CN109219488A - 金属部件的冲裁方法和适合于这种冲裁方法的冲裁装置 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种用于金属部件(10;11)的冲裁方法。根据本公开,具有两个优选地基本相同的相互堆叠的单独的层(50)的双层式基础材料(51)部分地被布置且夹在冲裁模(80)与坯料保持器(70)之间并且部分地被布置且夹在冲裁冲头(30)与相反的冲头(40)之间,所述冲裁冲头和相反的冲头相对于冲裁模(80)和坯料保持器(70)在至少与双层式基础材料(51)的厚度相对应的距离上移动,从而从双层式基础材料(51)切割和分离出两个冲裁部件(10;11)。

Description

金属部件的冲裁方法和适合于这种冲裁方法的冲裁装置
技术领域
本公开涉及一种用于冲裁金属部件的方法和装置。冲裁方法和装置本身是众所周知的,并且广泛应用于金属部件的制造中,特别是用于从条带形、片形或板形基础材料中切割出金属部件。在已知的冲裁方法和装置中,至少金属部件的2D轮廓通过将相应形状的冲裁冲头压靠并穿过基础材料来成形,该基础材料被夹在冲裁装置的冲裁模和坯料保持器之间。冲裁模和其上的坯料保持器限定了相应的腔,所述腔被成形为能够容纳冲裁冲头。当这种基础材料通过冲裁冲头相对于冲裁模的运动而逐渐压入腔中时,冲裁模的限定其腔的轮廓的边缘切入并最终完全切穿基础材料。
背景技术
在已知的冲裁方法和装置中,许多因素,例如对冲裁模的切割边缘进行倒角、冲裁冲头的外轮廓与冲裁模的限定腔的内轮廓之间的间隙、冲裁冲头所施加的压力、基础材料的厚度和机械性能等,分别对冲裁加工结果有相应的影响,例如,会对冲裁部件的形状精度和/或表面质量产生影响。
为了利用这种已知的冲裁方法来提高生产率,可以设想为冲裁装置提供多个冲裁冲头和对应的冲裁模,即提供并联布置的多个冲裁站,所述冲裁站由冲裁装置的单个斜坡件激活。在这种情况下,使用冲裁装置的斜坡件的每个冲程形成对应于冲裁冲头的数量的多个冲裁部件。然而,冲裁装置的尺寸以及进而的其中冲裁站的数量是受限的。
上述冲裁方法和冲裁装置例如用于制造用于层合件的单独的层,例如用于美国专利No.4,738,020中描述的电机的转子和/或定子层堆叠或变压器芯层合件的单个层。关于冲裁部件的这种和其它已知应用,通过使用这种小厚度的基础材料来生产具有小厚度的各个冲裁部件可能是技术上的需要。例如,在所述电机定子或转子堆叠的情况下,电机的电效率至少在一定程度上与基础材料的厚度成反比,即与单独的转子/定子层的厚度成反比。然而,在实践中,在冲裁加工中,针对基础材料应用最小所需厚度。否则,基础材料可能太薄而无法正确处理,例如,当供应到冲裁装置时可能会变形。而且,(太)薄的基础材料可能由于冲裁冲头所施加的力而导致冲裁部件的不希望的变形,例如拉伸或局部变薄。最后,制造经济学也起着限制作用。毕竟,单独的层越薄,就必须制造越多的层以构建一定高度的层堆叠。
发明内容
本公开的目的在于在冲裁部件的可获得的最小厚度方面改进已知的冲裁方法和冲裁装置。
根据本公开,这种目的通过下文根据权利要求1的用于金属部件的新型冲裁方法来实现。根据本公开,冲裁装置被供应有双层式基础材料、即包括相互堆叠的两个单独的但优选地相同的层的基础材料。此外,在冲裁装置中,除了冲裁模和坯料保持器之间的由冲裁模和坯料保持器施加的夹紧力之外,双层式基础材料还在冲裁装置的冲裁冲头和相反的冲头之间从基础材料的两侧被牢固地夹紧,以使基础材料的两个层在相对于冲裁模移动时被按压和保持在一起。
