CN102405127A - 钢制冲孔刀 - Google Patents

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punching
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Abstract

根据本发明的钢制冲孔刀适于从纸张、卡纸板、卡纸、波纹纸板、塑料片、皮革橡胶等冲压出具有任何形状的部分，并且其包括刀体(4)，该刀体(4)具有位于一端的切削刃(2)和与切削刃(2)相对的可变形的后部(3)。切削刃(2)比后部(3)的至少一部分要硬。后部(3)包括V形后边缘(3b)，该V形后边缘(3b)具有两个倾斜侧，在两个倾斜侧之间限定出倾斜角。后边缘(3b)的在其基部处的最大宽度小于刀体(4)的宽度，使得在后边缘(3b)与刀体(4)相遇的位置处存在台肩(9)。

Description

钢制冲孔刀
技术领域
本发明涉及一种钢制冲孔刀，所述钢制冲孔刀用于从纸张、卡纸板(cardboard)、卡纸(paperboard)、波纹纸板、塑料片、皮革橡胶等冲压出具有任何形状的部分。具体来说，本发明涉及一种具有由刀的一部分的受控变形所提供的自找平功能的冲孔刀。所述冲孔刀包括：切削刃；V形后部，所述V形后部具有边缘和两个倾斜侧，在所述两个倾斜侧之间限定出倾斜角；和刀体，所述刀体将切削刃与后部分开，并且其中切削刃比后部硬。
背景技术
众所周知用于从纸张、卡纸板、卡纸、塑料片、皮革橡胶等切出具有任何形状的轮廓的冲床(die cutting machine)。典型地，冲床包括形成所谓的冲孔刀的伸长金属尺，借助于所述伸长金属尺，冲压所讨论的材料并赋予所讨论的材料的形状。冲孔刀为一金属带，典型地为碳钢带，所述冲孔刀具有带有两个相对的平行侧的主体、切削刃和与切削刃相对的后部。冲孔刀还通常被称为钢尺或模切尺。冲孔刀可具有相当大的长度，例如超过一米，并且甚至达到十米、二十米或三十米。冲孔刀被弯曲成与待被冲压出的对象的轮廓相一致的形状、例如被弯曲成矩形形状。典型地，冲床包括上床台(upper bed)，上床台接触平坦上板，即版框板(chase plate)，其与冲孔刀的后部支撑接触，并被布置成将冲压操作所需的力传递至冲孔刀。冲床还包括模切板，该模切板邻近版框板放置，并具有沿横向方向牢固地保持冲孔刀的夹具功能。模切板设有狭缝，冲孔刀通过所述狭缝突出，并且模切板典型地可以由木制材料制成。冲床还包括平坦下板，即切割板，其承载待被冲孔的材料，并布置成朝冲孔刀的切削刃移动，直到其与切削刃接触为止。为了获得完全的切穿，切削刃应当沿其长度与切割板形成连续接触。然而，由于冲床的制造公差和正常磨损，上述情形可能难以实现，并出现局部的高点和低点。典型地，这样的缺陷约为0.1mm左右，并产生未获得完全切穿的区域。
冲切技术一直包括费时且精细的找平模切板的技术，并得到例如整齐切穿的卡纸板。该技术被称作“修补”，并包括检查结果以及对于在沿钢制冲孔刀的切割结果上的变化的补偿的多个中间练习和测试冲压。补偿通过如下方式实现：在与钢制冲孔刀的未获得完全切穿的部分相关的区域，典型地在位于版框板与上床台之间的塑料片上添加若干片材薄条、例如带子。这一过程除费时之外，还需要高度熟练且受过训练的操作者。为了降低对修补的需求，现有技术中已提出引入其中后部包括突出的后部结构的冲孔刀。突出的后部结构被设计成在操作期间略微变形，而使切削刃大致无任何变形。这允许钢制冲孔刀变成自找平的。为了使突出的后部结构在压力作用下能够变形，切削刃必须能够经得起比突出的后部结构高的压力。在现有技术中，这通过如下方式实现：在将突出的后部结构热处理至与冲孔刀的其余部分相比更低的硬度的同时，使切削刃硬化。此外，已提出被设计成在经受压力时促进后部塌缩的多种后部轮廓，并因此补偿了否则需要“修补”的公差缺陷，例如见DE102008025606和DE3135980。已提出的解决方案需要冲孔刀的处理时和/或当生产模切板时的广泛变化。
