专利名称：柔性拉伸弯曲成形断裂特征模具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种塑性成形技术领域的模具，具体地涉及一种柔性拉伸弯曲成形断裂特征模具。
背景技术：
先进高强度钢具有较低的屈强比，较好的应变分布能力，和较高的应变硬化特性； 同时，这类钢还具有更好的碰撞特性和更高的疲劳寿命。因此，先进高强度钢在汽车工业的轻量化中具有广阔的应用前景。然而，实验发现先进高强度钢拉弯成形过程中靠近凸凹模圆角位置容易发生剪切断裂，这种断裂模式的断口没有明显的减薄和颈缩，与中碳钢和低合金高强度钢种观察到的颈缩断裂明显不同，是先进高强度钢所独有的特点。基于材料颈缩失稳理论建立的成形极限曲线无法预测该种断裂，目前缺乏有效的手段对成形剪切断裂极限进行准确评价。由于先进高强度钢的剪切断裂一般发生在小半径圆角的拉伸弯曲受力状态下，并且其成形断裂模式与模具半径和板料的比值关系密切；同时，先进高强度钢板料受到的拉伸比例也会影响其成形断裂模式。因此，有必要发明一套具有可变圆角半径、能够实现各种拉弯受力状态的具有数据采集装置的柔性成形断裂实验台，进行先进高强度钢的成形断裂研究，建立能够预测剪切断裂的判据，减少剪切断裂的发生。经对现有技术的文献检索发现，Ji Hoon Kim等人2011年在期刊《International Journal of Plasticity)) ^1^ "The shear fracture of dual-phase steel “("双相钢的剪切断裂”)，该文利用热力学有限元模型对几种不同强度级别的高强度双相钢的 draw-bend实验结果进行了仿真分析，该研究主要考虑温度因素对成形结果的影响，但所用实验设备不仅体积大，且过于复杂，与传统冲压成形工艺所用的设备差别较大。B.S.Levy 和C. J. Van Tyne采用基于应力的成形极限曲线对几种高强度双钢的成形结果进行了预测，并用ASB (Angular stretch bend)试验对上述结果进行了验证，但ASB试验装置的镶块高度较大，更换不便；并且难以准确测量试样的成形深度(相关文献B. S. Levy, C. J. Van Tyne. Predicting breakage on a die radius with a straight bend axis during sheet forming. Journal of Materials Processing Technology，2009，209:2038—2046.)。 Danielle Zeng, Z. Cedric Xia等对于高强度双相钢的剪切断裂机理进行了研究，并通过实验和仿真结果的对比，分析了高强度双相钢剪切断裂相对于颈缩断裂的特点，但是其实验设备较大，导致实验试样的尺寸较大，实验的经济性和方便性不高，并且实验设备的对称性较差(相关文献Danielle Zeng, Ζ. Cedric Xia, Hua-Chu Shih, Ming F.Shi. Development of Shear Fracture Criterion for Dual-Phase Steel Stamping. SAE2009-01-1172.)。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种柔性的具有位移和压力数据采集装置的拉伸弯曲成形断裂特征模具，可以实现板料的不同拉伸弯曲状态，通过数据采集装置能够分析板料在不同拉弯状态下的变形和受力情况，能够满足研究先进高强钢剪切断裂规律的要求，同时本发明还具有体积小、对中性强、以及镶块更换方便等优点。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括凸模镶块、凸模镶块座、镶块座固定围板、下底板、导块、压边圈、凹模、拉深筋、位移传感器固定槽、以及位移传感器拉线定位销，其中，所述凸模镶块可拆卸地镶嵌在所述凸模镶块座上，所述凸模镶块座固定于所述镶块座固定围板，所述镶块座固定围板安装在所述下底板上，所述凸模镶块连同所述凸模镶块座固定于所述下底板，所述下底板安装在机座上。