CN105107950A - 一种用于马鞍形冲压件的冲压组件 - Google Patents
一种用于马鞍形冲压件的冲压组件 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于马鞍形冲压件的冲压组件，其特征在于，包括成型模具和整形模具，所述的成型模具对料片进行一次冲压成型，形成待整形马鞍形冲压件，所述的整形模具对所述待整形马鞍形冲压件进行二次冲压整形，将两个侧壁张角缩小，进行负回弹补偿。第一次成型将料片冲压成待整形的马鞍形冲压件，二次整形则将待整形的马鞍形冲压件的侧壁张角和外圆角冲压整形，利用产品侧壁负回弹形成符合标准的马鞍形冲压件。与现有技术相比，本发明得到的产品变形少、起皱低，尤其是在圆角部分成性良好，产品良率大大提高，不需要进行拉伸处理和后续的修配工作，从而降低人工成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种冲压模具，尤其是涉及一种用于马鞍形冲压件的冲压组件。
背景技术
马鞍形冲压件产品外形类似马鞍，如图7所示，顶面为S形曲面，两个马鞍形冲压件侧壁与顶面之间呈一定夹角，马鞍形冲压件外侧壁与顶面连接处为产品外圆角。
马鞍形冲压件成型工艺复杂，通常不是单独的压形和拉延过程。板料在冲压成形过程中，板料上的应力分布情况非常复杂，从变形方式来看，板料的成形性往往是拉延、翻边、弯曲等多种变形方式的组合过程。鞍形中间部位常常存在较大的压应力使材料起皱，凹陷形状较深的零件在鞍形两端和侧边存在较大的拉应力，使材料开裂。
传统的加工方式分为两种：一种是先将平面料片折成U形，后压形料片顶部，形成马鞍形；另一种是先压形顶部、后压形侧面。两种方式在安折弯分析中，都会出现叠料和严重开裂现象，无法成形到底；如果采用拉延方式处理，则要增加压料，成型时更容易拉裂，且后续要侧切边增加工序，增加成本。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种成型效果好、成本低、研配量低的用于马鞍形冲压件的冲压组件。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于马鞍形冲压件的冲压组件，其特征在于，包括成型模具和整形模具，所述的成型模具对料片进行一次冲压成型，形成待整形马鞍形冲压件，所述的整形模具对所述待整形马鞍形冲压件进行二次冲压整形，将两个侧壁张角缩小，使两个侧壁向内负回弹。
所述的成型模具包括成型凸模和成型凹模，所述的成型凹模上设有成型凹槽，该成型凹槽侧壁与槽底夹角为95°～105°。
所述的第一上模固定板、上模板、下模固定板、下模镶块和下模脱料板，所述的上模板固定在第一上模固定板上，上模板构成成型凸模，所述的下模镶块设置在下模固定板上，下模镶块构成成型凹模，所述的下模脱料板浮于成型凹模模口，成型凸模与下模脱料板配合对料片顶面压型，成型凸模与成型凹模闭合将料片冲压成马鞍形。所述的成型模具还包括用于将料片向上顶出的下模顶料装置。
所述的下模顶料装置为氮气弹簧，所述的氮气弹簧底部固定，顶部不低于成型凹模模口，一次冲压成型时，氮气弹簧被压缩，一次冲压成型后，上模板向上返回，氮气弹簧向上将料片顶出。
所述的成型模具还包括设置在上模板上的浮料销组件，用于将料片从成型凸模上顶出，防止料片粘附在成型凸模上。
所述的整形模具包括第二上模固定板、上模镶块、下模板和第二下模固定板，所述的上模镶块设置在第二上模固定板上，构成整形凸模，所述的下模板固定在第二下模固定板上，下模板上设有整形凹槽，该整形凹槽侧壁与整形凹槽底面夹角为90°～95°，该角度仍大于最终产品顶面与侧壁夹角，二者相差的角度形成负回弹补偿角。所述的整形凹槽侧壁与槽底连接处为圆角，该整形圆角曲率半径为产品外圆角曲率半径的1～1.2倍；所述的整形凸模与整形凹槽的配合的间隙为待整形马鞍形冲压件厚度的0.9～0.98倍，从而产生负回弹，使两个侧壁张角继续减小，使侧壁与顶面夹角达到标准；二次冲压整形时，上模镶块向下运动，整形凸模与整形凹模配合将马鞍形冲压件的两个侧壁张角缩小，此时两个侧壁在内应力的作用下将向内负回弹，侧壁向内负回弹后形成符合标准的马鞍形冲压件。