在安装在冲床中之前，将冲孔刀安装在模切板中。模切板中的将容纳冲孔刀的狭缝沿模切板的厚度方向一直延伸通过模切板。当要将冲孔刀安装在模切板中时，将模切板放置在具有硬且平坦的表面的诸如桌子的合适的支撑面上，例如放置钢制桌子上。将冲孔刀、或冲孔刀的任何一段压入模切板的狭缝，直到刀的后部(后边缘)与支撑面、即模切板所搁置的桌子线性接触为止。安装是非常有技巧的，并且一点一点地将刀敲入狭缝，使得负载提高的局部位置将出现在刀的后部上，这是因为强制了那些部分与下方的桌子表面接触。因此，向刀施加相当大的压力，并存在后部的部分会经受永久变形的相当大的危险。
发明内容
本发明的目的是提出一种钢制冲孔刀，所述钢制冲孔刀具有当经受冲压操作时产生刀的自找平能力的设计。自找平能力应由冲孔刀的后部的受控塑性变形产生。此外，设计必须使得其减小获得冲孔刀的与冲孔刀在模切板中的安装有关的后部的永久变形的危险。
本发明的目的借助于根据权利要求1所限定的冲孔刀实现。
根据本发明的钢制冲孔刀包括刀体，该刀体具有位于一端的切削刃和与切削刃相反的能变形的后部。切削刃比后部的至少一部分要硬。后部包括V形后边缘，该V形后边缘具有两个倾斜侧，在所述两个倾斜侧之间限定出倾斜角。后边缘在其基部处的最大宽度小于刀体的宽度，使得在后边缘与刀体相遇的位置存在台肩。
在将冲孔刀安装于模切板中的期间在以下一个方面利用台肩优点：具有比后边缘的高度稍大的厚度的中间可变形的板可布置在模切板与模切板于冲孔刀安装期间所搁靠的支撑面之间，其中允许后边缘切入中间板中，但台肩支承在中间板上，并至少在特定程度上防止后边缘进一步运动和变形。
由根据本发明的冲孔刀提供的一个优点是，在包括弯曲和安装操作的程序的所有部分期间，都可以通过与传统的刀相同的方式操纵根据本发明的冲孔刀。除在安装程序期间引入中间可变形的板之外，不需要另外修改现有装备。
如果台肩足够得宽并且后边缘具有相当低的高度，则台肩还防止操作者在操纵刀时被后边缘切到。典型地，台肩和后边缘的尺寸使得后边缘由于台肩的存在而不会切穿人手指正常厚度的皮肤。
根据优选实施例，后边缘具有对称横截面，并具有与刀体的中心面共面的中心面。因此，在后边缘的每侧上均设置一个台肩，所述台肩优选地相同，并从而有助于冲孔刀的横截面的对称。对称从功能的观点和制造的观点均是有利的。具体来说，具有的优点是，冲孔刀在其成形为其在冲床中所具有的形状时具有相似的特性，而不管其弯曲的方向如何。
优选地，后边缘的倾斜侧与形成所述台肩的表面之间的相交处不是尖的，而是略微圆形的。这在刀经受典型地与冲孔刀的安装有关的弯曲操作时使得这一过渡区不倾向于破裂。优选地，后边缘的倾斜侧与形成所述台肩的表面之间的相交处具有在5-50μm的范围内的半径。
还优选的是，台肩的表面与刀体的侧面之间的相交处是圆形的。该特征还有助于改善冲孔刀在组装期间平稳地进入模切板的狭缝的能力，而与模切板无任何切割相互作用。优选地，台肩的表面与刀体的侧面之间的相交处具有在100-250μm的范围内的半径。
还优选的是，刀体的在台肩与刀体的侧面相遇的区域上的宽度小于刀体的最大宽度，并且刀体的所述侧面相对于刀体的中心面倾斜。因此，冲孔刀变得更加不可能被卡住，并因此变得较容易安装在模切板中。
