CN102049444A - 平面压边半精冲装置及方法 - Google Patents

Abstract

平面压边半精冲装置及方法，设有平面压板和凹模，冲压工件时，平面压板以压边力压在工件毛坯上工件轮廓的外边，压边力使工件毛坯表面与平面压板和凹模间产生很大的摩擦力，阻止工件毛坯材料流出工件轮廓以外。与冲压力相配合，挤压区内的工件毛坯材料内部产生三维压应力并产生塑性流动，促使三维方向的压应力数值趋向一致，工件轮廓内的工件毛坯材料处于静水压力状态并具有最大的塑性变形范围，减小了剪切变形区拉应力产生的区域，防止了工件的断面表面出现裂纹。使用本发明的平面压边半精冲装置及方法，可以使用普通冲压机，模具的加工简单，工件毛坯上的加压区域不会产生损伤，加工成本低，工件质量高，便于在冲压行业推广应用。

Description

平面压边半精冲装置及方法

技术领域

本发明涉及一种半精冲方法，特别涉及一种平面压边半精冲装置及方法。

背景技术

齿圈压边精冲工艺是目前应用最广泛的精冲工艺，具有优质、高效、低耗和使用范围宽的特点。因此，在汽车及摩托车、办公设备、钟表、缝纫机和照相机等产品的精密零部件加工领域得到了广泛应用。但是齿圈压边精冲工艺需要使用能够提供主冲力、压边力和反压力三种机械力的专用压力机，而这类专用压力机的造价是普通压力机的5至10倍，严重影响了齿圈压边精冲工艺的推广应用。齿圈压边精冲工艺使用的模具需要在压边板上加工三角形断面的齿圈，用于阻挡工件毛坯材料水平流动以产生三向应力，模具加工复杂，成本高。对于冲裁内轮廓的零件，使用齿圈挤压工件毛坯，必然在工件上留下齿圈压痕，破坏工件的表面质量，从而影响齿圈压边精冲工艺的推广和应用。

发明内容

为了克服齿圈压边精冲工艺所需设备复杂、模具成本高、损伤工件毛坯表面的缺陷，本发明提出一种平面压边半精冲装置，及实现平面压边半精冲的方法，所采用的技术方案是：

平面压边半精冲装置，在冲压模具的轴向接合面的上侧设置平面压板，在轴向接合面下侧设置凹模，平面压板和凹模的轮廓和尺寸均大于工件的轮廓和尺寸；平面压板上沿冲压方向设置凸模滑道，一柱状凸模设置在凸模滑道中，并与凸模滑道滑动连接；凹模上沿冲压方向设置反顶板滑道，一柱状反顶板设置在反顶板滑道中，并与反顶板滑道滑动连接；反顶板滑道的位置与凸模滑道的位置相对应。

凸模下端外边缘或凹模上端的内边缘设置圆角，圆角半径的数值范围是：

圆角半径＝(0.05～012)×工件毛坯板料厚度。

圆角半径优选的数值范围是：

圆角半径＝0.05×工件毛坯板料厚度。

凸模的外表面与凹模内壁间设有模具间隙，模具间隙的数值范围是：

模具间隙＝(0.01～0.03)×工件毛坯板料厚度。

模具间隙优选的数值范围是：

模具间隙＝(0.01～0.02)×工件毛坯板料厚度。

平面压板设置弹性机构，弹性机构为氮气弹簧弹性机构或聚氨酯橡胶弹性机构。

使用平面压边半精冲装置的平面压边半精冲方法，冲裁工件时，平面压板下行，以压边力压在工件毛坯上工件轮廓的外边；之后凸模对工件毛坯施加向下的冲压力，同时反顶板对工件毛坯施加向上的反顶力。

压边力的数值范围是：

压边力＝(0.4～1)×工件毛坯材料的屈服极限×压边面积。

反顶力的数值范围是：

反顶力＝(04～1)×工件毛坯材料的屈服极限×冲压面积。

压边力优选的数值范围是：

压边力＝(0.6～0.85)×工件毛坯材料的屈服极限×压边面积。

反顶力优选的数值范围是：

反顶力＝(0.5～08)×工件毛坯材料的屈服极限×冲压面积。

本发明的平面压边半精冲方法，采用上述技术方案所能取得的技术效果是：

使用平面压板代替齿圈，可以在不损伤工件毛坯表面的情况下，将工件毛坯挤压在平面压板和凹模之间，利用强大的摩擦力阻止工件毛坯材料沿水平方向流出工件轮廓的范围。凸模和反顶板对工件毛坯的挤压会使工件轮廓内的工件毛坯材料产生强大的压应力，在工件毛坯材料无法沿水平方向流出工件轮廓范围的情况下，变形区内的工件毛坯材料内部会产生三维方向的压应力，变形区内的工件毛坯材料在强大的压应力作用下不可避免地产生塑性流动，使变形区内工件毛坯材料承受的三维方向压应力的数值趋向一致而处于静水压力状态，并具有最大的塑性变形范围，以有效地减小冲裁过程中拉应力产生的区域，抑制裂纹的产生和扩大，明显提高工件断面的质量。

