一种金属板材差温成形凸模

摘要

一种金属板材差温成形凸模，属于机械工程中的模具技术领域。包括：凸模外壳、冷却芯、热电偶、传感器顶起装置、防水芯、密封橡胶、压盖。本发明的凸模可以测量成形过程中板材中心处的温度，从而便于定量的分析在差温成形工艺中，板材温度梯度值与板材成形性能之间的关系。

权利要求

1.一种金属板材差温成形凸模，包括：凸模外壳(1)、冷却芯(2)和热电偶(6)其特征在于：凸模外壳(1)分为冷却腔(g)和安装腔(f)两部分，凸模外壳(1)上表面中心处向内有圆形凸台(p)，凸台(p)上开有阶梯孔(c)，热电偶(6)插装在凸台(p)中心的阶梯孔(c)里，热电偶(6)下方设有传感器顶起装置；在凸模外壳(1)未和板材(A)接触时，传感器顶起装置将热电偶(6)顶起，使热电偶测量端(a)的上表面高出凸模外壳(1)上表面；在凸模外壳(1)和板材(A)接触时，热电偶(6)被板材(A)压到凸模外壳(1)内，传感器顶起装置对热电偶(6)的顶起力使热电偶测量端(a)的上表面压紧在板材(A)上；冷却芯(2)分为安装段(e)和冷却段(d)两部分，冷却芯(2)固定在冷却腔(g)与安装腔(f)交界面上，冷却段(d)伸入冷却腔(g)里，安装段(e)上还设置有进水孔(i)和出水孔(j)；冷却芯(2)底端设有密封装置，中心位置的冷却芯通孔(m)里设有防水芯(3)，防水芯(3)中空，并与凸模外壳(1)的上部固定。

2.权利要求1所述的一种金属板材差温成形凸模，其特征在于：密封装置由密封橡胶(4)和压盖(5)组成，密封橡胶(4)安装在安装段(e)下端的圆形槽(n)中，并套装在防水芯(3)上；压盖(5)压紧在密封橡胶(4)上并与冷却芯(2)固定。

3.权利要求1所述的一种金属板材差温成形凸模，其特征在于：传感器顶起装置由弹簧(7)和限位螺母(8)组成，弹簧(7)安装在热电偶测量端(a)下部；限位螺母(8)旋在热电偶安装杆(q)末端的螺纹上，通过调整限位螺母(8)的旋进长度来调节热电偶(6)的高度。

4.权利要求1所述的一种金属板材差温成形凸模，其特征在于：传感器顶起装置还可以由限位针(9)、弹簧(7)和弹簧座(10)组成；弹簧座(10)与凸模外壳(1)同轴，固定在下模板(E)上；弹簧座(10)中心设计有沉头孔，热电偶安装杆(q)插装在凸模外壳(1)中心处凸台(p)的阶梯孔(c)和弹簧座(10)中心的沉头孔中；在热电偶安装杆(q)下部分适当位置处沿其直径方向有通孔，限位针(9)套装在这个通孔中；弹簧(7)安装在弹簧座(10)沉头孔和限位针(9)之间。

