CN105328003B - 一种微小型工件凸模深冷冲剪成形装置及其成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微小型工件凸模深冷冲剪成形装置及其成形方法，属于机械工程领域。包括凸模、凹模、顶杆、低温溶液、压边圈、绝热材料以及凸模支座，凸模在其侧壁局部开有通孔，液压缸驱动凸模在压边圈中运动，凹模置于凹模支座内固定，液压缸驱动顶杆在凹模中运动，压边圈中开有可容纳低温溶液的储槽，储槽顶部装有浮动式活塞，压边圈的内侧壁上开有可以让低温溶液流动的侧壁孔，基于该装置的成形方法包含装夹板材、冷却、冲剪、退模、形貌检测等五个步骤。优点是实现了微小型工件的精密加工，有利于减小毛边和毛刺，平整断面，提高断面成形精度和成形工件的成形精度，实现批量化生产。

Description

一种微小型工件凸模深冷冲剪成形装置及其成形方法

技术领域

本发明属于机械工程领域，用于冲剪微小型工件或通孔的塑性成形，具体涉及一种微小型工件凸模深冷冲剪成形装置及其成形方法。

背景技术

微小型工件在电子工业中发挥非常重要的作用，微小型工件的轮廓和通孔冲剪在微小型工件加工领域占有重要的地位。目前，在微小型工件冲剪成形方面仍然采用了常温状态下普通加工方式，例如采用高速冲剪或辅助有超声的多次冲剪等加工方式，对于小部件而言，采用普通冲剪成形的工件断面毛刺多，表面不平整，断面形貌表象差，特别是成形断面精度低。采用本专利提出技术，可以实现板材在深冷情况下，增加脆性，减小延展性，从而使微小型工件的断面整齐，毛边和毛刺减少，工件的精度得到提高。

目前通过中国专利网和各个相关的数据库进行了检索国内外专利发现，中国专利公开号CN101307796A，名称为高强度合金钢连杆深冷脆化胀断工艺，该工艺涉及一种发动机部件加工工艺的改进,其工艺是将连杆放入液氮中深冷5分钟以上，到热交换结束基本上己深冷至试件芯部，测量裂解后试件段裂处温度与其表面温度一样深冷温度持续低于-158℃，将胀套内置于连杆大孔内并把连杆固定在压力机操作台上，用胀头冲压胀套，以使连杆胀断。其有益效果是利用深冷技术，可以改变大功率发动机连杆的延展性，同时保证深冷前后的机械性能不发生本质的变换。这项技术在我国大功率发动机制造领域推广使用，可将连杆生产工艺的关键工序中的一道工序合为一至二道工序，减少多台大型精密拉削和成形磨削等精密设备。

另外中国专利公开号104492907A，名称为用于高强韧钢连杆的连杆盖与连杆体定位面的高效深冷胀断加工方法，该加工方法，,步骤采用激光加工的方法分别在连杆大头孔内侧两面径向加工两个对称分布的应力集中槽将上述加工完应力集中槽的高强韧钢连杆放入液氮储存罐中进行深冷处理将上述高强韧钢连杆通过工装固定到压力机机体上,用压力机上带有的单边楔形压头快速下压进入连杆大头孔,完成连杆大头孔胀断。本发明工艺简单合理,分离面的可装配性高,消除了连杆盖与连杆体的定位误差,还减少加工工序节省了人力和物力,降低了成本,提高了生产效率,可有效确保大功率发动机高强韧钢连杆的连杆盖与连杆体的定位精度,不存在装配时应力的释放,提高制造质量、可靠性,解决大功率发动机关键零件的制造等问题。

又论文题目为深冷处理下铝和铝合金的晶粒转动，该论文在温度为80K,47～60小时的条件下,对1-8系12种铝合金进行了深冷处理.通过研究发现,长时间的深冷处理可以使铝和铝合金的XRD衍射峰值的强弱发生明显的变化,即深冷处理使铝和铝合金晶粒发生了转动,出现了择优取向即织构现象。