模具端面的圆角设置在凸模或凹模与工件毛坯接触的端面的边缘，可以提高工件的断面质量。推荐的模具端面的圆角半径数值，可以有效减小模具刃口处工件毛坯材料剪切区的应力集中现象，增强对工件断面的挤压作用，减小拉应力的产生，明显提高工件断面的质量。其中优选的圆角半径＝0.05×工件毛坯板料厚度，一般情况下可以取得最好的工件质量。

本发明推荐的模具间隙小于普通冲压工艺的模具间隙，可以减小冲压过程中拉应力产生的区域，减少裂纹的产生和扩大，提高工件断面质量。其中优选的模具间隙＝(0.01～0.02)×工件毛坯板料厚度，一般情况下可以取得最好的工件质量。

平面压板由弹性机构驱动提供压边力，可以简化冲压设备的结构，降低成本，便于本发明的平面压边半精冲装置的推广和应用。弹性机构为氮气弹簧弹性机构，便于压边力的操作和控制，便于设置和调整压边力的大小和分布状况。弹性机构为聚氨酯橡胶弹性机构，可以使用最简单、成本最低的机构提供稳定可靠的压边力。

将工件毛坯挤压在平面压板和凹模之间，可以利用强大的摩擦力阻止工件毛坯材料沿水平方向流出工件轮廓的范围。在工件的冲裁过程中，凸模和反顶板对工件毛坯的挤压会使工件轮廓内的工件毛坯材料产生强大的压应力，在工件毛坯材料无法沿水平方向流出工件轮廓范围的情况下，变形区内的工件毛坯材料内部会产生三维方向的压应力，变形区内的工件毛坯材料在强大的压应力作用下不可避免地产生塑性流动，使变形区内工件毛坯材料承受的三维方向压应力的数值趋向一致而处于静水压力状态，并具有最大的塑性变形范围，以有效地减小冲裁过程中拉应力产生的区域，抑制裂纹的产生和扩大，明显提高工件断面的质量。

推荐的压边力的数值，可以使平面压板和凹模挤压工件毛坯产生足够大的摩擦力。根据经验，超出推荐范围的压边力不会降低冲裁断面的质量，因此压边力只要不低于推荐的压边力的低值，即可保证冲裁加工的质量，极大地方便了压边力的调整和控制。

推荐的反顶力的数值范围，可以使挤压区内的工件毛坯材料产生适宜的压应力，并在压边力的配合下，促使挤压区内的工件毛坯材料处于三维压应力的状态，具有较大的塑性变形范围和剪切变形区内较小的拉应力区域。

当优选的压边力＝(0.6～0.85)×工件毛坯材料的屈服极限×压边面积，一般情况下可以取得最好的冲裁质量。

当优选的反顶力＝(0.5～0.8)×工件毛坯材料的屈服极限×冲压面积，可以促使挤压区内的工件毛坯材料处于最理想的三维压应力的状态，具有最大的塑性变形范围和剪切变形区内最小的拉应力区域，从而取得最好的冲裁质量。

使用本发明的平面压边半精冲装置及方法，可以使用普通冲压机实现半精冲加工，所用模具的加工工艺简单，工件毛坯上施加压边力的区域不会产生损伤，加工成本低，工件质量高，便于在冲压行业推广应用。

附图说明

附图1是本发明的平面压边半精冲装置冲压过程的结构示意图。

附图2是本发明的平面压边半精冲装置冲压过程中剪切区域的结构示意放大图。

附图中的标示含义如下：

1-平面压板，2-凹模，21-圆角，3-凸模，31-模具间隙，32-凸模滑道，4-反顶板，41-反顶板滑道，5-工件，6-工件毛坯废料。

具体实施方式

本发明的平面压边半精冲装置及方法，采用普通压力机和冲压模具进行冲压加工，冲压模具的结构如附图1所示。

在冲压模具的轴向接合面的上侧，设有平面压板1，平面压板1的轮廓和尺寸大于工件5的轮廓和尺寸，平面压板1上沿冲压方向设置凸模滑道32，凸模滑道32内设置柱状的凸模3，凸模3的断面形状和尺寸与工件5的形状和尺寸相适应，凸模滑道32断面的形状和尺寸，与凸模3断面的形状和尺寸相适应，凸模3与凸模滑道32滑动连接，在冲压模具的轴向接合面的下侧，设有凹模2，凹模2的轮廓和尺寸与平面压板1的轮廓和尺寸相适应，凹模2上沿冲压方向设置反顶板滑道41，反顶板滑道41的位置与凸模滑道32的位置相对应，反顶板滑道41内设置柱状的反顶板4，反顶板滑道41断面的形状和尺寸与凸模3的形状和尺寸相适应，反顶板4断面的形状和尺寸与反顶板滑道41断面的形状和尺寸相适应，反顶板4与反顶板滑道41滑动连接。

