一种变压边力实验装置

　　1 引 言

　　压边力是控制板材成形的重要工艺参数, 压边力过小, 无法有效控制材料的流动, 容易起皱; 而压边力过大,拉裂的倾向性就很明显, 尤其在汽车覆盖件生产中, 压边力是否合适往往会成为拉伸成败的关键。因此, 对压边力大小的研究, 对于提高拉深件的成形质量具有重要意义,并已经成为国内外学者研究的热点。

　　理论研究已经表明, 压边力不仅是拉深行程的函数,而且沿着压料面空间位置的变化而变化, 压边力在成形过程中, 遵循某种规律。目前, 变压边力技术的研究集中在对压边力分布状态的预测以及变压边力控制装置的实现两个方面[1]。压边力预测研究的目的是确定压边力的优化变化曲线。

　　研究变压边力对拉深性能的影响, 比较有效的方法是用数值模拟得到较理想的压边力变化曲线, 然后用实验验证。理论和实践表明, 对于形状较简单的零件, 变压边力的变化曲线有如图 1 中所示的三种变化趋势。一般认为, 对于圆筒形制件, 压边力的变化应随零件成形过程中起皱趋势的变化而变化, 其变化规律成倒 V 形, 如图 1 中的图线 1 所示, 峰值位置应该在坯料直径缩小到原值的 0.8 倍左右。然而, 由于实际上难于实现,故这一结论并未得到证实。文献[ 2] 对于汽车覆盖件的成形过程进行了有限元模拟, 结果表明,较优的压边力变化曲线也是倒 V 形。而文献[ 3] 通过数值模拟, 针对方形盒件, 分别进行了定常压边力、阶梯型压边力和 V 形压边力加载模拟, 结果发现方形件的最佳压边力曲线却是 V 形。文献[ 4] 对汽车前照灯的拉深成形进行了有限元模拟, 比较了渐减的压边力、定常压边力、阶跃变化的压边力和 V 形压边力作用下成形件的质量, 找到了最优的压边力曲线也是 V 形, 如图 1 中的图线 2 所示。而在双动压力机上拉深薄板时, 压边力常常保持不变, 如图 1 中的曲线 3 所示。

　　可见, 对变压边力变化趋势, 哪种形式更好, 目前还没有统一的结论。零件的形状不同、材质不同, 所需要的压边力的变化就不一样。变压边力的实验装置应该能够生成多种不同的压边力变化曲线, 从而满足不同零件的实验要求。

　　2 变压边力的实验装置

　　变压边力的实验装置有两种形式: 一是采用计算机实现对压边力的闭环控制, 用多种传感器建立反馈系统来检测和控制压边力。在拉深过程中当输入参数变化时可自动进行修正, 最终便可发展成完善的自适应控制系统。斯图加特大学的实验室已通过计算机实现对压边力在成形过程中的控制, 并已研究出相应的实验设备, 但尚未能投入实际应用[5]。国内的燕山大学研究开发的智能拉深试验系统可实现任意压边力规律的实时控制[6,7]。德国一个压力机制造厂利用多个液压缸、液压回路及微机控制装置实现了压边力随行程的合理变化, 但是控制装置结构复杂, 成本很高, 未能推广应用。二是采用机械结构。文献[ 8] 给出了一种机械式装置, 采用双斜楔结构, 可以实现上升、恒定和倒 V 形三种不同加载模式的压边力变化。文献[ 9] 给出了另外一种变压边力装置。其压边力由弹簧和橡胶提供, 在拉深过程中可以实现压边力随拉深行程合理变化。但是, 其中的关键部件———滑块的设计和制造较困难。