说明书

技术领域

本发明涉及一种凸模，具体是一种金属板材差温成形凸模，属于机械工程中的模具技术领域。

背景技术

镁铝合金、高强度钢板作为工程应用中的轻型金属材料，具有比强度高、抗电磁干扰以及回收率高等优点，在汽车、航空、航天以及电子领域有着广泛的应用前景。但是镁铝合金、高强度钢板在常温下的成形性能较差，因此对镁铝合金和高强度钢板进行温成形成为提高其成形性能的主要途径之一。
目前的温成形装置分为“等温成形”和“差温成形”两种，“等温成形”是指板材在成形过程中各处温度基本相同；“差温成形”通常是用冷却介质(例如水)让凸模保持在较低的温度，以使板材在成形时已变形区的温度低于未变形区的温度。大量的试验和理论证明了，和“等温成形”相比较，“差温成形”可以有效提高板材的成性能力。差温成形时板材上的温度呈梯度场分布，板材上存在最高温度(通常为板材法兰处温度)与最低温度(通常为板材中心处温度)。所以在差温成形时，不但要控制板材上的最高温度(板材法兰处温度)还有必要控制板材最低温度(板材中心处温度)。
经过对现有技术文献检索发现，中国专利号为200610117578的专利，发明名称为：镁合金板材差温拉延模具，该发明专利提供的技术方案利用冷却空气对凸模进行冷却，能够实现镁合金板材的差温拉延成形，并且在凸模上设置了测温孔，可以检测到凸模的温度。但还有如下不足：首先热电偶不与板料直接接触，不能直接获得板材中心处的温度值，只能由凸模的温度近似代替，降低了测量的准确度。其次，也没有具体的交代如何实现对凸模的温度进行控制。
中国专利申请号为200610155912.1的专利，发明名称为：一种板材非等温冲压成形装置，该发明专利提供的技术方案中采用的冷却凸模能够使冷却介质在凸模内部循环，可以实现金属板材的差温拉延成形。但是这种装置的凸模上没有设置热电偶或其它测温部件，不能获知板材成形时中心处的温度，更无法对冷却的最低温度进行控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种金属板材差温成形凸模，通过凸模上的热电偶可以测得板材中心处的成形温度，并据此通过调节冷却介质的流量来控制板材中心处的冷却温度。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明主要包括：凸模外壳、冷却芯和热电偶。
凸模外壳分为冷却腔和安装腔两部分，凸模外壳上表面中心处向内有圆形凸台，凸台上开有阶梯孔，热电偶插装在凸台中心的阶梯孔里，热电偶下方设有传感器顶起装置。在凸模外壳未和板材接触时，传感器顶起装置将热电偶顶起，使热电偶测量端的上表面高出凸模外壳上表面。在凸模外壳和板材接触时，热电偶被板材压到凸模外壳内，传感器顶起装置对热电偶的顶起力使热电偶测量端的上表面压紧在板材上。
冷却芯分为安装段和冷却段两部分，冷却芯固定在冷却腔与安装腔交界面上，冷却段伸入冷却腔里，安装段上还设置有进水孔和出水孔。冷却芯底端设有密封装置，中心位置的冷却芯通孔里设有防水芯，防水芯中空，并与凸模外壳的上部固定。
密封装置由密封橡胶和压盖组成，密封橡胶安装在安装段下端的圆形槽中，并套装在防水芯上。压盖压紧在密封橡胶上并与冷却芯固定。
传感器顶起装置由弹簧和限位螺母组成，弹簧安装在热电偶测量端下部。限位螺母旋在热电偶安装杆末端的螺纹上，通过调整限位螺母的旋进长度来调节热电偶的高度。
传感器顶起装置还可以由限位针、弹簧和弹簧座组成。弹簧座与凸模外壳同轴，固定在下模板上。弹簧座中心设计有沉头孔，热电偶安装杆插装在凸模外壳中心处凸台的阶梯孔和弹簧座中心的沉头孔中。在热电偶安装杆下部分适当位置处沿其直径方向有通孔，限位针套装在这个通孔中。弹簧安装在弹簧座沉头孔和限位针之间。
本发明的优点在于，通过凸模上的热电偶可以测得板材中心处的成形温度，并可以据此通过调节冷却介质的流量来控制板材中心处的冷却温度。

附图说明

图1为本发明具体实施方式1的结构示意图；
图2为本发明冷却芯的结构示意图；
图3为本发明具体实施方式2的结构示意图；
图4为本发明具体实施方式1与模具其它部件装配关系示意图；
图5为本发明具体实施方式2与模具其它部件装配关系示意图。
图中，1-凸模外壳、2-冷却芯、3-防水芯、4-密封橡胶、5-压盖、6-热电偶、7-弹簧、8-限位螺母、9-限位针、10-弹簧座；a-热电偶测量端、b-热电偶测量端下表面、c-阶梯孔、d-冷却段、e-安装段、f-安装腔、g-冷却腔、i-进水孔、j-出水孔、m-冷却芯通孔、n-圆形槽、p-凸台、q-热电偶安装杆、r-导线出线通孔、s-出线孔；A-板材、B-凹模、C-压边圈、D-顶杆、E-下模板。

