本發(fā)明屬于沖壓拉深工藝領(lǐng)域，具體講是一種改善沖壓拉深件壁厚均勻性的裝置及方法。

背景技術(shù)：

拉深實質(zhì)上就是將毛坯凸緣部分的材料逐漸轉(zhuǎn)移到筒壁的過程，在轉(zhuǎn)移的過程中凸緣的材料由于受到拉深力的作用，在徑向產(chǎn)生拉應(yīng)力，而在周向產(chǎn)生壓應(yīng)力。在拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的共同作用下，凸緣部分的金屬產(chǎn)生塑性變形，而不斷流入凹模中變成筒形件，由于筒壁材料在拉應(yīng)力作用下厚度減薄，筒壁材料的厚度呈現(xiàn)出由上而下越來越薄的趨勢，且在筒底圓角部位厚度最薄。隨著拉深深度逐漸增加，最后在筒底圓角部位出現(xiàn)開裂，使得最終成形的拉深深度受到限制。并且由于局部頸縮，導(dǎo)致了整個筒形件壁厚不均勻，筒底圓角部位較薄從而降低了其使用過程中的強度。

為了彌補由于壁厚減薄所帶來的強度降低，需要增加整體壁厚，而這所產(chǎn)生的后果就是零件質(zhì)量增加，這與當(dāng)今節(jié)能減重的工業(yè)生產(chǎn)理念相違背，對于需要通過減輕車身重量而達到減少石油消耗以及溫室氣體排放為目標(biāo)的汽車行業(yè)來說尤為重要，同時，對于航空航天領(lǐng)域來說，零部件的減重一直是科研工作者奮斗的目標(biāo)。為此，生產(chǎn)工作者們?yōu)樘岣邲_壓拉深件的壁厚均勻性也做了不少研究。

現(xiàn)有的技術(shù)中，例如，張渝的專利（CN204135174U）中敘述了一種鋁制筒形件局部增厚制坯的方法，運用預(yù)拉延模具和局部增厚鐓擠模，采用較大的拉深間隙，首先通過拉延模具獲得一定深度和形狀的預(yù)制坯料，而后應(yīng)用鐓擠模具將預(yù)制坯料在凸模和頂件塊的作用下通過鐓擠實現(xiàn)材料的局部增加，因此獲得變厚度分布的鋁制坯料，即事先在拉深應(yīng)力大且厚度減薄嚴(yán)重的區(qū)域所對應(yīng)的坯料上將該處材料的厚度局部增加，這樣在拉深過程中，該處局部增厚的材料在拉應(yīng)力作用下變薄后仍然具有足夠的料厚，從而避免開裂。此種制坯方法存在的問題是需要嚴(yán)格控制預(yù)制坯的深度，若處理不當(dāng)容易在后續(xù)的鐓擠過程中由于壓縮失穩(wěn)而導(dǎo)致板料的折疊，并且鐓擠過程中凸模與頂件塊的配合運動有較高的要求，否則就無法得到變厚度制坯。

陳坦和等人的專利（CN103801608A）中敘述了一種小凸緣筒形件不變薄拉深工藝，該專利的特點是首先對拉深的毛坯進行材料的加熱軟化處理，并且對毛坯件進行特定的酸性溶液洗滌以及表面涂擦潤滑油，之后進行多道次的拉深工藝并且每道次的拉深后需要對拉深件進行退火處理。此方法存在前期毛坯件準(zhǔn)備工序較為繁瑣等缺陷，對于一些不能進行加熱處理的材料而言，此工藝不宜使用。

陳保國等人的專利（CN105081045A）中敘述了一種均勻化變形的鈑金件充液拉深成形方法，該專利的特點是首先從板料的上方充入液體，使板料發(fā)生塑性變形，保壓一段時間，正脹形出一定高度的預(yù)成形件，之后卸除上方液體向凹模型腔內(nèi)通入具有一定壓力的液體，在凸模的作用下使預(yù)成形件發(fā)生塑性變形，同時排出凹模型腔的液體，從而使鈑金均勻化變形。此方法存在的問題是很難通過液體壓力精確的控制預(yù)成形高度并且在凸模下行的過程中需要精確控制凸模下行量與凹模型腔液體的減少量之間的關(guān)系，由于預(yù)成形件通過脹形工藝得到，因此預(yù)成形件已經(jīng)有一定量的減薄，并且整個成形過程中對模具的密封性有較高要求，生產(chǎn)成本過高。

