CN103586333A - 金属板材复合冲压的过程及模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合冲压的工艺过程和模具结构。该复合冲压模具由一道或者两道工序组成并具有拉延、再拉延、修边、冲孔、翻边、整形的功能。该复合冲压模具由上模、下模、压料板、上压垫、下压垫、上模座、下模座、修边刀、整形模块、冲孔冲头、板料定位销、退料销和其他传统模具常用的模块组成。所有的或尽可能多的修边线和孔在下料模中预先被切割好。该复合冲压模具可以明显节省冲压板料，并且减少大约50％的模具制造成本。

Description

金属板材复合冲压的过程及模具

技术领域

本发明涉及一种金属板料冲压过程及模具结构，更具体地说，涉及一种金属板料复合冷冲压过程及模具，它包括板料下料、拉延、成型、修边、打孔、翻边和整形等冲压工艺。

背景技术

对于汽车冲压覆盖件、内外板已及加强版，大多数都是经过板料的冲裁、拉延、成型、修边、打孔、翻边和整形加工而成。一般而言，除板料的冲裁以外，需要4或者5道工序才能加工成最终产品，这些冲压件包括车窗架加强板、车门内外板、车顶加强板、车顶天窗加强板、发动机罩内外板、行李后备箱内外板、车地板、顶拱、前后保险杠、加强边梁、加强A柱、加强B柱、侧围栏、摇杆加强板、油箱保护板、后排座椅下的模梁、车门窗沿加强条、车顶加强围栏、门梁、发动机仓底部结构、前装配平台、前烟道护板等等。生产冲压件的主要成本是冲压钢板的材料成本和模具制造成本，所以，如何降低这两项成本具有重要意义。

关于如何更好的降低汽车冲压生产成本已经做了大量的工作【1-3】，在裁剪方法上，运用摆剪方式代替直切以提高材料利用率，套裁的运用，采用落料模具或级进模具。在冲裁工序中的改善方面，减小或取消搭边值，将零件毛坯尺寸由块料改为条料，正反方向套冲，由浅拉延改为成形，冲压工序合并，余料再利用。尽管如此，对上述汽车冲压覆盖件、内外板已及加强版冲压件的生产工艺仍然很复杂，其材料利用率仍然不高。到目前为止，能够将具有一定拉延深度(比如车窗架加强板、车顶加强板、车顶天窗加强板、发动机罩内外板等等)的拉延、成型、修边、打孔、翻边和整形工序合并成为一道利两道工序的冲压工艺和模具还未见报道。另外，对于一个冲压周期采取多次冲压行程的工艺也未见报道。

发明内容

对于汽车冲压覆盖件、内外板已及加强版，大多数传统的冲压工艺都是经过板料的冲裁、拉延、成型、修边、打孔、翻边和整形加工而成。一般而言，除板料的冲裁以外，需要4道或者5道工序才能加工成最终产品，其主要的局限性是冲压工艺复杂，材料利用率低以及模具成本高。

为了克服上述传统冲压工艺的局限性，本发明公开了一种复合冲压的工艺过程和模具结构。该复合冲压模具由一道和两道工序组成并具有拉延、再拉延、修边、冲孔、翻边、整形的功能。该复合冲压模具可以明显节省冲压板料，并且减少大约50％的模具生产成本。

附图说明

图1本发明的复合冲压模具应用于车窗架加强板的截面示意图

图2本发明的复合冲压模具应用于车顶天窗加强板的截面示意图

图3本发明的复合冲压模具应用于发动机罩内板的截面示意图

图4本发明的复合冲压模具在压料板闭合时台阶式拉延筋的截面示意图，压料板闭合时产生台阶式拉延筋，这些台阶式拉延筋可以控制板料在压料板闭合阶段的的板料流动

图5本发明的复合冲压模具在冲压完成时台阶式拉延筋的截面示意图，板料流过台阶式拉延筋

图6本发明的复合冲压模具在冲压完成时的截面示意图，打孔与冲压同时进行，模块8和模块9的位置在冲压过程中是可变的

图7本发明的复合冲压模具在汽车内板以及加强板中的部分应用举例

图8本发明的复合冲压模具应用于另一类车顶天窗加强板的截面示意图

1-冲压板料，2-复合压料板，3-凹模，4-凸模，5-下模座，6-氮气缸，7-上模座，8-位置可变的模块，9-位置可变的模块，10-冲孔系统，11-空气气缸，12-耐磨板

