一种电磁冲压方法及装置

1.本发明涉及冲压工艺领域，具体涉及一种电磁冲压方法及装置。


背景技术：

2.冲压成形加工方法是金属塑性变形的主要加工方法之一，有着生产效率高，表面粗糙度低等优点，对于复杂零件能够做到一次成形。压边力控制对于冲压件的成形质量、冲压过程板料的应力应变状态、冲压过程的能量消耗等方面起到至关重要的作用。
3.现有的液压和电磁压边技术在压边过程中存在能量浪费严重的现象，尽管电控永磁压边技术可以在一定程度上解决能量问题，但现有的电控永磁吸盘存在压边力加载方面不够精确。


技术实现要素：

4.为克服相关技术中存在的问题，本发明提出一种电磁冲压方法及装置。
5.本发明的实施例提供一种电磁冲压方法，包括：根据待冲压件的轮廓特征，将冲压装置的压边圈划分为多个压边区域；根据每个压边区域的形状特征，对所述每个压边区域设置随时间变化的压边力函数；针对每个压边区域，每隔循环周期t0采集压边力数据g，并计算采集的压边力数据g与所述压边力函数在当前时间的值f之间的误差e＝f
‑
g；以及根据所述误差控制所述每个压边区域的压边力，并在所述压边力下对板料进行冲压以得到所述待冲压件。
6.本实施例使得实时压边力严格契合设置的变压边力函数，在压边过程的每个阶段都能够施加适合的压边力，精确控制压边力，提高了压边力的加载能力，降低了压边过程的能耗。
7.在示例性实施例中，冲压装置包括与所述多个压边区域一一对应的多个分布式充退磁电路，以及根据所述误差控制所述每个压边区域的压边力包括：根据所述误差向所述每个压边区域对应的分布式充退磁电路输出开关量信号、脉冲信号和pwm脉宽调制信号中的至少一个，以控制所述压边力。
8.本实施例通过向分布式充退磁电路输出控制信号以对压边力进行实时、动态监控，提高压边力加载精度，从而精确地控制板料的金属流动。
9.在示例性实施例中，每个分布式充退磁电路包括四个固态继电器k
i
，其中i∈{1，2，3，4}，且k
i
在对板料进行冲压的初始状态下处于断开状态，以及根据所述误差向所述每个压边区域对应的分布式充退磁电路输出开关量信号、脉冲信号和pwm脉宽调制信号中的至少一个包括：向固态继电器k3输出脉冲信号，使得所述固态继电器k3以固定占空比循环通断，所述脉冲信号的频率大于所述pwm脉宽调制信号的频率的5倍；根据所述误差调节所述pwm脉宽调制信号的占空比，使得固态继电器k4以变占空比循环通断，其中所述误差的绝对值与所述pwm脉宽调制信号的占空比成正比；当所述误差大于零时，向固态继电器k1输出正开关量信号，使得所述固态继电器k1闭合以对所述分布式充退磁电路充磁；以及当所述误
差小于等于零时，向固态继电器k2输出正开关量信号，使得所述固态继电器k2闭合以对所述分布式充退磁电路退磁。
10.本实施例利用压边过程中的实时压边力作为反馈值，通过分布式充退磁电路调节脉冲电流的加载以减弱多磁场耦合和外界干扰的影响，提高了控制精度。
11.在示例性实施例中，所述压边力函数的当前值f＝p
×
s，其中p为该时刻对板料冲压所需压强，s为该时刻板料和压边区域的接触面积；当板料边缘远离压边区域的内边缘时，压边力函数值为零。
12.本实施例的方案中，针对压边过程中的参数变化，设置了适合的压边力函数，使得板料离开压边块时，压边块之间不会受力发生碰撞，同时降低压边过程能耗。
13.在示例性实施例中，所述方法还包括：每隔循环周期t0采集所述板料的形变数据，当所述形变数据大于所述板料初始厚度的1.5倍时，发出报警指令并停止冲压。
14.本实施例通过反馈实时形变数据监控板料厚度，优化成形质量，避免成形件破裂、起皱及回弹缺陷。
15.本发明的实施例提供一种电磁冲压装置，包括：压边圈，所述压边圈具有根据待冲压件的轮廓特征而划分的多个压边区域；多个压力传感器，所述多个压力传感器与所述多个压边区域一一对应，每个压力传感器用于每隔循环周期t0采集对应压边区域的压边力数据g；控制器，所述控制器用于计算所述压边力数据g与针对所述每个压边区域设置的随时间变化的压边力函数在当前时间的值f之间的误差e＝f
‑
g，以及根据所述误差控制所述每个压边区域的压边力，并在所述压边力下对板料进行冲压以得到所述待冲压件。
16.本实施例使得实时压边力严格契合设置的变压边力函数，在压边过程的每个阶段都能够施加适合的压边力，精确控制压边力，提高了压边力的加载能力，降低了压边过程的能耗。
17.在示例性实施例中，所述电磁冲压装置还包括与所述多个压边区域一一对应的多个分布式充退磁电路，所述控制器还用于：根据所述误差向所述每个压边区域对应的分布式充退磁电路输出开关量信号、脉冲信号和pwm脉宽调制信号中的至少一个，以控制所述压边力。
18.本实施例通过向分布式充退磁电路输出控制信号以对压边力进行实时、动态监控，提高压边力加载精度，从而精确地控制板料的金属流动。
19.在示例性实施例中，每个分布式充退磁电路包括四个固态继电器k
i
，其中i∈{1，2，3，4}，且k
i
在对板料进行冲压的初始状态下处于断开状态，所述控制器还用于：向固态继电器k3输出脉冲信号，使得所述固态继电器k3以固定占空比循环通断；根据所述误差调节所述pwm脉宽调制信号的占空比，使得固态继电器k4以变占空比循环通断，所述脉冲信号的频率大于所述pwm脉宽调制信号的频率的5倍，其中所述误差的绝对值与所述pwm脉宽调制信号的占空比成正比；当所述误差大于零时，向固态继电器k1输出正开关量信号，使得所述固态继电器k1闭合以对所述分布式充退磁电路充磁；以及当所述误差小于等于零时，向固态继电器k2输出正开关量信号，使得所述固态继电器k2闭合以对所述分布式充退磁电路退磁。
