专利名称：氮气弹簧式板料冲压成形动态力测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及压力测试系统装置，主要是针对板料冲压成形动态力测试系统，具体是一种用于压力试验机上的氮气弹簧式板料冲压成形动态力测试装置。
在微机控制电液伺服压力试验机上用氮气弹簧作为弹性元件实现对冲压成形动态力曲线的测试。
技术背景根据科研和教学实验要求，需要对板料冲压成形(例如拉深、胀形工艺)过程力的变化进行分析和研究。目前国内高校一般是在冲床上安装冲压成形模具，采用在测试模具上贴应变片，通过动态电阻应变仪、光线示波器进行演示性试验，或者采用数显试验机实验，但这些方法都不能完整记载冲压成形力的动态变化过程，满足不了教学和科研工作的分析、研究的需要。
吉林省金力试验技术有限公司开发的微机控制电液伺服压力试验机，其简图如图2所示。该试验机采用了先进的测试控制系统，能够自动精确的测量和控制试验机的加载等试验过程，全部操作键盘化，各种试验参数、实验过程由计算机进行控制、测量、记载、显示、处理打印。该试验机能准确测量试验机连接板上所受力的动态变化曲线，如力—行程变化曲线、力—时间变化曲线、位移—时间变化曲线。
使用这种先进的压力检测设备进行力的测试需要设计测试装置即实验模具，对于板料冲压成形实验模具需要设计弹性压边圈对板料进行压边，对圆形件的拉深实验，在凹模孔内还需要安装弹性顶件装置。测试装置在工作油缸活塞杆下行过程中，凸模下行压住板料进入凹模，板料产生变形的成形力、压边装置产生的弹性力以及顶件装置产生的弹性力全部作用在上模座上，力传递到负荷传感器上，微机显示力的变化曲线是三种力相加的真实动态合力曲线，而科研与教学试验所要求的只是板料成形过程的动态力，即在这个合力曲线里把压边力和顶件力要分离出来，而一般模具上使用的压边和顶件弹性装置是常规弹性元件弹簧、橡胶，弹簧和橡胶在压缩过程中产生的弹力是随着压缩量的增大而增大的，不是恒定不变的，所以无法简单地从测试动态合力曲线中减去，也就看不出板料成形力的变化过程和变化趋势，达不到实验目的。
发明内容
本发明的目的是针对现有测试装置存在的不足，针对微机控制电液伺服压力试验机提供一种氮气弹簧式板料冲压成形动态力测试装置进行金属板料冲压成形试验，测试装置采用了氮气弹簧作为模具的压边和顶件的弹性元件，利用了氮气弹簧的恒定弹压力的特点，以解决弹簧和橡胶弹力变化不恒定使板料成形力的无法测试的问题，装配在压力测试机上，通过测试机可以直观地显示板料成形的动态力曲线。
实现上述发明目的的技术方案如下金属板料冲压成形动态力曲线测试装置，它包括试验机上负荷传感器、试验机上连接板、工作台；测试模具的上模部分和下模部分。
上模部分包括上模座、凸模固定板、凸模、压边圈、压边氮气弹簧、压边圈连接螺钉、模具零件间连接螺钉。结构为凸模安装连接在凸模固定板上，凸模固定板通过螺钉与上模座连接，凸模固定板通过压边圈连接螺钉连接压边圈，压边圈连接螺钉的头部在凸模固定板上所处的孔在垂直方向留有一定的移动空间，其空间高度与压边圈相对于凸模的上升高度，即压边氮气弹簧被压缩高度相匹配，压边氮气弹簧安装在凸模固定板与压边圈之间，压边氮气弹簧的缸体端与压边圈连接，活塞端与凸模固定板接触而不连接。整个上模部分通过上模安装压板装置安装在压力试验机的连接板上。
测试模具的下模部分包括凹模、顶件板、顶料氮气弹簧、下模座、模具零件间的连接螺钉。下模部分的结构为凹模通过下模座的加工止口定位，用螺钉连接在下模座上，顶件氮气弹簧安装在下模座中心，顶件板安装在顶件氮气弹簧的柱塞杆上端。整个下模部分通过下模安装压板装置安装在压力试验机的工作台上。
