CN103042094A - 汽车盘式制动刹车片钢背的精冲模具及其精冲方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开并提供了一种汽车盘式制动刹车片钢背的精冲方法和精冲模具，本发明所述的精冲模具包括模柄（1）、上模座（2）、上垫板（3）、凸模（4）、凹模（5）以及下模座（6），所述模柄（1）设于所述上模座（2）上，所述凹模（5）设于所述下模座（6）上，本发明还包括弹性卸料装置，所述上模座（2）、所述上垫板（3）以及所述弹性卸料装置依次通过螺钉（11）相连接，所述凸模（4）滑动穿设连接在所述弹性卸料装置内，所述凸模（4）、所述弹性卸料装置均位于所述凹模（5）的正上方。在该精冲模具的基础上，该精冲方法效率高、能耗低，能够有效提高产品质量，且生产成本较低，能够有效地消除普通冲压方法带来的缺陷。
Description
技术领域
本发明属于汽车配件冲压制造领域，尤其是涉及一种汽车盘式制动刹车片钢背的精冲方法，本发明还涉及一种汽车盘式制动刹车片钢背的精冲模具。
背景技术
汽车盘式制动刹车片钢背是汽车刹车片中的重要的零件之一，如图1所示，它用于固定摩擦材料，同时便于刹车片安装在刹车系统上。因此刹车片的质量受钢背断面质量的影响很大，其断裂面区域及其大小直接关系着钢背能否使用及其使用效果，毛刺越大，断裂面越不平整，则刹车噪音越大，制动效果越差。而目前钢背主要采用普通冲压方法进行冲裁，由于冲裁模具的设计欠缺完善，使得冲裁件的冲裁面不可避免地出现大量断裂面及毛刺，从而影响钢背的使用性能；又或者是增加了后续的加工，延长了生产周期而且大大提高了生产成本。有的生产厂家采用三动精冲压力机冲裁，得到的冲裁件质量有所提升，但却大大增加了生产设备的投入以及产品的生产成本，不利于多规格、小批量的企业进行柔性生产，从而降低了企业的产品竞争力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种汽车盘式制动刹车片钢背的精冲方法和精冲模具，在该精冲模具的基础上，该精冲方法效率高、能耗低，能够有效提高产品质量，且生产成本较低，能够有效地消除普通冲压方法带来的缺陷。
本发明所采用的技术方案是：本发明涉及的一种汽车盘式制动刹车片钢背的精冲方法，该方法包括以下步骤：
（1）根据钢背的面积及厚度计算出压边力、反顶力、冲裁力、凹模刃口、冲裁间隙以及凹模刃口圆角半径的工艺参数的取值范围，并根据工艺参数制定精冲模具；
（2）将板材放入由凸模、凹模以及弹性卸料装置组成的模具中；
（3）使凹模处于锁定状态，控制凸模和弹性卸料装置下行，弹性卸料装置首先接触板材并压住板材提供压边力；
（4）当弹性卸料装置达到极限位置时，凸模将部分板材压入凹模的型腔中得到冲裁件，冲裁件与凹模之间的巨大摩擦力提供反顶力；
（5）控制凸模和弹性卸料装置上行，弹性卸料装置由压缩状态逐渐转为拉伸状态后，进行卸料，完成全部精冲过程。
本发明还提供一种精冲模具，用于实现上述精冲方法，该精冲模具包括模柄、上模座、上垫板、凸模、凹模以及下模座，所述模柄设于所述上模座上，所述上模座、所述上垫板以及所述凸模依次相连接，所述凹模设于所述下模座上，所述上模座、所述下模座通过导柱相连接，所述汽车盘式制动刹车片钢背的精冲模具还包括弹性卸料装置，所述上模座、所述上垫板以及所述弹性卸料装置依次通过螺钉相连接，所述凸模滑动穿设连接在所述弹性卸料装置内，所述凸模、所述弹性卸料装置均位于所述凹模的正上方。
优选地，所述弹性卸料装置包括固定板、卸料板以及设置在所述固定板与所述卸料板之间的弹性橡胶，所述上模座、所述上垫板、所述固定板、所述弹性橡胶以及所述卸料板通过所述螺钉相连接，所述凸模的下端滑动穿设连接在所述卸料板上。
优选地，所述弹性卸料装置包括固定板、卸料板以及设置在所述固定板与所述卸料板之间的蝶形弹簧，所述上模座、所述上垫板、所述固定板以及所述卸料板通过所述螺钉相连接，所述蝶形弹簧套接在所述螺钉上，所述凸模的下端滑动穿设连接在所述卸料板上。
优选地，所述凸模与所述凹模的冲裁间隙为设计钢背厚度的0.2%。
优选地，所述凹模的刃口高度为设计钢背厚度的2～3倍。
