CN106825194A - 剪挤式无齿圈精冲装置及方法 - Google Patents

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向华
庄新村
赵震
甘新钊
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Abstract

一种剪挤式无齿圈精冲装置及方法，包括：设置于平面压板中的两段式凸模以及相对该凸模的设置于凹模中的反顶杆，其中：凹模型腔的形状与精冲零件相匹配；凸模的外段部分的轮廓尺寸大于凹模型腔的尺寸，凸凹模刃口构成负间隙；凸模的内段部分的轮廓尺寸小于凹模型腔的尺寸，凸凹模刃口构成正间隙。本发明利用剪切挤压的原理，通过设计的两段式凸模加上平面压板替代V型齿圈在精冲过程中的作用，增大了变形区材料所受的压应力的同时保证了零件与板料的分离，可生产出的断面质量高的精冲零件，可免去精冲模具中的V型齿圈压板，不仅节约了材料，而且降低了模具的加工和维护成本。

Description

剪挤式无齿圈精冲装置及方法
技术领域
本发明涉及的是一种机械加工领域的技术，具体是一种剪挤式无齿圈精冲装置及方法。
背景技术
精冲是一种先进的板料精密塑性成形技术，它是在三动压力机上，使用特殊的模具结构，伴之适宜的材料和润滑剂，可直接获得剪切面光洁、尺寸精度高的零件，目前被广泛应用于汽车制造、航空器制造、通用机械等各部门。图1为精冲工艺的示意图。金属板料3位于凸模1、V型齿圈压板2和凹模4、反顶杆5之间。当开始工作时，V型齿圈压板下行压入材料；然后在反顶杆顶住材料下端的同时凸模将材料压入凹模，完成冲裁成形；最后反顶杆顶出成形零件，完成精冲过程。
V型齿圈压板在精冲工艺起着很重要的作用。如图1所示，V型齿圈在冲裁开始前就压入板料，一方面阻止了剪切变形区以外的材料在冲裁过程中随凸模流动，另一方面增大了材料所受的压应力，提高了材料的塑性变形能力，从而保证了最终零件的断面质量和尺寸精度。但是V型齿圈压板的使用，也存在以下缺点：1)齿圈压板的制造增加了模具的加工难度和周期，而且齿圈容易损坏，降低齿圈压板的寿命，增加模具维护成本；2)由于齿圈要压入板料，直接增大了搭边，造成材料的浪费，降低了材料利用率。
发明内容
本发明针对现有精冲工艺中V型齿圈压板存在的上述不足，提供了一种剪挤式无齿圈精冲装置及方法，通过设计的精冲模具，融合挤压和冲裁的工艺特点，可以获得良好冲裁面质量。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种剪挤式无齿圈精冲装置，包括：设置于平面压板中的两段式凸模以及相对该凸模的设置于凹模中的反顶杆，其中：凹模型腔的形状与精冲零件相匹配。
所述的凸模的外段部分的轮廓尺寸大于凹模型腔的尺寸，凸凹模刃口构成负间隙，间隙大小为待加工板料厚度1％-10％；凸模的内段部分的轮廓尺寸小于凹模型腔的尺寸，凸凹模刃口构成正间隙，间隙大小为待加工板料厚度1％-10％，高度为待加工板料厚度的10％-30％。
所述的两段式凸模刃口均为圆角刃口。
所述的反顶杆活动设置于凹模的型腔内且形状尺寸略小于凹模型腔。
所述的平面压板为无齿圈平面压板，压板中部设有凸模通过孔，凸模的下端活动设置于凸模通过孔内。
本发明涉及上述装置的精冲方法，包括以下步骤：
①将待加工板料放入凸模和凹模之间，平面压板先下行压住待加工板料，然后凸模前段先压入材料，同时反顶杆在待加工板料背面施加反压力，从而提高了剪切变形区的静水压应力，延缓的断裂的产生；
②当凸模后段压入待加工板料时，由于其尺寸大于凹模型腔，形成了挤压的效果，从而进一步提高了变形区的静水压应力，在抑制了微裂纹的产生的同时，延长了断面的光亮带，从而可以获得较好光洁面质量；
③凸模继续下行，由于其前段尺寸小于凹模型腔尺寸，既保证了凸模不会接触凹模，又可以冲断待加工板料，保证精冲零件完全离开板料，完成精冲过程。
技术效果
与现有技术相比，本发明融合了挤压和冲裁的工艺特点，通过设计的两段式凸模加上平面压板替代V型齿圈在精冲过程中的作用，增大了变形区材料所受的压应力的同时保证了零件与板料的分离，可生产出的断面质量高的精冲零件。本发明可免去精冲模具中的V型齿圈压板，不仅节约了材料，而且降低了模具的加工和维护成本。
附图说明
图1为现有技术的常规精冲模具结构示意图。
图2为本发明的精冲模具结构示意图
图3a～图3e为本发明的剪挤式精冲方法的工艺过程示意图
图4实施条件下实验和模拟结果图
图中：两段式凸模1、平面压板2、板料3、凹模4、反顶杆5。
具体实施方式
如图2所示，本实施例中的精冲模具为正装模具，即凸模1和平面压板2设置于上侧，凸模下端设置于压板凸模通过孔内，凹模4和反顶杆5设置于下侧，反顶杆5位于凹模内；凸模1、平面压板2、和反顶杆5分别通过传力杆和精冲机滑块相连，压力和动作可单独调整，凹模4固定于压机下工作台。
本实施例中的板料3采用完全球化退火的C20E-EN钢，厚度6mm。实施时，所述的精冲模具设置于三动的精冲机上进行零件成形。
所述的两段式凸模1的尺寸与精冲零件外形、加工材料的种类和厚度有关，其中凸模外段的轮廓尺寸大于凹模型腔尺寸，与凹模刃口间隙C1大小为待加工板料厚度1％-10％；凸模内段的尺寸小于凹模型腔尺寸，与凹模刃口间隙C2大小为待加工板料厚度1％-10％，高度h为待加工板料厚度的10％-30％。优选地，本实施例中冲裁间隙C1和C2分别为板料厚度的10％和5％，高度h为板料厚度的15％。
所述的平面压板2为无齿圈平面压板，压板中部设有凸模通过孔，凹模型腔尺寸大小与精冲零件尺寸一致。
本实施例具体步骤如下：
①模具开启，将待加工板料3的送入精冲模具；
②模具闭合，压板2下行，成形区以外的材料被压板2压紧，成形区以外的材料在反顶杆5作用下夹紧，处于待加工状态；
③凸模1前端压入材料到凹模4，反顶杆5下行，平面压板2继续保压，此时凸模1后段尚未接触材料，变形剪切区材料处于弱三向压应力状态，当凸模1后段会接触坯料，迫使凸模刃口处的材料以较大的速率流向剪切变形区，进一步提高了变形区的静水压应力，抑制了微裂纹的产生，可产生光洁的断面，零件冲裁成形；
④凸模1前端接近凹模4，零件与板料完全分离，并被完全推入凹模4，零件冲裁完成。
⑤冲裁结束，模具开启，反顶杆5从凹模4中顶出零件，同时板料3向前移动，为下一次成形做准备。
图4为实施后零件断面图片和相同条件下数值模拟结果，实验和模拟结果的断面光洁率分别为93.2％和92.3％，结果基本一致，零件成形质量很好，符合精冲零件标准，达到预期结果。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (6)