根据本发明的冲孔刀的优选实施例，后边缘的倾斜侧之间的倾斜角在30°-70°的范围内，并且后边缘的边缘是尖的，具有在1-10μm的范围内的半径。具体来说，尖的边缘与后边缘的倾斜侧之间的所建议的角度的组合导致稳定但可容易压缩的后部。优选地，后部形成为具有与刀体的中心面共面的中心面的单个部分，这样的设计从例如制造的观点来说是有利的。优选的是，后部的后边缘沿在刀的纵向方向上的连续线(continuous line)延伸，使得在后边缘与该后边缘所支靠的支撑件之间获得连续线接触。
根据一个实施例，所述倾斜侧之间的倾斜角等于或大于40°，优选地等于或大于50°。因此，进一步改善后边缘在经受压力时克服任何侧面的不想要的脱落的稳定性。
优选地，所述倾斜侧之间的倾斜角等于或小于60°。因此，获得进一步改善的压缩性。
根据一个实施例，后边缘的边缘的半径等于或小于5μm。较小的半径进一步改善后边缘的初始压缩性。
优选地，后边缘具有等于或低于320HV、优选地等于或低于300HV、并且更优选地大约280HV的硬度。因此，提供足够的压缩性。由于后边缘在制造期间经受的热处理工艺、优选地为退火工艺，所以后边缘比刀体要软。
根据一个实施例，后边缘具有等于或高于250HV的硬度。该下限与选择用作刀材料的材料、即优选地为等级CK55(德国工业标准)的碳钢相关，并与所述材料可能的借助于退火的软化相关。
优选地，切削刃具有等于或高于500HV、优选地等于或高于600HV乃至640HV的硬度。较低的硬度导致切削刃更倾向于变形，由于切削刃的变形负面地影响切削刃的切削性能，所述应避免上述情形。
根据本发明的一个方面，切削刃具有等于或低于740HV、优选地等于或低于700HV的硬度。太高的硬度导致太脆的切削刃，太脆的切削刃在冲孔刀形成其最终形状期间当经受弯曲操作时倾向于破裂。
本发明另外的特征和优点将在以下的详细说明和独立权利要求中介绍。
附图说明
将参考附图介绍本发明的实施例，在附图上：
图1是根据本发明的冲孔刀的局部横截面图；
图2是根据本发明的冲孔刀当安装在模切板中时的局部横截面图；
图3是根据本发明的冲孔刀在将具有冲孔刀的模切板安装在冲床中之后的局部横截面图；以及
图4是设有根据本发明的冲孔刀的冲床的局部横截面图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的冲孔刀1的横截面图。该横截面图示出刀的与其纵向方向交叉的方向的轮廓。冲孔刀的用途用于将诸如纸张、卡纸、卡纸板、波纹纸板、塑料片、皮革、橡胶等的材料片切割成任何形状、通常切割成最终形状。钢制冲孔刀1尤其适于用于冲压卡纸板的用途。然而，可仅通过设计的较小更改来冲压其他的材料，这样的更改对于技术人员来说是显而易见的。其中布置有冲孔刀1的冲床典型地为压印类型，其中使冲孔刀1经历朝待被冲压的材料的线性运动。在下文中将参考这样的冲床描述根据本发明的钢制冲孔刀。作为选择，根据本发明的钢制冲孔刀可用于旋转式冲床，其中冲孔刀1由辊承载，并布置成使得辊抵靠待被冲压的材料。
冲孔刀1由钢制成，优选地由碳钢制成，所述碳钢优选地为等级CK55(德国工业标准)或任何相应等级的碳钢。
根据本发明的冲孔刀包括切削刃2、后部3a和位于切削刃2与后部3a之间的中间刀体4。刀1由一块均质钢片形成，切削刃2和后部3a借助于机械加工操作而形成。刀体4具有两个平行的相对侧面。刀1具有相当大的长度，并且其形状让人想起尺的形状。刀1可弯曲成最终形状，该最终形状与待借助于利用冲孔刀1冲压形成的任何产品的轮廓一致。
