间由周向交错均匀分布的多个紧定螺钉紧固；固定环的正下方安装有调整垫片3，以改变空气隙的大小，并由周向分布的多个紧定螺钉与固定环26、下模座2紧固在一起；上模座10通过模柄12和夹具固定在压力机滑块上，下模座2中央设置有内孔，可以使拉深件通过内孔掉落；

整套模具的工作过程为：先将板料放置于限位板的凹槽内，当薄板金属拉深成形开始时，凸模6下行带动板料成形；此时采用电磁互感器检测流过压边电磁线圈的电流，反馈到控制器，并与励磁电流给定信号进行比较，调节可控直流电源的输出电压和电流幅值；根据电流的磁效应，在通电的电磁线圈9的周围会产生电磁场，磁力环3，固定环2与两者间的空气隙会组成一个闭合的磁路，因而在磁力环3与固定环2之间会产生电磁吸力；产生的电磁力通过连接板19与磁力环3和压边圈18的搭接部分传递给压边圈18，完成对金属板料法兰部分的压边；当薄板拉深结束后，断开可控直流电源，停止对电磁线圈6的供电，电磁力消失，压边力随之消失；凸模17上行，通过连接板19与凸模17的搭接部分带动组合式压边圈及磁力环20上行，凸模17与拉深件分离，拉深件的顶端会触碰到凹模7内壁梯台而自动掉落。

为了更好的说明电磁力与压边力的转化关系，结合图4所绘制的电磁力与压边力转化计算的力学模型做进一步说明。

所提出的电磁力-压边力转化计算力学模型中，将磁力环与组合式压边圈简化成一块圆形板件，为了使计算结果接近于真实值，在力学模型的建立过程中考虑到了磁力环与组合式压边圈的重力对压边力的影响。根据理论力学中力与力矩的平衡关系，可得：

力的平衡方程：fbhf+fe+fh=0

力矩的平衡方程：

式中：

fe-电磁吸力

fh-固定环对简化圆板的支撑力

fbhf-压边力

l1、l2、l3为各力的作用点距圆板中心的距离

根据以上两式，可以得到电磁力与压边力的对应关系：

由压边力的理论计算公式

p-单位面积上所受压力

可得：

d1-法兰外径

d2-法兰内径

下面结合图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10所绘制的电流控制系统框图及电磁力与压边力、电磁力与工作参数的对应关系曲线，电磁压边装置的电流控制系统做进一步说明。

1）首先给出密绕直螺线管磁感应强度的理论计算公式：

式中：

fe-电磁力

b-磁感应强度

μ0-空气磁导率

n-线圈匝数

s-线圈截面

i-励磁电流

由上述两式可得电磁力与励磁电流间的关系式：

2）图4是电磁压边装置的电流控制系统框图，可控直流电源给电磁线圈提供可调节的励磁电流，以实现电磁力的精确控制。采用电磁互感器检测流过压边电磁线圈的电流，反馈到控制器，并与励磁电流给定信号进行比较，调节可控直流电源的输出电压和电流幅值，电路中电容c与电感l起滤波的作用。

3）根据上面推得的电磁力与压边力关系的计算公式，在激励线圈匝数n与截面积s已知的前提下，可以认为电磁力与励磁电流的平方成线性关系，图7为电磁力随励磁电流变化的曲线。

根据上面推得的电磁力与压边力的关系式，可以看出两者在数值上成线性关系，图8为电磁力与压边力的关系曲线。

根据电磁力与电流间的关系式，可以看出电磁力与匝数间成斜率逐渐递增呈上升趋势的曲线，图9为电磁力与压边力的关系曲线。

根据电磁力的另一表达式

式中：i-励磁电流，ψ-磁链，δ-空气隙

可以看出当电流值与磁链为定值时，电磁力与空气隙间成反比例关系，图10为电磁力与压边力的关系曲线。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。