CN120055112B - 一种金属板料高倍率拉深渐进复合成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属板料拉伸技术领域，公开一种金属板料高倍率拉深渐进复合成形装置，包括拉伸凸模和拉伸凹模，还包括设置于拉伸凸模和拉伸凹模之间的拉伸单元、以及拉伸凸模内的控制中心；拉伸单元包括设置于拉伸凸模中部的液压缸，设置于液压缸底部的推动板，设置于推动板底部的拉伸下压块，设置于拉伸凸模底部压边外板，设置于压边外板一侧的压边内板，设置于压边内板顶部的压边环，压边环顶部限位转动在拉伸凸模内，设置于压边外板和压边内板底部的金属毛坯板料。利用了双阶段动态压边力控制，初始阶段采用最小压边力，降低凸缘起皱风险，拉伸后期自动切换至增强压边力，抑制变薄破裂，压力调节范围覆盖临界区间，提高拉伸的质量。

Description

一种金属板料高倍率拉深渐进复合成形装置

技术领域

本发明涉及金属板料拉伸技术领域，尤其涉及一种金属板料高倍率拉深渐进复合成形装置。

背景技术

在金属板料拉伸成形领域，传统工艺普遍采用固定压边力控制方式，通过固定压边板对毛坯料施加恒定压力以抑制起皱。然而，该方法存在显著技术缺陷：在拉伸初期，材料流动阻力较小，较小的压边力即可满足防皱需求；但随着拉伸过程推进，材料逐渐向凹模内流动，特别是当材料边缘进入凹模圆角区域时，接触面积减小导致压应力集中，此时若继续维持初始压边力，易引发局部起皱现象。反之，若为避免起皱而增大压边力，则会导致材料在凹模圆角处承受过大拉应力，进而产生变薄破裂。

现有技术因缺乏动态调节机制，难以在同一工艺过程中兼顾防皱与防破裂的双重要求，导致产品合格率受限。此提出的双阶段动态压边力控制方法，通过在拉伸路径上设置激光触发组件，实时监测材料流动状态。当检测到材料进入临界变形区域时，控制系统自动切换压边力输出模式：初始阶段采用最小临界防皱力，降低凸缘起皱风险；拉伸后期根据材料接触状态动态补偿压边力至安全阈值，有效抑制圆角破裂。该技术通过压力调节覆盖临界区（Fmin-Fmax），实现了拉伸过程中压边力的智能适配，显著提升了复杂曲面零件的成形质量。

发明内容

鉴于现有技术问题存在金属毛坯板料在拉伸过程中无法兼顾防止起皱和破裂的问题，从而提出了一种金属板料高倍率拉深渐进复合成形装置。

其目的在于：利用了双阶段动态压边力控制，初始阶段采用最小压边力，降低凸缘起皱风险，拉伸后期自动切换至增强压边力，抑制变薄破裂，压力调节范围覆盖临界区间（最小压边力和最大压边力之间），提高拉伸的质量。

本发明的技术方案为一种金属板料高倍率拉深渐进复合成形装置，包括拉伸凸模和拉伸凹模，还包括设置于拉伸凸模和拉伸凹模之间的拉伸单元、以及拉伸凸模内的控制中心；

所述拉伸单元包括设置于拉伸凸模中部的液压缸，设置于液压缸底部的推动板，设置于推动板底部的拉伸下压块，设置于拉伸凸模底部压边外板，设置于压边外板一侧的压边内板，设置于压边内板顶部的压边环，压边环顶部限位转动在拉伸凸模内，设置于压边外板和压边内板底部的金属毛坯板料，开设于拉伸凹模中部的渐进拉伸槽，环形阵列设置于压边环内部的压边力动态调整部件，设置于压边外板、压边内板和拉伸凹模表面的激光组件；

所述压边力动态调整部件用于随着金属毛坯板料在被拉伸的过程中，动态调整压边力的大小，防止金属毛坯板料发生起皱和破裂；

所述激光组件用于触发压边力动态调整部件进行压边力调整。

进一步的，所述压边力动态调整部件包括下压组件，下压组件包括开设于压边环上的限位槽，设置于限位槽内的承压板，设置于承压板底部的限位顶柱，设置于限位顶柱内部的弹簧，设置于弹簧底部的限位底柱，设置于限位底柱底部的挤压板。

