CN112756464A - 一种基于万能试验机板材热拉深/胀形性能测试装置 - Google Patents

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CN112756464A CN202011510769.XA CN202011510769A CN112756464A CN 112756464 A CN112756464 A CN 112756464A CN 202011510769 A CN202011510769 A CN 202011510769A CN 112756464 A CN112756464 A CN 112756464A
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Abstract

一种基于万能试验机板材热拉深/胀形性能测试装置，涉及一种板材拉深/胀形性能测试装置。本发明是要解决现有的万能试验机上拉深/胀形性能测试工艺无法提供压边以及压边力不易控制的技术问题。本发明中底板水平放置在万能试验机工作台上，利用支柱将支撑板固定在底板的上方，拉板可沿支柱上下滑动，利用千斤顶推动拉板拉动三根固定拉杆进而拉动压边圈座将板料压紧，压紧后活动横梁带动凸模向下移动。本发明实现了万能试验机拉深/胀形性能测试装置的一体化，同时实现拉深/胀形和压边工序；压边力可通过调节千斤顶的杠杆手柄进行调节；在改变拉深系数、改换胀形工艺时只需要更换凸模、凹模和压边圈即可。

Description

一种基于万能试验机板材热拉深/胀形性能测试装置
技术领域
本发明涉及一种板材拉深/胀形性能测试装置。
背景技术
拉深工艺是制备筒形件的重要工艺，同时拉深实验和胀形实验是测定板料成形性能的重要方法。拉深过程中需要对板料施加一定的压边力，以控制板材的定向流动，消除起皱和拉裂等缺陷。胀形过程中施加压边力，以阻止凸缘部分金属流动。施加压边力的常规方法包括双动压力机施加刚性压力，该方法虽然一定程度上保证压边力的恒定，但是稳定性差，结构复杂。利用弹簧和橡胶施加提供的压边力会随着拉深位移增加而发生变化，难以保证恒定的压边力。特别是板材拉深极限系数的测量需要多组模具，实验过程中需要多次调试安装，增加了试验周期和获得极限拉深系数的难度。此外，一般的拉深过程难以获得整个拉深过程中的载荷随行程或时间变化的曲线。
发明内容
本发明是要解决现有的万能试验机上拉深/胀形性能测试工艺无法提供压边以及压边力不易控制的技术问题，而提供一种基于万能试验机板材热拉深/胀形性能测试装置。
本发明的基于万能试验机板材热拉深/胀形性能测试装置是由底板1、拉板2、拉杆3、支撑板4、凹模座5、拉深凹模6、螺钉7、垫圈8、螺母9、加热炉10、保温筒11、凸模座12、拉深凸模13、压边圈座14、拉深压边圈15、定位销16、胀形压边圈17、胀形凸模18、螺栓19、千斤顶20、支柱21、弹簧22、垫块23和胀形凹模24组成；
当需要进行拉深时装置中各个零件的连接关系为：所述的垫块23水平放置于万能试验机工作台上，上端放置底板1；底板1通过三个支柱21将支撑板4固定在底板1的正上方，三个支柱21均匀布置在底板1和支撑板4中；支柱21的两端均设置台阶结构，通过轴肩定位于底板1和支撑板4之间，支柱21的两端各与一个螺母9螺纹固定，每个螺母9与一个垫片8配合；每个支柱21底端套有弹簧22，弹簧22布置于底板1的上方；三个支柱21穿过拉板2且与拉板2为滑动连接，拉板2设置在弹簧22的上方，支撑板4的下方；在拉板2的上方中心处设置千斤顶20；三个拉杆3穿过支撑板4且与支撑板4为滑动连接，三个拉杆3的下端穿过拉板2，三个拉杆3的上端穿过压边圈座14，压边圈座14位于支撑板4的上方；拉杆3的两端均设置台阶结构，通过轴肩定位于拉板2和压边圈座14之间，拉杆3的两端各与一个螺母9螺纹固定，每个螺母9与一个垫片8配合；凹模座5由三个定位销16定位和三个螺栓19固定在支撑板4上，凹模座5上同心放置拉深凹模6；拉深压边圈15由三个螺钉7固定在压边圈座14的下方，拉深压边圈15布置在拉深凹模6的上方；凸模座12固定在万能试验机的活动横梁上；拉深凸模13内部设置排气管路13-1，拉深凸模13的顶部13-2通过外螺纹与凸模座12的底部内腔12-1螺纹固定；拉深凸模13设置在压边圈座14的正上方；在压边圈座14上，凸模13的***放置加热炉10，支撑板4上放置保温筒11将整个工作部分罩起；
