拉深工藝中新型變壓邊力裝置的設計

劉念聰 王銀芝

（①成都理工大學自動化學院，四川成都 610059;②西華大學機械工程與自動化學院，四川成都 610039）

拉深工藝中新型變壓邊力裝置的設計

劉念聰①王銀芝②

（①成都理工大學自動化學院，四川成都 610059;②西華大學機械工程與自動化學院，四川成都 610039）

在分析現有壓邊裝置應用現狀的基礎上，提出了一種能夠提供隨法蘭位置變化的新型變壓邊力裝置。利用非線性電位器模擬理想變壓邊力曲線，更符合拉深過程中的壓邊力要求。利用電液伺服閥良好的快速響應性，可以調整拉深氣墊作用在板料上的壓邊力大小。采用隨動裝置使電位器輸出電壓隨法蘭行程的變化而變化。實踐表明，該裝置可提高板料的可成形性、材料利用率，減少不良缺陷的發(fā)生。

壓邊裝置 變壓邊力 起皺 曲線模擬

壓邊力是否適當關系到拉深成形件的成形質量，如何施加壓邊力并對其控制是板料拉深的關鍵因素之一［1］。根據理論計算，壓邊力的大小最好按理想壓邊力規(guī)律變化，即隨工件成形過程中起皺可能性大小而合理變化［2］，當凸緣外徑減小至 Rt=（0.7～0.9）R0（Rt為凸緣半徑，R0為毛坯半徑）時，最容易出現失穩(wěn)起皺，如圖1所示。生產中廣泛采用剛性和彈性兩種壓邊裝置［3］，不能提供隨拉深過程中的起皺規(guī)律而合理變化的壓邊力，使得拉深成形受到很大的應用制約。

本文開發(fā)設計了一種機、電、液結合的壓邊裝置，實現了壓邊力隨工件位置精確變化的功能，解決了目前壓邊力不能隨其理想壓邊力曲線而變化的問題，又具有傳統(tǒng)壓邊裝置結構簡單、成本較低的特點。

1 整體結構設計

如圖2所示，此結構包括理想壓邊力變化曲線模擬系統(tǒng)、工件行程隨動系統(tǒng)和電液伺服系統(tǒng)3大部分。其中理想壓邊力變化曲線模擬系統(tǒng)又包括并聯電位器及其后繼電路，工件行程隨動系統(tǒng)由凸輪、齒條、氣缸、氣泵、滑片以及導軌等組成，而電液伺服系統(tǒng)采用了電液伺服閥，以滿足成形時對壓邊力的快速響應性要求。成形過程大致為：成形前，板料4放置于壓邊圈5之上，凹模3下行，將板料4壓緊，同時安裝在上模座1上的齒條19同步下行，待下行到規(guī)定位置后，齒條19與齒輪17嚙合帶動其同軸凸輪16旋轉，氣泵18工作，壓縮氣體推動氣缸15的活塞桿克服彈簧阻力右行，安裝在活塞桿上的滑片13沿導軌右行壓緊在板料4外側。隨著凹模的繼續(xù)下行，板料4被逐步拉入凹模，電位器電刷發(fā)生滑移，后繼電路的電壓驅動電液伺服閥21工作，使之產生規(guī)定壓邊力。成形結束后，凹?；爻蹋?3在彈簧力作用下回位，壓邊圈卸料，加工完成。

2 理想壓邊力變化曲線模擬系統(tǒng)

2.1 理想壓邊力曲線的模擬

系統(tǒng)采用分段拋物線模擬理想曲線的方法，如圖3所示。以最大值點為分段界限將理想壓邊力曲線分成兩部分，左、右側部分曲線分別采用拋物線f1（x）=0.44x2和f2（x）=0.16x2模擬，曲線3為理想壓邊力的變化曲線。