进一步的，所述限位顶柱和限位底柱之间呈相互匹配的交错重合状，弹簧设置于两者之间，挤压板的一侧也限位设置于限位槽内。

进一步的，所述压边力动态调整部件还包括磁吸组件，磁吸组件包括设置于挤压板一侧的圆形磁铁，设置于拉伸下压块底部的铁芯，设置于铁芯外侧的线圈，与线圈相连通且设置于拉伸下压块内部的电源，铁芯和线圈均设置于拉伸下压块的内部，拉伸下压块整体呈T形。

进一步的，所述压边力动态调整部件还包括环形设置的抵消组件，抵消组件包括开设于压边环上的竖槽，连通竖槽底部的弧形槽，设置于拉伸下压块侧壁上的挤压杆，设置于压边内板上且位于两下压组件之间的弧形磁铁。

进一步的，所述激光组件包括设置于压边外板和拉伸凹模之间的A激光组，依次设置于压边内板和拉伸凹模之间的B激光组、C激光组和D激光组。

进一步的，所述B激光组和D激光组分别设置于压边内板底部的两侧，C激光组设置于其中部。

进一步的，所述A激光组、B激光组、C激光组和D激光组均分别由激光发生器和激光接收器组成。

进一步的，所述渐进拉伸槽包括两个在竖直方向上呈渐进深度的槽。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.动态压边力调整部件可用于控制压边力于最小压边力和最大压边力之间，既避免金属毛坯板料在被拉至后半段时的起皱现象，也可保证金属毛坯板料底部圆角处不被拉伸破裂，利用了双阶段动态压边力控制，初始阶段采用最小压边力，降低凸缘起皱风险，拉伸后期自动切换至增强压边力，抑制变薄破裂，压力调节范围覆盖临界区间（最小压边力和最大压边力之间），提高拉伸的质量。

2.在金属毛坯板料拉伸过程中，压边内板转动还可以进一步避免金属毛坯板料的边缘处产生起皱，使其更加平整，提高拉伸后的平整度和拉伸质量。

3.通过两个渐进深度的槽，可以分散金属毛坯板料在被拉伸过程中的压应力，进一步提高其拉伸质量。

附图说明

图1为本发明的整体的立体结构示意图；

图2为本发明的整体剖视结构示意图；

图3为本发明的图2中A处的放大结构示意图；

图4为本发明的内部结构的整体结构示意图；

图5为本发明的下压组件的整体结构示意图；

图6为本发明的下压组件的整体剖视结构示意图；

图7为本发明的压边内板和压边外板的立体结构示意图；

图8为本发明的金属毛坯板料在进入压边内板后的整体受力结构示意图。

图中：

1、拉伸凸模；2、拉伸凹模；3、液压缸；4、推动板；5、拉伸下压块；6、压边外板；7、压边内板；8、压边环；9、金属毛坯板料；10、渐进拉伸槽；11、限位槽；12、承压板；13、限位顶柱；14、弹簧；15、限位底柱；16、挤压板；17、圆形磁铁；18、铁芯；19、线圈；20、竖槽；21、弧形槽；22、挤压杆；23、弧形磁铁；24、A激光组；25、B激光组；26、C激光组；27、D激光组。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

实施例1，参照图1-图8，为本发明第一个实施例，提供了一种金属板料高倍率拉深渐进复合成形装置，包括拉伸凸模1和拉伸凹模2，拉伸凸模1上还安装有下压机构，此为现有技术，可以为液压驱动的下压装置，还包括安装在拉伸凸模1和拉伸凹模2之间的拉伸单元、以及拉伸凸模1内的控制中心；拉伸单元包括安装在拉伸凸模1中部的液压缸3，固定连接在液压缸3底部的推动板4，固定连接在推动板4底部的拉伸下压块5，固定连接在拉伸凸模1底部压边外板6，卡接在压边外板6一侧的压边内板7，固定连接在压边内板7顶部的压边环8，压边环8顶部限位转动在拉伸凸模1内，抵接在压边外板6和压边内板7底部的金属毛坯板料9，开设在拉伸凹模2中部的渐进拉伸槽10，环形阵列安装在压边环8内部的压边力动态调整部件，安装在压边外板6、压边内板7和拉伸凹模2表面的激光组件；压边力动态调整部件用于随着金属毛坯板料9在被拉伸的过程中，动态调整压边力的大小，防止金属毛坯板料9发生起皱和破裂；激光组件用于触发压边力动态调整部件进行压边力调整。