但是以上所检索的专利和论文，虽然技术上都是利用了深冷的原理，但是与本专利的装置相差较远，结构不同，加工方式不同，加工的目的不同，同时加工的方法不同。

发明内容

本发明提供一种微小型工件凸模深冷冲剪成形装置及其成形方法，其目的在于为微小型工件的加工提供一种装置和成形方法。

本发明一种微小型工件凸模深冷冲剪成形装置的技术方案是：

凸模在其侧壁局部开有通孔，受液压缸P1驱动的凸模在压边圈中运动，凹模置于凹模支座内并固定，受液压缸P2驱动的顶杆在凹模中运动，压边圈中开有可容纳低温溶液的储槽，储槽顶部装有浮动式活塞，压边圈的内侧壁上开有可以让低温溶液流动的侧壁孔，所述的压边圈可以在力的作用下将板材压紧在凹模边上，所述的压边圈的周围包覆有绝热材料一，压边圈与板材接触的边界上压有绝热材料二。

本发明所述的凸模侧壁通孔与压边圈的侧壁孔在工作时相通。

本发明所述低温溶液通过封闭压边圈的侧壁孔流入到凸模的通孔中储存，降低凸模底表面温度。

本发明所述的顶杆的顶面与凸模的顶面形状形同，顶杆和凸模夹持板材向下运动。

本发明所述的压边圈上的浮动式活塞向上运动可以阻止低温溶液向下流动。

使用微小型工件凸模深冷冲剪成形装置的成形方法，包括下列步骤：

(1)装夹板材

将待加工板材的表面进行清理，去除油污和保持清洁，去除边界的毛刺，并且对板材进行校直处理后，放置在凹模和压边圈之间；

(2)冷却

驱动凸模向下运动，同时驱动顶杆向上运动，当凸模的通孔与压边圈的侧壁孔相通时，低温溶液进入凸模通孔中，同时降低了凸模底部的温度，当凸模继续向下运动时，凸模封闭了压边圈的侧壁孔，一部分低温溶液滞留在凸模通孔中，继续降低凸模底面温度，当凸模和顶杆同时接触板材时，停止运动，同时保持一定时间t秒；

(3)冲剪

增大凸模的向下压力，同时使顶杆保持一定向上的压力，这样可以保证板材始终处于夹紧状态，当凸模向下的推力P₁大于向上的推力P₂时，且满足方程P₁≥P₂+sdτ时，板材边缘开始被剪切，s代表凸模与板材完全接触后的面积，d代表板材厚度，τ代表板材的剪切强度；

(4)退模

凸模向上运动，脱离板材，顶杆运送剪切板材脱离凹模；

(5)形貌检测

移动板材对其剪切断面形貌进行检测，

所述板材的厚度d介于0.1mm-2mm之间，板材的冲剪区面积不大于314mm²；

所述板材(12)包含了铝、镁或铜及其在常温下伸长率大于5％的金属材料；

所述凸模(1)和顶杆(3)接触板材(12)后的保持时间

本发明的优点是结构新颖，可以实现微小型工件的精密加工，同时不会改变材料的特性，而且可以根据客户需求实现孔的加工，有利于减小毛边和毛刺，平整断面，提高断面成形精度和成形工件的成形精度，实现批量化生产。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明冷却加工区域示意图；

图3是本发明冲剪成形示意图；

图4是本发明一种凸模侧壁通孔断面示意图；

图5是本发明一种凸模侧壁通孔断面示意图；

图6是本发明一种凸模侧壁通孔断面示意图。

具体实施方式

凸模1在其侧壁局部开有通孔7，受液压缸P18驱动的凸模1在压边圈5中运动，凹模2置于凹模支座13内并固定，受液压缸P28’驱动的顶杆3在凹模2中运动，压边圈中开有可容纳低温溶液4的储槽9，储槽9顶部装有浮动式活塞10，压边圈5的内侧壁上开有可以让低温溶液4流动的侧壁孔11，所述的压边圈5可以在力的作用下将板材12压紧在凹模2边上，所述的压边圈5的周围包覆有绝热材料一6，压边圈5与板材12接触的边界上压有绝热材料二14。