拋物線近似理想曲線存在一定的誤差，模擬拋物線在拉深開始階段、過最大值點后的開始階段有超出理想曲線的現象。在實際生產中，該誤差可以接受。

2.2 曲線模擬的物理實現

系統(tǒng)采用直角三角形骨架的函數電位器，其中f1（x）、f2（x）分別采用k=0.88和k=0.32的非線性變阻器進行模擬。兩電位器采用并聯形式，A、C端均接地，其結構及聯接形式如圖4所示。

2.3 后繼電路及相關參數的確定

后繼電路采用電阻分壓電路，將非線性變阻器的變化量ΔR轉換為電壓輸出，如圖5所示。

當電刷移動x后，輸出電壓u1為

式中：Rx為電刷刷過的電阻;u0為輸入電壓。

上式表明，電位器實際輸出與輸入為非線性關系。為減小后繼電路的非線性化影響，選擇R1?R。

3 隨動裝置

3.1隨動滑片

要保證電刷位移與拉深行程的一致性，裝置加裝了隨動滑片。當上模下行到凸、凹模接觸時，滑片一端的頂桿將滑片迅速壓緊接觸板料，使其隨板料沿徑向移動。頂桿的另一端安裝電刷，則實現了電刷與板料行程的同步隨動，如圖6所示。

3.2 滑片的驅動方式

如圖2所示，系統(tǒng)采用凸輪機構。隨著上模的下行，安裝在上模座的齒條將會帶動齒輪轉動，使得同軸的凸輪同向轉動。凸輪推動氣缸活塞壓縮氣體，右側小活塞及活塞桿克服彈簧力向右運動，活塞桿右端與帶動滑片的頂桿連接，從而推動滑片向右運動而接觸板料。

4 電液伺服系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)如圖7所示，壓力傳感器用于感知拉深氣墊的實際壓力。分壓電路輸出的電壓（指令信號）、壓力傳感器的輸出電壓輸入放大器。由放大器輸出的電信號驅動電液伺服閥。電液伺服閥的輸入電流大小與拉深氣墊壓力成線性關系，從而實現壓邊力控制。

5 結語

在板料拉深成形過程中，起皺是致使拉深失敗的主要原因之一。現有壓邊裝置的壓邊力或恒定，或只能線性變化。針對以上缺陷，本設計的主要創(chuàng)新有：（1）采用非線性電位器模擬理想壓邊力變化曲線;（2）將機電液技術結合，用電液伺服閥將電信號轉化成壓力信號，提高了系統(tǒng)的快速響應性。

該壓邊裝置克服了壓邊力過大或只能線性變化的缺點，有效地避免了拉深件的起皺，提高了拉深件的質量。不足之處在于，為易于加工和節(jié)約成本，采用分段拋物線近似模擬理想壓邊力變化曲線，存在一定誤差。

1 楊玉英，崔令江.實用沖壓工藝及模具設計手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2005.

2 肖景容，姜奎華.沖壓工藝學.北京：機械工業(yè)出版社，1988.

3 劉俊生，龐利平，賀煒.帶偏心輪壓邊裝置的沖壓模.鍛壓技術，2008，33（4）：96～97

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Design of A New Device with Variable Blank Holding Force in Deep Drawing Process

LIU Niancong①，WANG Yinzhi②
（①College of Automation，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，CHN;②School of Mechanical Engineering＆ Automation，Xihua University，Chengdu 610039，CHN）

Based on the analysis of application status of blank holding equipment，a new device with variable blank holding force was proposed，the characteristic of which was that the blank holding force（BHF）varied with the flange location at the same time.Simulating ideal BHF curve with nonlinear potentiometer met the demands of blank holding force.To adjust effectively BHF on sheet metal exerted by air－cushion，electro－h(huán)ydraulic servo valve with the fast response characteristics was used.Output voltage of nonlinear potentiometer varied with the flange stroke by servo device.Results show that the device can improve the formability and the utilization efficiency of sheet metal and avoid various defects.

Blank Holding Equipment;Variable Blank Holding Force;Wrinkling;Curve Simulation

劉念聰，男，1976年生，講師，工學碩士，主要研究方向為機電一體化、材料成形及控制等，已發(fā)表論文10余篇。

（編輯 蔡云生）

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