CN105382091A - 一种微小型工件压边圈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压边圈深冷冲剪成形装置及其成形方法，属于机械工程领域。压边圈上有存放低温溶液的储槽，在储槽的底部有通往与板材接触的流道，流道中设有截止或开启的阀，受液压缸P1^′驱动的凸模在压边圈中运动触发阀开启和关闭；在储槽上有浮动活塞，压边圈的周围包覆绝热材料；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；所述的压边圈可以在力的作用下将板材压紧在凹模边上；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：优点是结构新颖，在深冷情况下加工微小型工件时，有利于毛边和毛刺减少，提高了工件的加工精度，实现批量化生产。

Description

一种微小型工件压边圈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方法，具体涉及一种微小型工件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压边圈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压边圈深冷冲剪成形装置的技术方案是：

压边圈上有存放低温溶液的储槽，在储槽的底部有通往与板材接触的流道，流道中设有截止或开启的阀，受液压缸P1’驱动的凸模在压边圈中运动触发阀开启和关闭；在储槽上有浮动活塞，压边圈的周围包覆绝热材料；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；所述的压边圈可以在力的作用下将板材压紧在凹模边上。

本发明所述的压边圈压紧板材形成一个封闭腔。

本发明所述的顶杆的顶面与凸模的顶面形状相同，顶杆和凸模夹持板材向下运动。

本发明压边圈上的浮动式活塞能上下运动。

使用微小型工件压边圈深冷冲剪成形装置进行成形的方法，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，当凸模触发阀时，流道开启，低温液体通过流道进入压边圈与板材形成的封闭腔中，当凸模继续向下运动，阀关闭，低温溶液保持在封闭腔中，且继续给板材降温，当凸模和顶杆同时接触板材时，停止运动，同时保持时间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，同时触动阀开启，提升浮动活塞，将封闭腔中的低温溶液吸入储槽中，顶杆运送被剪切板材脱离凹模；

(5)形貌检测

移动板材对其剪切断面形貌进行检测。

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

所述的板材包含了铝、镁、铜及其在常温下伸长率大于5％的金属材料。

所述凸模和顶杆接触板材后的保持时间秒。

本发明的优点是结构新颖，在深冷情况下加工微小型工件时，能增加工件边界脆性，降低延展率，从而使微小型工件的断面齐整，有利于毛边和毛刺减少，提高了工件的加工精度，还可以根据客户需求实现各种形状的成形和各种轮廓零件的加工，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是本发明触动阀开启低温液体流入封闭腔示意图；

图3是图2的A区放大图；

图4是本发明阀关闭、凸模和顶杆夹紧板材示意图；

图5是图4的B区放大图；

图6是本发明板材剪切后的示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种微小型工件压边圈深冷冲剪成形装置，压边圈1上有存放低温溶液4的储槽5，在储槽5的底部有通往与板材接触的流道3，流道3中设有截止或开启的阀14，受液压缸P1’8驱动的凸模2在压边圈1中运动触发阀14开启和关闭；在储槽5上有浮动活塞10，压边圈的周围包覆绝热材料13；凹模6置于凹模支座11内并固定，受液压缸P29驱动的顶杆7在凹模6中运动；所述的压边圈5可以在力的作用下将板材12压紧在凹模6边上。

所述的压边圈1压紧板材12形成一个封闭腔15。

所述的顶杆7的顶面与凸模2的顶面形状相同，顶杆7和凸模2夹持板材12向下运动。

压边圈上的浮动式活塞10能上下运动。

使用微小型工件压边圈深冷冲剪成形装置进行成形的方法，包下列步骤：

(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6和压边圈1之间；

(2)冷却：驱动凸模2向下运动，同时驱动顶杆3向上运动，当凸模2触发阀14时，流道3开启，低温液体4通过流道3进入压边圈1与板材12形成的封闭腔15中，当凸模2继续向下运动，阀14关闭，低温溶液保持在封闭腔15中，且继续给板材12降温，当凸模2和顶杆7同时接触板材12时，停止运动，同时保持时间t秒；