20世紀(jì)80年代在充液拉深基礎(chǔ)上，提出了反脹充液拉深工業(yè)，該方法是指在充液室流體介質(zhì)的初始壓力作用下，板材發(fā)生脹形，并通過模具的約束得到預(yù)定形狀，之后在一定液室壓力下板料隨凸模運動進行充液拉深成形方向相反，較大的預(yù)脹量易導(dǎo)致凹?？诟浇牧险郫B，導(dǎo)致零件成形失敗，從而限制了零件的變形量和性能,同時，在預(yù)成形以及終成形過程中對模具的密封有較高要求，這將增加模具加工的制造成本。

因此，開發(fā)一種新的改善沖壓拉深件壁厚均勻性的工藝，能夠彌補現(xiàn)有技術(shù)中諸如凸模和頂件塊運動配合精度較高，工序過于繁瑣等缺陷，又能夠解決沖壓拉深件壁厚減薄嚴(yán)重的問題，突破傳統(tǒng)拉深工藝中拉深深度的限制，提高拉深筒形件的使用強度具有深遠意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明公開了一種改善沖壓拉深件壁厚均勻性的裝置及方法，具體是在減薄最嚴(yán)重的筒底圓角部位所對應(yīng)的坯料區(qū)域作預(yù)成形處理，來改善沖壓拉深件壁厚均勻性的一種工藝；本發(fā)明的方法具有設(shè)備簡單，不需要多道次的拉深工序以及繁瑣的退火工序、生產(chǎn)成本低、過程易于調(diào)節(jié)和控制等優(yōu)點。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：一種改善沖壓拉深件壁厚均勻性的裝置，包括下模座以及上滑塊；下模座的上端連接有凹?；?；上滑塊下端連接有連接板；所述的凹模基座以及連接板之間的中間位置設(shè)置有預(yù)成形凸模以及預(yù)成形凹模；所述的預(yù)成形凸模設(shè)置在連接板的下端；所述的預(yù)成形凹模設(shè)置在凹?；男颓恢?；通過預(yù)成形模具（預(yù)成形凸模以及預(yù)成形凹模）制備含特定形狀，即在對應(yīng)筒形件圓角位置形成環(huán)形凸起，預(yù)制坯零件進行筒形件拉深來改善成形筒形件的壁厚均勻性。

進一步，所述的預(yù)成形凹模為剛性材質(zhì)的預(yù)成形凹模或者柔性材質(zhì)的預(yù)成形凹模。

進一步，所述的預(yù)成形凸模是可拆卸的，并與連接板過渡配合。

進一步，所述的凹?；纳隙诉B接有預(yù)成形壓邊圈。

進一步，所述的預(yù)成形壓邊圈通過內(nèi)六角螺釘與凹?；B接。

進一步，所述的凹?；约斑B接板之間的兩側(cè)位置還連接有導(dǎo)柱。

進一步，所述的所述的導(dǎo)柱的上端與連接板中的導(dǎo)套相連接；所述的導(dǎo)柱的下端固定在凹?；?/p>

本發(fā)明還公開了一種改善沖壓拉深件壁厚均勻性的方法，具體步驟如下：

（1）根據(jù)最終筒形件的幾何尺寸，計算出合適大小的坯料，并且在坯料與模具接觸的表面涂抹潤滑油；

（2）采用預(yù)成形凹模置于凹?；校瑢⑴髁现糜陬A(yù)成形凹模中，通過內(nèi)六角螺釘將預(yù)成形壓邊圈與凹?；B接；

（3）啟動液壓機，在預(yù)成形凸模以及預(yù)成形凹模的作用下，使得坯料形成預(yù)凸起；達到預(yù)成形高度時，預(yù)成形凸模行程結(jié)束，制得預(yù)成形坯料；通過預(yù)成形凹模成形出具有儲料效應(yīng)和改善應(yīng)力分布效應(yīng)的預(yù)成形坯料；

