阅读说明：本技术 一种零件的成型模具和成型控制方法 (Part forming die and forming control method ) 是由 吕广海 黄通标 张成浩 于 2020-05-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种零件的成型模具以及成型控制方法,其中,成型模具依次包括第一模具、第二模具和第三模具,所述第一模具、第二模具和第三模具分别对金属板材的深凸包和浅凸包进行局部特征成型、整形回压和凸包外缘剪切处理。本发明通过成型模具结构与工艺方法的结合,解决了产品翘曲和变形等平面度不佳的问题,可有效抑制成型材料的不均匀流动和切断内应力,保证生产得到的成品具有良好的平面度。(The invention discloses a part forming die and a forming control method, wherein the forming die sequentially comprises a first die, a second die and a third die, and the first die, the second die and the third die are used for performing local feature forming, shaping back pressure and convex hull outer edge shearing treatment on a deep convex hull and a shallow convex hull of a metal plate respectively. According to the invention, through the combination of the forming die structure and the process method, the problem of poor flatness such as product warping and deformation is solved, the uneven flow and the cutting internal stress of the forming material can be effectively inhibited, and the finished product obtained through production is ensured to have good flatness.)

一种零件的成型模具和成型控制方法

技术领域

本发明涉及金属板材冲压的技术领域，尤其是涉及一种零件的成型模具和成型控制方法。

背景技术

5G通信、新能源、家电、电子类产品的箱体、盒体、面板和背板大量使用大型金属平板类冲压件。金属平板类冲压件是典型的薄板冲压成形，其包含许多局部成形特征，这些局部成形特征的分布又十分不均匀，在成形过程中板材的整体变形量小。

对于这类复杂结构的大型平板类冲压零件，由于不均匀变形的影响，使得成形后应力分布不均匀，箱体零件的冲压成形过程中存在导致变形、平面度不良的问题，具体表现为打鼓、翘曲、回弹和扭曲，这些产品的缺陷严重影响了零件的产品质量和装配精度，延长了产品开发和制造周期。

针对这类局部特征薄板冲压后的零件呈现打鼓、翘曲、回弹和扭曲的问题，现有行业一般的解决对策是对实际模具进行优化设计，并在试模中不断修改、试错和调整，这样需要大量的试模时间，而且长时间占用机台，造成资源的浪费。

因此，如何开发出一套应用于薄材金属板材局部成型的模具和工艺方法，是本领域的技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种零件的成型模具以及成型控制方法，在成型模具中，包括成套结合在一起的第一模具、第二模具和第三模具，其依次对金属板材的深凸包和浅凸包进行局部特征成型、整形回压和凸包外缘剪切处理，可有效抑制成型材料的不均匀流动和切断内应力，保证生产得到的成品具有良好的平面度。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种零件的成型模具，依次包括第一模具、第二模具和第三模具；

所述第一模具为局部特征成型模具，其包括第一冲头和第一下模板，所述第一冲头和第一下模板分别在二者的相接处设置了第一凹模板和第一下模压料板；所述第一凹模板凹陷分别形成了第一深凹模和第一浅凹模，在所述第一深凹模和第一浅凹模的边缘均设置有第一压筋；所述第一下模压料板向上凸出分别形成了第一深凸模和第一浅凸模，在所述第一深凸模和第一浅凸模的外侧均设置有第一拉深筋和第二拉深筋，所述第一拉深筋固定于所述第一下模压料板上，且所述第一拉深筋和第二拉深筋均凸出于所述第一下模压料板；

所述第二模具为整形回压模具，其包括第二冲头和第二下模板，所述第二冲头和第二下模板分别在二者的相接处设置了第二凹模板和第二下模压料板；所述第二凹模板凹陷形成了第二深凹模和第二浅凹模，在所述第二深凹模和第二浅凹模的边缘均设置有第二压筋；所述第二下模压料板向上凸出分别形成了第二深凸模和第二浅凸模；

所述第三模具为凸包外缘剪切模具，其包括第三冲头和第三下模板，所述第三冲头和第三下模板分别在二者的相接处设置了第三凹模板和第三下模压料板；所述第三凹模板凹陷形成了第三深凹模和第三浅凹模；所述第三下模压料板向上凸出分别形成了第三深凸模和第三浅凸模。