具体实施方式

图1是本发明的复合冲压模具应用于车窗架加强板的截面示意图，在该图中拉延方向是向下的，在传统的冲压工艺中，除冲裁下料外该冲压件由拉延、修边、冲孔、翻边、分离共等5道工序组成，在本发明的工艺中，所有的修边线和孔在下料模中预先被切割好，在此例子中，复合压料板(2)较传统的压料板大得多并且主要由工件形面组成，这些形面的特征是在拉延方向的高度变化不大，复合凸模(4)较传统的凸模小得多并且主要由工作形面组成，这些形面的特征是在拉延方向的高度变化大，凹模与传统的凹模相似，凹模可以由氮气缸所浮动或者直接固定在上模座上。

当板料被放入模具上的时候，板料靠带有一定推力的定位销精确定位，从而保证板料在生产环境下初始的定位精度。在单动压机的情况下，复合压料板(2)被沿冲压相反的方向移动了50毫米，并且由气垫顶杆或者氮气缸支撑着以保持复合压料板(2)的顶部与复合凸模的顶部在同等高度的水平上，凹模(3)的最低点比板料约高出几个毫米。当凹模(3)向下移动并与复合压料板(2)闭合后，板料被成型成复合压料板的形状，该压闭合的区域在随后的成型过程中对于随后的拉延可以起到拉延筋的作用，当复合压料板(2)和凹模(3)移动到模具底部时，凹模(3)和凸模(4)完全闭合，板料最终被成型成模具的形状，由于所有的修边线和孔在下料模中预先被切割好，所以，如果修边线和孔的精度要求不是很高，后续的所有工序可以省掉，如果某些修边线和孔的精度要求很高，则可以在第一道工序的第二次冲压或者第二道工序中对这些精度要求很高的修边线和孔进行修边和冲孔。这样，本发明的复合冲压可以将原来传统的冲裁下料除外的5道工序缩短至1道或者2道工序，从而节约大约50％模具制造成本，同时，由于去掉了传统工艺上所需要的工艺辅助面和压边圈所消耗的板料，所以，可以节约0.8公斤的板料。

图2是本发明的复合冲压模具应用于车顶天窗加强板的截面示意图，在该图中拉延方向是向上的，在传统的冲压工艺中，除冲裁下料外该冲压件由拉延、修边、冲孔、整形和翻边等共5道工序组成，在此例子中，其复合成型的原理与车窗架加强板一样，所不同之处是复合凸模(4)由几个曲面组成，沿天窗的翻边也合并到了第一道工序内，如果修边线和孔的精度要求不是很高，后续的所有工序可以省掉，如果某些修边线和孔的精度要求很高，则可以在第一道工序的第二次冲压或者第二道工序中对这些精度要求很高的修边线和孔进行修边和冲孔。这样，本发明的复合冲压可以将原来传统的冲裁下料除外的5道工序缩短至1道或者2道工序，从而节约大约50％模具制造成本，同时，由于去掉了传统工艺上所需要的工艺辅助面和压边圈所消耗的板料，所以可以节约1.5公斤的板料。

图3是本发明的复合冲压模具应用于发动机罩内板的截面示意图，在该图中拉延方向是向下的，在传统的冲压工艺中，除冲裁下料外该冲压件由拉延、修边、冲孔、翻边等共5道工序组成，在此例子中，其复合成型的原理与车窗架加强板一样，所不同之处是复合压料板(2)在锐角的地方所占的面积较传统的冲压低，从而，减少在该处的起皱的程度，如果修边线和孔的精度要求不是很高，后续的所有工序可以省掉，如果某些修边线和孔的精度要求很高，则可以在第一道工序的第二次冲压或者第二道工序中对这些精度要求很高的修边线和孔进行修边和冲孔。这样，本发明的复合冲压可以将原来传统的冲裁下料除外的5道工序缩短至1道或者2道工序，从而节约大约50％模具制造成本，同时由于去掉了传统工艺上所需要的工艺辅助面和压边圈所消耗的板料，所以可以节约1.2公斤的板料。