（4）采用終成形模具，即更換預(yù)成形凸模、預(yù)成形凹模以及預(yù)成形壓邊圈，換成終成形凸模、終成形凹模以及終成形壓邊圈，將預(yù)成形坯料的預(yù)凸起朝上或預(yù)凸起朝下安裝于終成形凹模中，并且通過限位圓環(huán)起限位作用。

（5）在終成形壓邊圈均勻分布矩形彈簧，通過與凹?；菁y孔相連的螺栓，旋入螺母；旋入螺母而產(chǎn)生一定的預(yù)壓量進而產(chǎn)生彈簧力，從而提供合適的板料壓邊力；通過均布在終成形壓邊圈上的矩形彈簧產(chǎn)生一定的壓縮量來提供板料壓邊力；

（6）重新啟動在液壓機，終成形凸模下行，使預(yù)成形板料發(fā)生塑性變形，在終成形凸模下行達到設(shè)定的高度時，終成形結(jié)束，取出壁厚均勻的沖壓拉深件。

進一步，所述的預(yù)成形凹模為剛性材質(zhì)的預(yù)成形凹?；蛘呷嵝圆馁|(zhì)的預(yù)成形凹模。

本發(fā)明所構(gòu)思的技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明所采用的是傳統(tǒng)的沖壓拉深模具，不需要其他輔助的高精密儀器，減少了設(shè)備投資以及生產(chǎn)成本。

(2)不需要預(yù)先制備出變厚度的坯料以及制備過程中需要嚴(yán)格限制預(yù)制坯的深度和鐓擠過程中由于擠壓失穩(wěn)而導(dǎo)致板料的折疊等問題。而且不需要較高的配合運動精度。

(3)本發(fā)明只需要預(yù)成形和終成形兩道拉深工序，不需要多道次的拉深工序以及繁瑣的退火工序，避免了由此所產(chǎn)生的加工成本過高等問題，而且，本發(fā)明也適用一些不能進行加熱處理的材料。

(4)本發(fā)明預(yù)成形所得到的具有儲料效應(yīng)以及應(yīng)力分布效應(yīng)的預(yù)成形板料，在終成形時能夠起到補料以及改變減薄嚴(yán)重區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)的作用，能有效改善沖壓拉深件壁厚分布的均勻性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1中采用剛性材質(zhì)的預(yù)成形模具裝配示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例1中預(yù)成形時板料與剛性凹模接觸部位的局部放大示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例1中終成形模具裝配示意圖。

圖4是本發(fā)明實施例1中終成形凸模與板料初始位置局部放大示意圖。

圖5是本發(fā)明實施例2中所獲得的實驗結(jié)果。

圖6是本發(fā)明實施例2中采用柔性材質(zhì)的預(yù)成形模具裝配示意圖。

圖7是本發(fā)明實施例2中預(yù)成形時板料與柔性預(yù)成形凹模接觸部位的局部放大示意圖。

圖8是本發(fā)明實施例2中終成形模具裝配示意圖。

圖9是本發(fā)明實施例2中終成形凸模與板料初始位置局部放大示意圖。

其中，1-下模座，2-凹?；?，3-導(dǎo)柱，4-預(yù)成形壓邊圈，5-導(dǎo)套，6-連接板，7-上滑塊，8-預(yù)成形凸模，9-坯料，10-預(yù)成形凹模。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的，技術(shù)方案，實施步驟以及本發(fā)明的優(yōu)點更加具體明白，一下結(jié)合附圖、實施例以及實驗數(shù)據(jù)作詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明，附圖中的Ⅰ處表示的是本發(fā)明的局部放大處。