当需要进行胀形时装置中的拉深凹模6换为胀形凹模24，拉深压边圈15换为胀形压边圈17，拉深凸模13换为胀形凸模18，零件之间的连接关系不变。
本发明的基于万能试验机板材热拉深/胀形性能测试装置的设计原理为：当需要进行拉深时：底板1、支撑板4和三个支柱21形成一体结构；支撑板4和凹模座5通过三个定位销16定位和三个螺栓19形成一体结构；拉板2、三个拉杆3、压边圈座14和拉深压边圈15形成一体结构；压边力的大小可以通过调节千斤顶20的杠杆手柄来实现，给千斤顶20加压，千斤顶20会带动拉板2向下移动，从而带动压边圈座14和拉深压边圈15往下压，将板料紧压在拉深凹模6上，拉深凸模13向下运动，开始拉深；工作结束后对千斤顶20泄压，弹簧22会把拉板2顶起，从而带着压边圈座14和拉深压边圈15往上移动，拉深压边圈15与拉深凹模6分离；
当需要进行胀形时，装置中的拉深凹模6换为胀形凹模24，拉深压边圈15换为胀形压边圈17，拉深凸模13换为胀形凸模18，零件之间的连接关系不变；装置的操作方法与拉深时相同。
如需热拉深/胀形可将加热炉10启动，配合保温筒11实现恒温拉深/胀形。
本发明的基于万能试验机板材热拉深/胀形性能测试装置实现了万能试验机拉深/胀形性能测试装置的一体化，同时实现拉深/胀形和压边工序；压边力可通过调节千斤顶20的杠杆手柄进行调节；在改变拉深系数、改换胀形工艺时只需要更换凸模、凹模和压边圈即可。本发明用于金属板材热拉深/胀形性能测试。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
一、本发明基于电子万能试验机，电机驱动提供拉深力，由千斤顶20来调节压边力大小，压边力不会随着拉深位移增加而发生变化，在整个拉深过程中压边力是恒定的；
二、本发明装置在测量极限拉深系数时只需更换压边圈、凸模与凹模，减少了模具加工成本，缩减试模周期，能够实现快速拆换模具，效率显著提高；
三、本发明装置只需要将拉深的凸模、凹模、和压边圈更换为胀形的凸模、凹模和压边圈即可在同一装置上完成胀形工艺性能测试，降低模具成本，模具更换简单快捷；
四、本发明的整个拉深/胀形模具部分采用高温合金，可实现不同温度条件下的拉深成形，最高温度可达500℃左右；
五、本发明装置基于万能试验机，拉深过程中便于控制力和位移，得到目标高度的筒形件，在拉深过程中可持续测量拉深力，获得力-时间(行程)等曲线。
附图说明
图1为具体实施方式一中当需要进行拉深时基于万能试验机板材热拉深/胀形性能测试装置的示意图；
图2为图1中凹模座5的示意图；
图3为图1中压边圈座14的示意图；
图4为图1中拉深压边圈15的示意图；
图5为图1中拉深凹模6的示意图；
图6为图1中拉深凸模13的示意图；
图7为图1中凸模座12的示意图；
图8为具体实施方式一中当需要进行胀形时基于万能试验机板材热拉深/胀形性能测试装置的示意图；
图9为图8中胀形凹模24的示意图；
图10为图8中胀形凸模18的示意图；
图11为图8中胀形压边圈17的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式为一种基于万能试验机板材热拉深/胀形性能测试装置，如图1-图11所示，具体是由底板1、拉板2、拉杆3、支撑板4、凹模座5、拉深凹模6、螺钉7、垫圈8、螺母9、加热炉10、保温筒11、凸模座12、拉深凸模13、压边圈座14、拉深压边圈15、定位销16、胀形压边圈17、胀形凸模18、螺栓19、千斤顶20、支柱21、弹簧22、垫块23和胀形凹模24组成(图1和图8中为了更加清楚的交代零件之间的位置关系，拉杆3和支柱21都只画出了一个，以免都画出来会很混乱)；
