CN104511529A - 具表面微结构的弯形模具及其弯形冲头 - Google Patents

具表面微结构的弯形模具及其弯形冲头 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于冲压加工以弯曲成形一胚料的具表面微结构的弯形模具及其弯形冲头，其弯形模具包含下模、上模及料件安置件，下模包括有母模，母模包含有成形模面；上模包含弯形冲头，弯形冲头以一往复运动行程冲压置放在母模上的胚料，弯形冲头包含冲压时接触胚料的工作部；料件安置件设置于上模与下模之间，用以定位或压制放置于该母模上的胚料；其中，成形模面的表面上及/或工作部的表面上设置有多个微结构。本发明通过在弯形模具母模及其对应的冲头上设置表面微结构，可以降低金属板胚料在冲压弯形后的反弹量大小。

Description

具表面微结构的弯形模具及其弯形冲头
技术领域
本发明涉及一种具表面微结构的弯形模具及其弯形冲头，特别是有关于一种应用弯形冲头工作部表面上、母模成形模面上设置微结构的弯形模具及其弯形冲头。
背景技术
近十年来由于电子产业发展迅速，连带使得电子消费型产品如手机、笔记本电脑等商品销售量大增。而这些商品近年来发展趋势倾向于体积小、重量轻、强度佳、易散热，使其构成的零组件亦需金属化与精微化，使用半导体或非传统制程进行零组件生产有设备费用高、制程应用的材料有所限制、产品深宽比小、对于三维形状的组件产生不易等缺点。
金属塑性加工对于传统制造业的量产金属零件而言乃一重要关键技术，其有着生产效率高、节省材料、精度高、近净形生产(Near Net Shape)、成品拥有优良的机械性质、材料应用不受限制、简化零件设计的以上优点，且符合目前绿色工业的环保概念需求，使得金属成形于微组件制作应用受到越来越多的注目，并称之为微金属成形。
在金属塑性加工中的弯形（Bending）加工指金属板材受弯形工具加工后，使其弯曲塑性变形成所需要的形状与角度，当外力去除后仍保持弯曲的永久变形。如图1A～图1C所示，其为目前常见的V形弯曲型式的弯形模具及其冲压过程示意图。该弯形模具10先将胚料11（如金属板）放置于一包含成形模面121的母模12上，再以弯形冲头13朝向母模12进行往复运动行程冲压该胚料11，以使该胚料11受压弯曲后，其底面受成形模面121形状塑形、顶面受弯形冲头13形状塑形成所需的V形形状的成品或半成品。
另外，如图2A～图2C所示，其为目前常见的L形弯曲型式的弯形模具及其冲压过程示意图。该弯形模具10’先将胚料11’放置于一包含成形模面121’的母模12’上，并以一压料板14定位并压制固持之后，再以弯形冲头13’朝向母模12’进行往复运动行程冲压该胚料11’，以使该胚料11’受压弯曲后，其底面受成形模面121’形状塑形、顶面受弯形冲头13’一侧的形状塑形成所需的L形形状的成品或半成品。
再如图3A～图3C所示，其为目前常见的U形弯曲型式的弯形模具及其冲压过程示意图。该弯形模具10”先将胚料11”放置于一包含成形模面121”的母模12”上，再以弯形冲头13”朝向母模12”进行往复运动行程冲压该胚料11”，以使该胚料11”受压弯曲后，其侧面受成形模面121”形状塑形、底面受一顶出机构（图中未示）的胚料顶出板15形状塑形、顶面受弯形冲头13”形状塑形成所需的U形形状的成品或半成品。
上述的弯形模具10、10’、10”在弯形冲压加工胚料后，在不使胚料11、11’、11”弯形角发生裂痕的前提下，当胚料11、11’、11”脱离弯形模具10、10’、10”之后，会产生难以避免的弯形反弹（Spring back）的变异现象，因而导致该成品尺寸改变而无法符合标准，因此常需要再经过二次整形及加工等工法使其弯形角度准确。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具表面微结构的弯形模具及其弯形冲头，其通过在弯形模具母模及其对应的冲头上设置表面微结构，可以降低金属板胚料在冲压弯形后的反弹量大小。
为了达到上述目的，本发明提供一种具表面微结构的弯形模具，适用于冲压加工以弯曲成形一胚料，其中该弯形模具包含：
一下模，设置于一模座上，该下模包括一母模，该母模包含有一成形模面；
一上模，包含一弯形冲头，该弯形冲头以一往复运动行程冲压置放在该母模上的胚料，该弯形冲头包含一冲压时接触胚料的工作部；以及
