CN117483531B - 一种用于高强度大厚度材料的凸包成型工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于高强度大厚度材料的凸包成型工艺，采用挤压工艺一步成型形成凸包。本发明提供的一种用于高强度大厚度材料的凸包成型工艺，避免出现开裂、外观褶皱、内部R角过大影响有效高度的问题。
Description
技术领域
本发明属于成型工艺技术领域，具体涉及一种用于高强度大厚度材料的凸包成型工艺。
背景技术
高强度钢是指屈服强度大于等于355MPa的钢材。厚度大于等于3mm称为大厚度。目前高强度大厚度钢板的凸包成型主要采用多步拉伸工艺，根据拉伸成型高度和拉伸直径不同，一般分为三到五步，基于最终成型的高度和直径，从第一步拉伸到最后一步成型，根据拉伸比60%～85% ，每步逐渐减少拉伸直径、逐渐增大拉伸高度，最终成型。然而，由于高强度钢材料流动性差，在多步拉伸工艺过程中，材料会出现硬化导致多次拉伸过程中产生褶皱、底部不平等缺陷。同时为减少拉伸过程开裂，需要尽可能加大拉伸底部R角，导致拉伸直线段有效区域减少，即减小了凸包的有效高度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于高强度大厚度材料的凸包成型工艺，避免出现开裂、外观褶皱、内部R角过大影响有效高度的问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种用于高强度大厚度材料的凸包成型工艺，采用挤压工艺一步成型形成凸包。
作为本发明实施例的进一步改进，所述采用挤压工艺一步成型形成凸包，具体包括：
将料板放在下模冲压凹模上，上模冲头下降冲压料板，将料板挤入下模冲压凹模中，形成具有预设高度的凸包；所述上模冲头和下模冲压凹模适配。
作为本发明实施例的进一步改进，在上模冲头向下冲压料板过程中，在料板被上模冲头冲压部位的下方为料板提供背压力。
作为本发明实施例的进一步改进，根据式（1）设置背压力的大小：
F = 5×106×S 式（1）
式中，F表示背压力，S表示凸包预设底部面积。
作为本发明实施例的进一步改进，所述下模冲压凹模内设有顶杆，顶杆下方连接驱动件；在上模冲头冲压料板过程中，顶杆下降并始终抵接料板，驱动件通过顶杆为料板提供背压力。
作为本发明实施例的进一步改进，所述上模冲头具有上粗下细的台阶。
作为本发明实施例的进一步改进，所述上模冲头包括第一冲压轴和第二冲压轴，第二冲压轴设置在第一冲压轴的顶端，且第二冲压轴的直径大于第一冲压轴，第一冲压轴和第二冲压轴的连接处形成台阶。
作为本发明实施例的进一步改进，上模冲头下降冲压料板，将料板挤入下模冲压凹模中的过程中，如果第二冲压轴的底部到达料板上表面后，凸包高度未达到预设高度，则上模冲头继续下降，第二冲压轴将料板厚度上的部分材料挤入下模冲压凹模中。
作为本发明实施例的进一步改进，第二冲压轴将料板向下挤压的高度不大于料板厚度的一半。
作为本发明实施例的进一步改进，第二冲压轴和第一冲压轴的直径差为2～2.4mm。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
（1）本发明采用挤压工艺，对料板施加强大压力，将料板挤入凹模中，一步成型形成凸包，无需多步拉伸成型，避免出现多步拉伸过程中因材料硬化而出现开裂、褶皱、凸包根部平面度差的情况，凸包R角也可以无需做大，从而保证凸包内部有效高度。挤压工艺一步成型采用单步工序，减少工序步骤，提高生产效率，且仅需采用一套适配的上模冲头和下模冲压凹模，降低造模成本。
