CN101036925A - 圆形薄板件的冲裁制造方法和其设备 - Google Patents

Abstract

本发明是关于金属冲压。一种圆形薄板件的冲裁制造方法，包含用机械或手工将板材就位于冲床模具的喂入工序、冲裁下料工序和废料收集工序，其特征在于：所使用的冲床模具为具有n个阳模和与阳模匹配的n个阴模的之字后延错位模具；所述的喂入工序为初始进料量以材料首端越过模具第一排模孔中心的距离为大于等于工件直径D加上1.5倍搭边距离a之和，继后的喂入量为工件直径D加上搭边距离a的双头级进料的喂入工序。解决既可按之字形错位排列方式在材料上一次冲裁n个圆形薄板件，又使阴模各模孔间的距离不受该搭边距离的限制确保模具强度的技术问题；其次是解决送料的技术问题。

Description

圆形薄板件的冲裁制造方法和其设备

技术领域：

本发明是关于金属冲压，尤其是关于圆形薄板件的冲裁制造方法和其设备。

背景技术：

冲裁是金属无切削加工的一种方法，广泛使用于薄板件的加工过程中，尤其在金属包装容器——罐、盒的制造中，需大量冲裁圆形薄板件，而所使用的原材料为钢厂大量生产的规格板材或卷材，这些规格板材或卷材都呈矩形，不仅与加工的圆形薄板件在形状上互不匹配，而且在尺寸规格上(特别是材料的宽度上)不相匹配，这就产生了材料利用率和材料成本的问题。以目前普遍使用的圆形簿板件的冲裁制造方法来说，选用的基本都是板材，其第一步是将板材剪切成条料(又称为开料)，该条料的宽度至少为圆形薄板件的直径D加上两倍的许可搭边宽度a(见图1所示)，然后再将条料送入冲床，在冲裁模上顺序冲裁。从这种冲裁制造方法不难看出，当条料宽度为D+2a时，每两个圆形薄板件之间的两个三角形废料e的面积之和足够容纳一个直径为0.14D的圆形薄板件了；再加上板材的宽度并非都是D+2a的整数倍，故材料利用率只有85％左右，但其最大优点是操作方便，使用的设备少。为了提高材料利用率，业界也作了不少研究，特别是之字形的错位排料法(见图2)，可以极大地降低废料，提高材料利用率，按该错位排料法，开料的宽度按公式(n-1)(D+a)×0.866+D+2a计，公式中n为条料错位排料的圆形薄板件的列数，图2即为列数n＝4时的之字形错位排料的状态，从图中可见列数n愈大，废料愈少，材料利用率愈高。申请号为96102651.0，名称为“一种圆形零件的下料工艺及其专用板材”的中国发明专利申请即为一个典型的之字形错位排料的实例，它要求根据所要加工圆形零件尺寸制成双斜面的板材，使这种板材呈具有对角为60°和120°的双斜面平行四边形。更早的有1984年8月7日公开的昭59-137131号，名称为“圆板的制造方法”的日本特许申请，该制造方法为将成卷的钢板设置一个卷轴上，由计算机控制的滚轮喂入器将其从卷轴上展开、并通过夹紧辊和校平器被自动地引入冲床，按之字形错位排料方式从校平的钢板上冲裁出多个圆板件。这些基于之字形错位排列的方法，其优点仅限于提高原材料的利用率，相反却带来实际冲裁时操作上的极大不便，因为冲孔模具中，阴模需要落料，模孔下部直径大于上部直径，如果阴模也像钢板之字形错位排列来设置模孔，则相邻模孔在搭边处仅有上部有限厚度的相连部分，处于危险断面，其强度十分脆弱，于生产过程中极易爆模断裂，造成事故。故到目前为止，圆形薄板片的冲裁模大多为单孔模具，也就是说一次只冲裁一个圆形薄板片，这样当按n≥2的之字形错位排列来开条料，则在送料入模定位上又有许多困难，目前均为人工辅助左右移动材料，无法采用喂料装置自动供料，这就是目前上述专利申请技术不能充分在工业上获得实际应用的现实。能否按之字形错位排料方式，一次冲裁下n个圆形薄板件，达到既提高材料利用率，又不损伤模具，还可采用现有自动送料方式提高生产率，成为业界不断探索的课题。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种圆形薄板件的冲裁制造方法和其设备，主要解决既可按之字形错位排列方式在材料上一次冲裁n个圆形薄板件，又使阴模各模孔间的距离不受该搭边距离的限制确保模具强度的技术问题；其次是解决送料的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种圆形薄板件的冲裁制造方法，包含用机械或手工将板材就位于冲床模具的喂入工序、冲裁下料工序和废料收集工序，其特征在于：所使用的冲床模具为具有n个阳模和与阳模匹配的n个阴模的之字后延错位模具；所述的喂入工序为初始进料量以材料首端越过模具第一排模孔中心的距离为大于等于工件直径D加上1.5倍搭边距离a之和，继后的喂入量为工件直径D加上搭边距离a的双头级进料的喂入工序。