令人惊讶的是,每一对由此同时生产的冲裁部件的切割侧面的表面质量和/或形状精度都很高,特别是高到除了用于去除冲裁毛刺的去毛刺加工之外不需要另外的机械加工。还令人惊奇的是,层状基础材料的两层不需要互连或以其它方式连接在一起来实现这种高切割质量和/或准确度。因此,基础材料可以简单地堆叠成所需的两层,而不需要预加工来连接两个层。另一方面,例如当需要用于其它目的,例如同时生产的冲裁部件的成对处理时,所述两层可在新型冲裁方法之前连接在一起,特别是不损害冲裁部件的所述切割质量和/或准确度。这种连接可以以许多方式实现,例如,通过在所述两个层之间施加粘合剂、通过(电阻点)焊接所述两个层或通过为它们提供机械互锁的凹槽和对应的突起。
应注意,相反的冲头的使用本身在冲裁技术中是已知的,并且通常被称为精密冲裁。然而,由于精密冲裁方法的产量或冲程频率固有地慢于标准冲裁方法的频率,因此不认为是制造定子/转子层经济可行的选择。然而,通过根据本公开将基础材料堆叠成两层,有利地使精密冲裁方法的生产率提高为两倍。此外,根据本公开内容的另一见解,对于较大尺寸的冲裁部件,标准冲裁方法的生产率实际上降低了。特别是,随着冲裁部件的尺寸的增大,上述标准冲裁方法在基础材料的最小厚度方面的限制(为确保基础材料的正确处理和避免冲裁部件的变形)变的更严重。实际上,根据冲裁部件的尺寸,利用根据本公开的冲裁方法可达到的生产率因此甚至可以超过标准冲裁方法的最大生产率。特别地,当冲裁部件的尺寸通过适合围绕、即外接冲裁部件的(最小的)虚拟圆的直径近似估算时,针对这样的圆找到125mm的临界直径Dc。在这种临界尺寸或高于这种临界尺寸时,根据本公开的新型冲裁方法通常比标准冲裁方法更经济。在更详细的分析中,冲裁部件的厚度T也起作用,特别是使得所述临界尺寸Dc可以近似为:Dc/T≥625。
根据本公开的冲裁金属部件的新型方法可以有利地使用双层式基础材料其中,层的厚度在0.5mm与0.05mm之间或小于0.05mm,特别是在0.3mm至0.1mm之间。特别地,所使用的层状基础材料优选包括4至6层厚度为0.1至0.2mm的层。此外,根据本公开的冲裁冲头和相反的冲头之间施加的所述夹紧力优选大于0.5N/mm2,特别是对于钢制成的基础材料,所述夹紧力具有0.7至7N/mm2的值。
附图说明
在下文中,通过示例实施例并参考附图进一步解释根据本公开的新型冲裁方法和冲裁装置,附图中:
图1以剖面的形式示意性地描绘了一种冲裁装置的已知冲裁站,其中基础材料插入其中;
图2示意性地示出了基于图1的已知冲裁站的描述的已知冲裁方法;
图3是典型的冲裁部件的透视图,该部件是一种用于电机转子的层堆叠的层;
图4A至4F示意性地示出了根据本公开的新型冲裁方法;
图5是曲线图,其中,对于冲裁部件的尺寸描绘标准冲裁方法和新型冲裁方法的制造速度或冲程频率;
图6示意性地示出了能够执行根据本公开的新型冲裁方法的新型冲裁装置的第一实施例;
图7示意性地示出了新型冲裁方法;以及
图8示意性地示出了用于与图7进行比较的替代性冲裁方法。
具体实施方式
图1表示已知的冲裁装置的标准冲裁站60的简化剖面,该冲裁站60用于从坯料、例如一条基础材料50切出部件。标准冲裁站60包括冲裁冲头30、坯料保持器70和冲裁模80。坯料保持器70和冲裁模80各自限定相应的腔71、81,冲裁冲头30容纳在所述腔中。在图1中,标准冲裁站60被示为处于打开状态,其中冲裁冲头30完全缩回到坯料保持器70中,并且其中坯料保持器70和冲裁模80彼此分开,至少分开成足以允许基础材料50在其间插入和/或前进。
在图2中示意性示出的冲裁装置的实际冲裁冲程中,首先使坯料保持器70和冲裁模80朝向彼此移动,直到基础材料50在其间保持就位。然后,通过冲裁冲头30相对于冲裁模80的强制移动(由虚线箭头RM表示)实现从基础材料50实际切割出冲裁部件10,使得冲头30穿透基础材料50。这种相对运动RM通过冲裁装置的致动器、例如作用在标准冲裁站60的冲裁冲头30上的液压或机械操作的斜坡件(未示出)来实现,而其冲裁模80牢固地保持就位,反之亦然。在所示的标准冲裁站60的布置中,冲裁部件10向下落出冲裁模80的腔81。