所述导块安装在所述下底板的两侧，所述压边圈位于所述凸模镶块外侧且搁置于所述凸模镶块座的上表面，所述压边圈上有拉深筋凹槽，所述拉深筋安装在所述凹模的下表面，位于所述凸模镶块上方的所述凹模安装在机座上的主缸部分，所述位移传感器固定槽以及镶块座固定围板安装在所述下底板上，所述凹模上安装有所述位移传感器拉线定位销，所述凹模的圆角半径大于所述凸模镶块的圆角半径。优选地，所述凸模镶块的圆角半径包括如下尺寸中的任一种尺寸lmm、2mm、4mm、 6mm、8mm、10mm、或者15mm。所述凸模镶块体积小，安装在所述凸模镶块座上。优选地，所述凸模镶块的两侧设置有螺纹孔。为了便于安装，所述凸模镶块的两侧还可以设计有M22的螺纹孔，安装时，通过与其配合的螺栓将所述凸模镶块提起或者安置在所述凸模镶块座中。本发明中将凸模设计成单独的镶块形式，而非将凹模圆角设计成两个镶块，可以增强整套模具的对称性和对中性，减少安装误差等因素对先进高强钢成形断裂结果的影响。优选地，所述凸模镶块座在其底部开有三个相连的圆形凹槽，用于安装三个称重传感器，在其顶部开有矩形凹槽，用于安装所述凸模镶块，工作时，所述凸模镶块座所承受的压力完全由三个称重传感器来提供并测量。这里将传感器的安装和定位设计成深入所述凸模镶块座的凹槽形式，一方面有利于减少整套模具的高度，以便能够方便地更换模具； 另一方面，相比于传感器直接与无凹槽的镶块座平面进行点接触，此设计形式能够减少冲压过程中镶块座相对传感器的滑移，对中性强，系统更稳定。此外，为了减小镶块座与镶块座固定围板之间的摩擦力，此处特意将所述凸模镶块座的四周表面设计成深度为Imm的带状，减少所述凸模镶块座与镶块座固定围板的接触面积，从而减小两者间的摩擦力。所述镶块座固定围板包围在所述凸模镶块座的外侧，用以减少所述凸模镶块座的水平晃动和转动，保证所述凸模镶块座对称重传感器只施加竖直方向的压力。所述镶块座固定围板通过其底部的螺纹孔固定在下底板上。同时，围板上还开有用来导出称重传感器接线的槽。优选地，所述下底板上设置有三个相连的圆形凹槽、数据线导出槽、以及圆柱形通孔。所述下底板安装在机座上，用以固定三个称重传感器、两个导块、一个位移传感器固定槽以及镶块座固定围板。其中，称重传感器安装在所述下底板深度为40mm的三个相连的圆形凹槽内，该设计方式可以进一步减少整套模具的高度，并减少传感器的晃动，增强对中性。此外，所述下底板上还开有称重传感器的数据线导出槽，以及四个圆柱形通孔，以方便四个传递顶伸缸压力的圆柱轴能够上下自由移动。所述导块安装在所述下底板的两端，用以引导所述压边圈和凹模的运动，使整套模具能够精确地合模。
所述压边圈在所述镶块座固定围板的外侧，可在传递顶伸缸压力的四个圆柱轴支撑下沿着导块上下运动。所述压边圈上还设计有拉深筋凹槽。所述凹模安装在机座的上部，工作时可在单动油液压机主缸的作用下上下移动。 为研究圆角半径对先进高强钢成形断裂模式的影响，本套发明中凹模圆角半径需大于凸模镶块的所有半径，设计为16mm。所述凹模上还设计有可拆卸的拉深筋。优选地，所述拉深筋镶嵌在所述凹模上，为可卸载的圆筋，半径为6mm，筋高 7. 5mm，所述压边圈上有所述拉深筋凹槽，配合用，其圆角半径为3mm。需要压紧力较大时使用。所述位移传感器固定槽安装在所述下底板上，用以固定位移传感器。优选地，所述位移传感器拉线定位销安装在所述凹模上，用以固定拉线式位移传感器的拉环。所述位移传感器拉线定位销包括大径不同的小螺栓和大螺栓，其中，所述小螺栓与所述大螺栓后端的螺纹孔相配合，所述大螺栓与所述凹模上的螺纹孔相配合，通过调节大小螺栓上螺纹配合的深度可以精确地调整位移传感器拉线的垂直度，保证测量的精确性。由于模具制造时，加工通孔比加工一定深度的凹槽更为方便，因此，为了开模方便，本发明中的压边圈和凸模镶块座分成两块和三块分别加工，最后通过螺纹固定成一体。本发明具有体积小，制造成本低，对称性与对中性强，镶块更换方便等优点，模具上的可拆卸拉深筋设计不仅可以达到将板料两端锁死的目的，在拆卸之后还可以用于研究压边力大小对先进高强钢成形失效模式的影响。