所述的凸模1侧壁通孔7与压边圈5的侧壁孔11在工作时相通。

所述低温溶液4通过封闭压边圈5侧壁孔11流入到凸模1的通孔7中储存，降低凸模1底表面温度。

所述的顶杆3的顶面与凸模1的顶面形状形同，顶杆3和凸模1夹持板材12向下运动。

所述的压边圈5上的浮动式活塞10向上运动可以阻止低温溶液4向下流动。

使用微小型工件凸模深冷冲剪成形装置的成形方法，包括下列步骤：

(1)装夹板材

将待加工板材的表面进行清理，去除油污和保持清洁，去除边界的毛刺，并且对板材进行校直处理后，放置在凹模2和压边圈5之间；

(2)冷却

驱动凸模1向下运动，同时驱动顶杆3向上运动，当凸模1的通孔7与压边圈5的侧壁孔11相通时，低温溶液4进入凸模1通孔7中，同时降低了凸模1底部的温度，当凸模1继续向下运动时，凸模1封闭了压边圈5的侧壁孔11，一部分低温溶液4滞留在凸模1通孔7中，继续降低凸模1底面温度，当凸模1和顶杆3同时接触板材时，停止运动，同时保持一定时间t秒；

(3)冲剪

增大凸模1的向下压力，同时使顶杆3保持一定向上的压力，这样可以保证板材始终处于夹紧状态，当凸模1向下的推力P₁大于向上的推力P₂时，且满足方程P₁≥P₂+sdτ时，板材边缘开始被剪切，s代表凸模与板材完全接触后的面积，d代表板材厚度，τ代表板材的剪切强度；

(4)退模

凸模1向上运动，脱离板材12，顶杆3运送剪切板材12脱离凹模；

(5)形貌检测

移动板材对其剪切断面形貌进行检测，

所述板材的厚度d介于0.1mm-2mm之间，板材的冲剪区面积不大于314mm²；

所述板材(12)包含了铝、镁或铜及其在常温下伸长率大于5％的金属材料；

所述凸模(1)和顶杆(3)接触板材(12)后的保持时间

图2给出了微小型工件凸模深冷冲剪成形装置冷却加工区域示意图，液压缸P18驱动凸模(1)向下运动，同时液压缸P2 8’驱动顶杆3向上运动，当凸模1的通孔7与压边圈5的侧壁孔11相通时，低温溶液4流入到通孔7中，随着凸模1不断向下运动，低温溶液4使凸模1底部的温度降低，当凸模1继续向下运动时，凸模1关闭侧壁孔11，凸模1底部与板材12表面接触，同时顶杆3也与板材12表面接触，此时，保温一段时间t秒。

参考图3给出微小型工件凸模深冷冲剪成形装置冲剪成形示意图，当低温从凸模1底面传导到板材12上，保持一定时间t秒后，板材12的温度与凸模1的底部温度一致时，增大凸模1向下的推力P₁，当P₁大于向上的推力P₂时，且满足方程P₁≥P₂+sdτ时，板材12边缘开始被剪切。