当需要进行拉深时装置中各个零件的连接关系为：所述的垫块23水平放置于万能试验机工作台上，上端放置底板1；底板1通过三个支柱21将支撑板4固定在底板1的正上方，三个支柱21均匀布置在底板1和支撑板4中；支柱21的两端均设置台阶结构，通过轴肩定位于底板1和支撑板4之间，支柱21的两端各与一个螺母9螺纹固定，每个螺母9与一个垫片8配合；每个支柱21底端套有弹簧22，弹簧22布置于底板1的上方；三个支柱21穿过拉板2且与拉板2为滑动连接，拉板2设置在弹簧22的上方，支撑板4的下方；在拉板2的上方中心处设置千斤顶20；三个拉杆3穿过支撑板4且与支撑板4为滑动连接，三个拉杆3的下端穿过拉板2，三个拉杆3的上端穿过压边圈座14，压边圈座14位于支撑板4的上方；拉杆3的两端均设置台阶结构，通过轴肩定位于拉板2和压边圈座14之间，拉杆3的两端各与一个螺母9螺纹固定，每个螺母9与一个垫片8配合；凹模座5由三个定位销16定位和三个螺栓19固定在支撑板4上，凹模座5上同心放置拉深凹模6；拉深压边圈15由三个螺钉7固定在压边圈座14的下方，拉深压边圈15布置在拉深凹模6的上方；凸模座12固定在万能试验机的活动横梁上；拉深凸模13内部设置排气管路13-1，拉深凸模13的顶部13-2通过外螺纹与凸模座12的底部内腔12-1螺纹固定；拉深凸模13设置在压边圈座14的正上方；在压边圈座14上，凸模13的***放置加热炉10，支撑板4上放置保温筒11将整个工作部分罩起；
当需要进行胀形时装置中的拉深凹模6换为胀形凹模24，拉深压边圈15换为胀形压边圈17，拉深凸模13换为胀形凸模18，零件之间的连接关系不变。
本实施方式的基于万能试验机板材热拉深/胀形性能测试装置的设计原理为：当需要进行拉深时：底板1、支撑板4和三个支柱21形成一体结构；支撑板4和凹模座5通过三个定位销16定位和三个螺栓19形成一体结构；拉板2、三个拉杆3、压边圈座14和拉深压边圈15形成一体结构；压边力的大小可以通过调节千斤顶20的杠杆手柄来实现，给千斤顶20加压，千斤顶20会带动拉板2向下移动，从而带动压边圈座14和拉深压边圈15往下压，将板料紧压在拉深凹模6上，拉深凸模13向下运动，开始拉深；工作结束后对千斤顶20泄压，弹簧22会把拉板2顶起，从而带着压边圈座14和拉深压边圈15往上移动，拉深压边圈15与拉深凹模6分离；
当需要进行胀形时装置中的拉深凹模6换为胀形凹模24，拉深压边圈15换为胀形压边圈17，拉深凸模13换为胀形凸模18，部件之间的连接关系不变；装置的操作方法与拉深时相同。
如需热拉深/胀形可将加热炉10启动，配合保温筒11实现恒温拉深/胀形。
本实施方式的基于万能试验机板材热拉深/胀形性能测试装置实现了万能试验机拉深/胀形性能测试装置的一体化，同时实现拉深/胀形和压边工序；压边力可通过调节千斤顶20的杠杆手柄进行调节；在改变拉深系数、改换胀形工艺时只需要更换凸模、凹模和压边圈即可。本发明用于金属板料热拉深/胀形性能测试。
本实施方式与现有技术相比具有以下有益效果：
一、本实施方式基于电子万能试验机，电机驱动提供拉深力，由千斤顶20来调节压边力大小，压边力不会随着拉深位移增加而发生变化，在整个拉深过程中压边力是恒定的；
二、本实施方式装置在测量极限拉深系数时只需更换压边圈、凸模与凹模，减少了模具加工成本，缩减试模周期，能够实现快速拆换模具，效率显著提高；
三、本实施方式装置只需要将拉深的凸模、凹模和压边圈更换为胀形的凸模、凹模和压边圈即可在同一装置上完成胀形工艺性能测试，降低模具成本，模具更换简单快捷；
四、本实施方式的整个拉深/胀形模具部分采用高温合金，可实现不同温度条件下的拉深成形，最高温度可达500℃左右；
五、本实施方式装置基于万能试验机，拉深过程中便于控制力和位移，得到目标高度的筒形件，在拉深过程中可持续测量拉深力，获得力-时间(行程)等曲线。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的拉深凸模13、拉深凹模6和拉深压边圈15的材质均为高温合金。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述的胀形压边圈17、胀形凸模18和胀形凹模24的材质均为高温合金。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述底板1、拉板2、拉杆3、支撑板4、凹模座5、凸模座12、压边圈座14、支柱21和垫块23的材质均为45#钢。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：所述的千斤顶20为液压千斤顶。其他与具体实施方式四相同。