形成冲孔刀1的主要部分的刀体4的高度H在20-40mm的范围内，而该刀体的厚度t在0.4-1.5mm的范围内。合适的尺寸基于所要冲压的材料的类型来选择。刀体的硬度取决于所选择的特定钢、并取决于刀体经受的特定的热处理而在300-420HV的范围内。
为了在冲压操作时提供刀1的自找平，刀的后部3a被设计成塑性变形，而切削刃2保持其形状。这分别通过切削刃2和后部3a的硬度和几何特征的组合实现。后部3a包括后边缘3b，该后边缘3b具有从刀体4的上端突出的鳍片或突脊的形状。当后部3a处于其尚未变形的状态时，后部3a沿刀的纵向方向连续地延伸，并沿其全部长度具有相同的高度。因此，当后部3a的边缘和支撑构件5已被组装时，在后部3a的边缘与支撑构件5之间存在连续的线性接触。
后部3a具有对称的横截面(如沿刀的纵向方向所看到的，与唯一的附图对应)。后部3a的包括后边缘3b的中心面与边缘4的中心面共面。后边缘3b具有两个相对的侧，所述两个相对的侧相对于彼此以角度α倾斜并在后边缘3b的端部处相遇，从而形成具有在1-10μm的范围内、优选地低于5μm的半径r1的尖锐边缘。为了给后边缘3b提供足够的稳定性，后边缘3的两个侧之间的倾斜角α高于30°，优选地高于40°乃至高于50°。为了提供后边缘3b足够的可变形性，角度α小于70°，优选地小于60°。后边缘3b的侧如所示出的可以是笔直的，或者具有曲率、凹形或凸形、或者更精细的形状。在具有非笔直侧的可替代性实施例中，两个侧之间的角度α应被理解为如下两条假想线之间的角度，所述假想线通过后边缘的顶端以及后边缘的每个侧上的该后边缘3b与刀体4的上侧相遇所在的相应点。
冲孔刀1的后边缘3b比刀的其余部分要软，以便比刀的其他部分更容易变形。这借助于制造过程期间的刀的局部热处理、优选地是退火实现。后部的硬度优选地在250-320HV的范围内、优选地低于300HV、或者为冲孔刀的刀体4的硬度的大约66％。硬度根据一个实施例被设置成从后边缘3b的顶部朝其基部增加，从刀体4的硬度的大约66％提高至76％。
后边缘3b的最大宽度、即在基部处的宽度小于刀体4的宽度。因此，在后边缘3b的基部处存在台肩9，在台肩9处，后边缘3b与刀体4相遇。在后边缘3b的每个侧上均具有台肩9，并且台肩9具有一致的尺寸和形状，从而有助于冲孔刀对称的横截面。因此，在下文中仅描述一个台肩9。后边缘3b的侧与形成所述台肩的表面之间的相交处典型地不是尖的，而是略微圆形的，具有在5-50μm的范围内的半径，如在图中用r2所表示的。这具有的技术效果是：当刀经受弯曲操作时，使得这一过渡区不倾向于破裂。台肩表面与刀体4的侧面之间的相交处同样为略微圆形的，并具有在100-250μm的范围内的半径r3。该特征还有助于改善冲孔刀1在组装期间平稳地进入模切板7的狭缝的能力，而与模切板7无任何切割相互作用。台肩9形成后部3a的支撑部。支撑部用于弯曲和/或安装操作，以提供连续的基准并承受负载，该负载否则将作用于后边缘3b上，并且会损坏相类似的可压缩的鳍片。另外，冲孔刀变得操纵起来不太危险。在台肩9与刀体4的侧面10相遇的区域中，刀体4的宽度小于该刀体4的最大宽度，并且刀体4的所述侧面10相对于刀体4的中心面以角度γ倾斜。倾斜侧面9在转变成笔直侧面11之前延伸大约0.4-2mm，该笔直侧面11平行于冲孔刀的中心面。该倾斜使在模切板中的安装和拆卸更容易。
后边缘3b的高度h在40-200μm的范围内、优选地在100-150μm的范围内。为特定的应用选择的高度h高度地取决于所要冲压的材料类型、以及后部变形的特定需求。如果为了特定的应用获得要求的自找平而期望较大的变形，则应提供对应较大的高度。