具体实施方式

以筒形件差温拉延凸模为例。如图1所示，为本发明的一种具体实施方案，主要包括：凸模外壳1、冷却芯2、热电偶6、传感器顶起装置、防水芯3、密封橡胶4、压盖5。
凸模外壳1内部中空。凸模外壳1内部直径较小的空腔称为冷却腔g，凸模外壳1内部直径较大的空腔称为安装腔f。凸模外壳1上表面中心处向其内部的方向有圆形凸台p，凸台p中心有阶梯孔c，阶梯孔c上段的直径较大，中段直径较小，下段直径较大，并且下段内壁有螺纹。安装腔f外壁上还开有四个出线孔s。
热电偶6分为热电偶测量端a和热电偶安装杆q两部分，热电偶测量端a上表面与待测板材接触时能获取接触表面的温度值。热电偶安装杆q末端设计有螺纹，热电偶安装杆q插装在凸模外壳1中心处凸台p的阶梯孔c中。
传感器顶起装置由弹簧7和限位螺母8组成，弹簧7安装在热电偶测量端a下表面b与凸台p中心阶梯孔c上段和中段的交界面之间。限位螺母8旋在热电偶安装杆q末端的螺纹上。调整限位螺母8的旋进距离，使弹簧7处于压紧状态，并且使热电偶测量端a上表面高出凸模外壳1的上表面2～3毫米。
如图2，冷却芯2中心位置有冷却芯通孔m，其下端中心位置有圆形槽n。冷却芯2分为安装段e和冷却段d两部分。冷却段d上端设计有法兰，以增加冷却介质流动时的阻力，此种设计用在倒装模具中，可以让冷却介质与凸模外壳1内部的上表面更加充分接触，以增强冷却介质对凸模外壳1的冷却效果。安装段e也设计有法兰，安装段e的法兰固定在冷却腔g与安装腔f的交界面上，冷却段d插入冷却腔g中。安装段e外壁和安装段e的法兰上分别开有一个出水孔j和一个进水孔i。
防水芯3中空，插装在冷却芯2中心位置的冷却芯通孔m中。防水芯3通过其上段的螺纹与阶梯孔6下段内壁上螺纹相连接。热电偶6的导线从冷却芯2中心位置的冷却芯通孔m中穿出，并从安装腔f外壁上的出线孔s引出到凸模外壳1的外部。
密封橡胶4安装在冷却芯2下端中心位置的圆形槽n中，并套装在防水芯3上；压盖5压紧在密封橡胶4上并与冷却芯2固定，使密封橡胶4被压扁，让密封橡胶4贴紧在安装段e的圆形槽n的内壁和防水芯3的外壁上。
如图3，为本发明的另一种具体实施方案。它与方案一相比区别在于传感器顶起装置的不同。本实施方案的传感器顶起装置由限位针9、弹簧7和弹簧座10组成。弹簧座10与凸模外壳1同轴，固定在下模板E上。弹簧座10中心设计有沉头孔。热电偶安装杆q插装在凸模外壳1中心处凸台p的阶梯孔c和弹簧座10中心的沉头孔中。在热电偶安装杆q下部分适当位置处沿其直径方向钻有通孔，限位针9套装在这个通孔中。弹簧7安装在弹簧座10的沉头孔和限位针9之间，并始终处于压缩状态，使得限位针9紧贴在防水芯3下端面上，这样就限制了热电偶6向上运动的距离。并且热电偶测量端a上表面要高出凸模外壳1上表面2～3毫米。在接近压盖5下端面位置，防水芯3外壁直径方向上开有导线出线通孔r，用于引出热电偶6的导线。
本实施方案的特点在于：传感器顶起装置的弹簧7更远离被加热的板材A。由于弹簧7过热可能会发生失效，失去伸缩的性能，故在使用同一种弹簧和情况下，方案二更适合加热温度较高的工况。但方案一安装简单，且零件数量少，且可以随时调整热电偶6的顶起高度，所以实施方式的选择应根据实际情况而定。
图4和图5分别为两种具体实施方案中本发明和模具其它部件的安装示意图。使用时将热电偶6的接线端与温控器的信号输入端相连接，还要分别用水管连接差温成形凸模的进水孔i和出水孔j，并通入冷却水。冷却水先从进水孔i流入凸模外壳1的冷却腔g，再流入冷却芯2与防水芯3之间的空隙，然后从出水口j流出。
在对凸模外壳1冷却的同时，设定压边圈C和凹模B的加热温度，并将板材A放入模具中，闭模加温。待温度达到预设值时对板料A进行冲压成形。冲压时，板材A中心压紧在凸模外壳1上表面，将热电偶6压回到凸模外壳1内部，传感器顶起装置对热电偶6的顶起力使热电偶测量端a上表面压紧在板材A上。此时热电偶6就可对板材A中心处的温度进行测量，测得的温度信号通过温控箱进行记录和显示，并据此通过调节冷却介质的流量来控制板材中心处的冷却温度。