参考图4给出了一种凸模侧壁通孔7断面示意图，假设凸模(1)的断面是圆形时，且横断面的面积较小时，采用横纵钻孔，中间钻一个直立的小孔。

参考图5给出了一种凸模侧壁通孔7断面示意图，当断面为圆形，且面积较大时，横向孔为3个，纵向孔为3个，且直立孔钻在横纵孔的交汇点。

参考图6给出了一种凸模侧壁通孔7断面示意图，当断面为方形时，横向孔为3个，纵向孔为3个，且直立孔钻在横纵孔的交汇点。

很明显，以上描述以及附图中所示的内容均应被理解为是示例性的，而并非意味着对本发明的限制。对于本领域的技术人员来讲，显然可以在本发明的基础上在压边圈的内侧壁上加工出多于凸模横纵通孔的数量，同时可以根据凸模的断面面积的不同增加横纵孔和直立孔的数量，附图中凸模的形状也可以是各种不规则形状，且孔的数量和形状尽管说明书中只给出了3种布置形式作为示范性例子，对于本领域的技术人员来说，可以选择与本附图不一样形式，等等。显然，这些变形或修改均应包含在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种微小型工件凸模深冷冲剪成形装置，其特征在于：凸模在其侧壁局部开有通孔，受液压缸P1驱动的凸模在压边圈中运动，凹模置于凹模支座内并固定，受液压缸P2驱动的顶杆在凹模中运动，压边圈中开有可容纳低温溶液的储槽，储槽顶部装有浮动式活塞，压边圈的内侧壁上开有可以让低温溶液流动的侧壁孔，所述的压边圈可以在力的作用下将板材压紧在凹模边上，所述的压边圈的周围包覆有绝热材料一，压边圈与板材接触的边界上压有绝热材料二。

2.根据权利要求1所述的微小型工件凸模深冷冲剪成形装置，其特征在于，所述的凸模侧壁通孔与压边圈的侧壁孔在工作时相通。

3.根据权利要求1所述的微小型工件凸模深冷冲剪成形装置，其特征在于，所述低温溶液通过封闭压边圈的侧壁孔流入到凸模的通孔中储存，用于降低凸模底表面温度。

4.根据权利要求1所述的微小型工件凸模深冷冲剪成形装置，其特征在于，所述的顶杆的顶面与凸模的顶面形状形同，顶杆和凸模夹持板材向下运动。

5.根据权利要求1所述的微小型工件凸模深冷冲剪成形装置，其特征在于，压边圈上的浮动式活塞能上下运动。

6.一种使用如权利要求1所述的微小型工件凸模深冷冲剪成形装置的成形方法，其特征在于，包括下列步骤：

(1)装夹板材

将待加工板材的表面进行清理，去除油污和保持清洁，去除边界的毛刺，并且对板材进行校直处理后，放置在凹模和压边圈之间；

(2)冷却

驱动凸模向下运动，同时驱动顶杆向上运动，当凸模的通孔与压边圈的侧壁孔相通时，低温溶液进入凸模通孔中，同时降低了凸模底部的温度，当凸模继续向下运动时，凸模封闭了压边圈的侧壁孔，一部分低温溶液滞留在凸模通孔中，继续降低凸模底面温度，当凸模和顶杆同时接触板材时，停止运动，同时保持一定时间t秒；

(3)冲剪

增大凸模的向下压力，同时使顶杆保持一定向上的压力，这样可以保证板材始终处于夹紧状态，当凸模向下的推力P₁大于向上的推力P₂时，且满足方程P₁≥P₂+sdτ时，板材边缘开始被剪切，s代表凸模与板材完全接触后的面积，d代表板材厚度，τ代表板材的剪切强度；

(4)退模

凸模向上运动，脱离板材，顶杆运送剪切板材脱离凹模；

(5)形貌检测

移动板材对其剪切断面形貌进行检测。

7.根据权利要求6所述的成形方法，其特征在于，板材的厚度d介于0.1mm-2mm之间，板材的冲剪区面积不大于314mm²。

8.根据权利要求6所述的成形方法，其特征在于，板材为在常温下伸长率大于5％的金属材料。

9.根据权利要求6或8所述的成形方法，其特征在于，板材采用铝、镁或铜。

10.根据权利要求6所述的成形方法，其特征在于，所述凸模和顶杆接触板材后的保持时间秒。