在上述成型模具中，第一模具为局部特征成型模具，采用第一冲头和第一下模板对素材(金属板材)进行冲压，产生塑性变形，在这过程中进行压边，并通过优化压边的结构调整内部材料的流动，改善材料内应力分布，进而起到对回弹的抑制作用。第一模具中设置了第一拉深筋和第二拉深筋，可有效阻碍材料向凹模内流动，增大了材料的拉伸效果，特别是在容易产生回弹的弯曲角部位，使得这些部位的压应力作用区域向拉应力区转移。

同时，在第一模具中，第一深凹模和第一浅凹模的边缘均设置有第一压筋，通过在局部特征周围布置压筋来切断局部特征成形时应力波的传播路径，减小局部特征成形对整个零件的影响，从而减小整个零件的翘曲回弹。

第二模具为整形回压模具，通过回压(反压)可以使凸包产生反方向的变形，进而对大平面部分产生压应力，使得应力在原来的基础上重新分布，抵消原来凸包周围大面上分布的一部分残余拉应力，使得残余应力分布不均匀状况得以改善，翘曲回弹得以减小。

第三模具为凸包外缘剪切模具，分别对材料的深凸包和浅凸包进行半剪切处理，以消除应力保证平面度。

进一步地，在所述第一模具中，所述第一深凹模和第一浅凹模分别设置有第一深凹模脱料板和第一浅凹模脱料板，所述第一压筋设置在所述第一深凹模脱料板以及所述第一浅凹模脱料板的两侧。

由于凸包顶部需要凹模脱料板压料，在深凸包和浅凸包的成型初期开始采用第一深凹模脱料板和第一浅凹模脱料板压料，以防止深凸包和浅凸包的顶面成型后呈现鼓形。由于凹模板由氮气弹簧驱动，在第一深凹模脱料板和第一浅凹模脱料板压料时可保证足够的压料力。

进一步地，在所述第一模具中，所述第一下模压料板的下方设置有第一凸模固定板，所述第一深凸模和第一浅凸模分别与所述第一凸模固定板固定连接。

进一步地，所述第二拉深筋设置在第一拉深筋的内侧，所述第二拉深筋固定连接于第一凸模固定板上。

第一拉深筋和第二拉深筋分别设置在第一深凸模和第一浅凸模的外侧，同时，第二拉深筋比第一拉深筋长，且更靠近第一深凸模或第一浅凸模；第一拉深筋固定于第一下模压料板上，在成型初期可压紧材料抑制材料流动，第一拉深筋可采用四边折弯的方式；第二拉深筋固定于第一凸模固定板上，成型末期开始挤压材料形成与凸包拉伸的反作用力，平衡内外拉应力，从而保证产品平面度。

进一步地，所述第一压筋的宽度设置为1.5-2.0mm，深度设置为0.3-0.4T；所述T为成型材料的厚度。

第一压筋在成型中压入材料，以防止外部材料向内部流动，可消除材料流动形成的塑性与弹性应力。

进一步地，在所述第二模具中，所述第二下模压料板的下方设置有第二凸模固定板，所述第二深凸模和第二浅凸模分别与所述第二凸模固定板固定连接；

在所述第三模具中，所述第三下模压料板的下方设置有第三凸模固定板，所述第三深凸模和第三浅凸模分别与所述第三凸模固定板固定连接。

本发明还提供了一种零件的成型控制方法，其采用上述的成型模具对素材进行冲压成型处理，具体包括以下步骤：

S1.使用所述第一模具对素材进行局部特征成型：分别对素材拉伸出深凸包和浅凸包，在深凸包和浅凸包的两侧，由第一压筋冲压出小凹槽；在素材的外侧，由第一拉深筋和第二拉深筋冲压出第一筋条和第二筋条；

S2.使用所述第二模具对深凸包和浅凸包进行整形回压；

S3.使用所述第三模具对深凸包和浅凸包进行外缘半剪。

在上述的成型控制方法中，第一模具对素材进行冲压，进行局部特征成型，产生塑性变形，在这过程中进行压边，并通过优化压边的结构调整内部材料的流动，改善材料内应力分布，进而起到对回弹的抑制作用，增大了材料的拉伸效果，特别是在容易产生回弹的弯曲角部位，使得这些部位的压应力作用区域向拉应力区转移。

第二模具对产品进行整形回压的过程中，使凸包的高度降低从而产生反方向的变形，对大平面部分产生压应力，抵消第一工序S1中凸包周围分布的一部分残余拉应力，使得残余应力分布不均匀状况得以改善，翘曲回弹得以减小。

