CN102781620B - 冲压工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于面式材料的分割或打孔的冲压工具(1)、尤其是切割线(1)，以及涉及该工具的制造。为了创造尤其在平板式冲压机和/或旋转式冲压机中的自动精整时具有经改善的特性的冲压工具(1)，按本发明设置：该冲压工具由经热处理的和/或经热调质的钢带制成，在窄侧上，一侧成型有带横截面中凸出的轮廓或由多个突出的凸出区域(21、21′)构成的轮廓的背部(2)，所述轮廓具有在某些部位上横向于纵向延伸和垂直于侧面地无切屑地通过冷造型或者说冲制伴有材料自由宽展地成型的凹部(4)，其中，宽展(B)的规格小于钢带厚度(D)并且在这些凹部之间的未变形的区域在工具调试时能塑性变形。

Description

冲压工具
技术领域
本发明涉及一种冲压工具、尤其是切割线，由经热处理和/或经热调质的钢带形成，在窄侧上，一侧成型有带切割棱边的切割部并且另一侧成型有背部。
背景技术
冲压工具、尤其是切割线被用于在平板式冲压机和/或旋转式冲压机中对面式材料，如纸张、纸板、合成材料膜和类似物进行分割或穿孔。
WO 2009/121383公开了期望的切割生产的问题和解决方案建议。在该文献中建议，在切割线的背部上设置突起部，该突起部能在工具的第一次使用时塑性变形，并且这样自动促成在冲压机的冲压板和上部板之间的承载板中的切割线的必要时需要的、局部的或区域的高度平衡，亦即所谓的工具的精整(Zurichten)。
在切割线的背部上的突起部通过间隙的精确的切屑加工，例如通过研磨(Einschieifen)、铣削等产生。
进一步地，在上述文献中建议，在切割线的背部区域中设置边缘脱碳部，以便在第一次使用时在自动精整的情况下达到使突起部的塑性变形更容易。
按照报告，尝试性地在切割线的背部上通过施布外来材料来产生隆起，这些隆起应当在第一次切割负载时通过变形促成工具的精整。
切割线的背部的上面所提到的措施和构造形状可以完全地使得在第一次负载切割时的切割线的自动精整成为可能，但具有轮廓中凹座的复杂的生产的缺陷并且共同地具有为了冲压机中对工具和板进行保护的自动精整而依赖于切割线背部局部负载来可针对性地调整变形行程的问题。冲压机运行者进一步地期望提高工具使用寿命以及避免切割线的疲劳断裂。
发明内容
本发明的目的是，制造一种能经济地制造的冲压工具、尤其是切割线，带有相比现有技术有所改善的特性，这种冲压工具在自动精整时具有有利的、保护冲压机的板的功能以及在持久冲压运行中具有更长的、无故障的使用时间或者说更高的使用寿命。进一步地，应当通过干净的切割和减少的保持点来改善冲压物品的质量，亦即所谓的效用。
该目的在如下冲压工具、尤其是切割线的情况下被达到，即，其由经热处理和/或经热调质的钢带制成，在窄侧上，一侧成型有带切割棱边的切割部并且另一侧成型有带横截面中凸出的轮廓或由多个突出的凸出区域构成的轮廓的背部，所述轮廓具有在某些部位上横向于纵向延伸和垂直于侧面地无切屑地通过冷造型或者说冲制伴有材料自由宽展地成型的凹部，其中，宽展的规格小于钢带厚度并且在这些凹部之间的未变形的区域在工具调试(Inbetriebnahme)时能塑性变形。
该目的也在如下冲压工具、尤其是切割线中被达到，即，背部具有至少在钢带的侧面上以相对该侧面的角度正交于纵向延伸地无切屑地通过冷造型伴有材料自由宽展地在某些部位上成型的凹部以及由此形成的超过背部轮廓的隆起，其中，这些向切割区域相反方向突出的隆起或者说区域在工具调试时能塑性变形。用本发明达到的优点基本上在于，一方面可以用无切屑的冷造型在工具或者说切割线的背部的端侧区域中经济地引入凹部或形成隆起，另一方面可以这样地按照本发明依赖于切割线背部上未变形的区域或通过变形而突出的隆起在向切割棱边去的塑性变形情况下的行程、按照各自的冲压机在工具的自动精整时的要求来适配所要求的各种力上升。当平板式冲压机和/或旋转式冲压机的板的平面平行度没有以足够的尺度存在或不能以足够的尺度校准时，这具有显著意义。