20.本实施例利用压边过程中的实时压边力作为反馈值，通过分布式充退磁电路调节脉冲电流的加载以减弱多磁场耦合和外界干扰的影响，提高了控制精度。
21.在示例性实施例中，所述压边力函数的当前值f＝p
×
s，其中p为该时刻对板料冲
压所需压强，s为该时刻板料和压边区域的接触面积；当板料边缘远离压边区域的内边缘时，压边力函数值为零。
22.本实施例的方案中，针对压边过程中的参数变化，设置了适合的压边力函数，使得板料离开压边块时，压边块之间不会受力发生碰撞，同时降低压边过程能耗。
23.在示例性实施例中，装置还包括与所述多个压边区域一一对应的多个位移传感器，每个位移传感器用于每隔循环周期t0采集所述板料的形变数据，所述控制器还用于：当所述形变数据大于所述板料初始厚度的1.5倍时，发出报警指令并停止冲压。
24.本实施例通过反馈实时形变数据监控板料厚度，优化成形质量，避免成形件破裂、起皱及回弹缺陷。
25.本实施例利用压边过程中的实时压边力作为反馈值，通过分布式充退磁电路调节脉冲电流的加载以减弱多磁场耦合和外界干扰的影响，提高了控制精度。
26.本发明的方案具有如下优点及有益技术效果：
27.针对具有不同特征的成形区域并在不同的冲压阶段提供不同的压边力，同时利用负反馈机制对压边力进行实时、动态监控，提高压边力加载精度，从而精确地控制板料的金属流动，优化成形质量，减少能耗，并避免成形件破裂、起皱及回弹缺陷。
28.此外，通过结合电永磁压边技术和分布式压边技术，综合考虑随时间变化导致在冲压过程中板料与压边块的接触面积逐渐减小对压边力控制的影响，根据板料在冲压过程中的流动性对压边力进行实时控制，减小了压边过程中的能耗；利用控制器对分布式充退磁电路进行控制可以实现动态变化压边力的准确加载，提高了成形质量；利用负反馈机制实时监测冲压过程的数据，提高了压边力加载精度，减弱多磁场之间电磁耦合的影响和外界干扰问题。
29.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
30.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
31.图1示出了根据本发明实施例的一种电磁冲压方法的示意性流程图；
32.图2示出了根据本发明另一实施例的一种电磁冲压方法的示意性流程图；
33.图3示出了根据本发明又一实施例的一种电磁冲压方法的示意性流程图；
34.图4示出了根据本发明再一实施例的一种电磁冲压方法的示意性流程图；
35.图5示出了根据本发明实施例的一种电磁冲压装置的示意图；
36.图6示出了根据本发明另一实施例的一种电磁冲压装置的示意图；
37.图7示出了根据本发明实施例的一种电磁冲压装置的结构图；
38.图8示出了图7的电磁冲压装置中压边圈的区域划分示意图；
39.图9示出了根据本发明实施例的分布式充退磁电路的电路图；
40.图10示出了根据本发明实施例的一种电磁冲压装置的立体结构图；以及
41.图11示出了图10的电磁冲压装置中压边圈的区域划分示意图。
具体实施方式
42.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
43.本发明公开了一种电磁冲压方法、电磁冲压装置以及存储介质。具体地，本发明是一种冲压工艺电永磁分布式压边方法和压边装置。本发明的方案针对具有不同特征的成形区域并在不同的冲压阶段提供不同的压边力，同时利用负反馈机制对压边力进行实时、动态监控，提高压边力加载精度，从而精确地控制板料的金属流动，优化成型质量，减少能耗，并避免成形件破裂、起皱及回弹缺陷。
44.下面参考附图描述本公开实施例的电磁冲压方法、电磁冲压装置以及存储介质。
45.图1示出了根据本发明实施例的一种冲压方法的示意性流程图。本公开实施例以该冲压方法被配置于冲压装置中进行举例说明，该冲压装置可以应用于包括但不限于电永磁分布式冲压系统中，冲压装置的控制器可以执行比例积分微分(pid，proportion integration differentiation)控制程序，以使冲压装置执行冲压处理。
46.如图1所示，本发明的冲压方法包括以下步骤。
47.在步骤s101中，根据待冲压件的轮廓特征，将冲压装置的压边圈划分为多个压边区域。
48.本公开实施例中，待冲压件可以具有任意形状，其轮廓特征包括直线和曲线中的至少一种，由若干直线或曲线首尾相接形成封闭的待冲压件的外轮廓。
49.本公开实施例中，将冲压装置的压边圈沿周向划分为s个区域，第i个区域沿径向依次分为k
i
个压边区域，任意一个压边区域表示为a
ij
，其中i∈{1，2,
…
,s},j∈{1，2,
…
,k
i
}。
50.在步骤s102中，根据每个压边区域的形状特征，对每个压边区域设置随时间变化的压边力函数。
51.由于压边区域的形状和冲压过程所处的阶段影响压边力的控制和成形件质量，本发明考虑对每个压边区域加载随时间变化的变压边力。为了精确控制每个压边区域的压边力，根据每个压边区域的形状特征，例如是否具有直角、圆角、弧线，或多种线性组合形成的异形形状，考虑冲压过程的进行阶段(体现为时间参数)，对每个压边区域设置针对该压边区域的随时间变化的压边力函数。
