一种拟合变压边力的方法以及采用该方法设计的模具

摘要

本发明公开了一种适应于拉延成形的梯度拉延筋拟合变压边力实际效果的方法以及采用这种方法设计的模具。该方法通过在压料面上布置多道拉延筋（1），板料（2）流动过程中逐步通过拉延筋实现板料约束力的下降，从而实现下降型变压边力效果。同时由于板料的外边缘周长最长，在拉延过程中随着材料的流动材料会出现聚集增厚，因此通过平衡块（3）合理设置拉延筋间隙及凹模（4）与压边圈（5）间隙可以逐步增大对板料的约束力，从而实现上升型变压边力效果。

权利要求

1.一种梯度拉延筋拟合变压边力的方法，其特征在于采用以下步骤：步骤1：针对具体板料零件进行冲压成形仿真分析，确定拉延工艺方案；

步骤2：通过对冲压成形仿真分析的结果进行分析，获取拉延过程中开裂、起皱缺陷产生的区域，并获得这些缺陷产生与冲压行程之间的对应关系，同时获得影响这些缺陷产生区域成形的压边区域，从而确定需要采用变压边力的区域；

步骤3：结合冲压仿真计算、近似模型以及全局优化算法，应用板料成形优化设计方法，获取优化的变压边力曲线；

步骤4：对变压边力曲线进行梯度拉延筋拟合；

步骤5：合理布置拉延筋间隙和压料面间隙；

步骤6：进行梯度拉延筋模具设计，形成相应的模具实物，进行实际的调试生产。

2.一种采用如权利要求1所述的梯度拉延筋拟合变压边力的方法设计的模具，其特征在于，模具包括凹模、压边圈和平衡块，其中，在压边圈的压料面上布置多道拉延筋，通过改变拉延筋间隙及压料面间隙，能够拟合出变压边力实际效果；平衡块位于凹模与压边圈之间，通过所述平衡块调节凹模与压边圈的间隙和拉延筋的间隙，能够拟合出变压边力实际效果。

3.如权利要求2所述的模具，所述拉延筋为压料面上由内到外的多道梯度拉延筋。

说明书

一种拟合变压边力的方法以及采用该方法设计的模具

技术领域

[0001] 本发明涉及拉延成形过程中变压边力的实现方法以及由此设计的模具。

背景技术

[0002] 拉延是汽车覆盖件冲压成形的重要方式，起皱和拉裂是拉延过程中常见的缺陷。压边力（Blank holder Force,简称BHF）是拉延过程中重要的工艺参数，相比恒定压边力来说，变压边力(Variable Blank holder Force,简称VBHF)有着明显的优势。VBHF是指在拉延过程中，压边力大小随冲压行程而变化，现有国内外研究均表明变压边力可以有效的提高拉伸极限和成形质量。目前变压边力曲线的形式有下降型、上升型、U型、反U型以及脉动型几种，实际成形过程中变压边力曲线形式的选择与零件本身的形状、成形缺陷类型以及所在区域有着密切关系，需要通过优化计算来获得。

[0003] 尽管变压边力拉延具有明显优势，但目前该项技术在实际生产中一直未普及应用，主要原因在于压边力是一种冲压工艺参数，需要通过冲压设备来保障。而汽车覆盖件这类大型冲压件拉延成形时采用的设备多为机械式压机，所提供压边力的液压垫力只能保持恒定，无法随冲压行程而变化。伺服压力机可以提供变化的压边力，但造价昂贵，应用较少，只有在研究和一些特定情况下冲压一些特种零件，无法在市场中推广使用。同时由于模具压边圈本身的刚度及结构要求，冲压过程中也只能采用整体变压边力，而无法针对具体问题存在的某个区域进行压边力变化控制。在实验室中，有些学者通过采用多点控制压边力，即采用多块压边圈，每块压边圈都有独立的液压缸驱动来控制材料的流动等等。但在工程实践中，此类通过控制工艺参数的方法都存在着、理论性过高，实用性不足，控制装置结构复杂和成本过高，而没有在工程实际中得到应用。而事实上对于大型汽车覆盖件拉延成形来说，恒压边力可以满足零件90%以上区域的成形，缺陷往往只是出现在整个零件10%以下的区域，所以采用整体变压边力无疑是增加了不必要成本，也增加了设备的复杂程度，因此只需要针对该缺陷区域所对应的压边圈区域进行变压边力控制。