一料件安置件，设置于该上模与该下模之间，用以定位或压制设置于该母模上的胚料；
其中，该成形模面的表面上及/或该工作部的表面上设置有多个微结构。
该些微结构为多个沟槽或多个凹坑或组合多个沟槽及多个凹坑的样式。
该成形模面至少具有一壁面转折处，该些多个微结构设置于该壁面转折处及/或其邻近的壁面区域上。
该工作部的表面至少具有一转折部，该些多个微结构设置于该转折部及/或其邻近的表面区域上。
该壁面转折处的相邻两壁面间呈一夹角、具有一圆角、具有一凹角或具有一斜角。
该些微结构为间隔排列。
该些沟槽型微结构呈互相交错或互相平行排列。
该些凹坑型微结构的表面形状为圆形、椭圆形、方形或不规则形状。
该些微结构的截面形状为方型、V型或弧形。
一种具表面微结构的弯形冲头，其中包含一接触胚料的工作部，该工作部周围表面包含有多个微结构。
该些微结构为多个沟槽或多个凹坑或组合多个沟槽及多个凹坑的样式。
该些微结构为间隔排列。
该些沟槽型微结构呈互相交错或互相平行排列。
该些凹坑型微结构的表面形状为圆形、椭圆形、方形或不规则形状。
该些微结构的截面形状为方型、V型或弧形。
采用上述方案后，本发明通过于弯形冲头的工作部表面及/或弯形冲头的工作部表面与对应的母模的成形模面上所设置的多个微结构，可在弯形时降低加工的胚料与弯形模具的摩擦力，使金属板胚料在弯曲成形时能全部达到塑性变形，减少金属板胚料应力分布不均匀的情形，降低金属板胚料的反弹量大小。
附图说明
图1A-1C为现有V形弯曲型式的弯形模具冲压过程示意图；
图2A-2C为现有L形弯曲型式的弯形模具冲压过程示意图；
图3A-3C为现有U形弯曲型式的弯形模具冲压过程示意图；
图4A为本发明一实施例的弯形冲头对胚料弯形作业前的示意图；
图4B为图4A的弯形模具的弯形冲头对胚料金属板材进行弯形作业的局部示意图；
图5为本发明的U形弯形模具实施例中其弯形冲头的工作部表面与母模的成形模面的微结构位置的剖面示意图；
图6为图5的弯形冲头的工作部表面与母模的成形模面的微结构实施例的立体剖面示意图，其冲头的微结构为交叉沟槽排列、母模的微结构为斜向平行排列；
图7为本发明的弯形冲头与母模的微结构实施例的成形为曲面时母模的微结构实施例的示意图；
图8为本发明的弯形冲头与母模的微结构截面形状为V型交叉沟槽实施例的剖面示意图；
图9为本发明的弯形冲头与母模的微结构截面形状为方型交叉沟槽实施例的剖面示意图；
图10为本发明的弯形冲头与母模的微结构截面形状为弧形交叉沟槽实施例的剖面示意图；
图11为本发明的弯形冲头的微结构呈斜向平行排列分布示意图；
图12为本发明的弯形冲头的微结构呈交叉排列分布示意图；
图13为本发明的弯形冲头的微结构呈水平平行排列分布示意图；
图14为本发明的弯形冲头的凹坑式微结构呈均匀分布示意图；
图15为本发明的V形弯形模具实施例中其弯形冲头的工作部表面与母模的成形模面的微结构位置示意图；
图16为本发明的L形弯形模具实施例中其弯形冲头的工作部表面与母模的成形模面的微结构位置示意图；
图17为图16加工过程中弯形冲头的工作部表面与母模的成形模面的微结构为V型交叉沟槽实施例的剖面示意图。
具体实施方式
兹配合图式说明本发明的实施例如下。
首先请参照图4A所示的本发明一实施例的弯形冲头对胚料弯形作业前的示意图，以及图4B所示的图4A的弯形模具的弯形冲头对胚料金属板材进行弯形作业的局部示意图。本实施例中，该弯形模具20适用于一般的冲压加工设备，用以弯曲成形一胚料A（一般为金属板材），该冲压加工设备的相关机构及运作原理为本领域技术人员所熟知，故不赘言。本发明的弯形模具20，包含：下模21、上模22及料件安置件23。该下模21包括一母模211，该母模211设置在一模座B上，包含有一成形模面2111；该21下模亦包括一配置于成形模面2111内及胚料A底部的顶出机构（图中未示）的胚料顶出板24，让胚料A塑形及脱模。该上模22包含有一弯形冲头221，该弯形冲头221运用冲压机（图中未示出）的动力，以一往复运动行程加压置放在该母模211上的胚料A，该弯形冲头221包含一冲压时接触胚料的工作部2211。该料件安置件23设置在该上模22与该下模21之间，用以定位或压制设置于该母模211上的胚料A，以便弯形冲头22冲压在胚料A上的正确的加工位置，前述成形模面2111表面（有效的成形工作表面）上或该工作部2211表面（有效的成形工作表面）上或该成形模面2111与该工作部2211表面上设置有多个微结构G1、G2。此些微结构G1、G2的大小及深度会因胚料A的硬度、弯曲模具尺寸等因素而有所不同，但只要是设置在前述成形模面2111表面及/或工作部2211表面上，可在冲压成形时维持应有的弯曲模具强度并降低胚料A与弯形模具的摩擦力，均为本发明所涵盖的范围。