对于构造塑性变形的区域而言有根本性意义的是依赖于在工具的自动精整时的变形行程的材料加强(Materialverfestigung)。因为在切割线的背部的未变形区域之间的凹部已经通过伴随材料加强的局部的塑性造型被产生，所以达到了在工具调试时针对切割线的精整的有利标准。换句话说：力到切割棱边上的上升的局部梯度可以在切割线的自动精整时按照平板式冲压机和/或旋转式冲压机的要求、通过对背部内凹部的伴有自由宽展的冲制进行调整。
按照本发明，为了避免在切割线的窄小的弯曲半径的情况下材料的过度的边缘堆积(Randaufstauchung)而设置：在通过冷变形引入凹部时，宽展的规格要小于钢带厚度。这通过切割线的背部的凸出的轮廓的构造来实现，其中，堆积的材料的在某些部位上突出超过最初轮廓的区域具有切割线厚度的从60％至85％的厚度。这样，一方面可以达到针对在运行地持续受力的冲压机中的切割线自动精整的有利前提，另一方面能够有利地达到在制造工具时在尤其机械弯曲切割线情况下的窄小的半径。
在长时间负载试验中发现，经压缩的地带造成在切割线的背部的变形区域中的剩余压应力，这些剩余压应力防止了在交替的和/或动态的机械应力情况下的裂缝形成或疲劳断裂。
反之，若沿刀片横向方向(Blattquerrichtung)制造具有切屑沟的凹座，那么这些切屑沟在持续负载的情况下作用为断裂开始部位并且导致过早的工具断裂。
当如可以以有利的方式设置的那样，垂直的凹部在轮廓中具有从5μm至80μm、优选从20μm至50μm的规格时，基于在背部的变形区域中已实现的加强，可以用未变形的区域直至经加强的地带的合乎尺度的压缩达到切割线的特别有利的精整。
当在背部中所成型的凹部的纵向延伸比去未变形的区域的纵向延伸得出从1.0至4.9、优选从1.5至3.0的值时，可以获得在工具中的切割线的自动的地带精整时的重要优势。
此外，结果在两个凹部或者说两个未变形的区域之间的间距可以以对于地带精整有利的方式具有从0.1mm至0.95mm、优选0.35mm至0.65mm的尺度。
按本发明的切割线的特别的实施形式可以设置，背部的凸出的轮廓在横截面中由一个或多个圆润的或多边形区域形成。这样可以实现工具的高的、侧向的稳定性和经简化的精整。
按照本发明的特别的设计方案可以如前所示，将超过切割线背部轮廓的局部隆起也通过冷造型在材料自由宽展的情况下借助在某些部位上垂直于纵向延伸地以相对一个或多个侧面的锐角成型到钢带的该一个或多个侧面中的凹部来产生。这种基本上侧向的、无切屑的冷造型通过材料流动提供在轮廓中突出的隆起，其中，也在背部中这样产生的隆起的情况下在负载时保留压应力，这些压应力尽量切断疲劳断裂的形成。
带有侧向的冲制部的冲压工具可以是特别优选的，当通过将侧部以相对彼此的角度变形而形成的、超过背部轮廓的隆起具有从20μm至90μm的规格并且以从0.1mm至0.95mm的长度相间隔时。
按照冲压工具的、尤其是按本发明的切割线的有利的实施方式，带材本体由低合金钢构成，具有如下内部地带，该内部地带具有在约0.3的重量百分比至约0.95的重量百分比之间的碳含量和通过在优选下贝氏体区域中的调质情况下的转换达到的组织结构以及从280HV至480HV的硬度，并且优选在侧面上具有深度从0.01mm至0.05mm、优选从0.02mm至0.04mm的边缘脱碳地带。
