專利名稱：拉延工藝補(bǔ)充方法及拉延模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及沖壓工藝中的一種拉延工藝補(bǔ)充方法及由此方法產(chǎn)生的拉延模具。
背景技術(shù)：
拉延(又稱為拉深或壓延)是利用拉延模具將板料毛坯沖壓成開口空心件的方法。用拉延制成的制件種類繁多，通?？梢詺w納為三大類一，回轉(zhuǎn)體制件，如搪瓷盆、汽車燈殼等；二，盒形制件，如拖拉機(jī)工具箱、汽車油箱等；三，復(fù)雜形狀件，如汽車門等汽車覆蓋件。
拉延所用的模具主要由凸模、凹模和壓邊圈三部分組成。拉延時，板料毛坯受到凸模、凹模和壓邊圈所產(chǎn)生的力作用，凸模使板料進(jìn)入凹模形腔，將板料拉延成預(yù)定形狀。壓邊圈的作用主要是防止板料在拉延過程中四周起皺。
在拉延工藝中，破裂與起皺是拉延失效的兩個主要形式。破裂主要是發(fā)生在制件的底部圓角處(本領(lǐng)域稱之為“危險斷面”)，由拉延過程中制件受到徑向拉應(yīng)力所致。起皺則主要是發(fā)生在制件的凸緣邊緣，又拉延過程中制件受到周向壓應(yīng)力所致。破裂的影響因素較多，包括拉延系數(shù)(拉延件直徑d/板料直徑D，表示拉延時的變形程度)、板料機(jī)械性能、凹模圓角半徑、凸模圓角半徑、摩擦系數(shù)、壓邊力等等，其中，凸、凹模圓角半徑和摩擦系數(shù)是主要的影響因素。起皺的影響因素主要有板料的相對厚度(厚度t/板料直徑D)和拉延系數(shù)。
采用壓邊圈可以有效防止起皺，即在拉延開始時，板料就被壓邊圈壓住，在整個拉延過程中，一直被約束在壓邊圈與凹模兩平面之間，限制了板料起皺。但是，壓邊圈的壓力同時也增加了制件材料流動的摩擦阻力，即在拉延過程中，由于受到壓邊力的作用，制件材料不容易流動，從而加大了制件危險斷面被拉破的危險。
對于復(fù)雜形狀件的拉延工藝來說，例如汽車后側(cè)圍板，存在的問題更加集中。例如，在附圖1和2中給出了幾種汽車后側(cè)圍板的示意圖。從圖中可以看出，這些制件屬于形狀復(fù)雜件，即大多形狀復(fù)雜，且表面高低錯落不平。
對于拉延工藝來說，此類制件的平面高度差很大，例如高達(dá)200毫米左右，而且起伏形狀相距很近，因此材料在凹模內(nèi)流動極不均勻。所以，利用傳統(tǒng)的拉延工藝，很難克服制件在拉延過程中經(jīng)常出現(xiàn)的一些問題，如高端材料(拉延深度較大的材料)變形過大產(chǎn)生破裂而低端材料(拉延深度較小的材料)變形不足造成制件剛度欠缺，高端和低端的過渡部分由于材料變形不均勻而使制件局部產(chǎn)生皺摺。
在現(xiàn)有技術(shù)中，針對上述特定的問題可以采取特定的措施，例如，當(dāng)制件材料在凹模內(nèi)拉應(yīng)變不足時，應(yīng)減少外部材料流入，一般采取加大壓料力或調(diào)整加大拉延筋高度或減小凹模圓角等方法來增大外部材料流入的阻力，以達(dá)到減少材料流入的目的。反之，當(dāng)制件材料在凹模內(nèi)拉變形過大而具有破裂的危險時，應(yīng)增加外部材料的流入，一般采取減小壓料力或調(diào)整減小拉延筋高度或增大凹模圓角等方法來減小材料流入的阻力，以達(dá)到增大外部材料流入的目的。
但是，對于后側(cè)圍板這類復(fù)雜形狀件很難采用上述方法進(jìn)行調(diào)整，其原因在于該制件形狀的特殊性，例如高度差很大、起伏形狀相距很近等。并且，如前所述，減少外部材料流入和增加外部材料流入本身就是一對矛盾，因此，迫切需要一種方法能夠同時解決上述復(fù)雜形狀件拉延工藝中出現(xiàn)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種拉延工藝補(bǔ)充方法，通過該方法能夠解決上述問題，如高端材料變形過大產(chǎn)生破裂而低端材料變形不足造成制件剛度欠缺，高端和低端的過渡部分由于材料變形不均勻而使制件局部產(chǎn)生皺摺。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種專用于上述方法的拉延模具。