发明内容

[0004] 鉴于变压边力在实际生产中应用存在的困难，本发明提出适应于拉延成形的梯度拉延筋拟合变压边力实际效果的方法，该方法通过在压料面上布置多道拉延筋，同时通过合理设置拉延筋间隙及压料面间隙，从而拟合出变压边力实际效果。该方法将工艺参数转化为了模具的设计参数，因此可以在普通机械式恒压边力条件下达到变压边力实际冲压效果。对于大型覆盖件，采用此模具设计方法，不需要购买价格昂贵伺服压机，也可以保证零件的成形质量。相对于大多数情况下采用普通机械式压机所提供的整体恒压边力作用力，此方法可以大幅度提高零件的成形质量，尤其对于汽车大型覆盖件局部不易成形部位，局部容易开裂的部位减薄率可以减低30%以上，局部容易起皱的部位的增厚率可以减低45%以上。

[0005] 本发明包含以下步骤：

[0006] 步骤1：应用板料数值模拟专用软件Dynaform和Autoform对具体板料零件进行冲压成形仿真分析，确定拉延工艺方案；

[0007] 步骤2：通过对Dynaform和Autoform冲压成形仿真分析的结果进行分析，获取拉延过程中开裂、起皱缺陷产生的区域，并获得这些缺陷产生与冲压行程之间的对应关系，同时获得影响这些缺陷产生区域成形的压边区域，从而确定需要采用变压边力的区域；

[0008] 步骤3：结合冲压仿真计算、响应面近似模型技术、均匀拉丁方试验设计、遗传算法以及全局优化算法，应用板料成形优化设计方法，获取相应区域的最优变压边力曲线；

[0009] 步骤4：对变压边力曲线进行梯度拉延筋拟合；

[0010] 步骤5：合理布置拉延筋间隙和压料面间隙；

[0011] 步骤6：进行梯度拉延筋模具设计，形成相应的模具实物，进行实际的调试生产。

[0012] 其中，在步骤3中，所述曲线是下降型、上升型，先下降后上升或先上升后下降型，或者是下降上升交替进行的脉动型。

[0013] 进一步的，在步骤4中，通过Dynaform和Autoform冲压仿真计算，获得变压边力区域板料收缩量、收缩行程与冲压行程之间的对应关系图以及收缩行程与板料所受拉延力的对应关系图。最后在收缩量区间内根据板料所受拉延力的变化和设置梯度拉延筋(Drawbead)的数目、类型和几何参数，如拉延筋半径、拉延筋高度等等。

[0014] 进一步的，在步骤5中，通过冲压仿真计算获得板料在收缩过程中逐步增厚的量、逐步增厚的量与冲压行程之间的对应关系图以及增厚的量与板料所受拉延力变化之间的对应关系图。然后通过增厚的量合理设置拉延筋和压料面间隙。

[0015] 进一步的，在步骤6中，在压料面上设置相应的梯度拉延筋，对梯度拉延筋间隙及压料面间隙进行设置，根据设计的拉延筋的层数、类型、每层拉延筋几何参数及压料面间隙，重新设计零件的工艺补充面、凸凹模型面和压边圈，确定新的模具几何参数，实现零件所需要的工艺参数要求。最后形成相应的模具实物进行模具调试和生产。

[0016] 本发明还提出了一种采用该方法设计并生产制造的模具，其包括凹模、压边圈和平衡块，其中，在压边圈的压料面上布置多道拉延筋，通过改变拉延筋间隙及压料面间隙，能够拟合出变压边力实际效果；平衡块位于凹模与压边圈之间，通过所述平衡块调节凹模与压边圈的间隙和拉延筋的间隙，能够拟合出变压边力实际效果。所述拉延筋为压料面上由内到外的多道梯度拉延筋。