优选地，所述凹模的上端设有两个导料销，两个所述导料销位于送料方向的同一侧，所述导料销露出所述凹模的高度小于板材的厚度。
优选地，所述凹模的刃口圆角半径为钢背厚度的20%。
优选地，所述导柱与所述上模座之间设有导套，所述导柱与所述导套之间设置有导向滚珠。
本发明的有益效果有以下几点：
（1）精冲模具中特别设计了弹性卸料装置，提供了精冲过程中的巨大压边力，实现了无齿圈精冲；
（2）精冲模具中凹模刃口的特殊设计，依靠已经冲好的零件提供反顶力，不需要反顶板，并且实现了普通压力机上的精冲；
（3）凸模或凹模刃口有小圆角，以便更多的材料被挤入变形区，增加压应力成分；
（4）在精冲加工过程中，由于冷作硬化的作用，其精冲表面硬度甚至可以达到HRC42，在很多情况下，精冲零件往往可直接用于装配而无需后续加工。
（5）冲裁过程的压力非常大，精度高，采用高精度的导向滚珠，对设备精度、模具结构、材料乃至润滑都提出了很高的要求，得到的冲裁件精度高。
总之，本发明能够有效地消除锻件存在的缺陷，有效地节约原材料，节约原材料10%以上。能够有效地提高光洁面的比例，而且模具精度高，使用寿命长，不易损坏。本发明成本低廉，使用的设备简单，能够在普通冲压机上实现精密冲裁，投产时间快，生产效率高，具有良好的市场前景。
附图说明
图1是本发明中钢背的结构示意图；
图2是本发明中精冲钢背外形的模具结构示意图；
图3是本发明中精冲钢背若干个孔的模具结构示意图；
图4是图2中A部分结构的放大示意图；
图5是图3中B部分结构的放大示意图。
具体实施方式
本发明涉及一种汽车盘式制动刹车片钢背的精冲方法及其精冲模具，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。
本发明提供的一种精冲方法，可以在普通压力机上使用精密冲裁模具达到精冲效果，从而提高产品质量。该精冲方法包括以下步骤：
（1） 根据钢背的面积及厚度计算出压边力、反顶力、冲裁力、凹模刃口、 冲裁间隙以及凹模刃口圆角半径的工艺参数的取值范围，并根据工艺参数制定精冲模具；
（2） 将板材放入由凸模、凹模以及弹性卸料装置组成的模具中；
（3） 使凹模处于锁定状态，控制凸模和弹性卸料装置下行，弹性卸料装置首先接触板材并压住板材提供压边力；
（4） 当弹性卸料装置达到极限位置时，凸模将部分板材压入凹模的型腔中得到冲裁件，冲裁件与凹模之间的巨大摩擦力提供反顶力；
（5） 控制凸模和弹性卸料装置上行，弹性卸料装置由压缩状态逐渐转为拉伸状态后，进行卸料，完成全部精冲过程。
步骤（1）中所述的压边力、反顶力以及冲裁力是精冲变形区域内形成静水压力的重要影响因素，静水压力越大，则产生微裂纹的时间越晚，精冲质量越好。其中：
压边力的计算公式为：
（1）
式中：
——压边力系数，取值为0.35～0.45；
反顶力的计算公式为：
式中：
——反顶力系数，取值为0.25～0.35；
——钢背面积；
冲裁力的计算公式为：
式中：
——凸模载荷系数，取值为0.65～0.75；
冲裁间隙是形成侧压力的重要因素，冲裁间隙越小，则侧压力越大，精冲质量也越好。但是过小的冲裁间隙会引起模具过快磨损，从而影响模具的使用寿命。根据研究发现，当冲裁间隙为0.2%t（t为设计钢背的厚度，下文同义）与无间隙冲裁所得到的钢背质量基本一致，而此时模具的磨损程度远远小于无间隙，因此本发明中冲裁间隙的值为0.2%t。
凹模圆角有助于增加冲裁纤维，因此凹模圆角越大，则断裂面百分比越小，然而凹模圆角过大则会引起塌角面高度的增加。经过研究发现，当凹模圆角半径为20%t时断裂面高度为最小，塌角面高度也处于较小值，此时钢背光洁面高度达到最大值，因此本发明凹模圆角半径的值为20%t。
为了更好地实现上述精冲方法，本发明还提供一种汽车盘式制动刹车片钢背的精冲模具，该精冲模具包括模柄1、上模座2、上垫板3、凸模4、凹模5以及下模座6，冲压设备通过所述模柄1提供冲压动力，所述模柄1设于所述上模座2上并采用紧固螺钉14连接，所述上模座2、所述上垫板3以及所述凸模4依次相连接，所述凹模5设于所述下模座6上，所述上模座2、所述下模座6通过导柱7相连接，其间设置有导套70，并且在所述导柱与所述导套70直接设置有导向滚珠71，有效提高了模具的导向效果。所述汽车盘式制动刹车片钢背的精冲模具还包括弹性卸料装置，所述上模座2、所述上垫板3以及所述弹性卸料装置依次通过螺钉11相连接，所述所述凸模4滑动穿设连接在所述弹性卸料装置内，所述凸模4、所述弹性卸料装置均位于所述凹模5的正上方。所述弹性卸料装置可以包括固定板8、卸料板9以及设置在所述固定板8与所述卸料板9之间的弹性橡胶10或蝶形弹簧12等其他具有弹性效果的弹性体。