（2）在上模冲头向下冲压料板过程中，为料板提供背压力，使得料板材料被缓慢挤入下模冲压凹模内，缓慢形成凸包，避免材料因快速拉伸而导致开裂。根据凸包底部预设面积设置背压力大小，凸包底部预设面积越大，提供的背压力越大，挤压过程中，凸包底部在上模冲头和具有大背压力的顶杆作用下，形成很好的平面度。在下模冲压凹模内设置顶杆，放料板时起到承接料板的作用，上模冲头下压过程中跟随上模冲头下降，并为料板提供背压力，冲压成型后，还起到将凸包推出下模冲压凹模的作用。
（3）上模冲头设置上粗下细的台阶结构，在上模冲头的台阶下部挤压形成凸包的高度没有达到预设高度时，台阶上部将料板厚度方向的部分材料挤入下模冲压凹模内，用于形成凸包，增大凸包的有效高度，同时降低凸包侧壁拉裂风险。
附图说明
图1为本发明实施例的凸包成型工艺采用的上模冲头和下模冲压凹模的工作状态示意图；
图2为本发明实施例的凸包成型工艺的一步成型分解示意图；
图3为采用本发明实施例的凸包成型工艺形成的凸包结构示意图。
图中有：上模冲头1、料板2、下模冲压凹模3、顶杆4、凸包5。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明实施例提供一种用于高强度大厚度材料的凸包成型工艺，采用挤压工艺一步成型形成凸包。具体包括：
如图1所示，将料板2放在下模冲压凹模3上，上模冲头1下降冲压料板2，将料板2挤入下模冲压凹模3中，形成具有预设尺寸的凸包。
其中，料板2为钢板，料板2的厚度为2.5～5mm，例如2.5mm、3mm、3.6mm、4.5mm、5mm等；料板2的抗拉强度为355～700MP，例如355MP、430MP、520MP、600MP、680MP、700MP等。凸包的预设尺寸包括预设高度、预设内径和预设外径。上模冲头1和下模冲压凹模3适配。根据凸包的预设内径设置上模冲头1的外径，根据凸包的预设外径设置下模冲压凹模3的内径，根据凸包的预设高度设置上模冲头1下降的高度。
本发明实施例采用挤压工艺一步成型形成凸包，避免出现多步拉伸过程中因材料硬化而出现开裂、褶皱、平面度差的情况，凸包R角可以无需做大，从而保证凸包内部有效高度。本实施例中，凸包R角为R0.45～R0.55mm，例如R0.45mm、R0.5mm、R0.55mm。 一步成型只采用单步工序，减少工序步骤，提高生产效率，且仅需采用一套适配的上模冲头和下模冲压凹模，降低造模成本。
作为优选例，在上模冲头1向下冲压料板2过程中，在料板2被上模冲头冲压部位的下方为料板提供背压力。
优选的，根据式（1）设置背压力的大小：
F = 5×106×S 式（1）
式中，F表示背压力，S表示凸包预设底部面积。
根据凸包底部预设面积设置背压力大小，凸包底部预设面积越大，提供的背压力越大。挤压过程中可以有效减缓材料流动，使得料板材料被缓慢挤入下模冲压凹模内，缓慢形成凸包，避免材料因快速拉伸而导致开裂。
优选的，如图1所示，下模冲压凹模3内设有顶杆4，顶杆4下方连接驱动件。驱动件可采用压缩弹簧。在上模冲头1冲压料板2过程中，在上模冲头1推力作用下，顶杆4下降压缩压缩弹簧，压缩弹簧通过顶杆4为料板2提供背压力。
本实施例在下模冲压凹模3内设置顶杆4。放料板2时，顶杆4起到承接料板的作用。顶杆4与料板的底面接触。上模冲头1下压过程中，顶杆4跟随上模冲头1下降，并为料板2提供背压力。冲压成型后，顶杆4还起到将凸包推出下模冲压凹模的作用。
作为优选例，上模冲头1具有上粗下细的台阶。
优选的，上模冲头1包括第一冲压轴和第二冲压轴，第二冲压轴设置在第一冲压轴的顶端，且第二冲压轴的直径大于第一冲压轴，第一冲压轴和第二冲压轴的连接处形成台阶。