图4是本发明的复合冲压模具在压料板闭合时带有台阶式拉延筋的截面示意图，在此情况下，复合压料板不是光滑平整的，在复合压料板的边缘有台阶，在凹模的边缘也有与复合压料板的边缘相应的台阶，当压料板闭合时板料边缘产生台阶式拉延筋，这些台阶式拉延筋可以控制板料在压料板闭合阶段的的板料流动，该台阶式拉延筋是由带有台阶状的凹模边缘与带有台阶状的压料板边缘相互接触时产生的，这些台阶式拉延筋可以控制板料在压料板闭合阶段的的板料流动，从而有效地减少了皱褶的形成。该方法使得非平滑压料板的应用更容易和更广泛。图5是本发明的复合冲压模具在压料板闭合时带有台阶式拉延筋的截面示意图，在此情况下，板料流过台阶式拉延筋成为最终产品的一部分，从而省掉了传统拉延筋所消耗的板料，提高了板料的利用率。

图6是本发明的复合冲压模具在冲压完成时的截面示意图，在此例子中，打孔与冲压可以在同一道工序中进行，为了在第一套模具或者第一道工序内冲压出如图6右边所示的双台阶形状，模块8和模块9在冲压过程中的位置被设计成可变的，并分别安装在凹模和凸模上，在第一道工序的第一次冲压过程中，模块8和模块9分别被相应的气缸推至左边，此时，模块8处于非工作状态，模块9处于工作状态，并且与相邻压料板处于同一高度，从而有利于在冲压过程中板料的流动，当第一道工序的第一次冲压过程完成时，图6右边所示的上部台阶形状被冲压成型。在第一道工序的第二次冲压过程中，模块8和模块9分别被相应的气缸推至右边，此时，模块8和模块9均处于工作状态，此时的工艺是依靠模块8和9的局部翻边成型，而凹模的其他部分起压垫的作用，打孔也可以在该道工序中完成，当第一道工序的第二次冲压过程完成时，图6右边所示的下部台阶形状被冲压成型。

图7是本发明的复合冲压模具在汽车内板以及加强板中的部分应用举例，本发明的应用范围并不局限于汽车行业，凡是有冲压的地方都可以应用本发明的复合冲压工艺减少板料，并且降低模具制造成本，本发明中所提及的工件也可以用带有压垫的无压料板成型工艺来实现。

图8是本发明的复合冲压模具应用于另一类车顶天窗加强板的截面示意图，在该图中拉延方向是向上的，在传统的冲压工艺中，除冲裁下料外该冲压件由拉延、修边、冲孔、整形和翻边等共6道工序组成，在此例子中，其复合成型的原理与天窗架加强板近似，所不同之处是图2中的复合压料板的移动距离在图8中为零，凸模与图2中的复合压料板合并在一起形成了凸模(4)，而上模的中间部分被隔离出来形成复合压料板(2)，在第一道工序内，凸模(4)静止不动，复合压料板(2)首先将板料(1)压紧，然后，凹模(4)闭合使板料成型为模面的形状，修边线已经到了最终所需的位置，第二次冲压工序是整形和翻边，并对精度要求很高孔进行冲孔。这样，本发明的复合冲压可以将原来传统的冲裁下料除外的6道工序缩短至2道工序，从而节约大约60％模具制造成本，同时，由于去掉了传统工艺上所需要的工艺辅助面和压边圈所消耗的板料，所以可以节约2公斤的板料。

Claims (10)

1.本发明公开了一种复合冲压的工艺过程和模具结构，该复合冲压模具由一道或者两道工序组成并具有拉延、再拉延、修边、冲孔、翻边、整形的功能，该复合冲压模具由上模、下模、压料板、上压垫、下压垫、上模座、下模座、修边刀、整形模块、冲孔冲头、板料定位销、退料销和其他传统模具常用的模块组成，复合冲压的过程是：(1)所以的或尽可能多的修边线和孔在下料模中预先切割好；(2)在第一套模具的第一次冲压中进行拉延变形，该拉延变形过程由上料过程、压料板闭合过程、冲压过程组成；(3)如果需要，在第一套模具的第二次冲压中对高精度要求的修边线和孔进行修边和冲孔；(4)如果需要，在第二套模具的第一和第二次冲压中进行再拉延、修边、冲孔、翻边和整形。