用以下试验对本发明进行验证：
试验一：本试验为一种基于万能试验机板材热拉深/胀形性能测试装置，如图1-图11所示，具体是由底板1、拉板2、拉杆3、支撑板4、凹模座5、拉深凹模6、螺钉7、垫圈8、螺母9、加热炉10、保温筒11、凸模座12、拉深凸模13、压边圈座14、拉深压边圈15、定位销16、胀形压边圈17、胀形凸模18、螺栓19、千斤顶20、支柱21、弹簧22、垫块23和胀形凹模24组成；
当需要进行拉深时装置中各个零件的连接关系为：所述的垫块23水平放置于万能试验机工作台上，上端放置底板1；底板1通过三个支柱21将支撑板4固定在底板1的正上方，三个支柱21均匀布置在底板1和支撑板4中；支柱21的两端均设置台阶结构，通过轴肩定位于底板1和支撑板4之间，支柱21的两端各与一个螺母9螺纹固定，每个螺母9与一个垫片8配合；每个支柱21底端套有弹簧22，弹簧22布置于底板1的上方；三个支柱21穿过拉板2且与拉板2为滑动连接，拉板2设置在弹簧22的上方，支撑板4的下方；在拉板2的上方中心处设置千斤顶20；三个拉杆3穿过支撑板4且与支撑板4为滑动连接，三个拉杆3的下端穿过拉板2，三个拉杆3的上端穿过压边圈座14，压边圈座14位于支撑板4的上方；拉杆3的两端均设置台阶结构，通过轴肩定位于拉板2和压边圈座14之间，拉杆3的两端各与一个螺母9螺纹固定，每个螺母9与一个垫片8配合；凹模座5由三个定位销16定位和三个螺栓19固定在支撑板4上，凹模座5上同心放置拉深凹模6；拉深压边圈15由三个螺钉7固定在压边圈座14的下方，拉深压边圈15布置在拉深凹模6的上方；凸模座12固定在万能试验机的活动横梁上；拉深凸模13内部设置排气管路13-1，拉深凸模13的顶部13-2通过外螺纹与凸模座12的底部内腔12-1螺纹固定；拉深凸模13设置在压边圈座14的正上方；在压边圈座14上，凸模13的***放置加热炉10，支撑板4上放置保温筒11将整个工作部分罩起；
当需要进行胀形时装置中的拉深凹模6换为胀形凹模24，拉深压边圈15换为胀形压边圈17，拉深凸模13换为胀形凸模18，零件之间的连接关系不变；
所述的拉深凸模13、拉深凹模6和拉深压边圈15的材质均为高温合金；所述的胀形压边圈17、胀形凸模18和胀形凹模24的材质均为高温合金；所述底板1、拉板2、拉杆3、支撑板4、凹模座5、凸模座12、压边圈座14、支柱21和垫块23的材质均为45#钢；所述的千斤顶20为液压千斤顶。
本试验的基于万能试验机板材热拉深/胀形性能测试装置的设计原理为：当需要进行拉深时：底板1、支撑板4和三个支柱21形成一体结构；支撑板4和凹模座5通过三个定位销16定位和三个螺栓19形成一体结构；拉板2、三个拉杆3与压边圈座14和拉深压边圈15形成一体结构；压边力的大小可以通过调节千斤顶20的杠杆手柄来实现，给千斤顶20加压，千斤顶20会带动拉板2向下移动，从而带动压边圈座14和拉深压边圈15往下压，将板料紧压在凹模6上，拉深凸模13向下运动、开始工作；工作结束后对千斤顶20泄压，弹簧22会把拉板2顶起，从而带着压边圈座14和拉深压边圈15往上移动，拉深压边圈15与拉深凹模6分离；
当需要进行胀形时装置中的拉深凹模6换为胀形凹模24，拉深压边圈15换为胀形压边圈17，拉深凸模13换为胀形凸模18，部件之间的连接关系不变；装置的操作方法与拉深时相同。
如需热拉深/胀形可将加热炉10启动，配合保温筒11实现恒温拉深/胀形。
本试验的基于万能试验机板材热拉深/胀形性能测试装置实现了万能试验机拉深/胀形性能测试装置的一体化，同时实现拉深/胀形和压边工序；压边力可通过调节千斤顶20的杠杆手柄进行调节；在改变拉深系数、改换胀形工艺时只需要更换凸模、凹模和压边圈即可。本发明用于金属板材热拉深/胀形性能测试。
本试验与现有技术相比具有以下有益效果：
一、本实施方式基于电子万能试验机，电机驱动提供拉深力，由千斤顶20来调节压边力大小，压边力不会随着拉深位移增加而发生变化，在整个拉深过程中压边力是恒定的；