本发明可以通过以下两种方式来实现先进高强钢板成形中的不同拉伸弯曲受力状态一是采用不同圆角半径的凸模镶块，二是通过在无拉深筋的条件下施加不同的压边力来实现板料不同的拉弯比例。本发明包括凸模镶块压力和凹模位移两套数据采集装置，不仅可以通过凸模镶块压力变化来分析板料的受力状态，还可以通过测量凹模位移来分析板料的成形深度，能够多方面地比较分析先进高强度钢不同成形断裂模式的特点。本发明使用时，将板料试样放置在压边圈上的标记处，按下压机主缸下行的按钮， 同时让数据采集软件开始采集称重传感器和位移传感器的数据；冲压过程中凹模以IOmm/ s的速度向下运动并接触板料，此时板料通过压边力和拉深筋被固定在凹模与压边圈之间， 之后凹模继续向下运动，借助固定不动的凸模镶块将板料压入其型腔，当听到板料断裂的声音时立刻松开压机的按钮，并停止数据采集软件的采集工作。
图1为本发明整体模具结构示意图； 图2为凹模结构示意图3为位移传感器拉线定位销； 图4为导块结构示意图； 图5为凸模镶块结构示意图； 图6为压边圈结构示意图； 图7为凸模镶块座结构示意图；图8为凸模镶块座固定围板结构示意图； 图9为下底板结构示意图； 图10为拉深筋结构示意图； 图11为位移传感器固定槽结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例作详细说明以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。在本发明的一个实施例中，所述柔性拉伸弯曲成形断裂特征模具包括凹模1、位移传感器拉线定位销2、导块3、凸模镶块4、压边圈5、凸模镶块座6、镶块座固定围板7、拉深筋8、下底板9、位移传感器固定槽10，其中，所述下底板9通过螺栓固定在机座上，所述位移传感器固定槽10、所述导块3以及镶块固定围板7均通过螺纹连接固定在所述下底板9 上，所述凹模1通过螺纹连接与机座上的主缸部分相连，工作时可以在主缸的带动下上下移动。所述压边圈5安装在所述凸模镶块4外侧，所述压边圈5上有拉深筋凹槽，所述拉深筋8镶嵌在凹模1的下表面，所述位移传感器拉线定位销2通过粗螺纹连接在所述凹模1 上，所述凹模1位于所述凸模镶块4的上方。所述凸模镶块座6由固定在所述下底板9上的三个称重传感器支撑，所述凸模镶块4安装在所述凸模镶块座6的长方形凹槽内。安装在所述下底板9上的所述镶块座固定围板7将所述凸模镶块座6包围在内，保证工作时凸模镶块座6无转动或者水平移动，提高实验的精确度。在本实施例的一个优选例中，所述凸模镶块4可拆卸地镶嵌在所述凸模镶块座6 上，所述压边圈5搁置于所述凸模镶块座6的上表面，所述凹模1的圆角半径大于所述凸模镶块4的圆角半径。进一步优选地，所述凸模镶块4的圆角半径包括如下尺寸中的任一种尺寸1mm、2mm、4mm、6mm、8mm、10mm、或者15mm ；所述凸模镶块4的两侧设置有螺纹孔；所述位移传感器拉线定位销2包括大径不同的小螺栓和大螺栓，其中，所述小螺栓与所述大螺栓后端的螺纹孔相配合，所述大螺栓与所述凹模1上的螺纹孔相配合；所述凸模镶块座6的四周包括具有深度的带状结构；所述下底板9上设置有三个相连的圆形凹槽、数据线导出槽、以及圆柱形通孔；所述拉深筋8为可卸载的圆筋；所述凸模镶块座6在其底部开有三个相连的圆形凹槽，在其顶部开有矩形凹槽。在本发明的一个具体实施方式
中通过改变所述凸模镶块4尺寸，分析不同拉伸弯曲半径成形过程中的材料断裂行为
实验操作时，先通过压机的顶伸缸将所述压边圈5顶出，上升直至所述压边圈5的上表面高于所述凸模镶块4的上表面，将板料放置在所述压边圈5上，尽量保证每次板料都放置在同一中间位置，可以提高实验的精确度。板料放置完毕后，操作压机的主缸使所述凹模 1以一定的速度向下勻速运动，与所述压边圈5接触后将板料压紧，并通过两边的所述拉深筋8将板料两端锁死。所述凹模1继续下行，借助固定不动的所述凸模镶块4将板料压入其型腔，当听到板料断裂的声音时立刻停止所述凹模1的运动，这样可以保留板料断裂时的形状，以便分析实验结果。实验过程中，位移和称重传感器采集到的数据会传递到电脑的数据采集软件中，对实验数据进行相应的整理后即可分析板料的成形和受力结果。