52.可以理解的是，不同压边区域对应不同的压边力函数，同一区域在不同时刻压边力函数的值不同。压边力函数表示为f
ij
＝f(t
ij
)，f
ij
与压边区域a
ij
对应，t
ij
为时间变量，表示板料在冲压过程中沿径向从区域a
ij
的外边缘向内边缘流动的时间。对于压边区域a
ij
，压边力函数的当前值f
ij
＝p
×
s，p为该时刻对板料压边所需压强，s为该时刻板料和压边区域的接触面积；在时间t
ij
内，板料在区域的a
ij
上的接触面积不断减小，板料所需压强不断变化，f
ij
＝f(t
ij
)也相应改变。区域的形状特征体现为函数的固定参数，本发明在此不作具体数值的限制。
53.压边力函数的当前值f＝p
×
s，其中p为该时刻对板料冲压所需压强，s为该时刻板料和压边区域的接触面积；当板料边缘远离压边区域的内边缘时，板料和压边区域的接触
面积为零，即压边力函数值为零。换言之，随着冲压过程的进行和时间的变化，板料的外边缘从某个压边区域的外边缘向该压边区域的内边缘流动，板料与压边区域之间接触面积减小，在板料边缘离开压边区域的内边缘时，接触面积为零，即f
ij
＝f(t
ij
)也为零，从而使得板料离开压边块时，压边块之间不会因压边力的作用而发生碰撞。
54.在步骤s103中，针对每个压边区域，每隔循环周期t0采集压边力数据g，并计算采集的压边力数据g与压边力函数在当前时间的值f之间的误差e＝f
‑
g。
55.本发明实施例中，为了使实际压边力的变化严格契合压边力函数的曲线，从而在冲压过程的每个阶段都能够施加适合的压边力，在冲压装置中设置有计数器n
ij
，特别地，计数器设置于控制器中，用于模拟时间变化，每过一个周期t0计数器加1，控制器将根据新的压边力设定值进行一次pid控制。计数器的当前值为n，当n达到计数器的设定值为n0时，冲压过程结束。
56.例如，在pid控制程序c
ij
中内置一个循环中断程序，循环中断程序的周期为t0，冲压装置的控制器能够控制pid指令循环运行，针对每个压边区域，每隔循环周期t0采集压边力数据g，并计算采集的压边力数据g与压边力函数在当前时间的值f之间的误差e＝f
‑
g。通过控制误差的大小，可以控制实际压边力数值接近函数的实时值。
57.在步骤s104中，根据误差控制每个压边区域的压边力，并在压边力下对板料进行冲压以得到待冲压件。
58.在本发明实施例中，针对每个压边区域，根据本次采集到的压边力数据g和压边力函数在当前时刻的值f之间的误差e＝f
‑
g，控制在该区域上施加的压边力，以使实际的压边力趋近于采集压边力数据g的时刻的压边力函数的值，并在该压边力下对板料进行冲压以得到待冲压件。
59.在示例性实施例中，本发明提出的冲压方法还包括：每隔循环周期t0采集板料的形变数据，当形变数据大于板料初始厚度的1.5倍时，发出报警指令并停止冲压。
60.可以理解的是，板料在冲压过程中因受力流动而产生形变，板料的形变数据可以是板料的厚度，针对每个压边区域，冲压装置设置有位移传感器，位移传感器每隔循环周期t0采集该区域板料的厚度，当板料的实时厚度大于板料初始厚度的1.5倍时，表示材料起皱严重，此时发出报警指令并停止冲压。
61.可选地，板料的形变数据也可以是诸如板料厚度的变化速率或板料金属的流动性等任何能够表示板料形变状态的数据，本发明在此不作限制。
62.形变数据也可以用于辅助控制压边过程，例如，将形变数据实时反馈至冲压装置的控制器，以用于实时控制压边力。形变数据还可以用于对冲压件进行质量分析。
63.因此，本公开实施例的冲压方法，通过根据待冲压件的轮廓特征，将冲压装置的压边圈划分为多个压边区域，根据每个压边区域的形状特征，对每个压边区域设置随时间变化的压边力函数，针对每个压边区域，每隔循环周期t0采集压边力数据g，并计算采集的压边力数据g与压边力函数在当前时间的值f之间的误差e＝f
‑
g，以及根据误差控制每个压边区域的压边力，并在压边力下对板料进行冲压以得到待冲压件，从而实现针对具有不同特征的成形区域并在不同的冲压阶段提供不同的压边力，同时利用负反馈机制对压边力进行实时、动态监控，提高压边力加载精度，精确地控制板料的金属流动，优化成型质量，减少能耗，并避免成形件破裂、起皱及回弹缺陷。
64.图2示出了根据本发明另一实施例的一种冲压方法的示意性流程图。本实施例基于图1对应的实施例对步骤s104进行了具体描述。如图2所示，冲压方法包括以下步骤。
65.在步骤s201中，根据待冲压件的轮廓特征，将冲压装置的压边圈划分为多个压边区域。
66.在步骤s202中，根据每个压边区域的形状特征，对每个压边区域设置随时间变化的压边力函数。
67.在步骤s203中，针对每个压边区域，每隔循环周期t0采集压边力数据g，并计算采集的压边力数据g与压边力函数在当前时间的值f之间的误差e＝f
‑
g。
68.步骤s201至s203的执行过程，可以参见上述实施例中s101至s103的执行过程，在此不作赘述。
69.在步骤s204中，根据误差向每个压边区域对应的分布式充退磁电路输出开关量信号、脉冲信号和pwm脉宽调制信号中的至少一个，以控制压边力。
70.本发明实施例中，冲压装置包括与多个压边区域一一对应的多个分布式充退磁电路u
ij
、电控永磁吸盘和增力板，每个压边区域对应的电控永磁吸盘、增力板、压力传感器组成为一个压边单元d
ij
，分布式充退磁电路通过输出脉冲电流为电控永磁吸盘进行充退磁，电控永磁吸盘由分布式充退磁电路u
ij