所述的整形模具还包括用于将料片向下顶出的上模顶料装置，所述的上模顶料装置包括上模脱料块和矩形弹簧，所述的上模脱料块设置在与整形凸模模口平齐处，所述的矩形弹簧顶端固定，底端从整形凸模底部伸出，二次冲压整形前，待整形马鞍形冲压件套于整形凸模上，二次冲压整形时，矩形弹簧被压缩，整形凸模向上回程时，矩形弹簧底端从整形凸模底部弹出，顶出上模脱料块和料片。
在一次成型时，零件易开裂和起皱，为了使产品顺利成型，把产品外圆角放大二倍，将两个侧壁的张角先冲压成大于标准值的角度；在二次整形时，将产品外圆角整形成标准值，同时将两个侧壁的张角缩小。在这个过程中影响因素很多，包括材料的成形性能、板料初始外形和尺寸、模具几何形状、模具和板料的润滑条件、工艺条件(如压边力、冲压力、冲压频率、冲压速度)等等，这些因素相互耦合，相互制约，不同程度地影响着板料冲压成形质量。所以在模具的结构设计时成型凹模圆角设计成R10且要求光洁度0.4以上，一次成型时料要在均匀的压料力下进行，故采用氮气弹簧提供稳定的压料力。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)改变传统的冲压方式，将一次成型和二次整形结合，第一次成型将料片冲压成待整形的马鞍形冲压件，二次整形则将待整形的马鞍形冲压件的侧壁张角和产品外圆角冲压整形，利用产品侧壁负回弹形成符合标准的马鞍形冲压件，由此方法得到的产品变形少、起皱低，尤其是在圆角部分成性良好，产品良率大大提高，不需要进行拉伸处理和后续的修配工作，降低人工成本。
(2)成型模具中，成型凹槽侧壁与槽底夹角为95°～105°，有利于减小产品开裂、褶皱等现象；整形模具中，整形凹槽侧壁与整形凹槽底面夹角为90°～95°，该角度比标准件侧壁与顶面之间的夹角大，起到回弹补偿作用，角度大小选择基于软件分析结果及实际工艺条件综合因素，有利于达到最佳产品成型效果。
(3)成型模具的成型凹模圆角半径设计成最终产品外圆角的1.8～2.2倍，有利于二次整形，防止零件开裂和起皱。
(4)一次成型时使用氮气弹簧，压力均匀，提高成型质量。
(5)二次整形时，通过将马鞍形冲压件的两个侧面向内收，产生的应力使侧面向内负回弹，根据反弹曲面设计整形凹模，整形得到的产品形状较好，减少钳工的研配量。
(6)只需两道工序，无需进行拉延处理，成本低。
附图说明
图1为本发明成型模具主视结构示意图；
图2为本发明实施例成型模具俯视结构示意图；
图3为本发明实施例整形模具主视结构示意图；
图4为本发明实施例整形模具俯视结构示意图；
图5为一次成型时，成型凹模和料片形状示意图；
图6为二次整形前后，冲压件形状变化示意图；
图7为使用本发明实施例冲压成的马鞍形冲压件示意图；
图8为使用本实施例成型模具参数的CAE工艺分析结果图；
附图标记：11、第一上模固定板；12、上模板；13、下模固定板；14、下模镶块；15、氮气弹簧；16、浮料销组件；17、下模脱料板；21、第二上模固定板；22、上模镶块；23、下模板；24、第二下模固定板；25、上模脱料块；26、矩形弹簧；3、产品外圆角；4、马鞍形冲压件侧壁。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1～4所示，一种用于马鞍形冲压件的冲压组件，包括成型模具和整形模具，成型模具对料片进行一次冲压成型，形成待整形马鞍形冲压件，整形模具对所述待整形马鞍形冲压件进行二次冲压整形，将两个侧壁张角缩小，进行负回弹补偿。最终形成的马鞍形冲压件如图7所示。
