汽车成形类模具防双料装置

摘要

本发明涉及一种汽车成形类模具防双料装置，属于汽车覆盖件模具技术领域。本发明主要适用于高强板或厚板模具结构，通过在模具的斜楔滑块和镶件之间增设防双料装置，并且对关键参数(断裂宽度b，f1和f2确定的断裂点相对位置、两侧的避让距离d1和d2)作了合理设计，以使得在正常状态成形单个板料时，模具强度安全可靠；当模具型腔出现两张板料时，该防双料装置在模具主体结构失效前截面A‑A(凹槽底面和基准结构件正面之间的截面)发生断裂。在断裂过程中利用该装置中的避让空间来缓冲镶件、模座等成形型面的接触应力，使得模具结构不受损毁，能够保证整副模具的安全性与使用寿命。

权利要求

1.汽车成形类模具防双料装置，其特征在于：包括基准结构件(1)，基准结构件(1)的顶面和底面均为平面、并且相互平行，基准结构件(1)的高度标记为h；基准结构件(1)的正面和背面均为平面、并且相互平行；基准结构件(1)的背面中部位置设置有凹槽，凹槽的底面为平行于基准结构件(1)背面的平面，凹槽的深度标记为d1，凹槽贯穿基准结构件(1)的上下两端，凹槽的底面宽度标记为a，沿着凹槽的长度方向、凹槽的底面宽度相同；基准结构件(1)的正面中部位置设置有长方形的凸块，凸块的顶面为平行于基准结构件(1)正面的平面，凸块的高度标记为d2，凸块长度方向的两端面与基准结构件(1)的上下两端面重合；待成形板料的厚度设定为t，d1≥2t,d2≥2t；

在基准结构件(1)的同一横向截面上，凹槽底面在凹槽宽度方向的两端点分别标记为u和p，凸块底端在凸块宽度方向的两端点分别标记为v和q；点u和点v位于同一侧、点p和点q位于同一侧；点v在凹槽底面的投影点相较于点u更靠近凹槽底面中心，点v在凹槽底面的投影点与点u的间距设定为f1，5mm≤f1≤10mm；点q在凹槽底面的投影点相较于点p更靠近凹槽底面中心，点q在凹槽底面的投影点与点p的间距设定为f2；5mm≤f2≤10mm；

基准结构件(1)的背面设定为斜楔滑块接触面(2)，凸块的顶面设定为镶件接触面(3)；

凹槽的底面与基准结构件(1)正面的间距为断裂截面宽度，标记为b；断裂截面宽度b满足如下条件： 其中，σ应为模具正常生产时镶件接触面(3)的接触应力大小；

[σ许]为基准结构件(1)材料的拉伸许用应力大小；a为凹槽的底面宽度；k1和k2均为常数,k1取值为1.1～1.3，k2取值为0.7～0.9；

基准结构件(1)用于固定安装在模具中的斜楔滑块(6)上，安装时，基准结构件(1)上的斜楔滑块接触面(2)与模具中的斜楔滑块(6)相接触，镶件接触面(3)与模具中的镶件(7)相接触。

2.如权利要求1所述的汽车成形类模具防双料装置，其特征在于，σ应根据如下步骤确定：首先采用公式F＝1.15×σ×t×(L+∑li×cosθ)计算成形力F，其中σ为待成形板料的抗拉强度、t为待成形板料的厚度、L为成形区域的轮廓周长、li为成形区域内棱线特征的长度、θ为冲压方向与棱线形成的断面倾斜角度；然后采用有限元软件，通过施加成形力F计算得到σ应。

3.如权利要求1所述的汽车成形类模具防双料装置，其特征在于：d1＝d2。

4.如权利要求1所述的汽车成形类模具防双料装置，其特征在于：f1＝f2。

5.如权利要求1所述的汽车成形类模具防双料装置，其特征在于：k1取值为1.2，k2取值为0.8。

6.如权利要求1所述的汽车成形类模具防双料装置，其特征在于：基准结构件(1)的顶面固定连接有连接板(4)，连接板(4)的另一端相对于基准结构件(1)朝向基准结构件(1)的背面一侧悬伸设置，并在悬伸部位设置有螺栓连接孔(5)。

7.如权利要求6所述的汽车成形类模具防双料装置，其特征在于：连接板(4)设置于凹槽的外端面与基准结构件(1)的顶面相交的位置；连接板(4)为两件，并且以凹槽宽度方向的中心线为轴线呈对称设置。

8.如权利要求1至7中任意一项所述的汽车成形类模具防双料装置，其特征在于：安装时,基准结构件(1)为并排设置的多个。

说明书

汽车成形类模具防双料装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种汽车成形类模具防双料装置，属于汽车覆盖件模具技术领域。