输出的脉冲电流进行充退磁，吸引增力板产生压边力。电控永磁吸盘产生的压边力稳定且持续，提高了压边力的加载能力，降低了压边过程的能耗。
71.特别地，由于每个压边区域的面积有限，直接将电控永磁吸盘作用于每个压边区域可能导致产生的压边力不足或不稳定，本发明的冲压装置设计有增力板，增力板与每个压边区域一一对应，并设置于与压边块水平平行的位置，在压边区域的外围围成一块环形板块，其形状和面积由电控永磁吸盘决定。将增力板与每个压边区域对应的压边块通过连接杆连接，并将电控永磁吸盘与增力板对应布置，使得电控永磁吸盘由分布式充退磁电路u
ij
输出的脉冲电流进行充退磁，吸引增力板产生压边力，从而提高每个压边块的压边力的加载能力和稳定性。
72.因此，本公开实施例的冲压方法，其中冲压装置包括与多个压边区域一一对应的多个分布式充退磁电路，通过根据待冲压件的轮廓特征，将冲压装置的压边圈划分为多个压边区域，根据每个压边区域的形状特征，对每个压边区域设置随时间变化的压边力函数，针对每个压边区域，每隔循环周期t0采集压边力数据g，并计算采集的压边力数据g与压边力函数在当前时间的值f之间的误差e＝f
‑
g，根据误差向每个压边区域对应的分布式充退磁电路输出开关量信号、脉冲信号和pwm脉宽调制信号中的至少一个，以控制压边力，从而提高压边力控制精度，减弱多磁场耦合和外界干扰的影响，通过电控永磁吸盘产生的压边力稳定且持续，提高了压边力的加载能力，降低了压边过程的能耗。
73.图3示出了根据本发明又一实施例的一种冲压方法的示意性流程图。本实施例基于图2对应的实施例对步骤s204进行了具体描述。如图3所示，冲压方法包括以下步骤。
74.在步骤s301中，根据待冲压件的轮廓特征，将冲压装置的压边圈划分为多个压边区域。
75.在步骤s302中，根据每个压边区域的形状特征，对每个压边区域设置随时间变化的压边力函数。
76.在步骤s303中，针对每个压边区域，每隔循环周期t0采集压边力数据g，并计算采集的压边力数据g与压边力函数在当前时间的值f之间的误差e＝f
‑
g。
77.步骤s301至s303的执行过程，可以参见上述实施例中s101至s103的执行过程，在此不作赘述。
78.在本实施例中，每个分布式充退磁电路包括四个固态继电器k
i
，其中i∈{1,2,3,4}，且k
i
在对板料进行冲压的初始状态下处于断开状态。步骤s204具体包括以下步骤。
79.在步骤s304中，向固态继电器k3输出脉冲信号，使得固态继电器k3以固定占空比循环通断。脉冲信号的频率大于pwm脉宽调制信号的频率的5倍。
80.本发明实施例中，控制器通过向分布式充退磁电路u
ij
输出信号，控制固态继电器k
i
通断，以使分布式充退磁电路u
ij
输出脉冲电流。
81.其中，固态继电器k3以固定占空比循环通断，表示为电路输出脉冲电流进行充退磁。
82.在步骤s305中，根据误差调节pwm脉宽调制信号的占空比，使得固态继电器k4以变占空比循环通断，其中误差的绝对值与pwm脉宽调制信号的占空比成正比。
83.本发明实施例中，固态继电器k4由pwm脉宽调制信号控制，固态继电器k4变占空比循环通断，表示为电路的充退磁速率变化。
84.例如，控制器通过执行pid控制程序c
ij
，可以根据误差e的大小整定pid参数，进而调节输出的pwm脉宽调制信号占空比的大小，使得固态继电器k4处于变占空比的循环通断状态。误差的绝对值与pwm脉宽调制信号的占空比成正比，即，误差e的绝对值偏大，则pwm脉宽调制信号的占空比偏大；误差e绝对值偏小，则pwm脉宽调制信号的占空比偏小。
85.在步骤s306中，当误差大于零时，向固态继电器k1输出正开关量信号，使得固态继电器k1闭合以对分布式充退磁电路充磁；当误差小于等于零时，向固态继电器k2输出正开关量信号，使得固态继电器k2闭合以对分布式充退磁电路退磁。
86.本发明实施例中，分布式充退磁电路u
ij
中的固态继电器k1和k2由开关量信号控制，固态继电器k1闭合，表示为电路充磁；固态继电器k2闭合，表示为电路退磁。例如，控制器在执行pid控制程序c
ij
中，判断误差e是否大于零，若是，则向固态继电器k1输出正信号，使得固态继电器k1闭合，以对电路充磁，若否，则向固态继电器k2输出正信号，使得固态继电器k2闭合，以使电路退磁。
87.因此，本公开实施例的冲压方法中，每个分布式充退磁电路包括四个固态继电器k
i
，其中i∈{1,2,3,4}，根据待冲压件的轮廓特征，将冲压装置的压边圈划分为多个压边区域，根据每个压边区域的形状特征，对每个压边区域设置随时间变化的压边力函数，针对每个压边区域，每隔循环周期t0采集压边力数据g，并计算采集的压边力数据g与压边力函数在当前时间的值f之间的误差e＝f
‑
g，向固态继电器k3输出脉冲信号，使得固态继电器k3以固定占空比循环通断，根据误差调节pwm脉宽调制信号的占空比，使得固态继电器k4以变占空比循环通断，其中误差的绝对值与pwm脉宽调制信号的占空比成正比，当误差大于零时，向固态继电器k1输出正开关量信号，使得固态继电器k1闭合以对分布式充退磁电路充磁，以及当误差小于等于零时，向固态继电器k2输出正开关量信号，使得固态继电器k2闭合以对分布式充退磁电路退磁。因此，通过执行pid控制程序对分布式充退磁电路进行控制，调节分布式充退磁电路的脉冲电流的方向和速率，从而使电控永磁吸盘进行充退磁，吸引增力板
