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柔性薄膜压力传感器在模具间隙测量中的应用
在模具使用过程中,模具上下模间隙及压料力的大小对拉延、翻边、整形工艺存在重要的影响,直接影响冲压制件的品质。在新模具交付或模具日常使用时,通过减小压料面间隙,增大压料力,控制制件在拉延、翻边、整形过程中的材料流动,消除制件坑、皱及制件回弹等面品、精度缺陷。而目前在各整车厂现场模具实际工作中,针对上下模压料面压力无有效的检测方法,仅通过对压料面涂抹蓝丹或红丹,确认上模压料面着色判定压料面是否受力均匀,通过压件效果验证整改效果是否成功,过程中完全依靠工作人员的经验判定,难以实现对强压面的监控及预防性管理。
随着汽车产业的快速发展,汽车更新换代的速度极大加快,整车开发周期不断缩短,对汽车钣金质量的要求也越来越高,在汽车产业激烈竞争的同时也促进模具制造水平不断提高,CAE 等各种仿真模拟软件的使用,大大的减少了模具调试时间,但由于模具加工及装配的误差等因素,很难保证模具实际状态与设计状态保持一致,仍需要钳工后期对模具的调整、研合来保证产品的质量。在模具调试问题中,由于模具间隙导致制件产生的坑、皱及制件回弹等面品、精度缺陷往往是比较棘手的问题,主要因为在模具间隙调试过程中一般还是凭借涂色、照光以及试冲纸和压铅丝等方式估计间隙的分布情况,由于无法实现定量检测和分析管理,因此使得模具生产和管理长期停留在技能要求高、生产效率低、质量不易控制。如何快速的调整模具,快速的解决此类问题成为众多模具厂家不断探索、总结的问题。

间隙对制件的影响

间隙对制件品质的影响主要体现在:压料面间隙直接影响板料在成形过程中所受压力的大小,从而影响材料的流动。在控制材料流动的方案中,除使用方筋、双筋、波浪筋等增加对板料的拉力以及增大模具压边力的方式控制材料流动外,通过减小模具管理面、准管理面间隙,控制局部材料流动,在模具调试过程中整改制件坑、皱等面品也普遍使用。

案例一

图1为某车型上边梁翻边时在交刀部位材料发生流动,应变不彻底导致应力残留,翻边完成后应力释放,制件出现凹坑。OP30模具工艺为翻边凸模扩张结构,压料区域为侧壁压料,悬空侧壁抗起皱能力差,由于制件深度较深,存在不均匀拉力,极易产生剪应力造成制件褶皱,同时该翻边整形工艺为OP30序、OP40序模具交刀翻整(图2)。

案例二

某车型前门外板门把手部位拉延工序出现凹坑难以消除,依靠钳工调试时对二序压料芯增加型面冷补焊0.3mm 硅钢片(图4),制作30mm×50mm 的强压区域,利用二序对型面的强压,对制件坑进行修复,缓解制件坑。
通过型面的强压对于制件的面品问题能够快速、有效的消除/缓解制件坑、皱等面品问题,但是在实际问题解决过程中,针对此类问题往往通过经验丰富的钳工在调试时通过经验去尝试性增加强压,一般采用一次性补焊过量,通过在线调试验证,结合蓝丹研合,得到最优的强压区域。此过程模具作业空间受限(图5),强压区域难以使用常规压力测量工具进行测量记录,导致无法快速的利用前期调试经验,因无前期经验参考,此环节暴露出强压区域制作时经验性强、强压区补焊高度无依据,调试周期长以及后期强压区域状态变化后难以快速地恢复。

强压区域的测量

在模具设计人员设计好模具的间隙后,因无法定量检测间隙,只能在装配好模具的情况下,试冲来验收和修正模具,这显然是以经验为基础。若可实现强压区域的测量,即可通过测量实际压力值与理论压力值对比,或通过仿真软件对故障区域压力的模拟,快速找到问题发生真因,指导实际调试过程中的模具调整,能够缩短模具调试周期或复发故障的处理时间。

压力测量工具——柔性薄膜压力传感器

柔性薄膜压力传感器可通过压力采集板的压阻随压力的变化,测量出检测区域的压力值,通过电流信号传输至显示终端,由压力感应模块,数据收集、发送模块和压力显示终端3 部分组成(图6),其中压力感应模块可承受1 ~300 PSI,厚度0.2mm(厚度可根据要求定制)厚度小于冲压制件最小板料厚度(0.65mm),工作时将压力感应模块置于模具型面的强压面中,由数据收集、发送模块记录数据并通过无线信号/蓝牙将数据发至显示终端,显示终端将采集的压力数据转化成图像,并显示所有检测点的压力值。

柔性薄膜压力传感器实现对模具上下模压料区域压料力的数据化、可视化,结合制件工艺设计过程中的CAE 分析(图7),进行数值差异对比,便于快速查找制件面品问题真因,并进行快速处置,通过数据的统计记录,实现对模具强压面的预防性管理。


柔性薄膜压力传感器的使用
柔性薄膜压力传感器压力感应模块厚度0.2mm (厚度可根据要求定制),为适应感应器的使用范围,按照国内一般汽车冲压件板材厚度,一般可通过包覆柔性塑料的方式来制作,厚度0.6mm,测试时在依据制件的实际板料厚度对压力感应模块进行包覆,以达到与板料同厚度,提高压力测量的准确性,并且对感应模块进行保护。具体使用步骤如下。

如图8 所示,传感器压力感应模块表面包覆柔性塑料(图9)来保护内部线路及压力传感器,厚度为0.6mm,使用时在表面包覆拉延胶带,使其厚度与测量区域板料厚度保持一致,来保证压力测量的准确性。

依据感应模块尺寸对制件的测量区域进行切割(图10),将感应模块放入制件孔内(图11),模拟制件受力情况,通过电流数据收集与分析,得出测量部位的压力,并在特定的APP 软件中显示。

结束语
利用柔性薄膜压力传感器压力感应模块厚度为0.2mm,小于板料厚度的特性,可置于模具内部进行压料面压料力的采集,实现模具实际压料力的数据化显示,可实现与CAE 等仿真模拟软件的理论压料力进行对比,实现对制件问题的快速解决,并且周期性测量模具强压区域,方便模具制造企业收集、总结制作经验,形成知识沉淀,也可使模具的生产企业监测并分析过程变化,结合生产批次对模具全生命周期管理及模具重开复制提供大数据支持。减少模具钳工的经验作业,打造科技最前沿技术,促进模具行业的进一步发展,引领模具行业向智能领域前进。


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