上模冲头1下降冲压料板2，将料板2挤入下模冲压凹模中的过程中，如果第二冲压轴的底部到达料板上表面后，凸包高度未达到预设高度，则上模冲头继续下降，第二冲压轴将料板厚度上的部分材料挤入下模冲压凹模中。上模冲头设置上粗下细的台阶结构，将料板厚度上的部分材料挤入下模冲压凹模中用于形成凸包，如图3所示，增大凸包的有效高度，同时降低凸包侧壁拉裂风险。该台阶结构中，第二冲压轴的底面为环形面。在第二冲压轴工作过程中，依靠第二冲压轴的底面将料板厚度上的部分材料挤入下模冲压凹模中。该过程中，第一冲压轴的侧壁起到限位作用，下模冲压凹模3也起到限位作用，使得第二冲压轴的底面挤压的材料都用于形成凸包。同时，第二冲压轴的底面为环形面，沿周向均匀地将材料挤入下模冲压凹模，使得形成凸包的材料分布更加均匀，提高产品的合格率。
优选的，第二冲压轴将料板向下挤压的高度不大于料板厚度的一半。这既可以剪切厚度上的材料用于补充形成凸包，增加凸包的有效高度，又不影响凸包根部的材料强度，兼顾满足凸包的高度和强度要求。
优选的，第二冲压轴和第一冲压轴的直径差为2～2.4mm。
本发明实施例的用于高强度大厚度材料的凸包成型工艺，采用挤压工艺一步成型形成凸包。如图2所示，具体包括以下步骤：
将料板2放在下模冲压凹模3上，下模冲压凹模3内的顶杆4抵接料板2下表面。
上模冲头1下降，第一冲压轴底端接触料板2后继续下降对料板施压，压缩弹簧通过顶杆4向料板2提供背压力，背压力小于上模冲头下压的压力，第一冲压轴推动料板2和顶杆4下移，料板2材料被缓慢挤入下模冲压凹模中，逐渐形成凸包。
如果第二冲压轴的底部还没有到达料板上表面，凸包高度已达到预设高度，则上模冲头1上升，顶杆4在压缩弹簧作用下上升，将凸包推出下模冲压凹模，得到具有预设尺寸的凸包。
如果第二冲压轴的底部到达料板上表面后，凸包高度未达到预设高度，则上模冲头1继续下降，第二冲压轴将料板厚度上的部分材料挤入下模冲压凹模中用于形成凸包，使得凸包高度达到预设高度。该过程中，第一冲压轴下行，增加凸包高度，同时，第二冲压轴随第一冲压轴同步下行，将料板厚度上的部分材料挤入下模冲压凹模中。在凸包高度变高的过程中，第二冲压轴同步向凸包补充材料，即第二冲压轴底面挤压料板而下行的材料，使得凸包的厚度满足要求，避免凸包侧壁被拉裂。上模冲头1上升，顶杆4在压缩弹簧作用下上升，将凸包推出下模冲压凹模，得到具有预设尺寸的凸包。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种用于高强度大厚度材料的凸包成型工艺，其特征在于，采用挤压工艺一步成型形成凸包；下模冲压凹模内设有顶杆，顶杆下方连接驱动件；
所述采用挤压工艺一步成型形成凸包，具体包括：
将料板放在下模冲压凹模上，上模冲头下降冲压料板，在上模冲头向下冲压料板过程中，顶杆下降并始终抵接料板，驱动件通过顶杆在料板被上模冲头冲压部位的下方为料板提供背压力；将料板挤入下模冲压凹模中，形成具有预设高度的凸包；挤压过程中可以有效减缓材料流动，使得料板材料被缓慢挤入下模冲压凹模内，缓慢形成凸包，避免材料因快速拉伸而导致开裂；所述上模冲头和下模冲压凹模适配；料板的厚度为3～5mm，料板的抗拉强度为355～700MPa；
根据式（1）设置背压力的大小：
式（1）
式中，F表示背压力，S表示凸包预设底部面积；
所述上模冲头具有上粗下细的台阶；所述上模冲头包括第一冲压轴和第二冲压轴，第二冲压轴设置在第一冲压轴的顶端，且第二冲压轴的直径大于第一冲压轴，第一冲压轴和第二冲压轴的连接处形成台阶；第二冲压轴和第一冲压轴的直径差为2～2.4mm。
2.根据权利要求1所述的用于高强度大厚度材料的凸包成型工艺，其特征在于，上模冲头下降冲压料板，将料板挤入下模冲压凹模中的过程中，如果第二冲压轴的底部到达料板上表面后，凸包高度未达到预设高度，则上模冲头继续下降，第二冲压轴将料板厚度上的部分材料挤入下模冲压凹模中。
3.根据权利要求2所述的用于高强度大厚度材料的凸包成型工艺，其特征在于，第二冲压轴将料板向下挤压的高度不大于料板厚度的一半。
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