当可以如进一步设置那样，在冲压工具、尤其是切割线的背部上的隆起或未变形的区域直至最大95μm的深度地具有在300℃和原料的奥氏体形成温度之间的温度情况下所形成的回火组织时，达到原料的针对自动精整的特别有利的特性。
这些加工已获得，在贝氏体硬化的下温度范围内进行钢合金的面心立方(kubisch-)晶格到具有最小碳化物的体心立方(kubisch-raumzentriertes)原子晶格中的解体(Umklappen)，其中，达到了很高的材料硬度。从300℃的温度起，在回火加热时出现硬度下降，这种硬度下降的原因在于碳化物形成较大的复合体。在较高的回火温度下，尽管较高的初始硬度，但贝氏体的回火硬度可以下降到珠光体的回火硬度之下，由此可以特别有利地达到在切割线的背部上的未变形的区域或隆起的低材料硬度值。
具有贝氏体结构的背部的表面的回火也可以在轮廓区域中的在某些部位上的冲制之前进行。
因为现在在通过在某些部位上冲制切割线的背部上的轮廓来进行加工的情况下可以形成朝切割棱边方向的力，所以出于尺寸技术上的原因而有利的是，形成硬度大于52HRC或者说550HV至61HRC或者说720HV以及具有半径在0.004mm和0.05mm之间的圆润的切割棱边的切割区域，并且在冲制轮廓时用作为止挡尺度(Anschlagmaβ)。同样的情形也适用于带或不带具有初级小平面和次级小平面(-und)的切割几何形状的从50°至100°的切割角。
相应于冲压物或穿孔物在工具上的摩擦学特性，在切割线的切割棱边区域中的切割部的表面可以具有刮削的、研磨的和/或覆层的实施方式。
说明一种针对开头所述类型的冲压工具、尤其是切割线的制造方法，在该制造方法中，最先由扁平的预制材料制造具有贝氏体组织结构以及优选具有脱碳后的边缘地带的带状坯件，该制造方法按照本发明的其它的目的基本上通过如下方式达到，即，在第一个步骤中在坯件或者说坯带的窄侧上通过切屑加工一侧成型出具有凸出轮廓的背部，并且另一侧成型出呈锥形的切割部，接着在第二步骤中基本上在室温下横向于带材的纵向延伸和垂直于带材的侧面地在带材的长度上，通过无切屑的造型在材料自由宽展的情况下在某些部位上将凹部引入到背部的凸出轮廓中，并且背部的未变形的区域用作在切割棱边制造时给出工具的或者说切割线的期望宽度尺度的元件。
利用按本发明的方法达到的优点可以基本上在于，具有接下来无切屑地通过冲制引入到凸出的轮廓中的凹部的背部的有针对性的设置，一方面提供了经济的制造并且另一方面在工具调试时在自动精整的框架内提供了未变形的区域的针对压缩的期望特性。
背部的设置或者说凸出轮廓通过切屑加工的成型必须在此与无切屑的冷变形或者说冲制协调，从而在材料自由宽展情况下流动区域具有比直接相应的切割线的横向尺度更小的横向尺度。
在冲制时，依赖于变形的规格和组织，原料局部自行地加固。在切割线通过在第一次冲压负载中背部上的区域的压缩的自动精整情况下的切割线的要求地局部的或区域的宽度变化可以按照本发明通过冷型变区域的局部材料加强和配置有针对性地来调整。这样，不仅达到了针对切割线的经济的制造方法，而且也能在第一次冲压负载中优化切割线的精整条件。
按照本发明，可以创造一种在平板式冲压装置和/或旋转式冲压装置中的自动精整情况下的有很高经济性和最佳特性的、针对冲压工具、尤其是针对切割线的制造方法的其它的实施方式，当在之前的方法中，在第二步骤中基本上在室温下至少在一个侧面上在背部的区域中以相对该侧面的角度正交于带材的纵向延伸通过无切屑造型在材料自由宽展的情况下引入凹部并且这样地来形成超过背部轮廓的隆起，并且这些向切割区域相反方向突出的隆起用作在切割棱边制造时给出工具或者说切割线的宽度尺度的元件。
利用这类在某些部位上冲制侧面时超过背部轮廓区域地进行材料自由宽展或者说流动并且形成隆起的方法，可以进行具有窄小半径的切割线的弯曲，而不会在背部区域中形成侧面的超高。
