CN101386045B - 用于制造具有增大的功能面的冲压件的方法和装置 - Google Patents

用于制造具有增大的功能面的冲压件的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于制造具有增大的功能面的冲压件的方法和装置，特别是由条带精密冲裁工件，其中所述条带在闭合时被夹紧在上部件与下部件之间，所述上部分包括冲裁凸模、用于所述冲裁凸模的导向板、设置在所述导向板上的齿圈和退料器，所述下部件包括冲裁凹模、顶出器和内轮廓凸模，并将所述齿圈被压入所述条带中。

Description

用于制造具有增大的功能面的冲压件的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于制造具有增大的功能面的冲压件的方法，特别是由条带精密冲裁工件的方法，其中所述条带在合模时被夹紧在上部件与下部件之间，所述上部分包括冲裁凸模、用于所述冲裁凸模的导向板/压板、设置在所述导向板上的齿圈、以及退料器，所述下部件包括冲裁凹模和顶出器，所述齿圈被压入所述条带中。
本发明还涉及一种用于制造具有增大的功能面的冲压件的装置，特别是由条带精密冲裁工件的装置，所述装置具有两件式模具，所述模具至少包括冲裁凸模、用于所述冲裁凸模的导向板、设置在所述导向板上的齿圈、退料器、冲裁凹模和顶出器，其中所述条带被夹紧在导向板和冲裁凹模之间，而所述齿圈被压入所述条带中。
背景技术
在精密冲裁和变形技术中主要加工钢材。其中涉及多种应用材料，包括简单的结构钢直至高强细晶粒钢。“材料”资源在近年来具有重要意义。通过最优地利用材料可显著影响构件的制造成本。高强度钢实现了在强度性能相同的情况下的较薄壁的构件。
在大多数情况下，冲裁面/切割面在精密冲裁时起功能面的作用，因此凹缩(Einzug)是一个成本因素。
精密冲裁件的典型特征是塌角(Kanteneinzug)和切口毛刺。特别是在圆角处出现凹缩，该凹缩随圆角半径的变小和板厚的增加而增大。凹缩深度可约为板厚的30％，而凹缩宽度可为板厚的40％，或更多(见DIN3345，Feinschneiden，1980年8月)。所述凹缩由此与材料厚度和材料质量有关，使得仅可以有限地对其进行控制，并且通常例如由于使在齿部件中的棱不锋利或者由于所引起的部件功能长度的变化而限制部件的功能。
因此，冲压凹缩减弱了部件功能，迫使制造商使用较厚的原材料。
已知有很多解决方案，这些解决方案尝试通过整修(CH 665 367 A5)、修刮(DE 197 38 636 A1)或者在冲裁期间的材料移动(EP 1 815 922 A1)来消除塌角。
根据CH 665 367 A5和DE 197 38 636 A1的已知的解决方案不是减小塌角，而是复杂地修整部件，因此一方面附加的加工过程和模具需要提高成本，另一方面由于必需使用较厚的材料而引起相应的材料损失。
在根据EP 1 815 922 A1的已知的解决方案中，在单工位/级(Stufe)设备中以至少两个时间上前后相继的步骤顺序沿不同的冲裁方向加工工件，其中在第一冲裁过程中，沿竖直的工作方向冲裁出凹缩很小的与工件几何相匹配的半成品，而在至少一个另外的冲裁过程中，沿相反的工作方向对部件精密冲裁。在此，第一分步骤的凹缩至少在角区域内会被再次填充。然而，这种已知的方法主要用于避免出现突出的切口毛刺。
另外，在这种已知的解决方案中没有最终消除凹缩，并且材料体积/量沿着冲裁线移动，这增大了形成裂缝的风险。
发明内容
基于所述现有技术，本发明的目的在于，在不使材料沿着冲裁线移动的情况下，有针对性地通过在部件几何内产生与体积相对应的凹缩，同时在节省材料的情况下镦缩较薄精密冲裁件上的功能面，来在很大程度上避免(出现)塌角。
所述目的通过开头所述类型的具有权利要求1所述特征的方法和具有权利要求10和11所述特征的装置来实现。
所述方法和装置的有利的实施形式可由从属权利要求得到。