成型模具包括第一上模固定板11、上模板12、下模固定板13、下模镶块14和下模脱料板17，上模板12固定在第一上模固定板11上，上模板12构成成型凸模，下模镶块14设置在下模固定板13上，下模镶块14构成成型凹模，该成型凹模上设有成型凹槽，该成型凹槽侧壁与槽底夹角为105°，成型凹槽侧壁与槽底连接处为成型圆角，该成型圆角曲率半径为产品外圆角3曲率半径的两倍，以减小产品开裂，利于二次整形。一次冲压成型前，下模脱料板17浮于成型凹模模口，料片放置在下模脱料板17上，一次冲压成型时，上模板12向下运动，将料片压在成型凸模与下模脱料板17之间，对料片顶面压型，即压成马鞍形冲压件顶面的S形，上模板12继续向下运动，成型凸模与成型凹模闭合，将料片冲压成马鞍形。
成型模具还包括用于将料片向上顶出的下模顶料装置，该下模顶料装置为氮气弹簧15，氮气弹簧15底部固定，顶部不低于成型凹模模口，一次冲压成型时，氮气弹簧15被压缩，一次冲压成型后，上模板12向上返回，氮气弹簧15向上将料片顶出。为防止料片粘附在成型凸模上，上模板12上设有浮料销组件16，用于将料片从成型凸模上顶出。
整形模具包括第二上模固定板21、上模镶块22、下模板23和第二下模固定板24，上模镶块22设置在第二上模固定板21上，构成整形凸模，下模板23固定在第二下模固定板24上。下模板23上设有整形凹槽，该整形凹槽侧壁与整形凹槽底面夹角为95°，整形凹槽侧壁与槽底连接处为整形圆角，该整形圆角曲率半径与产品外圆角3曲率半径相等，以将产品外圆角3整形成符合标准的大小，所述的整形凸模与整形凹槽配合的间隙为待整形马鞍形冲压件厚度的0.95倍，从而产生负回弹，使两个侧壁张角继续减小，使马鞍形冲压件侧壁4与顶面夹角达到标准。二次冲压整形时，上模镶块22向下运动，整形凸模与整形凹模配合将马鞍形冲压件的两个侧壁张角缩小，此时两个马鞍形冲压件侧壁4在内应力的作用下将向内负回弹，侧壁向内回弹后形成符合90°标准的马鞍形冲压件。
整形模具还包括用于将料片向下顶出的上模顶料装置，上模顶料装置包括上模脱料块25和矩形弹簧26，上模脱料块25设置在与整形凸模模口平齐处，矩形弹簧26顶端固定，底端从整形凸模底部伸出，二次冲压整形前，待整形马鞍形冲压件套于整形凸模上，二次冲压整形时，矩形弹簧26被压缩，整形凸模向上回程时，矩形弹簧26底端从整形凸模底部弹出，顶出上模脱料块25和料片。
下模脱料板初始状态在氮气弹簧的作用下与整形凹模口齐平便于放平料片，模具工作时，整形凸模向下和下模脱料板紧紧压住料片使之成S形状。继续下压料片在整形凹模腔成形，此时模具处于闭合状态。压力机回程时氮气弹簧把下模脱料板向上弹出，顶出工件。为了防止工件粘附，在整形凸模上安装浮料销组件，使工件能从整形凸模上顶出。
图5为一次成型时，成型凹模和料片示意图；图6为二次整形前后，冲压件形状变化示意图。从图中可看出二次整形时，将产品外圆角3缩小，马鞍形冲压件侧壁4的张角缩小。
在一次成型时，零件易开裂和起皱，为了使产品顺利成型，把外圆角做成产品外圆角3的二倍左右，将两个侧壁的张角先冲压成大于标准产品的角度；在二次整形时，将外圆角整形成标准值，同时将两个侧壁的张角缩小。在这个过程中影响因素很多，包括材料的成形性能、板料初始外形和尺寸、模具几何形状、模具和板料的润滑条件、工艺条件(如压边力、冲压力、冲压频率、冲压速度)等等，这些因素相互耦合，相互制约，不同程度地影响着板料冲压成形质量。所以在模具的结构设计时成型凹模圆角设计成R10且要求光洁度0.4以上，一次成型时料要在均匀的压料力下进行，故采用氮气弹簧提供稳定的压料力。二次整形时，矩形弹簧压料力越大，负回弹越小。
一般产品的回弹都是向外扩展，本实施例中，由于此类产品的应力应变的特殊性，产品是向内回弹的，这跟CAE分析一致。如图8的CAE分析结果所示，图中A区域代表成型良好，B区域代表未变形状态，C区域代表材料有轻微起皱状态，其余为过渡区域。根据CAE分析结果用ThinkDesign软件能得到较好的反弹曲面。根据反弹曲面设计的整形模具能大大减少钳工师傅的研配量，甚至不用修配。
实施例2