該拉延工藝補(bǔ)充方法包括將板狀材料拉延成包括高端材料和低端材料的制件，其特征在于，在拉延過程中，在低端材料周邊拉延出至少一條筋。
該拉延模具包括凸模、凹模和壓邊圈，其中凸模和凹模的形狀一致且包括高端部分和低端部分，其特征在于，在低端部分的邊緣區(qū)域上具有至少一個凸臺。
因此，利用上述拉延工藝補(bǔ)充方法及拉延模具，由于在拉延過程中對制件低端材料的周邊拉延出至少一條筋，所以能夠在拉延后期(即拉延低端材料時)，能夠?qū)Φ投瞬牧线M(jìn)行再次拉延，從而能增加低端材料的變形程度，增加其變形剛度；同時還抑制了制件高端材料和低端材料的過渡部分材料流入的不均勻性，使得該區(qū)域材料在拉延后期得以充分的展開和拉伸，從而消除了制件局部產(chǎn)生皺??；并且，由于使用筋的方法能夠在拉延后期對局部拉應(yīng)變不足區(qū)域有再次拉伸的作用，因此可用適當(dāng)減小整體材料流入的阻力，增大材料流入補(bǔ)充制件高端材料以達(dá)到減小該處材料拉應(yīng)變從而消除破裂的目的。


圖1和圖2是現(xiàn)有的具有復(fù)雜形狀的制件例子；圖3至圖6分別是表示本發(fā)明原理的示意圖；圖7至圖10分別是利用本發(fā)明的方法和模具拉延出的制件的實例。
具體實施例方式
下面根據(jù)一些例子對本發(fā)明的原理進(jìn)行說明。
如圖1和圖2所示，對于汽車后側(cè)圍板等形狀復(fù)雜的拉延件來說，其不僅拉延形狀不規(guī)則，并且拉延高度一般也并不相等。有些部分拉延的高度很高，例如A部分所示(為了方便起見，本文中稱之為“高端材料”)；有些地方的拉延高度相對較低，例如B部分和C部分所示(本文中稱之為“低端材料”)。并且，如圖2所示，高端材料與低端材料之間的高度有時候也并不相等，例如A部分與B部分之間的高度以及A部分與C部分之間的高度并不相等。此外，高端材料本身高度也有可能并不相等，或者高端材料邊緣具有的坡度或斜度也有可能不相等，例如90度或者60度等等?？傊?，這種汽車后側(cè)圍板的形狀比較復(fù)雜。
為了防止高端材料在拉延過程中被拉破，需要減小材料流入的阻力，增加材料補(bǔ)充到高端材料部分。但是，在減小材料流入的阻力時，低端材料以及制件的邊緣又會出現(xiàn)起皺現(xiàn)象。并且，由于高端材料與低端材料之間的高度不等，所以在高端材料和低端材料之間的過渡部分的材料在拉延過程中流動不均勻，所以在高端材料周圍的局部區(qū)域也會發(fā)生起皺。這些問題采用現(xiàn)有的方法根本無法克服。
因此，本發(fā)明提出了一種拉延工藝補(bǔ)充方法，即在拉延過程中，通過在凸模邊緣設(shè)置至少一個凸臺，以便在對低端材料進(jìn)行拉延時，通過該凸臺可以對低端材料進(jìn)行再次拉延，即在低端材料周邊的預(yù)定位置拉延出筋，使得整個低端材料的拉延程度基本保持一致，從而基本上能夠完全解決上述問題。筋可以是凹筋，也可以是凸筋。筋的截面形狀可以是現(xiàn)有技術(shù)中的任意合適的形狀，例如圓形、方形、三角形等等。