请再参照图5所示的本发明的U形弯形模具实施例中的弯形冲头的工作部表面与母模的成形模面的微结构位置示意图、图6所示的图5的弯形冲头的工作部表面与母模的成形模面的微结构实施例的示意图。在本实施例中，其弯形冲头221的微结构G2为交叉排列、母模211的微结构G1为斜向平行排列，但实际应用时并不限于此实施形态。胚料A由料件安置件23（压料板）定位并压固于母模211上，弯形冲头221对应于母模211的成形模面2111中间向下冲压，并以一顶出机构（图中未示）的胚料顶出板24顶抵。该成形模面2111至少具有一壁面转折处C，该些多个母模211的微结构G1设置于该壁面转折处及其邻近的壁面区域C1上，该工作部2211的表面至少具有一转折部D，该些多个弯形冲头221的微结构G2设置于该转折部及其邻近的表面区域D1上。
再请参见图7所示的本发明的母模的微结构实施例的成形曲面实施例的示意图。母模211a上的成形模面2111a为曲面或不规则面，而前述微结构G1可为多个凹坑的样式。当然，图中未示出的其对应的弯曲冲头也可对应成形模面2111a而具有相同的曲面及凹坑式微结构特征。另外，前述微结构G1可为多个沟槽的样式或多个凹坑的样式、或组合多个沟槽及多个凹坑的样式。再者，前述的沟槽型微结构可呈互相交错排列或互相平行排列的态样。呈多个凹坑状（可为圆形、椭圆形、方形、其他几何形状及其它不规则形状）的微结构适用于设置在具有曲面的成形模面表面或曲面、不规则面的工作部表面，但不以此应用为限，换言之，以现今的加工技术，在曲面或不规侧面上加工出沟槽型微结构，或是在平面上加工出圆形、椭圆形、方形、其他几何形状及其它不规侧形状的凹坑也是不成问题的。
请再参见图8所示的本发明的弯形冲头与母模的微结构截面形状为V型交叉沟槽实施例的剖面示意图、图9所示的本发明的弯形冲头与母模的微结构为方型交叉沟槽实施例的示意图以及图10所示的本发明的弯形冲头与母模的微结构为弧形交叉沟槽实施例的示意图。在图8实施例中，该些母模211的微结构G1或该些弯形冲头221的微结构G2的交叉沟槽的微结构截面形状F为大抵V型、在图9实施例中该些母模211的微结构G1或该些弯曲冲头221微结构G2的交叉沟槽的微结构截面形状F’为方型、在图10实施例中，该些母模211的微结构G1或该些弯曲冲头221微结构G2的交叉沟槽的微结构截面形状F”为弧形。
请继续参照图11所示，本实施例为本发明的弯形冲头211上的转折部及其邻近的表面区域D1中的多个表面微结构G2设置成与弯形冲头211的冲压方向呈斜向平行排列分布的示意图；图12所示的实施例为本发明的弯形冲头211上的转折部及其邻近的表面区域D1中的多个表面微结构G2设置成与弯形冲头211的冲压方向呈交叉排列分布的示意图；图13所示的实施例为本发明的弯形冲头211上的转折部及其邻近的表面区域D1中的多个表面微结构G2设置成与弯形冲头211的冲压方向呈垂直排列分布（即彼此互呈水平排列）的示意图；图14所示的实施例为本发明的弯形冲头211上的转折部及其邻近的表面区域D1中的凹坑型态的多个表面微结构G2呈均匀分布的示意图。
值得一提的是，前述的多个表面微结构G2彼此的间隔可为大抵均匀分布，并不要求间隔必须完全精确。此外，凹坑型态的微结构表面形状可为圆形，但不仅只限于圆形，亦可为椭圆形、方形及其它形状。另外，前述诸实施例虽以弯形冲头211的微结构G2为例，但也可同样对照适用于母模12上的微结构G1的设置。
在图15所示的实施例中，其为本发明的V形弯形模具的弯形冲头的工作部表面与母模的成形模面的微结构位置示意图。在此弯形模具20’中，该胚料A’由料件安置件23’（定位板）定位于母模211’上，冲头221’对应于母模211’的V形的成形模面2111’向下冲压以使胚料A’弯曲成形。该些多个母模的微结构G1’设置于该成形模面2111’的该壁面转折处及其邻近的壁面区域C1’上，该些多个冲头的微结构G2’设置于该转折部及其邻近的表面区域D1’上。