具体地，在对金属毛坯板料9进行拉伸时，下压机构推动整体的拉伸凸模1下压，使得拉伸凸模1带动压边外板6和压边内板7同步下压，对金属毛坯板料9进行压边，防止拉伸过程中金属毛坯板料9的起皱。当拉伸凸模1带动压边外板6挤压金属毛坯板料9到位时，此时液压缸3在控制中心的控制下移动，推动板4下压拉伸下压块5，下压块对金属毛坯板料9进行拉伸，金属毛坯板料9在拉伸作用下向渐进拉伸槽10内移动，此时，金属毛坯板料9会经过激光组件，触发激光组件，激光组件和控制中心通过指令连接，控制中心接收指令后控制压边力动态调整部件对金属毛坯板料9的压边力进行调整，控制中心用于接收指令并控制各功能部件的运行。当金属毛坯板料9在经过压边外板6时，默认为此时的压边力为最小压边力（避免起皱的最小压边力），此时，压边内板7不对金属毛坯板料9施加额外的压边力，并且由于压边外板6将压边内板7抵住，使得压边内板7此时的压边力也为最小压边力，当金属毛坯板料9边缘抵达压边内板7上时，激光组被触发，在拉伸下压块5持续下压的过程中，通过下压组件压边内板7进行施加额外的力，由于金属毛坯板料9在被拉伸的过程中，其与压边内板7的接触面积越小，其压应力越大，越容易起皱，此时需要增大压边力，来避免起皱现象，并且此额外施加的力不能超过最大压边力（容易造成金属毛坯板料9圆角处变薄破裂），此时动态压边力调整部件可用于控制压边力于最小压边力和最大压边力之间，既避免金属毛坯板料9在被拉至后半段时的起皱现象，也可保证金属毛坯板料9底部圆角处不被拉伸破裂，利用了双阶段动态压边力控制，初始阶段采用最小压边力，降低凸缘起皱风险，拉伸后期自动切换至增强压边力，抑制变薄破裂，压力调节范围覆盖临界区间（最小压边力和最大压边力之间），提高拉伸的质量。

参照图1-图5，压边力动态调整部件包括下压组件，下压组件包括开设在压边环8上的限位槽11，滑动连接在限位槽11内的承压板12，固定连接在承压板12底部的限位顶柱13，固定连接在限位顶柱13内部的弹簧14，固定连接在弹簧14底部的限位底柱15，固定连接在限位底柱15底部的挤压板16。

具体地，当金属毛坯板料9经过A激光组24时，即A激光组24中的激光发射器发生激光后，激光接收器接收不到激光，此时A激光组24被触发，向控制中心发送接通电源指令，使得线圈19接通电源，从而使得磁吸组件产生磁力，从而对圆形磁铁17吸附，使得挤压板16沿着限位槽11上移并挤压弹簧14，此时，挤压板16被吸附，不对压边内板7进行挤压，当金属毛坯板料9经过B激光组25时（与上述相同），B激光组25向控制中心发送断开电源指令，此时磁吸组件不再有磁力，弹簧14复位，使得挤压板16挤压压边内板7，并且由于拉伸下压块5在持续下移过程中，此时其边侧会下压承压板12，承压板12挤压弹簧14和挤压板16，拉伸下压块5越下移，金属毛坯板料9边缘越往拉伸渐进槽内移动，其与压边内板7的接触面积越小，其压缩弹簧14的程度越大，挤压板16对压边内板7的挤压力越大，越能避免其起皱。

参照图1-图5，限位顶柱13和限位底柱15之间呈相互匹配的交错重合状，弹簧14设置于两者之间，挤压板16的一侧也限位滑动在限位槽11内。

具体地，交错状可以保证弹簧14被挤压时不会发生形变，还能对弹簧14进行保护，避免弹簧14被挤压损坏，保证弹簧14的使用寿命，增强弹簧14被下压时对压边内板7施加压力的稳定性。

实施例2，参照图7，为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是：压边力动态调整部件还包括磁吸组件，磁吸组件包括固定连接在挤压板16一侧的圆形磁铁17，安装在拉伸下压块5底部的铁芯18，缠绕在铁芯18外侧的线圈19，与线圈19相连通且安装在拉伸下压块5内部的电源（图中未示出），铁芯18和线圈19均安装在拉伸下压块5的内部，拉伸下压块5整体呈T形。