上述的冲裁制造方法，其特征在于：使用板材或板材开料的条料或者成卷的卷材。

一种使用上述冲裁制造方法的圆形薄板件的制造设备，包含喂入装置、冲床和冲裁模具，其特征在于：该冲床应具备一次冲裁n个圆形薄板件的功率和其工作台在垂直于进料方向的宽度≥条料或卷材的宽度；该之字后延错位模具将各自对应的n个阳模和阴模按垂直于进料方向的横向顺序分成相距B＝1.5(D+a)的两排，每排内阳模或阴模的圆心距为2C＝2×0.866(D+a)，两排之间对应的阳模或阴模圆心的横向距离为C＝0.866(D+a)。

上述的圆形薄板件的制造设备，其特征在于：在喂入装置一侧，依次设置有辗平机构和卷材支承台座；该卷材支承台座包含悬臂式支承轴、设置在该悬臂式支承轴上的涨式蹄爪和具有升降装置的托装台车。

本发明具有下述的有益效果：

1.首次使提高材料利用率的之字形错位排料实际应用于圆形薄板件冲裁自动化生产过程中，可次免去人工左右移动材料的辅助喂料操作，改善劳动条件，节约了辅助工时。

2.直接使用轧钢厂生产的卷材进行生产，由于卷材的长度远远大于板材的长度，减少了大量装料的辅助工时，延长了实际冲裁的工时。

3.批量生产条件下，可以向轧钢厂定制合乎理想要求宽度的卷材，可以进一步提高材料利用率，在同样采用之字形错位排料前题下，与开条料相比，材料利用率可提高约7％左右。

4.每次冲裁n个圆形薄板件，一方面提高生产率n倍，另一方面也充分利用冲床的生产能力，避免大马拉小车现象。

5.支承台座设置有具有升降装置的托装台车，使成吨的卷材能轻易、安全、快捷地安装在卷材支承台座的悬臂式支承轴上。

附图说明：

图1是现有冲裁1列圆形薄板件的条料及其排料示意图。

图2是列数n＝4按之字形错位排料的条料示意图。

图3是本发明列数n＝2的之字拉长错位阴模示意图。

图4是本发明在列数n＝2时，首次冲裁后圆孔在材料上的位置示意图。

图5是本发明在列数n＝2时，第二次冲裁后圆孔在材料上的位置示意图。

图6是本发明在列数n＝2时，第三次冲裁后圆孔在材料上的位置示意图。

图7是本发明在列数n＝3的之字拉长错位阴模示意图。

图8是本发明在列数n＝3时，首次冲裁后圆孔在材料上的位置示意图。

图9是本发明在列数n＝3时，第二次冲裁后圆孔在材料上的位置示意图。

图10是本发明在列数n＝3时，第三次冲裁后圆孔在材料上的位置示意图。

图11是本发明在列数n＝4的之字拉长错位阴模示意图。

图12、13和14是本发明在列数n＝4时，首次、第二次及第三次冲裁后圆孔在材料上的位置示意图。

图15是本发明在使用卷材时的设备布置示意图。

图16是本发明使用的支承台座结构示意图。

图17是图16的俯视图。

具体实施方式：

本发明是一种实现之字形错位排料每次冲裁n个圆形薄板件的方法和设备，它既可使用经开料或不开料的板材或者是卷材进行生产，特别是在使用按宽度要求定制的卷材时，能最大限度地发挥本发明的优势。现就分别以板材和卷材，不同的之字错位排料的列数n为例，对本发明作详细的叙述。