图3提供了借助于已知的冲裁装置和方法制造的呈具有中心孔12和沿其圆周布置的一系列凹槽13的圆形金属盘11形式的冲裁部件10的示例。盘11的外轮廓和内轮廓都在已知的冲裁加工中形成,即在已知的冲裁加工中从基础材料50切出,盘11的外轮廓和内轮廓在一次切割中同时形成,或者在沿基础材料50的供应方向串联布置并且由所述斜坡件(未示出)同时操作的相继的冲裁站60中在多次相继的部分切割中形成。已知的冲裁装置还可以设置有多个并联布置的冲裁站60,使得在每个冲裁冲程中形成对应于冲裁站60(未示出)的数量的多个冲裁部件10。
图3中所示的特定类型的盘11用于电机转子的由许多这样的盘11组成的层合件或堆叠中。在这种转子中,转子盘11的中心孔12容纳转子的轴,并且转子盘11的所述凹槽13容纳导电材料,例如铜线绕组。电绝缘层通常设置在堆叠中的各个转子盘11之间,例如通过用非导电层涂覆基础材料50的至少一侧、优选两侧,以减少所谓的涡流损耗。通常,这种涂层是热活性的,使得在冲裁转子或定子盘11然后将其组装成转子/定子堆叠之后,堆叠中的相邻转子或定子盘11的涂层可以通过加热来激活、即固化,以相互粘合并由此连接转子或定子盘11以形成一体式堆叠。
众所周知,通过减小各个转子盘11的厚度、即其转子层合件的层的厚度,可以提高电机的电效率,由此减小涡流损耗。然而,在实践中,针对这种盘11依据盘的可制造性应用最小厚度。例如,在这方面,基础材料50越薄,冲裁部件10、即转子盘11在冲头30施加的力的影响下在已知冲裁加工中塑性变形越多,直到变形量和/或其缺乏可控性程度超过了对于冲裁部件10的给定用途而言可接受的程度。
根据本公开,通过图4A-4F中所示的新型冲裁方法,可以实现进一步减小转子盘11的厚度、即通常的冲裁部件10的厚度。在新型冲裁方法中,包括两个相互堆叠的单独的层50的双层式基础材料51被供应到冲裁装置的冲裁站90,该冲裁站90设置有冲裁冲头30、坯料保持器70和冲裁模80以及相反的冲头40,相反的冲头40在冲裁冲头30的相对侧上位于冲裁模80的空腔81中。这种使用相反的冲头40的特殊类型的冲裁加工/冲裁站90本身是已知的,即精密冲裁加工/精密冲裁站90。
在图4A中,精密冲裁站90显示为处于第一打开状态,其中冲裁冲头30完全缩回到坯料保持器70中,其中相反的冲头40完全缩回到冲裁模80中,并且其中坯料保持器70和冲裁模30被分开以使得双层式基础材料51能够相对于精密冲裁站90前进。
在图4B中,示出了在坯料保持器70和冲裁模80朝向彼此移动以将所述双层式基础材料51夹在它们之间之后的精密冲裁站90。
在图4C中,示出了在冲裁冲头30和相反的冲头40朝向彼此移动以同样的将所述双层式基础材料51夹紧在它们之间之后的精密冲裁站90。
在图4D和4E中,示出了从双层式基础材料51切出两个冲裁部件10的步骤。特别地在图4D中,示出了通过冲裁冲头30和相反的冲头40的组合相对于冲裁模80的强制移动从双层式基础材料51切出两个冲裁部件10期间的精密冲裁站90。在图4E中,示出了在所述两个冲裁部件10已经完全切出、即从双层式基础材料51切断但仍然保持在冲裁冲头30与相反的冲头40之间之后的精密冲裁站90。
在图4F中,精密冲裁站90显示为处于第二打开状态,其中冲裁冲头30完全缩回到坯料保持器70中,并且其中相反的冲头40在从冲裁模80的腔81向上推出两个冲裁部件10以使得能够从精密冲裁站90取出之后,从冲裁模80突出。在这种取出之后,精密冲裁站90返回到图4A等所示的其第一打开状态。