根据本发明的解决方案的突出之处在于，首次实现了：在无需修整以及材料不沿着冲裁线移动的情况下，经济地将精密冲裁方法应用于例如带有锋利棱边的、中等和较大厚度的带齿部件的部件。
这是通过以下方式实现：即在冲裁开始前，在被夹紧的、未处理的条带上逆着冲裁方向利用预成型元件进行与冲裁方向相反的预成型，该预成型在大小和几何方面与在冲裁凹模中冲裁时的预期塌角再加上一附加值相当，并在凹缩侧上产生镜象形式的材料体积。随着冲裁的开始和在冲裁期间，由预成型元件支撑被夹紧的条带的这样预成型的区域。
特别的优点在于，预成型的工艺参数，例如待预成型的区域的几何和材料体积，根据工件的材料类型、形状和几何通过虚拟的变形模拟确定。从而快速并结合实际地设计预成型元件，特别是确定预成型元件上的预成型角。
然而，预成型的工艺参数也可通过对实际制造的精密冲裁件的测量反复确定，这也在本发明的范围内。
根据本发明的方法可以可变地应用。因此，在模具内的分离的预制工位中的预成型可设计成连续冲裁/级进冲裁。然而，如果顶出器同时用作预成型元件，则预成型也可毫无问题地在复合冲裁中实施，其中根据本发明的方法的复合冲裁能特别有利地用于较薄的部件。
因此，根据本发明的方法涵盖了对在宽泛的尺寸范围内的部件的精密冲裁，所述部件例如在复合冲裁中直至中等厚度和小至中等尺寸的部件，和在连续冲裁中直至大厚度和尺寸的部件。
根据本发明的装置具有简单而结实的结构。在采用连续冲裁的情况下，在凹缩侧设有至少一个逆着冲裁方向起作用的、设置在冲裁工位上游的压印凸模用于材料体积的相反的预成型，所述材料体积与预期的塌角相匹配，其中该压印凸模在其作用侧上具有轮廓或预成型角，该轮廓或预成型角与预期的塌角的几何加上一附加值相当。对于复合冲裁，在凹缩侧设有至少一个逆着冲裁方向起作用的、配属于该冲裁工位的顶出器用于材料体积的相反的预成型，所述材料体积与预期的塌角相匹配，其中该顶出器在其作用侧上具有轮廓或预成型角，所述轮廓或预成型角与预期的塌角的几何加上一附加值相当，其中该顶出器在冲裁时支撑已预成型的区域。
在连续冲裁中的压印凸模的预成型角以及在复合冲裁中的顶出器的预成型角约为20°至40°。
进一步的优点和细节由下述参照附图的说明得到。
附图说明
下面根据一实施例详细说明本发明。
图中示出：
图1示出根据本发明的装置的示意图，该装置具有用于预成型在闭合的模具中夹紧于上部件和下部件之间的条带的凹缩几何的分离的预制工位，
图2示出按照图1的根据本发明的装置的简化示意图，其中条带在闭合的模具中被冲断，
图3示出具有预成型角的压印凸模的放大视图，
图4a和4b(分别)示出根据现有技术预成型的和根据本发明的预成型的塌角几何的示意图，
图5示出压印凸模与条带的被预成型的区域相协调的示意图，以及
图6示出在进行和不进行预成型的情况下，根据本发明方法制造的传动件的例子。
具体实施方式
图1示出按照本发明的装置的原理结构，该装置包括上部件1和下部件2。上部件1包括具有齿圈3的导向板4、在该导向板4中引导的冲裁凸模5和退料器6。下部件2由冲裁凹模7和顶出器9构成。由合金不锈钢制成的厚度为4.5mm的条带10——由该条带可根据本发明的方法制造出具有齿部12的传动件11——根据模具的所示位置状态被夹紧在导向板4和冲裁凹模7之间，齿圈3已压入条带10中，这样便通过作用的齿圈力防止了材料在冲裁期间跟随流动(Nachflieβen)。
预制工位包括在下部件2中引导的、设计成预成型元件V的压印凸模13，该压印凸模在其作用侧14上具有预先通过虚拟的变形模拟确定的预成型角α并配设有轮廓15，该轮廓15与预期的带有由经验值得到的附加值的凹缩的几何相对应。夹紧在上部件1和下部件2之间的条带的预成型通过压印凸模13实现，该压印凸模的作用方向与冲裁凸模5的冲裁方向SR相反。压印凸模13在其进给运动时使条带10变形到，使得压印凸模的作用侧14的轮廓15以其预成型角α运动到条带的材料中，该运动的量与凹缩的几何相匹配，并使条带10在凹缩侧上变形，该变形与预期的凹缩的体积相当。图3示出在其作用侧上具有相应轮廓15的压印凸模13的例子。可以看出，所述轮廓刚好与凹缩的几何相对应。