(3)冲剪：增大凸模2的向下压力，同时使顶杆7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2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2向上运动，脱离板材12，同时触动阀14开启，提升浮动活塞10，将封闭腔15中的低温溶液4吸入储槽3中，顶杆7运送被剪切板材12脱离凹模6；

(5)形貌检测：移动板材对其剪切断面形貌进行检测。

上述板材厚度d介于0.1mm-2mm之间，板材的冲剪区面积不大于314mm²；板材12包含了铝、镁、铜及其在常温下伸长率大于5％的金属材料；凸模2和顶杆7接触板材12后的保持时间秒。

图2给出了微小型工件压边圈深冷冲剪成形装置触动阀开启低温液体流入封闭腔示意图，液压缸8驱动凸模2向下运动，同时液压缸9驱动顶杆7向上运动，当凸模2触动阀14开启时，低温液体4流入到压边圈1与板材12形成的封闭腔15中，降低板材与压边圈接触部分的温度。

图3给出A区放大图，阀体开启，低温液体流入封闭腔。

图4给出了微小型工件深冷冲剪成形装置阀关闭，凸模和顶杆夹紧板材示意图，随着凸模2向下进一步的运动，阀14逐渐被关闭，当凸模2和顶杆7与板材12接触并夹紧时，阀14被关闭，在封闭腔15里保留低温溶液4，且继续降低板材温度，并静止一定时间t。

图5给出了B区放大图，阀1处于关闭状态，低温溶液4保持滞留在封闭腔15里。

图6给出了微小型工件深冷冲剪成形装置板材剪切后的示意图，此时增大凸模2下压力，开始剪切板材12，直到板材12剪切完毕，阀14始终保持关闭状态。

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对压边圈的阀的结构和形状以及其驱动方式等，可以根据不同加工成本和加工精度进行变形和增减。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，甚至可以另行构建冷却系统，但是其冷却系统最终的冷却方式都是通过压边圈与板材构成的封闭腔存储液体进行冷却，等等。显然，这些变形或修改均应包含在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种微小型工件压边圈深冷冲剪成形装置，其特征在于：压边圈上有存放低温溶液的储槽，在储槽的底部有通往与板材接触的流道，流道中设有截止或开启的阀，受液压缸P1驱动的凸模在压边圈中运动触发阀开启和关闭；在储槽上有浮动活塞，压边圈的周围包覆绝热材料；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；所述的压边圈可以在力的作用下将板材压紧在凹模边上。

2.根据权利要求1所述的微小型工件压边圈深冷冲剪成形装置，其特征在于：所述的压边圈压紧板材形成一个封闭腔。

3.根据权利要求1所述的微小型工件压边圈深冷冲剪成形装置，其特征在于：所述的顶杆的顶面与凸模的顶面形状相同，顶杆和凸模夹持板材向下运动。

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

5.一种使用权利要求1所述的微小型工件压边圈深冷冲剪成形装置进行成形的方法，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，当凸模触发阀时，流道开启，低温液体通过流道进入压边圈与板材形成的封闭腔中，当凸模继续向下运动，阀关闭，低温溶液保持在封闭腔中，且继续给板材降温，当凸模和顶杆同时接触板材时，停止运动，同时保持时间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，同时触动阀开启，提升浮动活塞，将封闭腔中的低温溶液吸入储槽中，顶杆运送被剪切板材脱离凹模；

(5)形貌检测

移动板材对其剪切断面形貌进行检测。

6.根据权利要求5所述的成形的方法，其特征在于，所述的板材的厚度d介于0.1mm-2mm之间，板材的冲剪区面积不大于314mm²。

7.根据权利要求5所述的成形的方法，其特征在于，所述的板材包含了铝、镁、铜及其在常温下伸长率大于5％的金属材料。

8.根据权利要求5所述的成形的方法，其特征在于，所述凸模和顶杆接触板材后的保持时间 $t=60\frac{d}{\sqrt{s}}+1$ 秒。