所述的成型模具中，成型凹槽侧壁与槽底夹角为100°，所述的整形模具中，整形凹槽侧壁与整形凹槽底面夹角为95°，整形凸模与整形凹槽配合的间隙为待整形马鞍形冲压件厚度的0.9倍，其余与实施例1相同。针对不同材料的成形性能、板料初始外形和尺寸、模具几何形状、模具和板料的润滑条件、工艺条件(如压边力、冲压力、冲压频率、冲压速度)等，设计不同的回弹补偿角和产品外圆角3，以达到最佳效果。
实施例3
所述的成型模具中，成型凹槽侧壁与槽底夹角为95°，所述的整形模具中，整形凹槽侧壁与整形凹槽底面夹角为90°，整形凸模与整形凹槽配合的间隙为待整形马鞍形冲压件厚度的0.98倍，其余与实施例1相同。
除以上实施例1～3所述的结构以外，本发明还可通过类似模具结构以及顶料装置完成一次成型和二次整形的过程。
Claims (10)
1.一种用于马鞍形冲压件的冲压组件，其特征在于，包括成型模具和整形模具，所述的成型模具对料片进行一次冲压成型，形成待整形马鞍形冲压件，所述的整形模具对所述待整形马鞍形冲压件进行二次冲压整形，将两个侧壁张角缩小，使两个侧壁向内负回弹。
2.根据权利要求1所述的一种用于马鞍形冲压件的冲压组件，其特征在于，所述的成型模具包括成型凸模和成型凹模，所述的成型凹模上设有成型凹槽，该成型凹槽侧壁与槽底夹角为95°～105°。
3.根据权利要求2所述的一种用于马鞍形冲压件的冲压组件，其特征在于，所述的第一上模固定板(11)、上模板(12)、下模固定板(13)、下模镶块(14)和下模脱料板(17)，所述的上模板(12)固定在第一上模固定板(11)上，上模板(12)构成成型凸模，所述的下模镶块(14)设置在下模固定板(13)上，下模镶块(14)构成成型凹模，所述的下模脱料板(17)浮于成型凹模模口，成型凸模与下模脱料板配合对料片顶面压型，成型凸模与成型凹模闭合将料片冲压成马鞍形。
4.根据权利要求2或3所述的一种用于马鞍形冲压件的冲压组件，其特征在于，所述的成型凹槽侧壁与槽底连接处为成型圆角，该成型圆角曲率半径为产品外圆角(3)曲率半径的1.8～2.2倍。
5.根据权利要求3所述的一种用于马鞍形冲压件的冲压组件，其特征在于，所述的成型模具还包括用于将料片向上顶出的下模顶料装置。
6.根据权利要求5所述的一种用于马鞍形冲压件的冲压组件，其特征在于，所述的下模顶料装置为氮气弹簧(15)，所述的氮气弹簧(15)底部固定，顶部不低于成型凹模模口，一次冲压成型时，氮气弹簧(15)被压缩，一次冲压成型后，上模板(12)向上返回，氮气弹簧(15)向上将料片顶出。
7.根据权利要求3所述的一种用于马鞍形冲压件的冲压组件，其特征在于，所述的成型模具还包括设置在上模板(12)上的浮料销组件(16)，用于将料片从成型凸模上顶出，防止料片粘附在成型凸模上。
8.根据权利要求1所述的一种用于马鞍形冲压件的冲压组件，其特征在于，所述的整形模具包括第二上模固定板(21)、上模镶块(22)、下模板(23)和第二下模固定板(24)，所述的上模镶块(22)设置在第二上模固定板(21)上，构成整形凸模，所述的下模板(23)固定在第二下模固定板(24)上，下模板(23)上设有整形凹槽，该整形凹槽侧壁与整形凹槽底面夹角为90°～95°，所述的整形凸模与整形凹槽配合的间隙为待整形马鞍形冲压件厚度的0.9～0.98倍。
9.根据权利要求8所述的一种用于马鞍形冲压件的冲压组件，其特征在于，所述的整形凹槽侧壁与槽底连接处为整形圆角，该整形圆角曲率半径为产品外圆角(3)曲率半径的1～1.2倍。
10.根据权利要求8所述的一种用于马鞍形冲压件的冲压组件，其特征在于，所述的整形模具还包括用于将料片向下顶出的上模顶料装置，所述的上模顶料装置包括上模脱料块(25)和矩形弹簧(26)，所述的上模脱料块(25)设置在与整形凸模模口平齐处，所述的矩形弹簧(26)顶端固定，底端从整形凸模底部伸出，二次冲压整形前，待整形马鞍形冲压件套于整形凸模上，二次冲压整形时，矩形弹簧(26)被压缩，整形凸模向上回程时，矩形弹簧(26)底端从整形凸模底部弹出，顶出上模脱料块(25)和料片。
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