产生压边力，使产生的压边力无限趋近于压边力函数的值，在冲压过程的每个阶段都能够施加适合的压边力，从而提高了冲压件的成形质量。利用压边过程中的实时压边力作为反馈值，负反馈控制根据反馈值的大小调节脉冲电流的加载以减弱多磁场耦合和外界干扰的影响，提高了控制精度。此外，通过为电控永磁吸盘进行充退磁获得稳定且持续的压边力，提高了压边力的加载能力，降低了压边过程的能耗。
88.图4示出了根据本发明再一实施例的一种冲压方法的示意性流程图。本实施例基于图1对应的实施例对步骤s101进行了具体描述。如图4所示，冲压方法包括以下步骤。
89.在步骤s401中，获取待冲压件的轮廓特征。
90.本公开实施例中，待冲压件可以是一种多特征曲面冲压件，其可以具有任意形状。在二维平面上，以待冲压件的外轮廓为例，其轮廓特征可以包括直线和曲线中的至少一种，由若干直线或曲线首尾相接形成封闭的待冲压件的外轮廓。
91.可以理解的是，获取待冲压件的外轮廓的特征仅是本发明的一种示例，还可以获取待冲压件的内轮廓的特征或多个独立内轮廓之间的关系。
92.在步骤s402中，根据待冲压件的轮廓特征，将冲压装置的压边圈沿周向划分为s个区域，其中s为大于1的整数。
93.例如，待冲压件的外轮廓由m条直线与n条曲线首尾连接而成，任一直线用l
i
(i∈{1,2,
…
,m)表示，任一曲线用c
j
(j∈{1,2,
…
,n)表示，连接类型可分为任一直线与任一曲线连接，任一曲线与另一曲线连接，任一直线与另一直线连接。根据待冲压件的各轮廓特征形成的连接关系类型，将冲压装置的压边圈沿周向划分为s个区域。
94.在示例性实施例中，根据待冲压件的轮廓特征将冲压装置的压边圈沿周向划分为s个区域包括：
95.(1)当直线l
a
与曲线c
a
连接时，将以直线l
a
、通过直线l
a
的一端点的直线l
a
的第一垂线、通过直线l
a
与曲线c
a
的连接点的直线l
a
的第二垂线、以及第一垂线和第二垂线分别与压边圈外缘相交的点之间的线段形成的区域确定为第一区域，将以曲线c
a
、通过曲线c
a
的一端点的该点切线的第三垂线、第二垂线、以及第二垂线和第三垂线分别与压边圈外缘相交的点之间的曲线形成的区域确定为第二区域，直线l
a
与曲线c
a
的连接点处的曲率q＝0。
96.(2)当曲线c
b
与曲线c
c
连接且曲线c
b
与曲线c
c
的曲率满足(q
max
‑
q
min
)/q
max
≥0.05时，将以曲线c
b
、通过曲线c
b
的一端点的该点切线的第四垂线、通过曲线c
b
与曲线c
c
的连接点的该点切线的第五垂线、以及第四垂线和第五垂线分别与压边圈外缘相交的点之间的曲线形成的区域确定为第三区域，将以曲线c
c
、通过曲线c
c
的一端点的该点切线的第六垂线、第五垂线、以及第五垂线和第六垂线分别与压边圈外缘相交的点之间的曲线形成的区域确定为第四区域，其中q
max
表示曲线c
b
或曲线c
c
上任一点的曲率最大值，q
min
表示曲线c
b
或曲线c
c
上任一点的曲率最小值，曲线c
b
与曲线c
c
的连接点处的曲率变化率最大。
97.其中，曲线c
b
与曲线c
c
的连接点处的曲率变化率可以以微分dq/dl表示，其中q为曲率，l为曲线长度，则max{dq/dl}处为两曲线的连接点，在此处将c
b
曲线区域与c
c
曲线区域划分为两个独立压边区域。
98.(3)当曲线c
b
与曲线c
c
连接且曲线c
b
与曲线c
c
的曲率不满足(q
max
‑
q
min
)/q
max
≥0.05时，将以曲线c
b
和曲线c
c
、第四垂线、第六垂线、以及第四垂线和第六垂线分别与压边圈外缘相交的点之间的曲线形成的区域确定为第五区域。
99.可以理解的是，曲线c
b
与曲线c
c
的曲率满足(q
max
‑
q
min
)/q
max
≥0.05是将两曲线划分为两个压边区域的条件，如果(q
max
‑
q
min
)/q
max
＜0.05，则不进行划分，即，将曲线c
b
与曲线c
c
所形成的整体曲线、该曲线的两个端点处切线的两条垂线以及该两条垂线分别与压边圈外缘相交的点之间的曲线所形成的区域作为一个压边区域。
100.应当理解的是，在实际冲压过程中，冲压件存在圆角或倒角，因此本发明不考虑直线与直线相连接的情况。
101.在步骤s403中，对于第i个区域，i∈{1,2,
…
,s)，根据板料对应的法兰区的宽度以及压力传感器的螺纹参数，将所述第i个区域沿径向划分为k
i
个压边区域，其中k
i
为大于等于1的整数，每个压边区域与一个压力传感器和一个压边块对应，压力传感器和压边块以螺纹连接。
102.具体地，压边圈在二维平面上被划分为个压边区域，任一压边区域表示为a
ij
，其中i∈{1,2,
…
,s},j∈{1,2,
…
,k
i
}。在三维空间内，其体现为压边圈被划分为个压边块，任一压边块表示为y
ij
，i∈{1,2,
…
,s},j∈{1,2,
…
,k
i
}。
103.可以理解的是，坯料没有完全拉入模具的部分即为法兰区，当板料对应的法兰区的宽度较大时，为了满足冲压需求，需要在径向上布置多个压边块，通过改变压边块对应电控永磁吸盘磁极块的输入脉冲电流时间，达到给不同压边块提供不同压边力的目的。换言之，为了实现压边力的多区域分布式控制，在划分压边区域时，需考虑板料对应的法兰区的宽度以及压边块与压力传感器之间的连接参数，避免因压边区域过大或过小导致的压边力控制不准确等问题。