切削刃2具有硬度和几何形状，所述硬度和几何形状在自找平程序期间在仅后部3a经历变形的同时促进切削刃2的形状的保持。因此，切削刃2比后部3a硬得多。切削刃2的硬度高于500HV，优选地在600-740HV的范围内，优选地为640-700HV，并且这是由于切削刃3的局部硬化。因此，切削刃2还比刀体4要硬。然而，太硬的切削刃会导致其脆性，这在刀经受弯曲操作时可导致破裂。因此，应避免高于限定上限的硬度。由于切削刃2和后部3a的选择硬度，所以后部3a的硬度在切削刃2的硬度的35％-55％的范围内。
在图2中图示台肩9的承载功能。在将模切板7和冲孔刀1组装到冲床中之前，将冲孔刀1安装至夹具7，即模切板。优选地，模切板7具有板的形状，并邻近版框板5定位并与版框板5接触。优选地，模切板7由木制材料制成，但也可使用其他的材料。容纳冲孔刀1的狭缝具有通常与冲孔刀1的厚度t对应的宽度，以便使通过模切板7牢固地保持冲孔刀1成为可能。夹具7的厚度相对于冲孔刀1的高度H相当大，以便能够实现冲孔刀的牢固支撑。在将根据本发明的冲孔刀1安装于夹具7中的期间，将具有稍大于后边缘3b的高度的厚度的中间板13放置在模切板与支撑面12之间，模切板7在冲孔刀安装期间靠在该支撑面12上。中间板由诸如卡纸板或者聚合物例如尼龙的材料制成。当将冲孔刀1敲入模切板7的狭缝时，允许后边缘3b切入中间板13，但台肩9会支承在中间板上，并防止后边缘3b进一步的运动和变形。能够切入中间板13的后边缘3b与提供牢固支撑的台肩9的组合防止了在该过程中损坏后边缘3b。典型地，许多冲孔刀安装在模切板中，并例如形成T形相交处和接头。在相交处和接头中，刀已被机械加工成彼此精密一致。非常重要的是，两个相邻的冲孔刀的切削刃会完全处在相同的水平上。切入中间板13的后边缘3b和支承在中间板13上的台肩9的组合确保会使模切板中所有的冲孔刀找平。这与现有技术的冲孔刀形成对比，现有技术的冲孔刀提供可变形的后部，但不便于受控的安装。中间板13仅在将冲孔刀1安装于模切板7中的期间使用，并在将模切板7安装在冲床中之前被拆除。
图3图示在任何冲压操作之前、组装在冲床中的具有所安装的冲孔刀1的模切板7。应指出的是，实际的设置包括比在此所图示的更多的部分，而仅仅包括理解根据本发明的冲孔刀的功能所需的部分。支撑构件5(通常被称为版框板的板)设置在模切板7的顶部上。在组装期间，会出现冲孔刀1在模切板7中微小的运动。由于在上述安装操作期间仔细地找平冲孔刀，而且运动一致且较小，与后边缘3b的高度h一致，所以运动不会危及相交处和接头的精度。
图4图示了在冲压操作期间的根据本发明的冲孔刀。冲床还包括切割板6，该切割板6承载待被冲压的材料8，并相对于由支撑构件5和冲孔刀1形成的部件以可移动的方式布置。切割板6优选地具有平坦表面，待被冲压的优选片形的材料8承载在该平坦表面上。在冲压操作期间，切割板6朝刀1的切削刃2移动，使得承载在上面的材料8被切削刃2冲压，并且直到切削刃2与切割板6的表面连续线接触为止。不管是刀1或切割板6或者是刀1和切割板6，哪一个为可移动的部件是任选的。与如果使用传统的冲孔刀所需的修补程序对应，在将具有所安装的冲孔刀1的夹具7组装到冲床中之后，在生产冲压能开始之前需要一次或多次初始的冲压操作。如图4中所描绘的，在初始的冲压期间，由于冲孔刀1的创新设计，所以实现后边缘3b受控的塑性变形。这一过程可或者描述成在初始的冲压期间将冲孔刀1安置在夹具7中，并获得高等级的自找平。可能仍然需要一些修补，以补偿冲床的广泛的磨损。然而，同样在该情况下，明显减少修补的量。

Claims (17)