如图2、图3、图4、图5所示，为汽车刹车片精冲示意图，精冲前，板材15位于所述卸料板9、所述凸模4和所述凹模5之间。其精冲过程主要分2个阶段：首先，压力机的动力通过所述模柄1、所述上模座2、所述上垫板3、所述固定板8向下压，从而使得所述弹性橡胶10或所述蝶形弹簧12处于压缩状态并带动所述卸料板9向下压入所述板材15；然后，当所述蝶形弹簧10或所述蝶形弹簧12压缩到极限位置时，所述凸模4将所述板材15压入所述凹模5的型腔中，获得的冲裁件即为汽车刹车片精冲零件，所述板材15的其他部分作为废料去除，从而完成汽车刹车片钢背的整个精冲过程。由于在精冲模具中增加了所述弹性卸料装置，并利用所述凸模4与所述凹模5之间极小的冲裁间隙，即为0.2%t，形成小间隙冲压。冲压时，利用所述弹性卸料装置提供的压力使得所述板材15与所述凹模5产生巨大的压边力，阻止所述板材15沿水平方向流动，并且所述凹模5的刃口尺寸与钢背零件尺寸相同，间隙很小，而所述凹模5的刃口高度为设计钢背厚度t的2～3倍，使得已经冲下来的冲裁件与所述凹模5之间有巨大的摩擦力提供反顶力，使所述板材15处于三维压应力状态，在材料不出现拉伸裂纹的情况下实现毛坯板材的冲裁分离，达到表面光洁度和冲压直面均在90%以上的要求。
如图2、图4所示，为本实施例中精冲钢背外形的示意图，所述弹性卸料装置是由固定板8、卸料板9、弹性橡胶10以及螺钉11等零件组成，所述上模座2、所述上垫板3、所述固定板8、所述弹性橡胶10以及所述卸料板9通过螺钉11相连接，所述凸模4的下端滑动穿设连接在所述卸料板9上。精冲时，使所述凹模5处于锁定状态，控制所述凸模4和弹性卸料装置下行，所述弹性卸料装置首先接触所述板材15并压住所述板材15提供压边力，所述弹性橡胶10是在轴向上呈锥形并承受负载的特殊弹簧，在承受负载变形后，储蓄一定的势能，当螺栓出现松弛时，所述弹性橡胶10释放部分势能以保持法兰连接间的压力达到密封要求。因此，所述弹性卸料装置既起卸料作用又起压料作用，所以冲裁件质量较好，平直度较高，冲裁件精度要求高。当一次冲压完成后，压力机带动所述模柄1、所述上模座2、所述上垫板3、所述固定板8上行，此时由于所述弹性橡胶10的压力作用，所述卸料板9和所述螺钉11并未上行且所述卸料板9与废料之间仍有较大压力，当所述模柄1上行到一定高度时，弹性恢复自由状态并逐渐转为拉伸状态，此时所述上模座1带动螺钉11端面上行，从而带动所述卸料板9上行完成整个卸料过程。
在所述凹模5的上端设有导料销13，所述导料销13露出所述凹模5的高度小于设计钢背的厚度。所述导料销13可以对板材条料的侧向送料进行导向，以免送偏的定位零件。所述导料销13一般设两个，并位于板材条料的同一侧，从前端向后方送料时，所述导料销13装在左侧。所述导料销13设在所述凹模5的上端面，其结构参照相应国家标准。本发明设计中根据需要选用的导料销规格为M8。
如图3、图5所示，为本实施例中精冲钢背上若干个孔的示意图，完成钢背外形精冲后，更换与冲孔工艺相适配的凸模4和凹模5，所述弹性卸料装置是由固定板8、卸料板9、蝶形弹簧12以及螺钉11等零件组成，具体精冲原理及过程与精冲钢背外形时相同，此处不再赘述。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，特别是本文所述的弹性卸料装置，可以有多种方式实现，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应当视为本发明的权利要求保护范围。
Claims (9)
1.一种汽车盘式制动刹车片钢背的精冲方法，其特征在于：该精冲方法包括以下步骤：
（1）根据钢背的面积及厚度计算出压边力、反顶力、冲裁力、凹模刃口、冲裁间隙以及凹模刃口圆角半径的工艺参数的取值范围，并根据工艺参数制定精冲模具；