104.在示例性实施例中，对于第i个区域，i∈{1,2,
…
,s)，当板料对应的法兰区的宽度与压力传感器的螺纹直径d0的比值大于2且小于4时，将所述第i个区域沿径向划分为k
i
个压边区域，其中k
i
＝1，所述压边区域在径向上的宽度等于所述第i个区域在径向上的宽度；当板料对应的法兰区的宽度与压力传感器的螺纹直径d0的比值大于等于4时，将所述第i个区域沿径向划分为k
i
个压边区域，其中k
i
≥2，所述k
i
个压边区域在径向上的总宽度等于所述第i个区域在径向上的宽度；其中，任一压边区域在径向上的宽度大于2d0。
105.例如，压边块的最窄宽度w为压力传感器螺纹直径d0的2倍，最内侧压边块工作时其内侧的边缘紧贴于冲压装置的凹模内侧相对应区域的边缘，任一直线l
x
或曲线c
x
区域的板料对应的法兰区宽度h≥y(y＞w)时，在径向位置需放置y/w块压边块，当1＜y/w＜2时，只需调整首块压边块的宽度以满足压边需求，当y/w＞2时，则调整压边块的宽度以放置最小整数块压边块，以满足压边需求。各个压边块紧密排列，且同一周向区域中的各个压边块的宽度(以及厚度)相同。
106.在另一可选实施例中，也可以根据待冲压件的冲压深度h或板料在径向上流动的距离来确定径向压边块的个数。
107.在示例性实施例中，压边块的轮廓与对应的压边区域的轮廓相同，且压边块的厚度为压力传感器的螺纹总长度h0的1.5～2.0倍。
108.在步骤s404中，针对每个压边区域，动态控制压边力进行冲压以得到待冲压件。
109.本实施例中步骤s404包括上述步骤s102至s104，或s202至s204，或s302至s306，在此不作赘述。
110.因此，本公开实施例的冲压方法，通过获取待冲压件的轮廓特征，根据待冲压件的轮廓特征，将冲压装置的压边圈沿周向划分为s个区域，其中s为大于1的整数，对于第i个区域，i∈{1,2,
…
,s)，根据板料对应的法兰区的宽度以及压力传感器的螺纹参数，将所述第i个区域沿径向划分为k
i
个压边区域，其中k
i
为大于等于1的整数，每个压边区域与一个压力传感器和一个压边块对应，压力传感器和压边块以螺纹连接，以及针对每个压边区域，动态控制压边力进行冲压以得到待冲压件，从而实现针对具有不同形状特征的待冲压件进行压边区域的划分，根据待冲压件的轮廓特征设计压边区域，以针对不同区域提供变化的压边力，以实现压边力的精确控制，优化成型质量。
111.与当前单一压边区域的划分相比，本发明根据不同外形，不同内部特征以及内部特征之间的关系进行压边区域的划分，实现了多特征曲面各区域压边力的需求匹配。与传统通过液压缸回路产生压边力的方式相比，电控永磁吸盘的引入实现了各区域产生的压边力与压边力需求的匹配，提升了各压边区域的压边力产生能力，降低了成产工艺的能耗。
112.在示例性实施例中，冲压过程可以描述为：系统开机，对于经划分的每个压边区域，将变压边力函数输入到冲压装置的控制器中，将板料放置在压边圈上，冲压装置的凹模下降到指定位置压住板料，控制器执行pid控制程序，对于每个压边区域，pid控制程序都向与之对应的分布式充退磁电路输出脉冲信号，pid控制程序中的循环中断程序运行，计数器n1工作，每经过一次循环周期，n1的计数值n＝n+1，变压边力函数f
ij
＝f(t
ij
)作为pid控制程序c
ij
的设定值，随时间变化，且在时间t
ij
内，f
ij
＝f(t
ij
)随板料的移动不断减小，在板料到达最内侧压边块的内边缘时为0，压力传感器测量的实时压边力数据g
ij
输入到冲压装置的控制器和上位机，上位机具有数据处理功能，将接收的压边力数据g
ij
与预设的压边力曲线f
ij
＝f(t)的实时值比较并计算误差e＝f
ij
‑
g
ij
，控制器根据误差e的大小整定pid参数，进而调节各个固态继电器的状态，当板料移动到最内侧压边块的内缘时，计数器的计数值达到设定值，压边力为零，凹模上升到指定位置，取下板料，工作结束。
113.图5示出了根据本发明实施例的一种冲压装置500的示意图。如图5所示，冲压装置500包括：压边圈501，压边圈501具有根据待冲压件的轮廓特征而划分的多个压边区域；多个压力传感器502，多个压力传感器502与多个压边区域一一对应，每个压力传感器用于每隔循环周期t0采集对应压边区域的压边力数据g；控制器503，控制器503用于根据压边力数据g与针对每个压边区域设置的随时间变化的压边力函数在当前时间的值f之间的误差e＝f
‑
g，控制每个压边区域的压边力，并在压边力下对板料进行冲压以得到待冲压件。
114.根据本公开的实施例，通过根据待冲压件的轮廓特征，将冲压装置的压边圈划分为多个压边区域，根据每个压边区域的形状特征，对每个压边区域设置随时间变化的压边力函数，针对每个压边区域，每隔循环周期t0采集压边力数据g，并计算采集的压边力数据g与压边力函数在当前时间的值f之间的误差e＝f
‑
g，以及根据误差控制每个压边区域的压边力，并在压边力下对板料进行冲压以得到待冲压件，从而实现针对具有不同特征的成形区域并在不同的冲压阶段提供不同的压边力，同时利用负反馈机制对压边力进行实时、动态监控，提高压边力加载精度，精确地控制板料的金属流动，优化成型质量，减少能耗，并避免成形件破裂、起皱及回弹缺陷。
115.图6示出了根据本发明另一实施例的一种冲压装置600的示意图。如图6所示，冲压装置500包括压边圈501、多个压力传感器502、控制器503、多个分布式充退磁电路504、多个