1.一种钢制冲孔刀，所述钢制冲孔刀用于从纸张、卡纸板、卡纸、波纹纸板、塑料片、皮革橡胶等冲压出具有任何形状的部分，所述钢制冲孔刀包括刀体(4)，所述刀体(4)具有位于一端的切削刃(2)和与所述切削刃(2)相对的能变形的后部(3)，并且其中所述切削刃(2)比所述后部(3)要硬，其特征在于，所述后部(3)包括V形后边缘(3b)，所述V形后边缘(3b)具有两个倾斜侧，在所述两个倾斜侧之间限定出倾斜角，并且所述后边缘(3b)在其基部处的最大宽度小于所述刀体(4)的宽度，使得在所述后边缘(3b)的基部处存在台肩(9)，在所述台肩(9)处，所述后边缘(3b)与所述刀体(4)相遇。
2.根据权利要求1所述的冲孔刀，其特征在于，所述后边缘(3b)具有对称横截面，并具有与所述刀体(4)的中心面共面的中心面。
3.根据权利要求1或2所述的冲孔刀，其特征在于，所述后边缘(3b)的倾斜侧与形成所述台肩(9)的表面之间的相交处不是尖的，而是略微圆形的。
4.根据权利要求3所述的冲孔刀，其特征在于，所述后边缘(3b)的倾斜侧与形成所述台肩(9)的所述表面之间的相交处具有在5-50μm的范围内的半径(r2)。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的冲孔刀，其特征在于，所述台肩(9)的表面与所述刀体(4)的侧面之间的相交处是圆形的。
6.根据权利要求5所述的冲孔刀，其特征在于，所述台肩(9)的表面与所述刀体(4)的侧面(10)之间的相交处具有在100-250μm的范围内的半径(r3)。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的冲孔刀，其特征在于，所述刀体(4)在所述台肩(9)与所述刀体(4)的侧面相遇的区域上的宽度小于所述刀体(4)的最大宽度，并且所述刀体(4)的所述侧面相对于所述刀体(4)的中心面倾斜。
8.根据权利要求1-7中的任一项所述的冲孔刀，其特征在于，所述后边缘(3b)的倾斜侧之间的所述倾斜角(α)在30°-70°的范围内，且所述后部的边缘是尖的，具有在1-10μm的范围内的半径。
9.根据权利要求8所述的冲孔刀，其特征在于，所述后边缘(3b)的所述倾斜侧之间的所述倾斜角(α)等于或大于40°。
10.根据权利要求8或9所述的冲孔刀，其特征在于，所述后边缘(3b)的所述倾斜侧之间的所述倾斜角(α)等于或小于60°。
11.根据权利要求8-10中的任一项所述的冲孔刀，其特征在于，所述后边缘(3b)的边缘的半径(r1)等于或小于5μm。
12.根据权利要求1-11中的任一项所述的冲孔刀，其特征在于，所述后边缘(3b)具有在40-200μm的范围内的高度(h)。
13.根据权利要求1-12中的任一项所述的冲孔刀，其特征在于，所述后边缘(3b)的硬度在所述切削刃(2)的硬度的35％-64％的范围内。
14.根据权利要求1-13中的任一项所述的冲孔刀，其特征在于，所述后边缘(3b)具有等于或低于320HV硬度，优选地具有等于或低于300HV的硬度。
15.根据权利要求1-14中的任一项所述的冲孔刀，其特征在于，所述后边缘(3b)具有等于或高于250HV的硬度。
16.根据权利要求1-15中的任一项所述的冲孔刀，其特征在于，所述切削刃(2)具有等于或高于500HV的硬度，优选地具有等于或高于640HV的硬度。
17.根据权利要求1-16中的任一项所述的冲孔刀，其特征在于，所述切削刃(2)具有等于或低于740HV的硬度、优选地具有等于或低于700HV的硬度。
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