凸模3的外表面与反顶板滑道41的内壁间设有模具间隙31，模具间隙31推荐的数值范围是：

模具间隙＝(0.01～0.03)×工件毛坯板料厚度，通常工件毛坯材料的屈服极限较高时，括号内的系数取值较大，其中当优选的模具间隙＝(0.01～002)×工件毛坯板料厚度时，一般情况下可以取得最好的冲裁质量。

冲压孔壁的凸模3或冲压外轮廓的凹模2与工件毛坯接触的端面的边缘设置圆角21，圆角半径21推荐的数值范围是：

圆角半径＝(0.05～0.12)×工件毛坯板料厚度，通常工件毛坯材料的屈服极限较高时，括号内的系数取值较大，其中当优选的圆角半径＝0.05×工件毛坯板料厚度时，一般情况下可以取得最好的冲裁质量。

平面压板设置弹性机构，弹性机构可以是氮气弹簧弹性机构或聚氨酯橡胶弹性机构。

冲压工件5时，平面压板1下行，以压边力压在工件毛坯上工件5轮廓的外边，压边力推荐的数值范围是：

压边力＝(0.4～1)×工件毛坯材料的屈服极限×压边面积，通常工件毛坯材料的屈服极限较高时，括号内的系数取值较大。其中当优选的压边力＝(0.6～0.85)×工件毛坯材料的屈服极限×压边面积时，一般情况下可以取得最好的冲裁质量。

当凸模3对工件5轮廓内的工件毛坯材料施加冲压力的压力进行冲压时，反顶板4对工件5轮廓内的工件毛坯材料施加相反方向的反顶力的压力，反顶力推荐的数值范围是：

反顶力＝(0.4～1)×工件毛坯材料的屈服极限×冲压面积，通常工件毛坯材料的屈服极限较高时，括号内的系数取值较大，其中当优选的反顶力＝(0.5～0.8)×工件毛坯材料的屈服极限×冲压面积时，一般情况下可以取得最好的冲裁质量。

本发明的平面压边半精冲装置及方法，不受上述实施例的限制，凡是利用本发明的原理和结构，经过变换和代换所形成的技术方案，都在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.平面压边半精冲装置，其特征在于：在冲压模具的轴向接合面的上侧设置平面压板，在所述轴向接合面下侧设置凹模，所述平面压板和凹模的轮廓和尺寸均大于工件的轮廓和尺寸；所述平面压板上沿冲压方向设置凸模滑道，一柱状凸模设置在所述凸模滑道中，并与所述凸模滑道滑动连接；所述凹模上沿冲压方向设置反顶板滑道，一柱状反顶板设置在所述反顶板滑道中，并与所述反顶板滑道滑动连接；所述反顶板滑道的位置与所述凸模滑道的位置相对应。

2.根据权利要求1所述的平面压边半精冲装置，其特征在于：所述凸模下端外边缘或凹模中反顶板滑道上端的内边缘设置圆角，所述圆角半径的数值范围是：

圆角半径＝(0.05-0.12)×工件毛坯板料厚度。

3.根据权利要求2所述的平面压边半精冲装置，其特征在于：所述圆角半径优选的数值范围是：

圆角半径＝0.05×工件毛坯板料厚度。

4.根据权利要求1所述的平面压边半精冲装置，其特征在于：所述凸模的外表面与所述反顶板滑道的内壁间设有模具间隙，所述模具间隙的数值范围是：

模具间隙＝(0.01-0.04)×工件毛坯板料厚度。

5.根据权利要求4所述的平面压边半精冲装置，其特征在于：所述模具间隙优选的数值范围是：

模具间隙＝(0.01-0.02)×工件毛坯板料厚度。

6.根据权利要求1-5之一所述的平面压边半精冲装置，其特征在于：所述平面压板设置弹性机构，所述弹性机构为氮气弹簧弹性机构或聚氨酯橡胶弹性机构。

7.使用如权利要求1～6所述的平面压边半精冲装置的平面压边半精冲方法，其特征在于：冲裁工件时，平面压板下行，以压边力压在工件毛坯上工件轮廓的外边；之后凸模对所述工件毛坯施加向下的冲压力，同时反顶板对所述工件毛坯施加向上的反顶力。

8.如权利要求7所述的平面压边半精冲方法，其特征在于：所述压边力的数值范围是：

压边力＝(0.4-1)×工件毛坯材料的屈服极限×压边面积，

所述反顶力的数值范围是：

反顶力＝(0.4-1)×工件毛坯材料的屈服极限×冲压面积。

9.根据权利要求8所述的平面压边半精冲方法，其特征在于：所述压边力优选的数值范围是：

压边力＝(0.6-0.85)×工件毛坯材料的屈服极限×压边面积。

10.根据权利要求8所述的平面压边半精冲方法，其特征在于：所述反顶力优选的数值范围是：

反顶力＝(0.5-0.8)×工件毛坯材料的屈服极限×冲压面积。

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