实施例1.使用板材，列数n＝2。

先将板材按公式(2-1)(D+a)×0.866+D+2a(其中D为圆形薄板件直径，a为搭边宽度)计算的宽度在剪床或开料机上进行开料成条料1(参见图4)。然后将该条料1用手工或喂入装置喂送入冲床工作台上的下模上。为便于落料，采用上模为阳模，下模为阴模，该阴模如图3所示是一个有两个圆形模孔A的之字拉长错位阴模2，该两个圆形模孔A的圆心在垂直于送料方向X的横向距离C＝0.866(D+a)，式中D为圆形薄板件直径(也即圆形模孔A的直径)，该横向距离C与条料1上按之字形错位排料时的两列圆形薄板件的中心线距离相同；而该两个圆形模孔A的圆心在送料方向X的距离B＝1.5(D+a)，比按之字形错位排料时相邻两个圆形薄板件圆心在送料方向X的距离0.5(D+a)大了一个圆形薄板件和搭边的距离，形成了将原先的彼此相互紧密相邻的之字形错位变为彼此拉开距离的新的之字拉长错位的排列方式。同样作为上模的两个阳模彼此也按上述的之字拉长错位排列，与两个圆形模孔A对应设置在冲床的滑块上。

条料1按双头级进料方式喂入冲床，即条料1初始进料时，应将其顶端进入到上述的之字拉长错位阴模2的两个阴模孔A之间，且该顶端距第一(按送料方向X排序)阴模孔A中心的距离≥D+1.5a时，停止进料，启动冲床进行第一次冲裁，即可在条料1的一侧冲裁出一个圆孔A’(参见图4)，然后将条料1沿送料方向X喂入D+a距离，再启动冲床进行第二次冲裁，则在条料1上再冲裁出两个圆孔A’，该三个圆孔A’在条料1上的布置如图5所示，沿第1列中心线I-I上相互间隔搭边距离a冲裁了两个圆孔A’，而在平行的第2列中心线II-II上冲裁了一个圆孔A’，该位于第2列中心线II-II上的圆孔A’与第1列中心线I-I上的第1个圆孔A’之间相距一个搭边距离a，该第1、2列中心线I-I、II-II的距离C＝0.866(D+a)。第二次冲裁后，条料1仍然D+a的喂入量送料，进行第三次冲裁，冲裁后在条料1上共形成了五个圆孔A’(见图6)，它们都是按之字形错位排列在条料1上，相邻的两个圆孔A’之间均相距搭边宽度a，而且圆孔A’与条料1两边的距离也为搭边宽度a。如此不断的进料、每次冲裁两个圆孔A’直至条料1在第2列中心线II-II上冲完最后一个圆孔A’将条料1按之字形错位排列用尽为止。圆孔A’中被冲裁下的即直径为D的工件。

实施例2.使用板材，列数n＝3。

先将板材按公式(3-1)(D+a)×0.866+D+2a计算的宽度开成条料1’(参见图8)，然后将条料1’用手工或喂入装置送入冲床工作台上的下模上，该下模为如图7所示的具有三个圆形模孔A的之字拉长错位阴模2’，其中两个圆形模孔A的圆心并排位于靠近冲床喂料口处垂直于送料方向X的同一直线上，该两个圆形模孔A的圆心距为2C＝2×0.866(D+a)；第三个圆形模孔A靠近冲床出料口处，其圆心与上述两圆形模孔A圆心在垂直于送料方向X的横向距离C＝0.866(D+a)，而在送料方向X的距离B＝1.5(D+a)，形成了呈两排排列的三孔之字拉长错位排列方式，同样作为上模的三个阳模也按上述距离与该三个圆形模孔A对应设置在冲床的滑块上。

条料1’按双头级进料方式喂入冲床，即条料的第一步是将条料1”的顶端越过近进料口的第一排两个并列的圆形模孔A，且使该该顶端距该第一排两个并列的圆形模孔A中心线的距离≥D+1.5a后，停止进料，启动冲床进行第一次冲裁，首次在条料1’上冲裁出两个圆孔A’(参见图8)，该两圆孔A’各自与条料1’对应的侧边有一搭边距离a，进料的第二步以及后续的进料都是按喂入D+a距离执行。当第二次冲裁后，条料1’上被冲出如图9所示的五个圆孔A’，图10则是第三次冲裁后和条料1’上留下的八个圆孔A’的位置图，如此每次于进料后在相互平行间隔为C＝0.866(D+a)的第1、2、3列中心线I-I、II-II、III-III上依次各冲裁一个圆孔A’，直至条料1’第2列中心线II-II上冲裁最后一个圆孔A’将条料1’按之字形错位排列用尽为止。