具体地，如上述内容所示，磁吸组件用于金属毛坯板料9经过A激光组24时，产生磁吸力，将挤压板16吸附，使其不对挤压板16施加额外的力，当金属毛坯板料9经过B激光组25时，其不产生磁吸力，使得下压组件可以与压边内板7挤压，从而使得承压板12被挤压，实现挤压板16对压边内板7的挤压，并且此过程是相互影响的，即当金属毛坯板料9越被拉伸，其施加的压边力越大，越能避免其起皱。其余结构与实施例1的结构相同。

实施例3，参照图1-图6，为本发明的第三个实施例，该实施例不同于第二个实施例的是：压边力动态调整部件还包括环形安装的抵消组件，抵消组件包括开设在压边环8上的竖槽20，连通竖槽20底部的弧形槽21，滑动连接在拉伸下压块5侧壁上的挤压杆22，固定连接在压边内板7上且位于两下压组件之间的弧形磁铁23。

具体地，抵消组件用于保证下压组件对压边内板7施加的额外压边力过大，超过最大压边力而造成金属毛坯板料9圆角处破裂。当金属毛坯板料9位于压边外板6底部移动时，挤压杆22始终位于竖槽20内向下移动，当金属毛坯板料9边缘抵达B激光组25位置处时，此时挤压杆22到达竖槽20和弧形槽21的交点处，此时弹簧14被释放复位对压边内板7进行挤压，继续向下拉伸过程中，挤压杆22开始进入到弧形槽21内，使得压边环8开始转动，并且当金属毛坯板料9边缘抵达C激光组26时，C激光组26被触发，向控制中心发送电源接通指令，使得铁芯18和线圈19组成的电磁铁重新产生磁吸力，对弧形磁铁23进行吸附，由于弧形磁铁23固定在压边内板7上，使得压边内板7上被施加向上的吸附力，并且随着拉伸下压块5越下移，其与弧形磁铁23之间的吸附力越强，用于抵消持续下压弹簧14而对压边内板7产生的额外压力，为了避免弹簧14持续被下压，而使得压边内板7的压边力超过最大压边力，从而使得金属毛坯板料9底部的圆角处产生破裂。除此之外，在拉伸过程中，压边内板7转动还可以进一步避免金属毛坯板料9的边缘处产生起皱，使其更加平整，提高拉伸后的平整度和拉伸质量。余结构与实施例2的结构相同。

实施例4，参照图1-图3，为本发明的第四个实施例，该实施例不同于第三个实施例的是：激光组件包括安装在压边外板6和拉伸凹模2之间的A激光组24，依次安装在压边内板7和拉伸凹模2之间的B激光组25、C激光组26和D激光组27。

具体地，A激光组24、B激光组25、C激光组26和D激光组27为被依次单向触发一次，当拉伸结束后，进行下一次拉伸时，会重复上述命令进行触发。

参照图3，B激光组25和D激光组27分别安装在压边内板7底部的两侧，C激光组26安装在其中部。

具体地，其依次按照顺序触发，当经过D激光组27时，此时其被触发后发送断开电源指令，使得铁芯18和线圈19组成的电磁铁失去磁吸力，不再对弧形磁铁23进行吸附，拉伸结束后，拉伸下压块5复位带动挤压杆22和压边环8同步复位。