位移传感器505、数据采集卡506、上位机507。其中分布式充退磁电路504包括多个固态继电器k
i
，其中i∈{1,2,3,4}。
116.在示例性实施例中，压边圈501具有根据待冲压件的轮廓特征而划分的多个压边区域，多个压力传感器502与多个压边区域一一对应，每个压力传感器用于每隔循环周期t0采集对应压边区域的压边力数据g，控制器503用于根据压边力数据g与针对每个压边区域设置的随时间变化的压边力函数在当前时间的值f之间的误差e＝f
‑
g，向每个压边区域对应的分布式充退磁电路504输出开关量信号、脉冲信号和pwm脉宽调制信号中的至少一个，以控制压边力，从而提高压边力控制精度，减弱多磁场耦合和外界干扰的影响，通过电控永磁吸盘产生的压边力稳定且持续，提高了压边力的加载能力，降低了压边过程的能耗。
117.在示例性实施例中，每个分布式充退磁电路504包括四个固态继电器k
i
，其中i∈{1,2,3,4}，控制器503还用于：向固态继电器k3输出脉冲信号，使得固态继电器k3以固定占空比循环通断；根据误差调节pwm脉宽调制信号的占空比，使得固态继电器k4以变占空比循环通断，其中误差的绝对值与pwm脉宽调制信号的占空比成正比；当误差大于零时，向固态继电器k1输出正开关量信号，使得固态继电器k1闭合以对分布式充退磁电路504充磁；以及当误差小于等于零时，向固态继电器k2输出正开关量信号，使得固态继电器k2闭合以对分布式充退磁电路504退磁。
118.在示例性实施例中，压边力函数被设置为在对远离板料边缘的最内侧压边区域的内边缘进行冲压时，值为零。每个位移传感器505用于每隔循环周期t0采集板料的形变数据，控制器503还用于：当形变数据大于板料初始厚度的1.5倍时，发出报警指令并停止冲压。
119.在示例性实施例中，数据采集卡506与压力传感器502、位移传感器505、上位机507连接，以存储传感器反馈的数据，并将数据提供给上位机507，上位机507对数据采集卡506提供的数据进行分析。控制器503与压力传感器502和位移传感器505、分布式充退磁电路504中的固态继电器k
i
、以及上位机507连接，以根据上位机507分析的结果控制固态继电器的通断。分布式充退磁电路504与电控永磁吸盘(图6中未示出)连接，以为电控永磁吸盘进行充退磁，从而吸引增力板(图6中未示出)产生压边力。
120.关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。此外，关于压边圈的区域划分已在方法实施例中详述，此处不再赘述。
121.通过本发明的实施例，可以实现针对具有不同形状特征的待冲压件进行压边区域的划分，根据待冲压件的轮廓特征设计压边区域，以针对不同区域提供变化的压边力，以实现压边力的精确控制，优化成型质量。
122.具体地，参见图7，以盒型冲压件为例，图7示出了根据本发明实施例的一种冲压装置的示意结构图，包括压边圈501、多个压力传感器502、多个位移传感器505、凹模508、电控永磁吸盘509、凸模510、增力板511。压边圈501在二维平面上沿周向划分为s个区域，第i个区域沿径向依次分为k
i
个压边区域，共个压边区域，其可以通过图4所对应的方法实施例划分得到，划分后的压边区域如图8所示。图8所示的实施例以各个区域板料对应的法兰区宽度相同、各个压力传感器的螺纹直径相同为例，因此对各个区域进行径向划分得到的压边区域个数相同。
123.每个压边区域在三维空间上对应一个压边块，任一个压边块表示为y
ij
，i∈{1,2,
…
,s},j∈{1,2,
…
,k}。每个压边块和对应的电控永磁吸盘509、增力板511、压力传感器502和位移传感器505组成为一个压边单元，任一压边单元表示为d
ij
。电控永磁吸盘509安装在增力板511的上方，压力传感器502安装在压边块的下方，位移传感器505安装在增力板511与凸模510之间。
124.与压边单元d
ij
连接的分布式充退磁电路504表示为u
ij
，i∈{1，2,
…
,s},j∈{1，2,
…
,k}。在分布式充退磁电路u
ij
中，固态继电器k
i
由pid控制程序c
ij
控制通断，分布式充退磁电路u
ij
输出脉冲电流。图9示出了根据本发明实施例的分布式充退磁电路的电路图。
125.对每个压边单元d
ij
，电控永磁吸盘509由分布式充退磁电路u
ij
输出的脉冲电流进行充退磁，吸引增力板511产生压边力。电控永磁吸盘产生的压边力稳定且持续，提高了压边力的加载能力，降低了压边过程的能耗。
126.压力传感器502每隔循环周期t0采集压边力数据，位移传感器505每隔循环周期t0采集板料的形变数据，并输入控制器503和数据采集卡(图7中未示出)。
127.数据采集卡将压力传感器502和位移传感器505测量得到的实时数据传输给上位机(图7中未示出)。上位机内置数据处理程序，数据处理程序保存并分析数据，并向控制器503反馈。
128.控制器503可以根据反馈值的大小调节脉冲电流的加载以减弱多磁场耦合和外界干扰的影响，提高了控制精度。具体地，当形变数据大于板料初始厚度的1.5倍时，控制器503发出报警指令并控制冲压过程停止。根据本次采集到的压边力数据g和压边力函数在当前时刻的值f之间的误差e＝f
‑
g，控制器503控制在该区域上施加的压边力，以使实际的压边力趋近于采集压边力数据g的时刻的压边力函数的值。