如圖所示，在對所述制件進(jìn)行拉延時，首先凸模對制件的高端材料進(jìn)行拉延(前期拉延)，即凸模上的高端部分首先接觸到板狀材料上的預(yù)定部分將之拉延成高端材料部分。在此拉延過程中，隨著凸模與凹模之間的相對運動，凸模將板狀材料的預(yù)定部分拉延到凹模形腔中，板狀材料發(fā)生塑性變形。在拉延后期，即凸模上的低端部分開始對制件的低端材料進(jìn)行拉延時，由于在前期拉延時材料已經(jīng)發(fā)生了劇烈的塑性變形，所以此時制件外部材料將很難繼續(xù)流入到凹模形腔內(nèi)對高端材料的繼續(xù)變形進(jìn)行補(bǔ)充，所以此時高端材料容易拉破。因此，在這種情況下，預(yù)先可以適當(dāng)減小制件的外部壓邊力，以解決高端材料容易被拉破的問題。然而，由于減小了壓邊力，減小了材料流入的阻力，所以在對低端材料進(jìn)行拉延時，低端材料變形不足，因此造成剛度欠缺，并且容易起皺。
因此，在本發(fā)明中，通過在凸模的低端部分邊緣區(qū)域上設(shè)置凸臺，在拉延后期通過該凸臺對低端材料邊緣區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)充拉延，從而可以對低端材料產(chǎn)生向外的徑向拉應(yīng)力，使低端材料額外地向外部流動，因此，使低端材料得到很好的延展，增加了其變形剛度，以及防止起皺。
對于低端材料和高端材料過渡部分的材料流動不均勻問題，通過在凸模的低端部分邊緣區(qū)域上設(shè)置凸臺同樣也得到了解決。例如，在高端部分和低端部分(就制件來說，是高端材料和低端材料)高度差大的地方，少設(shè)置或者不設(shè)置凸臺，或者減小凸臺的高度，因為在拉延時制件上的低端材料將大量流入到高端材料部分，材料的延展程度較大；在高端部分和低端部分的高度差相對較小的地方，可以設(shè)置一個或多個凸臺，或者增加凸臺的高度，以便通過該凸臺對低端材料進(jìn)行補(bǔ)充拉延，增加其延展程度。因此，通過適當(dāng)設(shè)置凸臺對低端材料進(jìn)行補(bǔ)充拉延，可以使得整個低端材料的延展程度基本保持一致，從而低端材料的變形剛度均勻，并且同時還避免了局部起皺和高端材料拉破等問題。
凸模上的凸臺的設(shè)置方式或者在制件低端材料上拉延出筋的具體位置或者程度可以根據(jù)制件的具體形狀來確定，確定的基本原則是使得整個低端材料最終的拉延程度能基本上保持一致，從而能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中的各個問題。下面參照圖3至圖6，根據(jù)一些具體的實施例對凸臺的設(shè)置位置或者筋的形成位置以及程度進(jìn)行具體的舉例說明。
如圖3所示，高端材料A和低端材料B各自的高度相等且它們之間的高度也相等，并且高端材料A的坡度也均勻，例如均為90度。因此，低端材料B整體拉延程度(即材料的延展程度)相等。如前所述，在拉延過程中，在拉延初期，制件材料首先從外部流入到高端材料A部分，隨著材料塑性變形的加劇，材料硬化程度逐漸加大。在拉延后期，材料主要從低端材料B上靠近中心部分的材料流動到高端材料A部分，因此在拉延后期，低端材料B中心部分的拉延程度明顯大于邊緣部分的拉延程度。但由于低端材料拉延程度在周向是均勻的，因此在低端材料B邊緣區(qū)域上拉延出均勻的一圈筋D，從而使得低端材料B從內(nèi)到外整體上拉延程度趨于一致，從而防止低端材料B邊緣發(fā)生起皺以及強(qiáng)度不足的缺陷。
如圖4所示，制件的高端材料A，距離低端材料B平面的拉延高度并不相等，即高端材料A前部的高度小于后部的高度。如上所述，在拉延過程中，對應(yīng)高端材料A拉延高度較高的后部來說，低端材料B上的材料流動到其中的程度較大，即拉延程度劇烈；而對于對應(yīng)高端材料A拉延高度較低的前部來說，低端材料B上的材料流動到其中的程度較小，即拉延程度較小。因此，為了平衡整個低端材料B的拉延程度，需要在低端材料B邊緣區(qū)域上于高端材料A拉延高度較高的位置相對的一側(cè)拉延出筋D，由此可以防止現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。