附图说明

[0017] 图1为梯度拉延筋断面结构示意图。

[0018] 图2为变压边力区域获取示意图。

[0019] 图3为优化计算获得的变压边力曲线。

[0020] 图4为梯度拉延筋约束力拟合变压边力曲线示意图。

[0021] 图5为设计模型上布置的梯度拉延筋。

具体实施方式

[0022] 以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。

[0023] 如图1所示，一种模具包括凹模4、压边圈5和平衡块3，平衡块3位于凹模4与压边圈5之间，在压边圈的压料面上由内到外布置多道梯度拉延筋1，通过改变拉延筋间隙及压料面间隙，能够拟合出变压边力实际效果。拉延时，拉延筋将会产生阻碍材料流动的力，而随着材料逐渐过筋，阻碍材料的力将会逐渐减小，从而可以拟合下降的变压边力。同时，板料2在拉延时会因轮廓线收缩而导致板料逐渐增厚，板料与凹模、压边圈相互作用力增大，进而导致板料表面所受摩擦力增加。因此，只要通过平衡块3合理设置凹模4与压边圈5的间隙和拉延筋的间隙，就可以增加对板料流动的约束力，从而拟合上升的变压边力。

[0024] 如图2所示，通过冲压仿真分析，获取缺陷类型及分布区域，然后获得相应的需要采用变压边力的区域，如右图中方框区域所示。方框区域外均采用常压边力。

[0025] 如图3所示，应用优化设计计算获得变压边力区域相应的最佳变压边力曲线，依该曲线设置的压边力可以提高成形质量。

[0026] 如图4所示，根据材料收缩量来设置梯度拉延筋的数量，对于上升阶段压边力对压边圈设置不等厚间隙，然后设置梯度拉延筋曲线拟合变压边力曲线。

[0027] 如图5所示，在对应的压边圈上设计相应的梯度拉延筋，并用于实际生产。

[0028] 一种适应于拉延成形的梯度拉延筋拟合变压边力实际效果的方法，具体实施方式采用以下步骤：

[0029] 步骤1：应用板料数值模拟专用软件Dynaform和Autoform对具体板料零件进行冲压成形仿真分析，确定拉延工艺方案；

[0030] 步骤2：确定需要采用变压边力的区域；通过对Dynaform和Autoform冲压成形仿真分析的结果进行分析，获取拉延过程中开裂、起皱缺陷产生的区域，并获得这些缺陷产生与冲压行程之间的对应关系，同时获得影响这些缺陷产生区域成形的压边区域，从而决定是在压边圈局部采用变压边力还是整体采用变压边力；

[0031] 步骤3：应用板料成形优化设计方法，获取优化的变压边力曲线；结合冲压仿真计算、响应面近似模型技术、均匀拉丁方试验设计、遗传算法以及全局优化算法，计算出相应区域的最优变压边力曲线，该曲线是下降型、上升型，先下降后上升或先上升后下降型，或者是下降上升交替进行的脉动型；

[0032] 步骤4：对变压边力曲线进行梯度拉延筋拟合；通过Dynaform和Autoform冲压仿真计算，获得变压边力区域板料收缩量、收缩行程与冲压行程之间的对应关系图以及收缩行程与板料所受拉延力的对应关系图，在收缩量区间内设置梯度拉延筋的数目、类型及几何参数，如拉延筋半径、拉延筋高度等等；

[0033] 步骤5：合理布置拉延筋间隙和压料面间隙；通过冲压仿真计算获得板料在收缩过程中逐步增厚的量、逐步增厚的量与冲压行程之间的对应关系图以及增厚的量与板料所受拉延力变化之间的对应关系图，然后通过增厚的量合理设置拉延筋和压料面间隙；

[0034] 步骤6：根据设计的拉延筋的层数、类型、每层拉延筋几何参数及压料面间隙，重新设计零件的工艺补充面、凸凹模型面和压边圈，进行梯度拉延筋模具设计，形成相应的模具实物，进行实际的调试生产；在压料面上设置相应的梯度拉延筋，对梯度拉延筋间隙及压料面间隙进行设置，并形成相应的模具实物进行模具调试和生产。

[0035] 采用该方法能够制造前述图1示出的模具。

[0036] 以上所举实例仅为本发明的优选实例，大凡依本发明权利要求及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应属本发明专利覆盖的范围。