129.具体地，控制器503向分布式充退磁电路504输出开关量信号、脉冲信号、pwm脉宽调制信号，从而控制固态继电器的状态。固态继电器k1由开关量信号控制，固态继电器k1闭合，表示为电路充磁；固态继电器k2由开关量信号控制，固态继电器k2闭合，表示为电路退磁；固态继电器k3由脉冲信号控制，固态继电器k3以固定占空比循环通断，表示为电路输出脉冲电流进行充退磁；固态继电器k4由pwm脉宽调制信号控制，固态继电器k4以变占空比循环通断，表示为电路的充退磁速率变化，以实现对各个压边区域的压边力进行控制。
130.在示例性实施例中，参见图10，以车门形冲压件为例，图10示出了根据本发明实施例的一种冲压装置的立体结构图。该冲压装置包括多个压力传感器502、多个位移传感器505、凹模508、电控永磁吸盘509、凸模510、增力板511、增力板连接杆512、压边块连接杆513、连接块514、导杆气缸515。
131.具体地，电控永磁吸盘509的下表面为磁力产生面，在其中心处设置有多特征曲面外形轮廓的凹模508，所述凹模508的上表面与电控永磁吸盘509下表面平齐，在凹模508的下面放置板料517；所述板料517外边缘正上方是压边圈501，压边块连接在压力传感器502的上底面，压力传感器502的下底面连接压边块连接杆513的上底面，压边块连接杆513的下底面连接在连接块514的径向内侧且依次由内向外排布，连接块514的径向外侧连接增力板连接杆512的下底面，增力板连接杆512的上底面连接增力板511，增力板511分布在电控永磁吸盘的正下方并与电控永磁吸盘的下表面平行，且增力板511的运动方向与电控永磁吸盘509的下表面垂直；连接块514的外侧装有位移传感器505，位移传感器505垂直于增力板
511所在平面；连接块514的下底面连接导杆气缸515的导杆侧，导杆气缸515的气缸侧连接有连接板516，连接板516中心处设置有多特征曲面外形轮廓的凸模510，导杆气缸515的数量由连接块的重量与尺寸所决定满足其承重要求且安装于相对中心处，导杆气缸515可以保证装置不工作时，所有的压边块回归同一水平面。
132.所有增力板的厚度与压边块厚度相同，最内侧增力板的内边缘与电控永磁吸盘的内边缘平行且位于同一水平面，其内侧边界形状是由该压边区域所对应的电控永磁吸盘的形状所决定，上下边界由各压边区域分割点垂线的延长线所决定，外边界由增力板的宽度所决定，其宽度根据其所需的压边力大小所决定，相邻外侧增力板内边界形状与最内侧增力板的外边界形状相同，上下边界由各压边区域分割点垂线的延长线所决定，外侧边界由增力板宽度所决定，其宽度根据其所需的压边力大小所决定，最终所有增力板的宽度与电控永磁吸盘宽度相同，以保证增力板受力充足。
133.压边圈501在二维平面上沿周向划分为s个区域，第i个区域沿径向依次分为k
i
个压边区域，第i个区域压边块前端与第i+1个区域的压边块的尾端相连，共个压边区域，压边圈501所围成的形状与凹模508的形状相同，其可以通过图4所对应的方法实施例划分得到，划分后的压边区域如图11所示。图11所示的实施例以各个区域板料对应的法兰区宽度相同、各个压力传感器的螺纹直径相同为例，因此对各个区域进行径向划分得到的压边区域个数相同。
134.在示例性实施例中，相邻两个压边区域对应的增力板之间间距2mm～3mm，以减少不同区域增力板受力之后的挤压。相邻两个压边区域对应的连接块514之间间距2mm～3mm，以使连接块514在冲压过程中因受力发生微小位移时可以有缓冲的空间。
135.连接块514连接有所需个数的导杆气缸515，导杆气缸515可以保证装置不工作时，所有的压边块回归同一水平面。
136.本发明还提供一种非临时性计算机可读存储介质，当存储介质中的指令由处理器执行时，使得处理器执行本发明实施例所描述的方法。非临时性计算机可读存储介质可以是rom、随机存取存储器(ram)、cd
‑
rom、磁带、软盘和光数据存储设备等。
137.可以理解的是，本发明中“多个”是指两个或两个以上，其它量词与之类似。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
138.进一步可以理解的是，术语“第一”、“第二”等用于描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开，并不表示特定的顺序或者重要程度。实际上，“第一”、“第二”等表述完全可以互换使用。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。
139.进一步可以理解的是，除非有特殊说明，“连接”包括两者之间不存在其他构件的直接连接，也包括两者之间存在其他元件的间接连接。
140.进一步可以理解的是，本发明实施例中尽管在附图中以特定的顺序描述操作，但是不应将其理解为要求按照所示的特定顺序或是串行顺序来执行这些操作，或是要求执行全部所示的操作以得到期望的结果。在特定环境中，多任务和并行处理可能是有利的。
141.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本技术旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
142.应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。