(0025段)根据工件的材料类型、形状和几何，通过虚拟的变形模拟来确定用于预成型的工艺参数，例如几何(亦即凹缩高度和凹缩宽度)以及材料体积(亦即凹缩体积)，在该变形模拟中显示出变形过程中的材料流动，并分析应变和等效应力/比较应力，以便确定是否可以改变形状以及模具元件是否能承受载荷。然而，用于预成型的工艺参数也可以在实际的精密冲裁件上通过单独测量凹缩高度、凹缩宽度和确定凹缩体积来得出。为此需要一系列的试验及相应的分析，以便能够在此基础之上相应地设计压印凸模13。
当然，代替分离的、这里详细说明的预制工位，也可以根据预期的塌角几何使用顶出器9作为用于预成型夹紧的条带的预成型元件。
在图4a、4b、5和6中示出用于理解根据本发明的方法的相关内容。
图4a示出在精密冲裁件上形成的凹缩，该精密冲裁件是在不应用本发明的情况下制成的。根据DIN6930和VDI规程2906，所述凹缩E由塌角高度h和塌角宽度b限定，而形成的毛刺由切口毛刺高度和切口毛刺宽度限定。确定的公识是，毛刺体积相对于凹缩体积V小数倍。因此，在一定程度上减小了体积。一方面，该体积大部分移动到部件的外轮廓的后面，另一方面，小量的体积由于材料的硬化/加强而消失。
在剪切时，拉力施加到材料中，该拉力最终大于原子晶格中的结合力。这导致冲裁凸模5和冲裁凹模7的相邻平面之间出现滑移/断裂。但在实际的剪切之前已发生导致塌角E的塑性变形。
对于待按照本发明的方法制造的部件的各种几何，确定预期的塌角的尺寸和体积V。这可如在0025段所述的那样，通过变形模拟或者通过对实际部件的直接测量来进行。
在图4b中示意性示出，这样确定的塌角E沿反向以镜象的形式形成在凹缩侧上。这由利用压印凸模13进行的相应的预成型实现，该压印凸模设有与预期的塌角E的几何关系相匹配的、具有预成型角α的轮廓15。
由图5可见，压印凸模13上的轮廓15与条带10的预成型的部分特别好地协调。在顶出器侧上，由压印凸模13上的轮廓15支撑预成型的部分，而在导向侧上产生空腔，这是因为冲裁凸模5回退了凹缩高度h。所述协调的结果是空腔H，不过该空腔由于毛刺的体积明显小于凹缩的体积而不能完全填充。由于通过冲裁凹模4的侧向限制，阻止了材料的偏移并使材料相应地变形，这导致在凹缩E的范围内使影响区附加地硬化。
图6示出根据本发明方法制成的传动件11的例子，其中在齿顶测得的凹缩深度减小了36％。
附图标记列表
1    精密冲裁模具的上部件
2    精密冲裁模具的下部件
3    齿圈
4    导向板
5    冲裁凸模
6    退料器
7    冲裁凹模(凹模)
9    顶出器
10   条带
11   传动件
12   齿部
13   压印凸模/顶出器
14   13的作用侧
15   13的轮廓
E    塌角
b    塌角宽度
h    塌角高度
H    空腔
SR   冲裁方向
V    凹缩体积
α    预成型角

Claims (14)

1.一种用于制造具有增大的功能面的冲压件的方法，所述冲压件是由条带精密冲裁的工件，其中所述条带在闭合时被夹紧在上部件与下部件之间，所述上部件包括冲裁凸模、用于所述冲裁凸模的导向板、设置在所述导向板上的齿圈、以及退料器，所述下部件包括冲裁凹模、顶出器和内成型凸模，所述齿圈被压入所述条带中，其特征在于：在冲裁开始前，在被夹紧的、未处理的条带上逆着冲裁方向利用预成型元件进行相反的预成型，该预成型在大小和几何方面与在冲裁凹模中冲裁时的预期塌角再加上一附加值相当，并在凹缩侧上产生镜象形式的材料体积；随着冲裁的开始和在冲裁期间，由预成型元件支撑被夹紧的条带的预成型的区域。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：根据工件的材料类型、形状和几何通过虚拟的变形模拟确定在待预成型的区域内的预成型的工艺参数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：根据工件的材料类型、形状和几何通过对至少两个实际的精密冲裁件的测量反复确定在待预成型的区域内的预成型的工艺参数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述预成型在分离的预制工位中或者在冲裁过程之前在公共的工位中实现，所述工位的工艺参数分别根据求得的塌角进行调整。