本装置在上模采用的弹性压边圈和下模采用的弹性顶件装置利用氮气弹簧的压力基本恒定的性能替代一般模具上采用弹簧或橡胶。氮气弹簧是充满高压氮气的气缸，它是利用气体的可压缩性来行使弹簧功能的部件，氮气弹簧的柱塞杆受压力在缸体中作往复直线运动，它独特的优势是不需要预压行程而产生较大的初始力，而且随压缩量的增加可以保持基本恒定，这样试验机测试出来的力曲线变化就直接表示了板料成形力的变化趋势，其板料成形力的大小从曲线中直接减去恒定的压边力和顶件力即可获得。另外，本实用新型可以根据不同材质、厚度的板料，不同的试验产品形状，不同成形工艺等试验要求，方便的更换不同压力大小的氮气弹簧以及成形凹�：屯鼓�。
可见，本装置的弹性元件采用了与压缩行程变化无关，弹力大小恒定的氮气弹簧，既保证了板料成形动态力曲线的测试，又可以满足板料成形压边力需要基本恒定的工艺要求，而且可以根据试验对象的不同要求，方便的更换不同力大小的氮气弹簧，满足了科研和实验教学分析、研究板料成形性能、成形过程力的变化要求，使科研和教学工作得到更深入的开展。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是微机控制电液伺服压力试验机示意图。
具体实施方案参见图1，本冲压成形动态力测试装置由压力试验机上的负荷传感器11(安装在试验机的工作油缸活塞杆1上)、试验机上连接板2、工作台20；实验模具上模部分，即凸模14、凸模固定板12、上模座3、压边氮气弹簧5、卡板6、压边圈连接螺钉13、压边圈15；下模部分，即凹模9、顶件板8、顶件氮气弹簧17、下模座19；以及上下模安装压板4、18和上、下模零件联结螺钉7、10组成。
凸模14通过凸模固定板12安装连接，凸模固定板12通过螺钉与上模座3连接；压边氮气弹簧5通过两个半圆的卡板6卡住缸体，再用螺钉7把卡板6与压边圈15连接，压边圈15又通过连接螺钉13把压边圈15连接在凸模固定板12上，压边圈连接螺钉13头部所处的孔在垂直方向留有一定活动空间，其空间高度与压边圈15相对于凸模14上升高度(即压边氮气弹簧5被压缩高度)相匹配；整个上模部分通过上模安装压板装置4与试验机上连接板2的T型槽用T型螺钉安装紧固。结构中压边氮气弹簧5采用卡板6固定，再用螺钉7连接，其柱塞端未固定，这种方式是为了更换氮气弹簧的方便。
凹模9通过下模座19的加工止口定位，用螺钉10连接在下模座19上；顶件氮气弹簧17通过下模座19中心有一定深度的圆形盲孔定位安装，顶件板8下平面中心加工一定深度的圆形孔与顶件氮气弹簧17上柱塞杆间隙配合；顶件氮气弹簧17上下端都没有采用螺钉连接，其目的在于可以直接从凹模9孔方便更换顶件装置；整个下模部分通过下模安装压板装置与试验机工作台20T型槽用T型螺钉18安装紧固。
本装置是装配在现有的微机控制电液伺服压力试验机上使用，微机控制电液伺服压力试验机的基本结构参见图2，图中21为工控机，22为液压站，23为试验机，11为传感器，2为试验机上连接板，20为工作台。本装置就装配在试验机上连接板2与工作台20之间，试验机的测试与本装置的工作过程如下
1.试验机键盘操作“卸载”，工作油缸活塞杆的运动提升上模部分，等上下模之间有一定的距离“停止”动作。
2.放入试验板料到下模的凹模上平面。
3.设置试验机的油缸加载速度等参数，开始试验，工作油缸“加载”，工作油缸活塞杆带动上模下行，压边圈首先接触板料给板料提供压边力，随着上模的下行，凸模接触板料，冲压成形开始。
4.凸模将板料压入凹模的冲压过程中，板料发生塑性流动变形，直到达到试验要求的形状、尺寸及技术参数，工作油缸“停止”加载。
5.在凸模的下行过程中压边圈保持不动，压边氮气弹簧被压缩，氮气弹簧柱塞杆被压进气缸内，但压力基本不变，保持初始压力。
6.在凸模下行过程中，凸模下方的顶件板受压力而下行，顶件氮气弹簧被压缩，从而产生顶件力，但压力基本不变，保持初始压力。