1.一种剪挤式无齿圈精冲装置，其特征在于，包括：设置于平面压板中的两段式凸模以及相对该凸模的设置于凹模中的反顶杆，其中：凹模型腔的形状与精冲零件相匹配，凸模的外段部分的轮廓尺寸大于凹模型腔的尺寸，凸凹模刃口构成负间隙，凸模的内段部分的轮廓尺寸小于凹模型腔的尺寸，凸凹模刃口构成正间隙。
2.根据权利要求1所述的精冲装置，其特征是，所述的负间隙，间隙大小为待加工板料厚度1％-10％；所述的正间隙，间隙大小为待加工板料厚度1％-10％，高度为待加工板料厚度的10％-30％。
3.根据权利要求1所述的精冲装置，其特征是，所述的两段式凸模的刃口均为圆角刃口。
4.根据权利要求1所述的精冲装置，其特征是，所述的反顶杆活动设置于凹模型腔内且形状尺寸小于凹模型腔。
5.根据权利要求1所述的精冲装置，其特征是，所述的平面压板为无齿圈平面压板，压板中部设有凸模通过孔，凸模的下端活动设置于凸模通过孔内。
6.一种根据上述任一权利要求所述装置的精冲方法，其特征在于，包括以下步骤：
①将待加工板料放入凸模和凹模之间，平面压板先下行压住待加工板料，然后凸模前段先压入材料，同时反顶杆在待加工板料背面施加反压力；
②当凸模后段压入待加工板料时，由于其尺寸大于凹模型腔，形成了挤压的效果；
③凸模继续下行以冲断待加工板料，保证精冲零件完全离开板料，完成精冲过程。
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