如圖5所示，制件的高端材料A，距離低端材料B邊緣的距離并不相等，即高端材料A左邊距離低端材料B邊緣的距離小于右邊距離低端材料B邊緣的距離。因此，如上所述，在拉延過程中，對應(yīng)高端材料A右邊來說，低端材料B上的材料流動到其中的程度較大，即拉延程度劇烈；而對于對應(yīng)高端材料A左邊來說，低端材料B上的材料流動到其中的程度較小，即拉延程度較小。因此，為了平衡整個低端材料B的拉延程度，需要在低端材料B邊緣區(qū)域上與距離高端材料A較遠(yuǎn)的位置相對的一側(cè)拉延出筋D，由此可以防止現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。
如圖6所示，制件的高端材料A周邊形成的拉延坡度或者斜度并不相等，即高端材料A左邊的拉延坡度(例如90度)大于右邊的拉延坡度(例如45度)。因此，如上所述，在拉延過程中，對應(yīng)高端材料A右邊來說，低端材料B上的材料流動到其中的程度較大，即拉延程度劇烈；而對于對應(yīng)高端材料A左邊來說，低端材料B上的材料流動到其中的程度較小，即拉延程度較小。因此，為了平衡整個低端材料B的拉延程度，需要在低端材料B邊緣區(qū)域上與高端材料A拉延坡度較小的位置相對的一側(cè)拉延出筋D，由此可以防止現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。在此需要說明的是，拉延坡度理論上只能在0度至90度之間，在實際拉延過程中，拉延坡度一般是在30度至90度之間。
上面參照圖3至圖6，根據(jù)本發(fā)明的原理，參照一些具體的實施例對本發(fā)明的拉延工藝補(bǔ)充方法進(jìn)行了舉例說明。在實際加工過程中，上述情況通常是互相組合在一起的，如圖7至圖10的具體實例所示。因此，在實際加工過程中，通過計算機(jī)輔助分析軟件，可以分析出低端材料上的拉延程度，然后在對應(yīng)拉延不足的位置拉延出筋，從而使得低端材料整體上拉延程度趨于一致，從而可以解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題。另外，根據(jù)本發(fā)明原理，在需要時也可以在低端材料周圍都拉延出一圈筋，然后在對應(yīng)拉延不足的位置相應(yīng)地增加筋的深度以加大對低端材料的補(bǔ)充拉延，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的發(fā)明目的。例如，所述筋可以位于低端材料的整個周邊上，并且筋的深度在對應(yīng)高端材料拉延高度最高的位置最深；或者在距離高端材料距離最遠(yuǎn)的位置最深；或者在對應(yīng)高端材料拉延坡度最小的位置最深。
對應(yīng)用于本發(fā)明拉延工藝補(bǔ)充方法的專用拉延模具來說，由于凸模和凹模的形狀與拉延出的制件的形狀彼此一致，所以在此就不再作太多說明。圖3至圖6中的示意圖同樣可以用于表示凸?；虬寄?。
縱上所述，凸模上的凸臺或者制件上的筋的設(shè)置原則是，平衡低端材料的形變程度，使之在整體上拉延程度趨于一致，即在低端材料上拉延不足的地方通過設(shè)置的凸臺進(jìn)行補(bǔ)充拉延而增加其形變程度，從而增加其形變剛度，避免制件局部起皺。避免制件的高端材料被拉破主要是通過減小材料的流動阻力來實現(xiàn)，例如減小制件的壓邊力，或者增加凸模、凹模圓角半徑等。由于有后續(xù)的補(bǔ)充拉延工藝，所以不必?fù)?dān)心材料起皺，從而可以適當(dāng)減小材料的流入阻力。
權(quán)利要求