背景技术

[0002] 任何模具的设计结构初衷均是成形一张板料，主要是在设计中模具结构没有空间同时成形两张板料。当因为意外成形两张板料时，这里根据板厚和抗拉强度分两种情形：

[0003] 一种是当成形两张薄板时，例如成形外板类单张厚度在0.6mm的板料，由于多了一个料厚，导致压机吨位所有的力都作用在第二张板料上，导致模具受力部位发生0.6mm的弹性变形量，才能避让第二张板料的厚度，根据经验，通常模具结构发生0.6mm的弹性变形后，压机压力撤销模具还能够恢复正常，结构不受损坏。

[0004] 另一种是成形高强板或厚板类模具结构，例如当成形厚度在1.2mm的中高强板时，由于中高强板屈服强度高，当所有的压机吨位施加在第二张板料下的模具结构时，根据实际工况模具结构几乎无法在产生1.2mm以上的弹性变形后仍能恢复原状，大多时候会在模具应力集中部位发生塑形断裂。

[0005] 在抓取双料的概率和损毁程度上，汽车模具中的高强板如A柱、B柱等产品，由于尺寸呈梁形，采用自动化送料装置抓取坯料时，抓取双料的现象尤为严重，目前防双料传感器虽然能够在一定程度上避免上述现象，但在某些结构或生产线有时使用效果不佳，无法保证100％的双料识别率。根据以往的质量事故，当出现双料时，由于模具型面的间隙较小，在增加一个板厚时，成形中模具镶件或模座的受力急剧增大，造成模座或镶件的断裂，一方面会造成模具经济损失，同时会导致自动化冲压生产线停产一个月以上。

发明内容

[0006] 本发明所要解决的技术问题是：提供一种汽车成形类模具防双料装置，适用于高强板或厚板模具结构，当模具型腔出现两张板料时，能够保证整副模具的安全。

[0007] 为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是：汽车成形类模具防双料装置，包括基准结构件，基准结构件的顶面和底面均为平面、并且相互平行，基准结构件的高度标记为h；基准结构件的正面和背面均为平面、并且相互平行；基准结构件的背面中部位置设置有凹槽，凹槽的底面为平行于基准结构件背面的平面，凹槽的深度标记为d1，凹槽贯穿基准结构件的上下两端，凹槽的底面宽度标记为a，沿着凹槽的长度方向、凹槽的底面宽度相同；基准结构件的正面中部位置设置有长方形的凸块，凸块的顶面为平行于基准结构件正面的平面，凸块的高度标记为d2，凸块长度方向的两端面与基准结构件的上下两端面重合；待成形板料的厚度设定为t，d1≥2t,d2≥2t。

[0008] 在基准结构件的同一横向截面上，凹槽底面在凹槽宽度方向的两端点分别标记为u和p，凸块底端在凸块宽度方向的两端点分别标记为v和q；点u和点v位于同一侧、点p和点q位于同一侧；点v在凹槽底面的投影点相较于点u更靠近凹槽底面中心，点v在凹槽底面的投影点与点u的间距设定为f1，5mm≤f1≤10mm；点q在凹槽底面的投影点相较于点p更靠近凹槽底面中心，点q在凹槽底面的投影点与点p的间距设定为f2；5mm≤f2≤10mm。

[0009] 基准结构件的背面设定为斜楔滑块接触面，凸块的顶面设定为镶件接触面；凹槽的底面与基准结构件正面的间距为断裂截面宽度，标记为b；断裂截面宽度b满足如下条件：

[0010] 其中，σ应为模具正常生产时镶件接触面的接触应力大小；[σ许]为基准结构件材料的拉伸许用应力大小；a为凹槽的底面宽度；k1和k2均为常数,k1取值为1.1～1.3，k2取值为0.7～0.9。

[0011] 进一步的是：σ应根据如下步骤确定：首先采用公式F＝1.15×σ×t×(L+∑li×cosθ)计算成形力F，其中σ为待成形板料的抗拉强度、t为待成形板料的厚度、L为成形区域的轮廓周长、li为成形区域内棱线特征的长度、θ为冲压方向与棱线形成的断面倾斜角度；然后采用有限元软件，通过施加成形力F计算得到σ应。