實施例1

根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思，應(yīng)首先制備出具有一定預(yù)凸起形狀的預(yù)成形坯料。如圖1~2所示，采用此剛性材質(zhì)的預(yù)成形模具成形出預(yù)成形坯料，其具體包括以下步驟：

（1）根據(jù)最終筒形件的幾何尺寸，計算出合適大小坯料9，并且在坯料9與模具接觸的表面涂抹潤滑油。并將坯料9放置在剛性材質(zhì)的預(yù)成形凹模10中；將具有一定預(yù)凸起的剛性預(yù)成形凹模10安裝固定在凹?；?中的型腔中。

（2）通過內(nèi)六角螺釘將預(yù)成形壓邊圈4與凹?；?連接，對原始板料起到壓邊作用。 將預(yù)成形凸模8設(shè)計成可拆卸式，其與連接板6過渡配合，預(yù)成形凸模8下行程過程中，通過固定在凹?；?中的導(dǎo)柱3與連接板6中的導(dǎo)套5起導(dǎo)向作用。

（3）啟動液壓機，上滑塊7帶動連接板6向下運動，預(yù)成形凸模8與板料9接觸，使板料9與剛性材質(zhì)的預(yù)成形凹模10接觸發(fā)生變形，在預(yù)成形凸模的作用下，板料發(fā)生塑性變形，預(yù)成形出具有一定高度和形狀的預(yù)凸起預(yù)成形凸模下行到一定距離時，預(yù)成形凸模行程結(jié)束，卸下板料預(yù)成形壓邊圈4，取出預(yù)成形坯料9。預(yù)成形所制得的預(yù)成形坯料具有一定高度和一定形狀的預(yù)凸起，其具有儲料效應(yīng)以及終成形時改變坯料應(yīng)力分布的效應(yīng)，如圖3所示，所示的是本實施例中終成形模具裝配示意圖，也即預(yù)成形坯料正裝(預(yù)凸起朝上)模具示意圖；

（4）在預(yù)成形模架的基礎(chǔ)上，取下預(yù)成形模具中的壓邊圈以及壓入式連接的可拆卸預(yù)成形凸模，更換終成形凸模。在凹?；?中，放入終成形凹模，將預(yù)成形坯料9正裝固定在終成形凹模中，如圖4所示的是終成形凸模與板料初始相對位置局部放大示意圖。

（5）安裝好終成形壓邊圈之后，將八個均勻分布在終成形壓邊圈上的螺栓旋入凹模基座的螺紋孔中，每個螺栓中套進一個矩形彈簧，通過旋入端部的螺母來使彈簧產(chǎn)生一定的壓縮量，從而提供終成形所需的板料壓邊力。

（6）終成形凸模下行過程中，通過固定在凹?；w2中導(dǎo)柱3與連接板6中的導(dǎo)套5起導(dǎo)向作用。

（7）啟動液壓機，上滑板7帶動連接板6向下運動，使預(yù)成形板料發(fā)生塑性變形，在終成形凸模下行到設(shè)定距離時，終成形結(jié)束，取出壁厚均勻的沖壓拉深件。

實施例2

如圖6~7所示，采用的柔性材質(zhì)的預(yù)成形模具制備出具有一定預(yù)凸起形狀的預(yù)成形坯料，其具體包括以下步驟：

1）根據(jù)最終筒形件的幾何尺寸，計算出合適大小坯料9，并且在坯料9與模具接觸的表面涂抹潤滑油。并將坯料9放置在柔性材質(zhì)的預(yù)成形凹模10中。柔性材質(zhì)的預(yù)成形凹模10，例如聚氨酯橡膠、天然橡膠棒、硅膠棒等柔性軟模，將柔性材質(zhì)的預(yù)成形凹模10安裝固定在凹?；?中的型腔中。

2）通過內(nèi)六角螺釘將預(yù)成形壓邊圈4與凹模基座2連接，對原始板料起到壓邊作用。將預(yù)成形凸模8設(shè)計成可拆卸式，其與連接板6過渡配合，預(yù)成形凸模8下行程過程中，通過固定在凹?；?中的導(dǎo)柱3與連接板6中的導(dǎo)套5起導(dǎo)向作用。