针对在自动精整时调整对于背部区域的某些部分的变形而言有利的材料特性，如下可以是有利的，即，在带材中的下贝氏体的组织结构中，在制造流程的第一步骤之前或之后和/或在第二步骤之后，未变形地保留的区域或突出超过轮廓的区域或者说隆起直至它们的最高95μm的深度、在300℃和合金的奥氏体温度之间的温度情况下被回火。下贝氏体结构的这种回火导致精细的碳化物的形成并且结果导致强度的显著下降和原料流动性的提高。对于在工具的背部的轮廓上的未变形区域或突出地堆积的区域以所期望的规格塑性变形而言，在经回火的贝氏体上的组织结构可以提供在工具的自动精整时的显著优点。
附图说明
本发明应当用各示出仅一个实施途径的实施例详细阐释并且借助附图随后进行描述。
这些附图示意性示出了：
图1以横截面示出了切割线；
图1a以横截面示出了背部的凸出轮廓；
图2以横截面示出了塑性成型的背部；
图2a在外观中示出了塑性成型的背部；
图3以横截面示出了背部的以自由宽展变形后的凸出区域；
图3a在外观中示出了图3的凸出区域；
图4示出了冲制工具；
图5示出了背部中切屑成型的凹部的外观；
图6示出了背部中无切屑地通过冲制成型的凹部的外观；
图6a/b示出了图6的局部放大图并且示出了在背部中的跨这些凹部的等高线；
图7以横截面示出了背部的轮廓，带有在切割线的侧面上在某些部位上无切屑地成型的凹部；
图7a在外观中示出了按图7的背部。
附图标记列表应当使得在这些视图中的工具的功能区域和部件的配属变得容易。
附图标记列表如下：
1    切割线
2    背部
21   凸出区域
22   宽展的材料
23   隆起
3    切割部
31   切割棱边
311  切割棱边半径
4    冲制凹部
5    切屑沟
6           刮削沟
B           经自由宽展的轮廓
D           切割线的宽度
P、P1、P2   成型力
a           突出区域的长度
b           凹部的长度
具体实施方式
图1示意性地以横截面示出了切割线1，带有凸出成型的背部2和对置的具有刃31的切割部3，刃31具有半径311。
图1a示意性地以横截面示出了切割线的背部2，带有两个凸出地突出区域21、21′。
在图2中以图2a的横截面(图2)示出了变形后的背部2，带有在通过工具以成型力方向P成型时的材料的自由宽展22。在切割线1的厚度D的情况下，在压入深度t的情况下通过塑性的材料挤压22构造了在凸出的背部2中的扩大的宽度B，但该宽度具有比线厚度D更小的规格。
图2a在外观中示出了在背部2上的凸出区域中的具有塑性冲制凹部4的切割线1。未变形的背部2具有长度a，塑性变形后的区域具有带附图标记b的长度。
图3和图3a示出了基本上如图2以及图2a中那样的相同的视图，但背部2包括两个通过刮削产生的带自由的材料宽展22的轮廓区域和总宽度B。
图4中示出了一种工具或者说冲制轮，用于针对切割线1的背部(2)的垂直变形。
由图5，在外观中可以看到按现有技术在工具中或者说在切割线1的背部2中研磨出的凹部，其中，这些研磨沟5沿切割线1的厚度方向分布。
图6示出了在切割线1的背部2中的按本发明的冲制凹部。
图6a以放大的形状示出了冲制凹部4。刮削沟6以减小的形状还定位在冲制沟4的表面中。在凹部外，刮削沟沿其纵向延伸通过在冲制凹部4区域中的波纹形状或者说中凸在自由宽展下促成材料流动。
图6b中示出了在切割线1的背部2的中央凸出区域21中测得的高度分布。
图7和图7a以横截面(图7)和以外观示出了带有在切割线1的侧面上的冲制凹部4的背部2。通过在切割线1的侧面中的、具有相对侧面1的角度的这些冲制凹部4，在自由宽展下通过材料流动形成了有高度t、以长度a的隆起23，其中这些冲制凹部4由工具以力方向P1和P2实现。这些隆起23的彼此间距b由工具形状来确定。