第三模具对产品的凸包进行外缘半剪，主要是消除应力，保证产品的平面度。

作为上述零件成型控制方法的进一步描述，所述S1中，在拉伸深凸包时，深凸包成型角度α1比成品的角度大3-5°，深凸包成型高度H11比成品的高度大0.5-0.8T；深凸包成型凹模半径R11与成品对应部位的成型半径相同；深凸包成型凸模半径R12，比成品对应部位的成型半径大，取值0.5-0.8T；

在拉伸浅凸包时，浅凸包成型高度H12比成品的高度大0.3T，浅凸包凸模倒角取值1T，浅凸包凹模倒角取值0.5T。

作为上述成型控制方法的进一步描述，所述S2中，在整形回压深凸包时，深凸包整形角度α2比成品的角度大1-2°，深凸包整形高度H21与成品的高度相同，深凸包整形凹模半径R21小于凸包成型凹模半径R11，深凸包整形凸模半径R22小于深凸包成型凸模半径R12；

在整形回压浅凸包时，浅凸包高度H22接近于成品的高度的上限值，浅凸包凸模倒角取值0.5T，浅凸包凹模倒角取值0.5T。

作为上述成型控制方法的进一步描述，所述S3中，在半剪深凸包时，深凸包的半剪深度H31为1/4-1/3T；在半剪浅凸包时，浅凸包的半剪深度H32为1/5-1/3T。

在局部特征成型、整形回压和凸包外缘半剪的过程中，通过对成型角度、成型高度、整形高度和半剪深度等冲压工序的参数进行优化和控制，通过抑制材料流动、切断内应力，可冲压生产出目标合格尺寸的产品，保证产品具有良好的平面度。

(1)本发明提供的零件的成型模具，包括成套结合在一起的第一模具、第二模具和第三模具，其依次对金属板材的深凸包和浅凸包进行局部特征成型、整形回压和凸包外缘剪切处理，可有效抑制成型材料的不均匀流动和切断内应力，保证生产得到的成品具有良好的平面度，从而解决了薄板金属因局部特征的成形造成的扭曲、平面度不良和变形等问题。

(2)本发明的零件成型控制方法，与成型模具结合起来，通过对成型角度、成型高度、整形高度和半剪深度等冲压工序的参数进行优化和控制，可高效地生产出符合目标尺寸的合格产品，无需额外增加的整平和矫形工序，其节省了试模时间和机台调试的时间。

附图说明

图1为本发明的零件的成型模具的平面结构示意图。

图2为本发明的成型模具中的第一模具的平面结构示意图。

图3为本发明的零件的成型控制方法的工序流程图。

图4为本发明的在经过局部特征成型工序处理后的成品结构示意图。

图5为本发明的在经过整形回压工序处理后的成品结构示意图。

图6为本发明的在经过外缘剪切工序处理后的成品结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将结合附图和具体的实施例对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

实施例1

图1给出了本实施例的零件的成型模具的平面示意图，图2给出了本实施例的第一模具的平面结构示意图，结合参考图1和图2，一种零件的成型模具，依次包括第一模具1、第二模具2和第三模具3，其中第一模具1、第二模具2和第三模具3成套结合在一起，并分别对素材进行局部特征成型、整形回压和凸包外缘剪切处理，本实施例所描述的素材为金属板材料，可以是热轧钢板、冷轧钢板、镀锌钢板、PCM板材、铝合金板材和不锈钢，即本实施例的成型模具可以对上述件板材进行冲压加工处理，如图1和图2所示，第一模具1为局部特征成型模具，其包括设置在上方的第一冲头11和设置在下方的第一下模板12，第一冲头11和第一下模板12又分别在二者的相接处设置了第一凹模板111和第一下模压料板121；第一凹模板111自下向上凹陷，分别形成了第一深凹模112和第一浅凹模113，在第一深凹模112和第一浅凹模113的边缘均设置有第一压筋114，即第一压筋114不仅设置在第一深凹模112的边缘，也设置在第一浅凹模113的边缘；而且，在本实施例中，第一深凹模112和第一浅凹模113的两侧的边缘均设置了第一压筋114，第一压筋114凸出于第一凹模板111，其宽度设置为1.5-2.0mm，深度设置为0.3-0.4T，T为成型材料的厚度。第一压筋114的作用主要是在成型中压入材料，以防止外部材料向内部流动，可消除材料流动形成的塑性与弹性应力。