3）啟動液壓機，上滑塊7帶動連接板6向下運動，預(yù)成形凸模8與板料9接觸，使板料9與柔性材質(zhì)的預(yù)成形凹模10發(fā)生變形，由于橡膠類材料的不可壓縮性，并且其限定在具有不變體積的容器內(nèi)，在外力作用下，根據(jù)最小阻力定律，橡膠類材料將會向上運動，推動板料，在橡膠力的作用下，板料發(fā)生塑性變形，預(yù)成形出具有一定高度和形狀的預(yù)凸起，預(yù)成形凸模達到設(shè)定高度時，預(yù)成形凸模行程結(jié)束，卸下板料預(yù)成形壓邊圈4取出預(yù)成形坯料9。預(yù)成形所制得的預(yù)成形坯料具有一定高度和一定形狀的預(yù)凸起，其具有儲料效應(yīng)以及終成形時改變坯料應(yīng)力分布的效應(yīng)，如圖8所示，是本實施例中終成形模具裝配示意圖，也即預(yù)成形坯料反裝(預(yù)凸起朝下)模具示意圖；

4）在預(yù)成形模架的基礎(chǔ)上，取下預(yù)成形模具中的預(yù)成形壓邊圈4以及壓入式連接的可拆卸預(yù)成形凸模8，更換終成形凸模。在凹?；?中，放入終成形凹模，將預(yù)成形坯料9反裝固定在終成形凹模中，如圖9所示的是終成形凸模與板料初始相對位置局部放大示意圖。

5）安裝好終成形壓邊圈之后，將八個均勻分布在終成形壓邊圈上的螺栓旋入凹模基座的螺紋孔中，每個螺栓中套進一個矩形彈簧，通過旋入端部的螺母來使彈簧產(chǎn)生一定的壓縮量，從而提供終成形所需的板料壓邊力。

6）終成形凸模下行過程中，通過固定在凹?；w2中導(dǎo)柱3與連接板6中的導(dǎo)套5起導(dǎo)向作用。

7）啟動液壓機，上滑板7帶動連接板6向下運動，使預(yù)成形板料發(fā)生塑性變形，在終成形凸模下行到設(shè)定距離時，終成形結(jié)束，取出壁厚均勻的沖壓拉深件。

針對本實施例進行了一系列的實驗驗證，我們分別對原始板料進行了預(yù)成形處理，預(yù)成形凸模直徑分別為12mm、16mm、20mm，每組情況的預(yù)成形板料高度均為2mm，之后進行筒形件終成形，拉深的高度均為11mm，為了便于比較，進行了傳統(tǒng)的筒形件拉深得到拉深試件，得到筒形件壁厚分布如圖5所示，從得到的實驗數(shù)據(jù)可知，三種預(yù)成形所得到的筒形件在凸模圓角處的減薄量較直接拉深所得到的筒形件在凸模圓角處較小，而且，隨著預(yù)成形凸模直徑的增加，凸模圓角處的減薄率隨著減少，也就是說壁厚均勻性更好。直接拉深時，凸模圓角處的減薄率為29%；預(yù)成形直徑為12mm時，凸模圓角處的減薄率為26%；預(yù)成形直徑為16mm時，凸模圓角處的減薄率為22%；預(yù)成形直徑為20mm時，凸模圓角處的減薄率為12%,若以直接拉深時減薄最嚴(yán)重的凸模圓角處的強度作為極限安全載荷的話，采用預(yù)成形獲得的筒形件在滿足強度要求時厚度可減少17%，對于面積一定時的汽車覆蓋件，質(zhì)量將會減少17%，這對于以減輕重量為現(xiàn)階段目標(biāo)的汽車行業(yè)來說是非?？捎^的。如上所述，實驗結(jié)果證實本發(fā)明能夠明顯改善沖壓拉深件壁厚均勻性。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施列而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。