7.完成试验要求的行程后，工作油缸“卸载”，上模在工作油缸活塞杆的作用下开始上行。
8.在上模上行过程中，压边氮气弹簧在缸内压力作用下柱塞上升，压边圈相对于凸模下行恢复到原来位置，并推出可能贴于凸模的零件。顶件氮气弹簧柱塞在气缸内压力作用下上升顶出可能贴于凹模内的零件，顶件板上升的最高位置与凹模的上平面平行。
本装置在板料冲压成形过程中，凸模上承受的材料变形力、凸模下方的顶件力以及压边力全部作用在上模座上并传递到负荷传感器上，微机界面上反映的力曲线是三者之和。但由于顶件力和压边力采用的是氮气弹簧，压力随行程基本恒定，因此，测试出来的动态力曲线变化趋势就是板料成形力的变化趋势，在整个工作行程中减去已知的顶件氮气弹簧和压边氮气弹簧力恒定值就得到板料成形力的大小。
权利要求1.氮气弹簧式板料冲压成形动态力测试装置，包括有压力试验机上的负荷传感器(11)、试验机上连接板(2)和工作台(20)，测试模具的上模部分和下模部分，其特征在于上模部分包括有上模座(3)、凸模(14)、凸模固定板(12)、压边圈(15)、压边氮气弹簧(5)、卡板(6)和压边圈连接螺钉(13)，凸模固定板(12)通过螺钉与上模座(3)连接，凸模(14)安装连接在凸模固定板(12)上，凸模固定板(12)通过压边圈连接螺钉(13)连接压边圈(15)，压边圈连接螺钉(13)头部在凸模固定板(12)上所处的孔在垂直方向留有一定的移动空间，其空间高度与压边圈(15)相对于凸模(14)的上升高度，即压边氮气弹簧(5)被压缩的高度相匹配，压边氮气弹簧(5)安装在凸模固定板(12)与压边圈(15)之间，压边氮气弹簧(5)的缸体端与压边圈(15)连接，活塞端与凸模固定板(12)接触而不连接；整个上模部分通过上模安装压板装置(4)安装在试验机上连接板(2)上；下模部分包括有下模座(19)、凹模(9)、顶件氮气弹簧(17)和顶件板(8)，凹模(9)通过下模座(19)的加工止口定位，用螺钉(10)连接在下模座(19)上，顶件氮气弹簧(17)安装在下模座(19)中心，顶件板(8)安装在顶件氮气弹簧(17)的柱塞杆上端；整个下模部分通过下模安装压板装置安装在压力试验机的工作台(20)上。
2.根据权利要求1所述的氮气弹簧式板料冲压成形动态力测试装置，其特征在于所述的压边氮气弹簧(5)与压边圈(15)的连接是通过两个半圆的卡板(6)卡住缸体，再通过螺钉(7)将卡板(6)与压边圈(15)连接。
3.根据权利要求1或2所述的氮气弹簧式板料冲压成形动态力测试装置，其特征在于顶件氮气弹簧(17)上下端都没有采用螺钉连接，顶件氮气弹簧(17)的下端通过下模座(19)中心有一定深度的圆形盲孔定位安装，顶件氮气弹簧(17)上端通过柱塞杆与顶件板(8)下平面中心加工一定深度的圆形孔间隙配合。
专利摘要氮气弹簧式板料冲压成形动态力测试装置，包括有压力试验机上的负荷传感器、试验机上连接板和工作台，测试模具的上模部分和下模部分。上模部分包括上模座、凸模固定板、凸模、压边圈、压边氮气弹簧、压边圈连接螺钉、模具零件间连接螺钉。下模部分包括凹模、顶件板、顶料氮气弹簧、下模座、模具零件间的连接螺钉。本装置在上模采用压边氮气弹簧，下模采用氮气顶件弹簧，利用了氮气弹簧的恒定弹压力的特点，解决弹簧和橡胶弹力变化不恒定使板料成形力的无法测试的问题，装配在压力测试机上，通过测试机可以直观地显示板料成形的动态力曲线。
文档编号G01N3/10GK2731434SQ20042006178
公开日2005年10月5日 申请日期2004年10月21日 优先权日2004年10月21日
发明者彭成允, 刘峰, 谭文娟, 陈元芳, 龚小涛, 陈康 申请人:重庆工学院
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