5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于：使用塌角的几何和材料体积作为工艺参数。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：使用压印凸模作为所述预成型元件。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：朝向导向板进行所述预成型，并在连续冲裁中冲裁出厚度直到10mm的部件。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：使用精密冲裁模具的顶出器作为所述预成型元件。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述预成型朝向冲裁凸模进行，并在复合冲裁中冲裁出中等厚度的、3至7mm的、小尺寸和中等尺寸的部件。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：没有材料沿着由冲裁凹模和冲裁凸模确定的冲裁线移动。
11.一种用来执行根据权利要求1所述的方法的、用于制造具有增大的功能面的冲压件的装置，所述冲压件是由条带精密冲裁的工件，所述装置具有两件式模具，所述模具至少包括冲裁凸模(5)、用于所述冲裁凸模(5)的导向板(4)、设置在所述导向板上的齿圈(3)、退料器(6)、冲裁凹模(7)和顶出器(9)，其中所述条带被夹紧在导向板(4)和冲裁凹模(7)之间，而所述齿圈被压入所述条带中，其特征在于：在凹缩侧设有至少一个逆着冲裁方向(SR)起作用的、设置在冲裁工位上游的压印凸模(13)用于材料体积(V)的相反的预成型，所述材料体积与预期的塌角(E)相匹配，其中所述压印凸模(13)和在冲裁工位中的所述顶出器分别在其作用侧上具有轮廓(15)或预成型角(α)，所述轮廓或预成型角与预期的塌角的几何加上一附加值相当，其中所述顶出器(9)在冲裁时支撑已预成型的区域。
12.一种用来执行根据权利要求1所述的方法的、用于制造具有增大的功能面的冲压件的装置，所述冲压件是由条带精密冲裁的工件，所述装置具有两件式模具，所述模具至少包括冲裁凸模(5)、用于所述冲裁凸模(5)的导向板(4)、设置在所述导向板上的齿圈(3)、退料器(6)、冲裁凹模(7)和顶出器(9)，其中所述条带被夹紧在导向板(4)和冲裁凹模(7)之间，而所述齿圈被压入所述条带中，其特征在于：在凹缩侧设有至少一个逆着冲裁方向(SR)起作用的、配属于该冲裁工位的顶出器(13)用于材料体积(V)的相反的预成型，所述材料体积与预期的塌角(E)相匹配，其中所述顶出器(13)在其作用侧上具有轮廓(15)或预成型角(α)，所述轮廓或预成型角与预期的塌角的几何加上一附加值相当，其中所述顶出器在冲裁时支撑已预成型的区域。
13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于：在所述压印凸模上的和顶出器(13)上的预成型角(α)为20°至40°。
14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于：在所述顶出器(13)上的预成型角(α)为20°至40°。
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