1.一種拉延工藝補(bǔ)充方法，該方法包括將板狀材料拉延成包括高端材料和低端材料的制件，其特征在于，在拉延低端材料時，在所述低端材料邊緣區(qū)域上拉延出至少一條筋。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述筋位于低端材料邊緣區(qū)域上與高端材料拉延高度較高的位置相對的一側(cè)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述筋位于低端材料邊緣區(qū)域上距離高端材料較遠(yuǎn)的一側(cè)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述筋位于低端材料邊緣區(qū)域上與高端材料拉延坡度較小的位置相對的一側(cè)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述筋在周向連續(xù)地形成于低端材料的邊緣區(qū)域上，并且筋的深度在與高端材料拉延高度較高的位置相對的一側(cè)較深。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述筋在周向連續(xù)地形成于低端材料的邊緣區(qū)域上，并且筋的深度在距離高端材料較遠(yuǎn)的一側(cè)較深。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述筋在周向連續(xù)地形成于低端材料的邊緣區(qū)域上，并且筋的深度在與高端材料拉延坡度較小的位置相對的一側(cè)較深。
8.一種拉延模具，包括凸模、凹模和壓邊圈，其中凸模和凹模的形狀一致且包括高端部分和低端部分，其特征在于，在低端部分的邊緣區(qū)域上具有至少一個凸臺。
9.如權(quán)利要求8所述的拉延模具，其中所述凸臺位于低端部分邊緣區(qū)域上與高端部分高度較高的位置相對的一側(cè)。
10.如權(quán)利要求8所述的拉延模具，其中所述凸臺位于低端部分邊緣區(qū)域上距離高端部分較遠(yuǎn)的一側(cè)。
11.如權(quán)利要求8所述的拉延模具，其中所述凸臺位于低端部分邊緣區(qū)域上與高端部分的坡度較小的位置相對的一側(cè)。
12.如權(quán)利要求8所述的拉延模具，其中所述凸臺周向連續(xù)地位于低端部分的邊緣區(qū)域上，并且凸臺的高度在與高端部分的高度較高的位置相對的一側(cè)較高。
13.如權(quán)利要求8所述的拉延模具，其中所述凸臺周向連續(xù)地位于低端部分的邊緣區(qū)域上，并且凸臺的高度在距離高端部分較遠(yuǎn)的一側(cè)較高。
14.如權(quán)利要求8所述的拉延模具，其中所述凸臺周向連續(xù)地位于低端部分的邊緣區(qū)域上，并且凸臺的高度在與高端部分的坡度較小的位置相對的一側(cè)較高。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于將板狀材料拉延成包括高端材料和低端材料的所需形狀制件的拉延工藝補(bǔ)充方法，其中，在拉延過程中，在低端材料周邊上拉延出至少一條筋。另外，本發(fā)明還提供一種拉延模具，其中凸模和凹模的形狀一致且包括高端部分和低端部分，在低端部分的邊緣區(qū)域上具有至少一個凸臺。因此，根據(jù)本發(fā)明，由于凸臺對制件周邊的預(yù)定位置拉延出至少一條筋，所以能夠?qū)Φ投瞬牧线M(jìn)行補(bǔ)充拉延，從而能增加低端材料的變形剛度，同時消除了制件局部產(chǎn)生皺摺；同時可以適當(dāng)減小材料流入的阻力，增大材料流入補(bǔ)充制件高端材料以達(dá)到減小該處材料拉應(yīng)變從而消除破裂的目的。
文檔編號B21D37/10GK1970189SQ20051012403
公開日2007年5月30日 申請日期2005年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月23日
發(fā)明者黃河 申請人:比亞迪股份有限公司