2.根据权利要求1所述的复合冲压过程及模具，其特征在于本发明的复合冲压过程及模具具有拉延的功能，但是，其压料板和冲压凸模与传统的冲压模不一样，本发明的压料板称之为复合压料板，本发明的冲压凸模称之为复合冲压凸模，复合压料板可以由纯粹的工件的部分几何面、工艺辅助面、传统的压料面、或者这几者的混合组成，复合压料板和复合冲压凸模可以是由一个或几个相互独立的几何面组成，同样，复合冲压凸模也可以是由一个或几个相互独立的几何面组成。

3.根据权利要求1所述的复合冲压过程及模具，其特征在于本发明的复合冲压过程及模具的拉延筋不是必需的，可以全部或者部分地省掉，传统拉延筋的功能被复合压料板与凹模之间的摩擦力所取代。

4.根据权利要求1所述的复合冲压过程及模具，其特征在于本发明的复合冲压过程在一套模具上的每个冲压周期可以由一次或多次冲压行程组成，该特征使得在一套模具上可以实现修边、冲孔、翻边和整形等多种冲压工艺。

5.根据权利要求1所述的复合冲压过程及模具，其特征在于本发明的复合冲压过程中，所有的或尽可能多的修边线和孔在下料模中预先被切割好，如果需要，在第一套模具的第一次或者第二次冲压中或者在第二套模具的第一和第二次冲压中对高精度要求的修边线和孔进行修边和冲孔，由于复合冲压仅仅只有一套或两套模具，所以，因为不同模具之间定位偏差引起的修边和冲孔偏差被大大地减少，从而增加了修边和冲孔的精度。

6.根据权利要求1所述的复合冲压过程及模具，其特征在于本发明的复合冲压模具的某些模块可以在同一套模具的不同冲压行程之间被抑制或者被激活，这些模块可以是上模、下模、压料板、上压垫、下压垫、上模座、下模座、修边刀、整形模块、冲孔冲头、板料定位销、退料销和传统模具常用的其他模块，复合冲压模具的部分定位销具有一定的推力，该定位系统能够使得板料在模具内的初始位置能够精确定位。

7.根据权利要求1所述的复合冲压过程及模具，其特征在于本发明的复合冲压过程可以节约大量的冲压板料，这是因为在许多情况下复合压料板由纯粹的工件的部分几何面组成，这样，传统冲压拉延模具所需要的工艺辅助面、拉延筋、压料板所需要的板料被节约下来，对于成型同一个零件而言，由于复合冲压的拉延工艺的变形量通常小于传统冲压拉延工艺的变形量，所以，在同样成型标准的前提下，如果板料厚度相同，与传统冲压比较复合冲压可以拉延成型更高强度的板料，如果最终冲压件的强度相同，与传统冲压比较复合冲压可以采用更薄的板料，从而节约板料，如果板料强度很高导致难以机械修边和冲孔，则可以用激光预先切边和冲孔，然后进行复合冲压，该过程可以部分代替热冲压，并且生产成本低、模具结构简单、过程简单。

8.根据权利要求1所述的复合冲压过程及模具，其特征在于本发明的复合冲压过程可以用于所有的汽车冲压件以及相关的冲压领域，这些冲压件包括车窗架加强板、车门内外板、车顶加强板、车顶天窗加强板、发动机罩内外板、行李后备箱内外板、车地板、顶拱、前后保险杠、加强边梁、加强A柱、加强B柱、侧围栏、摇杆加强板、油箱保护板、后排座椅下的模梁、车门窗沿加强条、车顶加强围栏、门梁、发动机仓底部结构、前装配平台、前烟道护板等等。 

9.根据权利要求1所述的复合冲压过程及模具，其特征在于本发明的复合冲压板料可以由无拉延筋控制的压料板组成，也可以是由带台阶式拉延筋控制压料板组成，该台阶式拉延筋是由带有台阶状的凹模边缘与带有台阶状的压料板边缘相互接触时产生的，这些台阶式拉延筋可以控制板料在压料板闭合阶段的板料流动，从而有效地减少了皱褶的形成，该方法使得非平滑压料板的应用更容易和更广泛，而非平滑压料板在传统的冲压工艺中是极力避免的。

10.根据权利要求1所述的复合冲压过程及模具，其特征在于本发明的复合冲压模具的复合压料板可以在模具的外围、内部或者内外混合，当复合压料板在内部时，复合压料板兼有压料垫的作用，当复合压料板在外围时，复合冲压工艺兼有无压料板冲压的作用。 

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