Claims (25)

1.冲压工具(1)，由至少部分经热处理的钢带形成，在窄侧上，一侧成型有带切割棱边(31)的切割部(3)并且另一侧成型有带一个在横截面中凸出的轮廓或由多个突出的凸出区域(21、21′)构成的轮廓的背部(2)，所述轮廓具有在某些部位上横向于纵向延伸和垂直于侧面地无切屑地通过冷造型伴有材料自由宽展地成型的凹部(4)，其中，所述宽展(B)在横向于纵向延伸的方向上的规格小于钢带厚度(D)并且在这些凹部之间的未变形的区域在所述工具调试时能塑性变形。
2.冲压工具(1)，由至少部分经热处理的钢带形成，在窄侧上，一侧成型有带切割棱边(31)的切割部(3)并且另一侧成型有背部(2)，所述背部(2)具有至少在所述钢带的一个侧面上以相对所述侧面的角度、正交于纵向延伸地无切屑地通过冷造型伴有材料自由宽展地在某些部位上成型的凹部(4)以及由此形成的超过背部轮廓的隆起(23)，其中，这些向切割区域相反方向突出的隆起(23)或者说区域在所述工具调试时能塑性变形。
3.按权利要求1所述的冲压工具(1)，其中，在所述背部(2)上，在轮廓中所述凹部(4)的深度具有从5μm至80μm的规格(t)。
4.按权利要求3所述的冲压工具(1)，其中，所述凹部(4)的深度具有从20μm至50μm的规格(t)。
5.按权利要求1所述的冲压工具(1)，其中，所述背部(2)上所成型的凹部(4)的纵向延伸(b)比去未变形的区域的纵向延伸(a)得出从1.0至4.9的值。
6.按权利要求1所述的冲压工具(1)，其中，所述背部(2)上所成型的凹部(4)的纵向延伸(b)比去未变形的区域的纵向延伸(a)得出从1.5至3.0的值。
7.按权利要求1所述的冲压工具(1)，其中，在所述背部(2)上在两个凹部(4)或者说两个未变形的区域之间的间距具有从0.1mm至0.95mm的尺度。
8.按权利要求1所述的冲压工具(1)，其中，在所述背部(2)上在两个凹部(4)或者说两个未变形的区域之间的间距具有从0.35mm至0.65mm的尺度。
9.按权利要求1所述的冲压工具(1)，其中，所述背部(2)的凸出的轮廓在横截面中由一个或多个圆润的或多边形的区域(e)沿纵向方向形成。
10.按权利要求2所述的冲压工具(1)，其中，通过将侧面以相对彼此的角度变形而形成的、所述超过背部轮廓的隆起具有从20μm至90μm的规格并且以从0.1mm至0.95mm的长度相间隔。
11.按权利要求1、3至9之一所述的冲压工具(1)，由带材本体制成，所述带材本体由低合金钢构成，具有如下内部地带，所述内部地带具有在0.3的重量百分比至0.95的重量百分比之间的碳含量和通过在下贝氏体区域中的转换达到的组织结构以及从280HV至480HV的硬度，并且在侧面上具有深度从0.01mm至0.05mm的边缘脱碳地带，其中，在所述冲压工具的所述背部(2)上的所述未变形的区域直至最大95μm的深度地具有在300℃和原料的奥氏体形成温度之间的温度情况下所形成的回火组织。
12.按权利要求11所述的冲压工具(1)，其中，所述侧面具有深度从0.02mm至0.04mm的边缘脱碳地带。
13.按权利要求2或10所述的冲压工具(1)，由带材本体制成，所述带材本体由低合金钢构成，具有如下内部地带，所述内部地带具有在0.3的重量百分比至0.95的重量百分比之间的碳含量和通过在下贝氏体区域中的转换达到的组织结构以及从280HV至480HV的硬度，并且在侧面上具有深度从0.01mm至0.05mm的边缘脱碳地带，其中，在所述冲压工具的所述背部(2)上的所述隆起(23)直至最大95μm的深度地具有在300℃和原料的奥氏体形成温度之间的温度情况下所形成的回火组织。