相对于标准冲裁加工/标准冲裁站60,精密冲裁方法/精密冲裁站90使得冲裁部件10能够具有更好的表面质量和/或形状精度,但是以显著降低冲程频率为代价。即,就每单位时间可生产的冲裁部件10的数量而言,产量降低。精密冲裁站90相对于标准冲裁站60的这种显著较低的冲程频率是精密冲裁方法先前被认为不适合于经济上可行地制造相对薄的层、例如用于电机的转子和/或定子盘11的原因。然而,根据本公开的见解,对于较大尺寸的冲裁部件10,标准冲裁站60的冲程频率越来越受到(最大)前进速度、即基础材料50向标准冲裁站60的进料速度的限制。由于基础材料50以任何冲裁站60、90的冲程频率间歇地前进,因此它受到与基础材料50的重量并进而与冲裁部件10的尺寸成比例的加速力和减速力。因此,在冲裁部件10的某个临界尺寸下,最大可能的冲程频率变得很大程度上与冲裁方法的类型无关。通常,冲裁部件10的这种“得失平衡尺寸”超出了在实践中通常应用的尺寸。然而,当根据本公开使用能够承受更大力的双层式基础材料51时,冲裁部件10的这种得失平衡尺寸呈现与实际相关的值。事实上,根据本公开的新型冲裁方法的每单位时间产生的冲裁部件10的数量甚至可以超过标准冲裁方法的每单位时间产生的冲裁部件10的数量,至少对于相对大尺寸的相对薄的部件10而言是这样。
在图5的曲线图中示出了本公开的上述方面。在图5中,左纵轴表示冲裁站60、90的冲程频率SR,以每分钟冲裁冲程的数量表示,右纵轴表示该冲裁站60、90的产量Y,以每分钟冲裁的部件10的数量表示,横轴表示冲裁部件10的尺寸,以围绕冲裁部件的(最小)虚拟圆的直径D表示,例如对应于转子盘11的直径。在图5中,点虚线表示精密冲裁方法的典型冲程频率SRf,短划虚线表示标准冲裁方法的典型冲程频率SRs。即使标准冲裁冲程频率SRs随着冲裁部件10的尺寸D的增大而减小,但是对于曲线图的较大部分,它仍然远高于精密冲裁冲程频率SRf。然而,根据本公开,对于给定的冲程频率SR,新型冲裁方法的冲裁部件10的实际产量Y通过利用双层式基础材料51而翻倍,如图5中的实线所示。在所示的示例中,精密冲裁方法在冲裁部件10的约为125mm的临界尺寸Dc处成为更好的选择。
应注意,图5的曲线图中绘制的值实际上适用于基础材料50、51的特定厚度/厚度范围。特别地,冲裁部件10的使利用双层式基础材料51的精密冲裁方法具有比标准冲裁方法具有更高的产量Y的所述临界尺寸Dc随着冲裁部件10的厚度T的减小而减小。在图5中,箭头A表示这种减小的临界尺寸Dc,其也指向减小的冲程频率SR的方向,因为冲程频率SR也随着冲裁部件10的厚度T的减小而减小。根据本公开,所述临界尺寸Dc可以通过以下式近似得出:Dc=T*625。
从图5中显而易见,新型冲裁方法的另一个有利特征是实线的水平部分向右延伸超出短划虚线和点虚线。这是由于双层式基础材料与单层基础材料相比能够承受更大的力,特别是在基础材料的两个单独的层连接在一起的情况下。
在图6中,示意性地示出了新型冲裁装置,其被布置用于和/或能够执行根据本公开的新型冲裁方法。更特别地,新型冲裁装置与传统冲裁装置的不同之处在于,设置基础材料的条带形的、即单独的层50的两个而不是一个卷103,以及用于使这两个层50相互对准和堆叠的堆叠装置106,用于形成供给至精密冲裁站90的双层式基础材料51。为此,堆叠装置106包括一个或多于一个辊和/或辊对104、108,它们使层50对准以组装双层式基础材料51。
可选地,堆叠装置106的一个辊对108可以布置成能够将两个层50压在一起,以增强层状基础材料51的结构完整性,特别是阻止其各个层50的相互滑动。此外,双层式基础材料51的各个层50可以可选地相互连接和/或固定在一起,无论是通过粘合剂还是通过任何其它合适的方式。如图5所示,例如,新型冲裁装置可以设置有用于施加粘合剂的涂覆器105。涂覆器105布置成能够将粘合剂施加到两个层50的彼此面对的主面中的至少一个上。连接双层式基础材料51的层50可以使得冲裁部件10的处理更容易,因为它们有效地形成更大的组装工件14。在这种情况下,加热元件107可以可选地包括在堆叠装置106中,以用于增强干燥和/或固化粘合剂。然而,如前所述,本发明的新型冲裁方法不要求双层式基础材料51的两个层50相互连接。