在图16所示的实施例，其为本发明的L形弯形模具弯形冲头的工作部表面与母模的成形模面的微结构位置示意图。在此弯形模具20”中，该胚料A”由料件安置件23”（压料板）压制固定于母模211”上，弯形冲头221”对应于母模211”的L形的成形模面2111”旁侧，并向下冲压以使胚料A”弯曲成形。该些多个微结构G1”设置于该成形模面2111”的该壁面转折处及其邻近的壁面区域C1”上，该些多个微结构G2”设置于该转折部及其邻近的表面区域D1”上。图17中所示为加工过程中，该转折部及其邻近的表面区域C1”上的V型多个微结构G1”及转折部及其邻近的表面区域D1”上的V型多个微结构G2”的相对设置位置的剖面示意图。
在一实施例中，该壁面转折处C的相邻的两壁面间可呈一夹角（可为直角、锐角或钝角），也可以是相邻两壁面间具有一圆角、具有一凹角或具有一斜角等态样。
值得一提的是，在一实施例中，成形模面上和工作部的表面上的微结构可倾斜、垂直于冲压方向设置，或倾斜、垂直于该成形模面的边缘而设置。
在一实施例中，该些微结构为间隔排列。
综上所述，本发明至少具有下列优点：本发明在弯形冲头的工作部表面、或弯形冲头的工作部表面与对应的母模的成形模面上所设置的微结构倾斜于冲压方向设置的交叉沟槽、垂直于冲压方向设置的平行沟槽、及各种形状凹槽，可在弯形时降低加工的胚料与弯形模具的的摩擦力，使金属板胚料在弯曲成形时尽可能地全部达到塑性变形，减少金属板胚料应力分布不均匀的情形，降低金属板胚料的反弹量大小。
前述本发明所采用的技术手段的实施方式或实施例，并非用来限定本发明专利实施的范围。即凡与本发明专利申请范围文义相符，或依本发明专利范围所做的均等变化与修饰，皆为本发明专利范围所涵盖。

Claims (15)

1.一种具表面微结构的弯形模具，适用于冲压加工以弯曲成形一胚料，其特征在于：该弯形模具包含：
一下模，设置于一模座上，该下模包括一母模，该母模包含有一成形模面；
一上模，包含一弯形冲头，该弯形冲头以一往复运动行程冲压置放在该母模上的胚料，该弯形冲头包含一冲压时接触胚料的工作部；以及
一料件安置件，设置于该上模与该下模之间，用以定位或压制设置于该母模上的胚料；
其中，该成形模面的表面上及/或该工作部的表面上设置有多个微结构。
2.如权利要求1所述的具表面微结构的弯形模具，其特征在于：该些微结构为多个沟槽或多个凹坑或组合多个沟槽及多个凹坑的样式。
3.如权利要求1所述的具表面微结构的弯形模具，其特征在于：该成形模面至少具有一壁面转折处，该些多个微结构设置于该壁面转折处及/或其邻近的壁面区域上。
4.如权利要求1所述的具表面微结构的弯形模具，其特征在于：该工作部的表面至少具有一转折部，该些多个微结构设置于该转折部及/或其邻近的表面区域上。
5.如权利要求3所述的具表面微结构的弯形模具，其特征在于：该壁面转折处的相邻两壁面间呈一夹角、具有一圆角、具有一凹角或具有一斜角。
6.如权利要求2所述的具表面微结构的弯形模具，其特征在于：该些微结构为间隔排列。
7.如权利要求2所述的具表面微结构的弯形模具，其特征在于：该些沟槽型微结构呈互相交错或互相平行排列。
8.如权利要求2所述的具表面微结构的弯形模具，其特征在于：该些凹坑型微结构的表面形状为圆形、椭圆形、方形或不规则形状。
9.如权利要求2所述的具表面微结构的弯形模具，其特征在于：该些微结构的截面形状为方型、V型或弧形。
10.一种具表面微结构的弯形冲头，其特征在于：包含一接触胚料的工作部，该工作部周围表面包含有多个微结构。
11.如权利要求10所述的具表面微结构的弯形冲头，其特征在于：该些微结构为多个沟槽或多个凹坑或组合多个沟槽及多个凹坑的样式。
12.如权利要求11所述的具表面微结构的弯形冲头，其特征在于：该些微结构为间隔排列。
13.如权利要求11所述的具表面微结构的弯形冲头，其特征在于：该些沟槽型微结构呈互相交错或互相平行排列。
14.如权利要求11所述的具表面微结构的弯形冲头，其特征在于：该些凹坑型微结构的表面形状为圆形、椭圆形、方形或不规则形状。
15.如权利要求10所述的具表面微结构的弯形冲头，其特征在于：该些微结构的截面形状为方型、V型或弧形。
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