二、本试验装置在测量极限拉深系数时只需更换压边圈、凸模与凹模，减少了模具加工成本，缩减试模周期，能够实现快速拆换模具，效率显著提高；
三、本试验装置只需要将拉深的凹模、凸模和压边圈更换为胀形的凸模、凹模和压边圈即可在同一装置上完成胀形工艺性能测试，降低模具成本，模具更换简单快捷；
四、本试验的整个拉深/胀形模具部分采用高温合金，可实现不同温度条件下的拉深成形，最高温度可达500℃左右；
五、本试验装置基于万能试验机，拉深过程中便于控制力和位移，得到目标高度的筒形件，在拉深过程中可持续测量拉深力，获得力-时间(行程)等曲线。

Claims (5)

1.一种基于万能试验机板材热拉深/胀形性能测试装置，其特征在于基于万能试验机板材热拉深/胀形性能测试装置是由底板(1)、拉板(2)、拉杆(3)、支撑板(4)、凹模座(5)、拉深凹模(6)、螺钉(7)、垫圈(8)、螺母(9)、加热炉(10)、保温筒(11)、凸模座(12)、拉深凸模(13)、压边圈座(14)、拉深压边圈(15)、定位销(16)、胀形压边圈(17)、胀形凸模(18)、螺栓(19)、千斤顶(20)、支柱(21)、弹簧(22)、垫块(23)和胀形凹模(24)组成；
当需要进行拉深时装置中各个零件的连接关系为：所述的垫块(23)水平放置于万能试验机工作台上，上端放置底板(1)；底板1通过三个支柱(21)将支撑板(4)固定在底板(1)的正上方，三个支柱(21)均匀布置在底板(1)和支撑板(4)中；支柱(21)的两端均设置台阶结构，通过轴肩定位于底板(1)和支撑板(4)之间，支柱(21)的两端各与一个螺母(9)螺纹固定，每个螺母(9)与一个垫片(8)配合；每个支柱(21)底端套有弹簧(22)，弹簧(22)布置于底板(1)的上方；三个支柱(21)穿过拉板(2)且与拉板(2)为滑动连接，拉板(2)设置在弹簧(22)的上方，支撑板(4)的下方；在拉板(2)的上方中心处设置千斤顶(20)；三个拉杆(3)穿过支撑板(4)且与支撑板(4)为滑动连接，三个拉杆(3)的下端穿过拉板(2)，三个拉杆(3)的上端穿过压边圈座(14)，压边圈座(14)位于支撑板(4)的上方；拉杆(3)的两端均设置台阶结构，通过轴肩定位于拉板(2)和压边圈座(14)之间，拉杆(3)的两端各与一个螺母(9)螺纹固定，每个螺母(9)与一个垫片(8)配合；凹模座(5)由三个定位销(16)定位和三个螺栓(19)固定在支撑板(4)上，凹模座(5)上同心放置拉深凹模(6)；拉深压边圈(15)由三个螺钉(7)固定在压边圈座(14)的下方，拉深压边圈(15)布置在拉深凹模(6)的上方；凸模座(12)固定在万能试验机的活动横梁上；拉深凸模(13)内部设置排气管路(13-1)，拉深凸模(13)的顶部(13-2)通过外螺纹与凸模座(12)的底部内腔(12-1)螺纹固定；拉深凸模(13)设置在压边圈座(14)的正上方；在压边圈座(14)上，凸模(13)的***放置加热炉(10)，支撑板(4)上放置保温筒(11)将整个工作部分罩起；
当需要进行胀形时装置中的拉深凹模(6)换为胀形凹模(24)，拉深压边圈(15)换为胀形压边圈(17)，拉深凸模(13)换为胀形凸模(18)，零件之间的连接关系不变。
2.根据权利要求1所述的一种基于万能试验机板材热拉深/胀形性能测试装置，其特征在于所述的拉深凸模(13)、拉深凹模(6)和拉深压边圈(15)的材质均为高温合金。
3.根据权利要求1所述的一种基于万能试验机板材热拉深/胀形性能测试装置，其特征在于所述的胀形压边圈(17)、胀形凸模(18)和胀形凹模(24)的材质均为高温合金。
4.根据权利要求1所述的一种基于万能试验机板材热拉深/胀形性能测试装置，其特征在于所述底板(1)、拉板(2)、拉杆(3)、支撑板(4)、凹模座(5)、凸模座(12)、压边圈座(14)、支柱(21)和垫块(23)的材质均为45#钢。
5.根据权利要求1所述的一种基于万能试验机板材热拉深/胀形性能测试装置，其特征在于所述的千斤顶(20)为液压千斤顶。
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