[0012] 进一步的是：d1＝d2。

[0013] 进一步的是：f1＝f2。

[0014] 进一步的是：k1取值为1.2，k2取值为0.8。

[0015] 进一步的是：基准结构件的顶面固定连接有连接板，连接板的另一端相对于基准结构件朝向基准结构件的背面一侧悬伸设置，并在悬伸部位设置有螺栓连接孔。

[0016] 进一步的是：连接板设置于凹槽的外端面与基准结构件的顶面相交的位置；连接板为两件，并且以凹槽宽度方向的中心线为轴线呈对称设置。

[0017] 进一步的是：还包括斜楔滑块和镶件，基准结构件固定安装在斜楔滑块上，并且斜楔滑块接触面与斜楔滑块相接触，镶件接触面与镶件相接触。

[0018] 进一步的是：基准结构件为并排设置的多个。

[0019] 本发明的有益效果是：通过在模具的斜楔滑块和镶件之间增设防双料装置，并且对关键参数(断裂宽度b，f1和f2确定的断裂点相对位置、两侧的避让距离d1和d2)作了合理设计，以使得在正常状态成形单个板料时，模具强度安全可靠；当模具型腔出现两张板料时，该防双料装置在模具主体结构失效前截面A-A(凹槽底面和基准结构件正面之间的截面)发生断裂。在断裂过程中利用该装置中的避让空间来缓冲镶件、模座等成形型面的接触应力，使得模具结构不受损毁，能够保证整副模具的安全性与使用寿命。

附图说明

[0020] 图1为本发明中防双料装置的二维图；

[0021] 图2为本发明中防双料装置的受力分析示意图；

[0022] 图3是本发明实施例中的板料成形区域结构示意图；

[0023] 图4a是本发明中防双料装置的安装实施例一的结构示意图；

[0024] 图4b是本发明中防双料装置的安装实施例二的结构示意图；

[0025] 图5为防双料装置的三维图；

[0026] 图中标记：1-基准结构件，2-斜楔滑块接触面，3-镶件接触面，4-连接板，5-螺栓连接孔，6-斜楔滑块，7-镶件，8-螺栓，9-下凸模。

具体实施方式

[0027] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

[0028] 如图1、图2和图5所示，本发明包括基准结构件1，基准结构件1的顶面和底面均为平面、并且相互平行，基准结构件1的高度标记为h；基准结构件1的正面和背面均为平面、并且相互平行；基准结构件1的背面中部位置设置有凹槽，凹槽的底面为平行于基准结构件1背面的平面，凹槽的深度标记为d1，凹槽贯穿基准结构件1的上下两端，凹槽的底面宽度标记为a，沿着凹槽的长度方向、凹槽的底面宽度相同；基准结构件1的正面中部位置设置有长方形的凸块，凸块的顶面为平行于基准结构件1正面的平面，凸块的高度标记为d2，凸块长度方向的两端面与基准结构件1的上下两端面重合；待成形板料的厚度设定为t，d1≥2t,d2≥2t。

[0029] 在基准结构件1的同一横向截面上，凹槽底面在凹槽宽度方向的两端点分别标记为u和p，凸块底端在凸块宽度方向的两端点分别标记为v和q；点u和点v位于同一侧、点p和点q位于同一侧；点v在凹槽底面的投影点相较于点u更靠近凹槽底面中心，点v在凹槽底面的投影点与点u的间距设定为f1，5mm≤f1≤10mm；点q在凹槽底面的投影点相较于点p更靠近凹槽底面中心，点q在凹槽底面的投影点与点p的间距设定为f2；5mm≤f2≤10mm。

[0030] 基准结构件1的背面设定为斜楔滑块接触面2，凸块的顶面设定为镶件接触面3；凹槽的底面与基准结构件1正面的间距为断裂截面宽度，标记为b；断裂截面宽度b满足如下条件： 其中，σ应为模具正常生产时镶件接触面3的接触应力大小；[σ许]为基准结构件1材料的拉伸许用应力大小；a为凹槽的底面宽度；k1和k2均为常数,k1取值为1.1～1.3，k2取值为0.7～0.9。对于本领域技术人员来说，σ应可根据理论公式计算得到，也可以采用有限元分析的方法得到。考虑到理论计算精度不高，因此本发明优选采用有限元计算，这样更能够符合实际的工况，有限元计算为较为成熟的技术，如采用ANSYS、ABAQUS等结构有限元软件均可实现。

[0031] 本发明中的σ应根据如下步骤确定：首先采用公式F＝1.15×σ×t×(L+∑li×cosθ)计算成形力F，其中σ为待成形板料的抗拉强度、t为待成形板料的厚度、L为成形区域的轮廓周长、li为成形区域内棱线特征的长度、θ为冲压方向与棱线形成的断面倾斜角度；然后采用有限元软件，通过施加成形力F计算得到σ应。例如图3所示的实施例，其计算形式为：