本实施例中，可将模具水平旋转180°安装在冲床上，如此，首次冲裁时仅在条料1’的中心线II-II上冲裁出一个圆孔A’，然后每次进料后分别在中心线I-I、II-II、III-III上各冲裁一个圆孔A’。

实施例3.使用板材，列数n＝4。

先将板材按公式(4-1)(D+a)×0.866+D+2a计算的宽度开成条料1”(参见图12)，安装在冲床工作台上的下模为具有四个圆形模孔A的之字拉长错位阴模2”(见图11)，该四个圆形模孔A按垂直于送料方向X排成两排，每排并列两个圆形模孔A，该并列的两个圆形模孔A的圆心距为2C＝2×0.866(D+a)，两排圆形模孔A的中心线的距离B＝1.5(D+a)，该四个圆形模孔A的圆心在垂直于送料方向X的横向距离C＝0.866(D+a)，形成了四孔之字拉长错位的排列方式。同样作为上模的四个阳模也按上述距离与该四个圆形模孔A对应设置在冲床的滑块上。

条料1”按双头级进料方式喂入冲床，首次进料将条料1”的顶端越过近进料口的第一排并列的两个圆形模孔A，且使该顶端距上述两个圆形模孔A中心线的距离≥D+1.5a后，停止进料，启动冲床进行第一次冲裁，在条料1”上冲出了如图12所示的两个圆孔A’，其中一个圆孔A’距条料1”侧边的距离为搭边距离a，该两个圆孔A’的中心距为2C＝2×0.866(D+a)，该两个圆孔A’的中心线距条料1”顶端的距离为≥D+1.5a。第二次进料以及后续进料的喂入量均为D+a，图13和图14分别为第二次及第三次冲裁后，条料1”上留下的六个和十个圆孔A’的位置图，从图中可以清晰地看出连续的两次冲裁即可在材料上完整地按之字形错位排料完成一行冲裁。(见图中的之字形折线E)，如此每次于进料后，在相互平行间隔为C＝0.866(D+a)的第1、2、3、4列中心线I-I、II-II、III-III、IV-IV上依次各冲裁一个圆孔A’，直至条料1”第2、4列中心线II-II、IV-IV上分别冲裁一个圆孔A’将条料1”按之字形错位排列用尽为止。

从上述三个实施例中，可得知，本发明是将原本在相距0.5(D+a)的两条平行中心线上错位布置形成的一排相互仅隔一个搭边距a的一排之字形错位排列的圆孔，分解成在相距B＝1.5(D+a)两条平行中心线布置的两排圆孔，每排内的圆孔圆心相互间隔2C＝2×0.866(D+a)距离，而两排之间对应圆孔圆心的横向距离C＝0.866(D+a)，依此设计的模具，其阴模各圆形模孔A相互之间具有足够大的间距，足以保证模具的强度，不会产生爆模的事故；而阴模上的这两排圆形模孔A的数量在总数(也即之字形错位排列的列数)n为偶数时，每排的圆形模孔A数量相等，n为奇数时，近冲床进料口的第一排圆形模孔A比另一排多一个，或者第二排的圆形模孔A多一个，该阴模与相对应的阳模即构成了之字拉长冲裁模。使用该之字拉长冲裁模配合双头级进料的喂入方式，即首次进料时，材料的首端越过该之字拉长冲裁模第一排圆形模孔A圆心达≥D+1.5a距离时停止进料，进行冲裁，仅在材料上冲出位于之字形错位排列下方的各圆孔A’，第二次按喂入量D+a进料，在材料上冲裁出两排共n个圆孔A’，其中由阴模第二排圆形模孔A冲裁出的各圆孔A’正好嵌在首次冲裁出的之字形错位排列的上方位置，而阴模第一排圆形模孔A在材料上冲裁出的一排圆孔又处于第二排之字错位排列中的下方位置上，如此不断的以D+a的喂入量进料，直至最后一次进料后仅在模具第二排圆形模孔A上冲裁，将材料上最后一个之字形错位排料中上方的各圆孔A’冲出，即可将材料除首、末两次冲裁外，每次可冲裁与列数n相同的n个直径与圆形模孔A或圆孔A’直径D一致的圆形薄板件，且按列数为n的之字形错位排列方式将材料用尽。在本发明中每次冲裁的数量或之字形错位排列的列数n主要由冲床的冲力、圆形薄板件的直径D、材料的厚度和材料强度决定，同时还要兼顾冲床工作台在垂直于进料方向的宽度大小，也即冲床的冲力应大于等于n个工件的材料剪切阻力，工作台的宽度应大于n个工件按之字形错位排列的宽度。