冲压的凸包顶部需要凹模脱料板压料，因此在第一模具1的第一冲头11中，第一深凹模112和第一浅凹模113还分别设置有第一深凹模脱料板115和第一浅凹模脱料板116，在深凸包和浅凸包的成型初期开始采用第一深凹模脱料板115和第一浅凹模脱料板116压料，以防止深凸包和浅凸包的顶面成型后呈现鼓形。由于凹模板由氮气弹簧驱动，在第一深凹模脱料板和第一浅凹模脱料板压料时可保证足够的压料力。需要说明的还是，第一压筋144设置在第一深凹模脱料板115以及第一浅凹模脱料板116的两侧。

现在，对第一模具的第一下模板的结构进行描述，第一下模压料板121向上凸出分别形成了第一深凸模122和第一浅凸模123，第一深凸模122和第一浅凸模123分别与第一深凹模112和第一浅凹模113相互配合，冲压成型深凸包和浅凸包。而在第一深凸模122和第一浅凸模123的外侧均设置有第一拉深筋124和第二拉深筋125，第二拉深筋125位于第一拉深筋124的内侧，即第二拉深筋125比第一拉深筋124更靠近第一深凸模122和第一浅凸模123。

在第一下模压料板121的下方还设置有第一凸模固定板126，第一下模压料板121的第一深凸模122和第一浅凸模123则分别与第一凸模固定板126固定连接。第一拉深筋124和第二拉深筋125均凸出于第一下模压料板121，在对素材进行冲压时，可冲压出第一筋条和第二筋条。

在连接关系上，第一拉深筋124固定在第一下模压料板121上，在成型初期可压紧材料抑制材料流动，第一拉深筋124可采用四边折弯的方式；第二拉深筋125固定于第一凸模固定板126上，在成型末期开始挤压材料形成与凸包拉伸的反作用力，平衡内外拉应力，从而保证产品平面度。

回到图1，在本实施例的成型模具中，第二模具2为整形回压模具，其包括第二冲头21和第二下模板22，第二冲头21和第二下模板22分别在二者的相接处设置了第二凹模板211和第二下模压料板221；第二凹模板211凹陷形成了第二深凹模212和第二浅凹模213，在第二深凹模212和第二浅凹模213的边缘均设置有第二压筋214；第二下模压料板221向上凸出分别形成了第二深凸模222和第二浅凸模223。

第二模具2通过回压(反压)可以使凸包产生反方向的变形，进而对大平面部分产生压应力，使得应力在原来的基础上重新分布，抵消原来凸包周围大面上分布的一部分残余拉应力，使得残余应力分布不均匀状况得以改善，翘曲回弹得以减小。

第三模具3为凸包外缘剪切模具，其包括第三冲头31和第三下模板32，第三冲头31和第三下模板32分别在二者的相接处设置了第三凹模板311和第三下模压料板321；第三凹模板311凹陷形成了第三深凹模312和第三浅凹模313；第三下模压料板321向上凸出分别形成了第三深凸模322和第三浅凸模323。

第三模具3分别对整形回压后的材料进行半剪处理，即对深凸包和浅凸包进行半剪切处理，以消除应力保证平面度。

在以上的第二模具2和第三模具3中，第二下模压料板221和第三下模压料板321的下方分别设置有第二凸模固定板224和第三凸模固定板324。在第二模具2中，第二深凸模222和第二浅凸模223分别与第二凸模固定板224固定连接；在第三模具3中，第三深凸模322和第三浅凸模323分别与第三凸模固定板324固定连接。

本实施例提供的零件的成型模具，第一模具、第二模具和第三模具依次对金属板材的深凸包和浅凸包进行局部特征成型、整形回压和凸包外缘剪切处理，可有效抑制成型材料的不均匀流动和切断内应力，保证生产得到的成品具有良好的平面度，从而解决了薄板金属因局部特征的成形造成的扭曲、平面度不良和变形等问题。

实施例2

图3给出了本实施例的零件的成型控制方法的工序流程图，在实施例1的零件的成型模具的结构基础上，如图3所示，本实施例提供了一种零件的成型控制方法，通过采用上述模具对素材进行冲压成型处理，具体包括以下步骤：