[0032] F＝1.15×σ×t×(l1+l2+l3+l4+l5×cosθ)。由于产品区域大多是一定角度的侧整形，理论计算防双料装置受到的接触应力σ应较为困难，本实施例采用abaqus大型通用有限元软件，通过施加成形力F获得镶件靠背的接触应力大小σ应。

[0033] [σ许]为基准结构件1材料的拉伸许用应力大小，可根据查询材料力学手册获得其数值。

[0034] a为凹槽的底面宽度，是根据侧向力的接触区域和面积选取的，其原则主要是当侧向力作用在该防双料机构上时，整个结构能够保证受力的均匀和稳定，因此参数a的设计只要复合实际情况就行，当参数a确定后，本发明最重要的参数就是断裂宽度b的设计。

[0035] 本发明中断裂截面宽度b的参数条件推导过程如下：

[0036] 步骤一，模具正常生产时镶件接触面3的接触应力大小σ应作为初始条件，首先根据内力分析方法，计算得到受力的防双料装置强度失效截面A-A的内力Fn＝σ应S1；其中，S1＝ah，a为凹槽的底面宽度，h为基准结构件1的高度。

[0037] 步骤二：计算单个板料在正常工况下冲压成形时，该防双料装置的截面尺寸，以使得在正常状态成形单个板料时，模具强度安全可靠。

[0038] 选择相应的强度理论，考虑到冲压过程中冲击载荷作用，选取k1＝1.1至1.3倍的材料许用应力进行设计，即σ≤k1[σ许]，得到

[0039] 由S2＝bh以及Fn＝σ应ah，得到截面宽度 这里根据经验k1可进一步优选为1.2；σ应为模具正常生产时镶件接触面3的接触应力大小；[σ许]为基准结构件1材料的拉伸许用应力大小；a为凹槽的底面宽度。

[0040] 步骤三：当冲压工况中出现双板料时，成形力急剧增大，为了避免模具型面挤压造成断裂，必须使防双料装置断裂来提前结束成形工作。即计算截面A-A瞬间断裂的最大宽度尺寸，考虑到模具凸凹模的间隙，防双料装置材料的加工硬化因素，这里选取k2＝0.7至0.9倍的材料许用应力进行设计，即σ≥k2[σ许]，得到

[0041] 由S2＝bh以及Fn＝σ应ah，得到截面宽度 这里根据经验k2可进一步优选为0.8；σ应为模具正常生产时镶件接触面3的接触应力大小；[σ许]为基准结构件1材料的拉伸许用应力大小；a为凹槽的底面宽度。

[0042] 综合步骤二和步骤三可知，断裂截面宽度b必须满足如下条件：其中，σ应为模具正常生产时镶件接触面3的接触应力大小；[σ许]为基准结构件1材料的拉伸许用应力大小；a为凹槽的底面宽度；k1和k2均为常数,k1取值为1.1～
1.3，k2取值为0.7～0.9。

[0043] 如图4a和图4b所示，该装置在实施时，模具结构中包括斜楔滑块6和镶件7，基准结构件1固定安装在斜楔滑块6上，并且斜楔滑块接触面2与斜楔滑块6相接触，镶件接触面3与镶件7相接触。当抓取双料时，该装置发生断裂时，其断裂的部位在点p、点q、点u、点v这四点围成的区域内。在成形双料过程中为了避免成形力的波动造成该装置无法断裂，需要将p和q、u和v断裂点分别错开，并且满足5mm≤f1≤10mm；5mm≤f2≤10mm。优选方式为f1＝f2。

[0044] 为了使得缓冲和避让空间满足要求，本发明同时对装置中的避让距离作了限定：待成形板料的厚度设定为t，d1≥2t,d2≥2t；d1为凹槽的深度，即斜楔滑块6这一侧的避让距离；d2为凸块的高度，即镶件7这一侧的避让距离。优选方式为d1＝d2。

[0045] 为了方便安装，基准结构件1的顶面固定连接有连接板4，连接板4的另一端相对于基准结构件1朝向基准结构件1的背面一侧悬伸设置，并在悬伸部位设置有螺栓连接孔5。连接板4设置于凹槽的外端面与基准结构件1的顶面相交的位置；连接板4为两件，并且以凹槽宽度方向的中心线为轴线呈对称设置。在实施时，连接板4一般可直接焊接在基准结构件1顶端，然后通过螺栓8将防双料装置安装在斜楔滑块6上即可。此外，在同一模具结构中，基准结构件1可以为并排设置的多个。图3为该结构的轴测图，在本实施例中，采用的是并排设置的两个。