当列数n足够大到按公式(n-1)(D+a)×0.866+D+2a计算的宽度接近现有规格的板材宽度时，可以直接选用该规格板材，或者专门订购该宽度的板材。

本发明不仅适用于板材，同样适用于卷材，但与使用板材时在设备上除冲床4(见图15)，安装在滑块41上的之字延长错位阳模3、安装在工作台42上的之字延长错位阴模2和喂入装置5外，在喂入装置一侧，还需依次设置有辗平机构6和卷材支承台座8。卷材9支承在卷材支承台座8可转动的支承轴上，弯曲的卷材被引出，再经辗平机构6辗平成平板状后，由喂入装置按双头级进料方式送至冲床4工作台42上的之字延长错位阴模2上，由相对设置的之字延长错位阳模3完成按之字形错位排列方式将卷材9用尽。由于卷材9的长度远远大于一般的板材，不仅减少了上料的次数，缩短了上料的辅助工时，提高了工作时间利用率，而且消除了两条料首尾的材料浪费，提高了材料的利用率，如果能按冲床的冲力、圆形薄板件直径、板厚、材料强度决定的一次可冲裁的圆形薄板件数量n，按公式0.866(n-1)(D+a)+D+2a计算卷材的宽度，据该宽度向钢厂定购专用的卷材9，如此则可充分发挥本发明在提高生产率的同时提高材料利用率的特点。

本发明为了提高卷材9在卷材支承台座8上装料的效率和操作省力和方便性，在卷材支承台座8上设置有具升降装置的托装台车7(参见图16和图17所示)，该托装台车7可在卷材支承台座8的轨道84上作垂直于送料方向X的横向移动。在该卷材支承台座8一侧的立柱83上设置有悬臂式支承轴81，于该悬臂式支承轴81设置有涨式蹄爪82。装卷材9时，涨式蹄爪82向内收拢，托装台车7向远离立柱83的方向推移，使其上方不受悬臂式支承轴81的约束，用吊车将卷材9吊置于托装台车7的V形铁71上，然后启动托装台车7的升降装置72将V形铁71连同其上的卷材9一起上升直至卷材9的中心孔与悬臂式支承轴81对准，再将托装台车7向立柱83方向推移，使悬臂式支承轴81伸入卷材9的中心孔内，使涨式蹄爪82外涨卡住卷材9中心孔内壁，最后下降V形铁71，使其与卷材9脱离接触，完成卷材9的装料工作。

Claims (4)

1、一种圆形薄板件的冲裁制造方法，包含用机械或手工将板材就位于冲床模具的喂入工序、冲裁下料工序和废料收集工序，其特征在于：所使用的冲床模具为具有n个阳模和与阳模匹配的n个阴模的之字后延错位模具；所述的喂入工序为初始进料量以材料首端越过模具第一排模孔中心的距离为大于等于工件直径D加上1.5倍搭边距离a之和，继后的喂入量为工件直径D加上搭边距离a的双头级进料的喂入工序。

2、根据权利要求1所述的圆形薄板件的冲裁制造方法，其特征在于：使用板材或板材开料的条料或者成卷的卷材。

3、一种使用权利要求1或权利要求2的圆形薄板件的制造设备，包含喂入装置、冲床和冲裁模具，其特征在于：该冲床应具备一次冲裁n个圆形薄板件的功率和其工作台在垂直于进料方向的宽度≥条料或卷材的宽度；该之字后延错位模具将各自对应的n个阳模和阴模按垂直于进料方向的横向顺序分成相距B＝1.5(D+a)的两排，每排内阳模或阴模的圆心距为2C＝2×0.866(D+a)，两排之间对应的阳模或阴模圆心的横向距离为C＝0.866(D+a)。

4、根据权利要求3所述的圆形薄板件的制造设备，其特征在于：在喂入装置一侧，依次设置有辗平机构和卷材支承台座；该卷材支承台座包含悬臂式支承轴、设置在该悬臂式支承轴上的涨式蹄爪和具有升降装置的托装台车。

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