（2）将板材放入由凸模、凹模以及弹性卸料装置组成的模具中；
（3）使凹模处于锁定状态，控制凸模和弹性卸料装置下行，弹性卸料装置首先接触板材并压住板材提供压边力；
（4）当弹性卸料装置达到极限位置时，凸模将部分板材压入凹模的型腔中得到冲裁件，冲裁件与凹模之间的巨大摩擦力提供反顶力；
（5）控制凸模和弹性卸料装置上行，弹性卸料装置由压缩状态逐渐转为拉伸状态后，进行卸料，完成全部精冲过程。
2.一种汽车盘式制动刹车片钢背的精冲模具，用于实现如权利要求1所述的一种汽车盘式制动刹车片钢背的精冲方法，该精冲模具包括模柄（1）、上模座（2）、上垫板（3）、凸模（4）、凹模（5）以及下模座（6），所述模柄（1）设于所述上模座（2）上，所述上模座（2）、所述上垫板（3）以及所述凸模（4）依次相连接，所述凹模（5）设于所述下模座（6）上，所述上模座（2）、所述下模座（6）通过导柱（7）相连接，其特征在于：所述汽车盘式制动刹车片钢背的精冲模具还包括弹性卸料装置，所述上模座（2）、所述上垫板（3）以及所述弹性卸料装置依次通过螺钉（11）相连接，所述凸模（4）滑动穿设连接在所述弹性卸料装置内，所述凸模（4）、所述弹性卸料装置均位于所述凹模（5）的正上方。
3.根据权利要求2所述的汽车盘式制动刹车片钢背的精冲模具，其特征在于：所述弹性卸料装置包括固定板（8）、卸料板（9）以及设置在所述固定板（8）与所述卸料板（9）之间的弹性橡胶（10），所述上模座（2）、所述上垫板（3）、所述固定板（8）、所述弹性橡胶（10）以及所述卸料板（9）通过所述螺钉（11）相连接，所述凸模（4）的下端滑动穿设连接在所述卸料板（9）上。
4.根据权利要求2所述的汽车盘式制动刹车片钢背的精冲模具，其特征在于：所述弹性卸料装置包括固定板（8）、卸料板（9）以及设置在所述固定板（8）与所述卸料板（9）之间的蝶形弹簧（12），所述上模座（2）、所述上垫板（3）、所述固定板（8）以及所述卸料板（9）通过所述螺钉（11）相连接，所述蝶形弹簧（12）套接在所述螺钉（11）上,所述凸模（4）的下端滑动穿设连接在所述卸料板（9）上。
5.根据权利要求2至4任一项所述的汽车盘式制动刹车片钢背的精冲模具，其特征在于：所述凸模（4）与所述凹模（5）的冲裁间隙为设计钢背厚度的0.2%。
6.根据权利要求2至4任一项所述的汽车盘式制动刹车片钢背的精冲模具，其特征在于：所述凹模（5）的刃口高度为设计钢背厚度的2～3倍。
7.根据权利要求2至4任一项所述的汽车盘式制动刹车片钢背的精冲模具，其特征在于：所述凹模（5）的上端设有两个导料销（13），两个所述导料销（12）位于送料方向的同一侧，所述导料销（13）露出所述凹模（5）的高度小于板材的厚度。
8.根据权利要求2至4任一项所述的汽车盘式制动刹车片钢背的精冲模具，其特征在于：所述凹模（5）的刃口圆角半径为设计钢背厚度的20%。
9.根据权利要求2至4任一项所述的汽车盘式制动刹车片钢背的精冲模具，其特征在于：所述导柱（7）与所述上模座（2）之间设有导套（70），所述导柱（7）与所述导套（70）之间设置有导向滚珠（71）。
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Denomination of invention: Precision punching method and precision punching mold for steel backing of automotive disc brake pads Granted publication date: 20160224 Pledgee: China Postal Savings Bank Co.,Ltd. Zhuhai Doumen Branch Pledgor: Zhuhai Greely friction material Co.,Ltd. Registration number: Y2024980023669 |
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