S1.使用第一模具1对素材进行局部特征成型：分别对素材拉伸出成型深凸包41和成型浅凸包42，在成型深凸包41和成型浅凸包42的两侧，由第一压筋114冲压出小凹槽43；在素材的外侧，由第一拉深筋124和第二拉深筋125冲压出第一筋条44和第二筋条45，得到第一工序产品4；

S2.使用第二模具2对整形深凸包51和整形浅凸包52进行整形回压，得到第二工序产品5；

S3.使用第三模具3对半剪深凸包61和半剪浅凸包62进行外缘半剪，得到第三工序产品6。

图4给出了本实施例在经过局部特征成型工序处理后的成品结构示意图，结合图3和图4，在S1中，第一模具1在拉伸S1深凸包41时，S1深凸包的成型角度α1比成品(目标产品)的角度大3-5°，S1深凸包的成型高度H11比成品的高度大0.5-0.8T，T为素材(S1材料)的厚度；S1深凸包41的成型凹模半径R11与成品对应部位的S1半径相同；S1深凸包41成型凸模半径R12，比成品对应部位的成型半径大，取值0.5-0.8T；

在拉伸S1浅凸包42时，S1浅凸包42的成型高度H12比成品的高度大0.3T，S1浅凸包42成型的凸模倒角取值1T，S1浅凸包42成型的凹模倒角取值0.5T。

第一压筋114在成型中压入材料，以防止外部材料向内部流动，可消除材料流动形成的塑性与弹性应力，冲压出了S1小凹槽43。本实施例中，S1深凸包41和S1浅凸包的两侧均冲压出S1小凹槽43。

第一模具1对素材进行冲压，进行局部特征成型，产生塑性变形，在这过程中进行压边，并通过优化压边的结构调整内部材料的流动，改善材料内应力分布，进而起到对回弹的抑制作用，增大了材料的拉伸效果，特别是在容易产生回弹的弯曲角部位，使得这些部位的压应力作用区域向拉应力区转移。

图5给出了本实施例在经过整形回压工序处理后的成品结构示意图，结合图3和图5，在S2中，在整形回压S2深凸包51时，S2深凸包51的整形角度α2比成品的角度大1-2°，S2深凸包51的整形高度H21与成品的高度相同，可设置为成品的尺寸上限；S2深凸包51的整形凹模半径R21为成品的凹模半径，并小于S1深凸包41的成型凹模半径R11；S2深凸包51的整形凸模半径R22小于S1深凸包41的成型凸模半径R12；

在整形回压S2浅凸包52时，S2浅凸包52的高度H22接近于成品的高度的上限值，即可设置为，成品高度的上限值，S2浅凸包52的凸模倒角取值0.5T，浅凸包凹模倒角取值0.5T。

在S2的工序中，第二压筋214整形回压得到S2小凹槽53，主要是为了阻止回压力传递到外围材料造成平面度不良。

第二模具对产品进行整形回压的过程中，使深凸包和浅凸包的高度降低从而产生反方向的变形，对大平面部分产生压应力，抵消第一工序S1中凸包周围分布的一部分残余拉应力，使得残余应力分布不均匀状况得以改善，翘曲回弹得以减小。

图6给出了本实施例在经过外缘剪切工序处理后的成品结构示意图，结合参考图3和图6，在S3中，在半剪S3深凸包61时，S3深凸包61的半剪深度H31为1/4-1/3T，凹模冲裁间隙设置为正常冲裁间隙，间隙值为1.1-1.3T；在半剪S3浅凸包62时，S3浅凸包62的半剪深度H32为1/5-1/3T，冲裁间隙设置为正常冲裁间隙，间隙值为1.1-1.3T。

第三模具3对产品的凸包进行外缘半剪，主要是消除应力，保证产品的平面度。

本实施例的零件成型控制方法，与成型模具结合起来，通过对成型角度、成型高度、整形高度和半剪深度等冲压工序的参数进行优化和控制，可高效地生产出符合目标尺寸的合格产品，无需额外增加的整平和矫形工序，其节省了试模时间和机台调试的时间。

该零件成型控制方法，从压筋、材料流动、塑性变形、弹性变形、模具间隙、工艺补偿和拉伸过程中的凹模半径和凸模半径等方面着手，提出了应用于薄材金属板材成型的方法，经过方法和模具的结合，不必在重复修改模具，节约了调试机台和试模的时间，也减少了试模材料的投入量，从而节约了生产成本，提高了金属板材冲压的工作效率。

以上内容仅仅为本发明的结构所作的举例和说明，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。