14.按权利要求13所述的冲压工具(1)，其中，所述侧面具有深度从0.02mm至0.04mm的边缘脱碳地带。
15.按权利要求1至10之一所述的冲压工具(1)，其中，所述切割部(3)形成有硬度大于52HRC或者说550HV以及具有半径(311)在0.004mm和0.05mm之间的圆润的切割棱边(31)的切割区域。
16.按权利要求15所述的冲压工具(1)，其中，所述切割棱边具有从50°至100°的切割表面角。
17.按权利要求1至10之一所述的冲压工具(1)，其中，所述冲压工具(1)是切割线。
18.按权利要求1或2所述的冲压工具(1)，其中，所述至少部分经热处理的钢带是至少部分经热调质的钢带。
19.按权利要求1所述的冲压工具(1)，其中，所述冷造型是冲制。
20.按权利要求16所述的冲压工具(1)，其中，至少一个侧面朝着切割棱边(31)去地实施有初级小平面和次级小平面。
21.针对冲压工具(1)的制造方法，所述冲压工具由至少部分经热处理的的钢带形成，在窄侧上，一侧成型有带切割棱边(31)的切割部(3)并且另一侧成型有带横截面中凸出的轮廓或由多个突出的凸出区域(21、21′)构成的轮廓的背部(2)，其中，由扁平的预制材料制造具有贝氏体组织结构以及具有脱碳后的边缘地带的带状坯件，此后在第一个步骤中在所述坯件或者说坯带的窄侧上通过切屑加工一侧成型出具有凸出轮廓的背部，并且另一侧成型出呈锥形的切割部，接着在第二步骤中在室温下横向于带材的纵向延伸和垂直于带材的侧面地在带材的长度上，通过无切屑的造型在材料自由宽展的情况下在某些部位上将凹部(4)引入到所述背部的所述凸出轮廓中，并且所述背部(2)的未变形的区域用作在制造切割棱边(31)时给出所述工具的期望宽度尺度的元件。
22.针对冲压工具(1)的制造方法，所述冲压工具由至少部分经热处理的钢带形成，在窄侧上，一侧成型有带切割棱边(31)的切割部(3)并且另一侧成型有背部(2)，其中，由扁平的预制材料制造具有贝氏体组织结构以及具有脱碳后的边缘地带的带状坯件，此后在第一个步骤中在所述坯件或者说坯带的窄侧上通过切屑加工一侧成型出具有凸出轮廓的背部(2)，并且另一侧成型出呈锥形的切割部(3)，接着在第二步骤中在室温下至少在一个侧面上在所述背部的区域中以相对所述侧面的角度正交于带材的纵向延伸通过无切屑造型在材料自由宽展的情况下引入凹部(4)并且这样地来形成超过所述背部(2)的轮廓的隆起(23)，并且这些向所述切割部(3)相反方向突出的所述隆起(23)用作在切割棱边制造时给出所述工具的宽度尺度的元件。
23.按权利要求21或22所述的针对冲压工具(1)的制造方法，其中，制造带有至少在内部地带中在横截面内的贝氏体组织结构的带状的坯件，并且在第一步骤中在所述坯件或者说坯带的窄侧上，一侧成型出背部(2)并且另一侧成型出呈锥形的切割部(3)，接着在第二步骤中无切屑地在某些部位上将凹部引入所述背部(2)的轮廓中以及保留未变形的区域或形成突出的隆起(23)，其中，在第二步骤之前和/或在第二步骤之后，这些未变形地保留的区域或突出超过所述轮廓的区域或者说隆起(23)直至它们的最高95μm的深度、在300℃和合金的奥氏体形成温度之间的温度情况下被回火。
24.按权利要求21或22所述的针对冲压工具(1)的制造方法，其中，所述冲压工具(1)是切割线。
25.按权利要求21或22所述的针对冲压工具(1)的制造方法，其中，所述至少部分经热处理的钢带是至少部分经热调质的钢带。
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