参照图1-图3，A激光组24、B激光组25、C激光组26和D激光组27均分别由激光发生器和激光接收器组成。

具体地，其内的激光发生器持续向激光接收器发射激光，当其中任一接收不到激光后（金属毛坯板料9经过其任一处时），默认激光组被触发，各自分别向控制中心发送指令。

参照图3，渐进拉伸槽10包括两个在竖直方向上呈渐进深度的槽。

具体地，通过两个渐进深度的槽，可以分散金属毛坯板料9在被拉伸过程中的压应力。

综合实施例1-4，本发明的工作原理：在对金属毛坯板料9进行拉伸时，下压机构推动整体的拉伸凸模1下压，使得拉伸凸模1带动压边外板6和压边内板7同步下压，对金属毛坯板料9进行压边，防止拉伸过程中金属毛坯板料9的起皱。当拉伸凸模1带动压边外板6挤压金属毛坯板料9到位时，此时液压缸3在控制中心的控制下移动，推动板4下压拉伸下压块5，下压块对金属毛坯板料9进行拉伸，金属毛坯板料9在拉伸作用下向渐进拉伸槽10内移动，此时，金属毛坯板料9会经过激光组件，触发激光组件，激光组件和控制中心通过指令连接，控制中心接收指令后控制压边力动态调整部件对金属毛坯板料9的压边力进行调整，控制中心用于接收指令并控制各功能部件的运行。当金属毛坯板料9在经过压边外板6时，默认为此时的压边力为最小压边力（避免起皱的最小压边力），此时，压边内板7不对金属毛坯板料9施加额外的压边力，并且由于压边外板6将压边内板7抵住，使得压边内板7此时的压边力也为最小压边力，当金属毛坯板料9边缘抵达压边内板7上时，激光组被触发，在拉伸下压块5持续下压的过程中，通过下压组件压边内板7进行施加额外的力，由于金属毛坯板料9在被拉伸的过程中，其与压边内板7的接触面积越小，其压应力越大，越容易起皱，此时需要增大压边力，来避免起皱现象，并且此额外施加的力不能超过最大压边力（容易造成金属毛坯板料9圆角处变薄破裂），此时动态压边力调整部件可用于控制压边力于最小压边力和最大压边力之间，既避免金属毛坯板料9在被拉至后半段时的起皱现象，也可保证金属毛坯板料9底部圆角处不被拉伸破裂，利用了双阶段动态压边力控制，初始阶段采用最小压边力，降低凸缘起皱风险，拉伸后期自动切换至增强压边力，抑制变薄破裂，压力调节范围覆盖临界区间（最小压边力和最大压边力之间），提高拉伸的质量。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种金属板料高倍率拉深渐进复合成形装置，包括拉伸凸模和拉伸凹模，其特征在于：还包括设置于拉伸凸模和拉伸凹模之间的拉伸单元、以及拉伸凸模内的控制中心；

所述拉伸单元包括设置于拉伸凸模中部的液压缸，设置于液压缸底部的推动板，设置于推动板底部的拉伸下压块，设置于拉伸凸模底部压边外板，设置于压边外板一侧的压边内板，设置于压边内板顶部的压边环，压边环顶部限位转动在拉伸凸模内，设置于压边外板和压边内板底部的金属毛坯板料，开设于拉伸凹模中部的渐进拉伸槽，环形阵列设置于压边环内部的压边力动态调整部件，设置于压边外板、压边内板和拉伸凹模表面的激光组件；

所述压边力动态调整部件用于随着金属毛坯板料在被拉伸的过程中，动态调整压边力的大小，防止金属毛坯板料发生起皱和破裂；

所述激光组件用于触发压边力动态调整部件进行压边力调整；

所述压边力动态调整部件包括下压组件，下压组件包括开设于压边环上的限位槽，设置于限位槽内的承压板，设置于承压板底部的限位顶柱，设置于限位顶柱内部的弹簧，设置于弹簧底部的限位底柱，设置于限位底柱底部的挤压板；

所述限位顶柱和限位底柱之间呈相互匹配的交错重合状，弹簧设置于两者之间，挤压板的一侧也限位设置于限位槽内；

所述压边力动态调整部件还包括磁吸组件，磁吸组件包括设置于挤压板一侧的圆形磁铁，设置于拉伸下压块底部的铁芯，设置于铁芯外侧的线圈，与线圈相连通且设置于拉伸下压块内部的电源，铁芯和线圈均设置于拉伸下压块的内部，拉伸下压块整体呈T形。

2.根据权利要求1所述的金属板料高倍率拉深渐进复合成形装置，其特征在于：所述压边力动态调整部件还包括环形设置的抵消组件，抵消组件包括开设于压边环上的竖槽，连通竖槽底部的弧形槽，设置于拉伸下压块侧壁上的挤压杆，设置于压边内板上且位于两下压组件之间的弧形磁铁。

3.根据权利要求1所述的金属板料高倍率拉深渐进复合成形装置，其特征在于：所述激光组件包括设置于压边外板和拉伸凹模之间的A激光组，依次设置于压边内板和拉伸凹模之间的B激光组、C激光组和D激光组。

4.根据权利要求3所述的金属板料高倍率拉深渐进复合成形装置，其特征在于：所述B激光组和D激光组分别设置于压边内板底部的两侧，C激光组设置于其中部。

5.根据权利要求4所述的金属板料高倍率拉深渐进复合成形装置，其特征在于：所述A激光组、B激光组、C激光组和D激光组均分别由激光发生器和激光接收器组成。

6.根据权利要求1所述的金属板料高倍率拉深渐进复合成形装置，其特征在于：所述渐进拉伸槽包括两个在竖直方向上呈渐进深度的槽。