替代地,双层式基础材料51可以从先前已经由两个单独的基础材料层50预组装的备料或卷供应到精密冲裁站90(未示出)。尤其是对于非常薄的基础材料,这可以具有以下优点:双层式基础材料51可以以连续方法组装,使得各个层50仅受到最小的操作力,至少与同时但是分开地将各个层供给到堆叠装置106和精密冲裁站90相比是这样。
图7提供了根据本公开的精密冲裁站90的特写以及由此获得的两个冲裁部件10的切割侧边缘的轮廓的特写。从这些特写中可以清楚地看出,双层式基础材料51的顶层、即由冲裁冲头30接合的层,被冲裁冲头30穿透并切割,双层式基础材料51的相反的底层由冲裁模80穿透并切割。特别地,冲裁冲头的圆周边缘CEp和冲裁模的圆周边缘CEd执行从双层式基础材料51(剩余部分)切割两个冲裁部件10。关于冲裁模80,注意到在传统的精密冲裁方法中,它具有有倒角的圆周边缘,以用于实现最佳的冲裁结果,例如在EP 1 677 924 A1中所讨论的那样。然而,在根据本公开的新型冲裁方法的背景下,冲裁模80设置有尖锐的近似直角的圆周边缘CEd,以用于实现最佳冲裁结果,特别是用于使(在冲裁站90的一个冲程中同时形成的)两个冲裁部件10尽可能地具有相互对应的尺寸和形状。最后,如图7所示,两个冲裁部件10的侧边缘都被精确地切割和成形,而没有形成过多的冲裁翻转或冲裁毛刺。
图8提供了冲裁方法和冲裁站100的一替代性设置的特写以及由此获得的四个冲裁部件10的切割侧边缘的轮廓的特写。特别地,在图8中,应用了四层式基础材料52。在该设置中,如图8所示,四层式基础材料52的各个层50显著变形。特别是四个冲裁部件10在其侧边缘处显示出相当大的变形ED。因此,冲裁部件10的形状不能像双层式基础材料51那样精确地控制,导致至少对于其某些应用而言/在其某些应用中是不适合的。
除了前面的全部描述和附图的所有细节之外,本公开还涉及并包括所附权利要求的所有特征。权利要求中的括号内的附图标记不限制其范围,而是仅作为相应特征的非约束性示例提供。视情况而定,要求保护的特征可以在给定产品或给定方法中单独应用,但是也可以在其中应用两个或更多于两个这样的特征的任何组合。
由本公开表示的本发明不限于本文明确提及的实施例和/或示例,而是还包括其修改、变型和实际应用,特别是相关领域的技术人员可想到的修改、变型和实际应用。

Claims (7)

1.一种用于金属部件(10;11)的冲裁方法,其中,具有两个优选地基本相同的相互堆叠的单独的层(50)的双层式基础材料(51)部分地被布置且夹在冲裁模(80)与坯料保持器(70)之间并且部分地被布置且夹在冲裁冲头(30)与相反的冲头(40)之间,其中,冲裁冲头(30)和相反的冲头(40)相对于冲裁模(80)和坯料保持器(70)在至少与双层式基础材料(51)的厚度相对应的距离上移动,从而从双层式基础材料(51)切割和分离出两个冲裁部件(10;11)。
2.根据权利要求1所述的冲裁方法,其中,所述双层式基础材料(51)的两个层不相互连接。
3.根据权利要求1所述的冲裁方法,其中,所述双层式基础材料(51)的两个层相互连接、例如通过设置在两个层之间的粘合层而相互连接。
4.根据前述权利要求之一所述的冲裁方法,其中,冲裁部件(10)的尺寸通过适合围绕冲裁部件的(最小)虚拟圆的直径D粗略估计,所述直径D满足关系Dc/T≥625,其中T表示双层式基础材料(51)的两个层的厚度。
5.根据前述权利要求之一所述的冲裁方法,其中,所述双层式基础材料(51)的两个层的厚度T的值在0.5至0.05mm之间、优选在0.3至0.1mm之间。
6.根据前述权利要求之一所述的冲裁方法,其中,所述双层式基础材料(51)由钢制成,冲裁冲头(30)与相反的冲头(40)之间施加的夹紧力的值在0.7至7N/mm2之间。
7.根据前述权利要求之一所述的冲裁方法,其中,所述冲裁模(80)设置有尖锐的近似直角的圆周边缘(CEd)。
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