若需要更换所述凸模镶块4，可以用两个螺栓固定在所述凸模镶块4两侧的螺纹孔上，竖直向上将所述凸模镶块4提起即可。也可借助较长的木棒作为杠杆，可以更省力地更换所述凸模镶块4。将两个螺栓固定在新的所述凸模镶块4两侧，同时在所述凸模镶块4 周围刷上润滑油已减少摩擦力，再将所述凸模镶块4竖直放入所述凸模镶块座6的凹槽，这样即可完成更换所述凸模镶块4的工作。在本实施例的另一个具体实施方式
中分析不同工艺条件(改变不同压边力条件下)综合分析压边力作用对板料拉伸弯曲成形断裂的影响。若需分析不同压边力对板料成形断裂模式的影响，则可以将所述凹模1上的所述拉深筋8拆卸下，并通过设置不同的压边力即可。所述拉深筋8通过沉孔螺钉与所述凹模 1连接，因此可以很方便地安装或者拆卸。从上述实施结果来看，得到的柔性拉伸弯曲成形断裂特征模具可以方便省力地实现先进高强度钢的拉伸弯曲受力状态，并且可以通过位移和压力传感器的数据有效地分析板料的变形和受力状态，可方便有效地比较不同成形断裂模式的特征，能够满足研究先进高强度钢汽车板成形剪切断裂特征的要求。
权利要求
1.一种柔性拉伸弯曲成形断裂特征模具，其特征在于，包括凸模镶块、凸模镶块座、镶块座固定围板、下底板、导块、压边圈、凹模、拉深筋、位移传感器固定槽、以及位移传感器拉线定位销，其中，所述凸模镶块可拆卸地镶嵌在所述凸模镶块座上，所述凸模镶块座固定于所述镶块座固定围板，所述镶块座固定围板安装在所述下底板上，所述凸模镶块连同所述凸模镶块座固定于所述下底板，所述下底板安装在机座上，所述导块安装在所述下底板的两侧，所述压边圈位于所述凸模镶块外侧且搁置于所述凸模镶块座的上表面，所述压边圈上有拉深筋凹槽，所述拉深筋安装在所述凹模的下表面，位于所述凸模镶块上方的所述凹模安装在机座上的主缸部分，所述位移传感器固定槽以及镶块座固定围板安装在所述下底板上，所述凹模上安装有所述位移传感器拉线定位销，所述凹模的圆角半径大于所述凸模镶块的圆角半径。
2.根据权利要求1所述的柔性拉伸弯曲成形断裂特征模具，其特征在于，所述凸模镶块的圆角半径包括如下尺寸中的任一种尺寸Imm ；2mm ；4mm ；6mm ；8mm ；IOmm ；或者15mm0
3.根据权利要求1所述的柔性拉伸弯曲成形断裂特征模具，其特征在于，所述凸模镶块的两侧设置有螺纹孔。
4.根据权利要求3所述的柔性拉伸弯曲成形断裂特征模具，其特征在于，所述位移传感器拉线定位销包括大径不同的小螺栓和大螺栓，其中，所述小螺栓与所述大螺栓后端的螺纹孔相配合，所述大螺栓与所述凹模上的螺纹孔相配合。
5.根据权利要求1所述的柔性拉伸弯曲成形断裂特征模具，其特征在于，所述凸模镶块座的四周包括具有深度的带状结构。
6.根据权利要求1所述的柔性拉伸弯曲成形断裂特征模具，其特征在于，所述下底板上设置有三个相连的圆形凹槽、数据线导出槽、以及圆柱形通孔。
7.根据权利要求1所述的柔性拉伸弯曲成形断裂特征模具，其特征在于，所述拉深筋为可卸载的圆筋。
8.根据权利要求1所述的柔性拉伸弯曲成形断裂特征模具，其特征在于，所述凸模镶块座在其底部开有三个相连的圆形凹槽，在其顶部开有矩形凹槽。
全文摘要
本发明提供一种柔性拉伸弯曲成形断裂特征模具，包括凸模镶块、凸模镶块座、镶块座固定围板、下底板、导块、压边圈、凹模、拉深筋、位移传感器固定槽、以及位移传感器拉线定位销，结合凸模镶块压力和凹模位移两套数据采集装置，不仅可以通过凸模镶块压力变化来分析板料的受力状态，还可以通过测量凹模位移来分析板料的成形深度，能够多方面地比较分析先进高强度钢不同成形断裂模式的特点。可方便有效地比较不同成形断裂模式的特征，能够满足研究先进高强度钢汽车板成形剪切断裂特征的要求。
文档编号G01N3/00GK102353577SQ20111022381
公开日2012年2月15日 申请日期2011年8月5日 优先权日2011年8月5日
发明者于忠奇, 李梅, 李淑慧, 赵亦希, 魏天海, 黄胜 申请人:上海交通大学