CN109604473A - 一种用于套筒冲压成形的模具及其使用方法 - Google Patents

一种用于套筒冲压成形的模具及其使用方法 Download PDF

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Abstract

一种用于套筒冲压成形的模具,所述套筒的壁厚为2mm,包括直筒部和法兰部,所述直筒部和所述法兰部之间的过渡圆弧半径为2mm,其对坯料利用一次冲压行程完成所述法兰部成型、底面切除以及所述直筒部整形,所述坯料的翻边的外径比所述法兰部的外径大至少4mm,所述坯料的高度大于等于所述套筒的高度,所述坯料的筒部的直径不小于所述直筒部的直径,其包括同轴设置的上模组件和下模组件。本发明所提供的用于套筒冲压成形的模具,提高了生产效率,同时提高了零件材料利用率。本发明还提供了上述模具的使用方法。

Description

一种用于套筒冲压成形的模具及其使用方法
技术领域
本发明涉及冲压技术领域,特别涉及一种用于套筒冲压成形的模具及其使用方法。
背景技术
图1为一种发动机套筒的剖视结构示意图,参见图1所示,该套筒所采用的材料为1Cr21Ni5Ti,材料厚度2mm。所述套筒1包括直筒部11和法兰部12,所述直筒部11和所述法兰部12之间的过渡圆弧的半径为2mm,所示直筒部11外径为40mm,所述法兰部12外径为50mm,所述直筒部11的底面为半径为233mm的圆弧面,圆弧面底部至所述法兰部12端面的高度为17.5mm,由于所述直筒部和所述法兰部之间的过渡圆弧半径仅为2mm,因此目前采用多工序拉深、整形后冲切法兰边,再车削底部的加工工艺。
图2为现有的制造图1的发动机套筒的工艺流程示意图;参见图2所示,现有的生产工艺顺序包括如下步骤:
1、落料拉深:先冲裁出直径77mm的坯料,然后进行第一次冲压操作,使坯料预成形;
2、冲切法兰:将第一次拉深后的坯料的法兰部冲切修整;
3、第二次拉深:使坯料的筒部的直径等于所述套筒1的所述直筒部11的直径,之后退火消除应力、恢复塑性;
4、整形冲切法兰:整形到需要的圆角并冲切修整成型所述法兰部12
5、车底:车工去除底部
6、铣底弧面
在步骤3第二次拉深成型后,还需进行退火处理再进行步骤4操作,也就是说,在现有的生产工序中,需要进行四次冲压、一次车削、一次铣削操作,工艺流程较繁琐,需切换三次操作平台(冲床、车床、铣床),且每个工序均使用各自的工装,为了保障后续模具冲切余量以及车、铣余量,需用较大的圆形毛坯料,正如步骤1落料拉深中所标注,坯料就需保留直径为77mm,因此物料利用率不高,且生产效率也较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于套筒冲压成形的模具及其使用方法,以减少或避免前面所提到的问题。
为解决上述技术问题,本发明提出了一种用于套筒冲压成形的模具,所述套筒的壁厚为2mm,包括直筒部和法兰部,所述直筒部和所述法兰部之间的过渡圆弧半径为2mm,其对坯料利用一次冲压行程完成所述法兰部成型、底面切除以及所述直筒部整形,所述坯料的翻边的外径比所述法兰部的外径大至少4mm,所述坯料的高度大于等于所述套筒的高度,所述坯料的筒部的直径不小于所述直筒部的直径,其包括同轴设置的上模组件和下模组件,所述上模组件包括上模板以及与所述上模板固定连接的同轴设置的第一凸模和第一凹凸模,所述第一凹凸模外侧对称设置有两个切边刃,第一凸模与第一凹凸模端面高度差H1比所述坯料的高度H2小,所述下模组件包括下模板以及与所述下模板固定连接的同轴设置的第一凸凹模和第一凹模,所述第一凸凹模和所述第一凹模之间设置有可滑动的顶环,所述顶环下方设置有至少三个穿过所述下模板的顶杆。
所述第一凸模为杆状结构,所述第一凹凸模为环状结构,环绕所述第一凸模设置,所述第一凹凸模底部与所述顶环接触的一端的内侧边缘具有半径为2mm的过渡圆角,所述第一凸凹模为环状结构,顶部设置有与所述第一凸模对应的通孔,所述通孔的内径与所述第一凸模的外径按冲裁间隙相配。
所述第一凹模3绕所述第一凸凹模设置,所述第一凸凹模的外径等于所述直筒部的内径,所述第一凹凸模的内径等于所述直筒部的外径,所述第一凹模的顶面的内径等于所述法兰部的外径,所述第一凹凸模的外径与所述第一凹模的顶面的内径按冲裁间隙相配,所述顶环的内径、外径分别与所述第一凸凹模的外径和所述第一凹模的顶面的内径按约0.1mm的间隙配合。
优选地,第一凸模与第一凹凸模端面高度差H1比所述坯料的高度H2小1mm。
优选地,所述通孔的直径按略小于(所述坯料200的筒部中间层直径×材料的极限翻边系数)设置。
优选地,所述顶杆沿着所述第一凸凹模和所述第一凹模的轴线角向均布。
本发明还提供了上述模具的使用方法,其包括如下步骤,首先,将坯件倒置在所述第一凸凹模上,升起所述顶杆,使所述顶环与所述坯件下表面接触或低1mm,然后,使所述上模组件下行,使所述第一凹凸模首先开始对坯件进行所述直筒部和所述法兰部之间的过渡圆弧处整形,然后,所述第一凸模与所述坯件底面接触,开始冲翻边底孔,同时所述第一凹凸模继续进行所述直筒部和所述法兰部之间的过渡圆弧处整形。然后,所述第一凹凸模与所述顶环夹紧所述坯件贴合后完成所述直筒部和所述法兰部之间的过渡圆弧处整形,同时第一凹凸模与所述顶环夹紧所述坯件下行开始内孔翻边,之后,在翻边完成后,所述第一凹凸模与所述第一凹模开始进行法兰切边,使法兰部成型,所产生的环形余料通过对称分布的所述切边刃切开成两块,至此,整形、冲孔、翻边、切法兰边已依次完成,最后,所述上模组件上行,同时顶杆上行顶出已成型的所述坯件,完成整个成形加工过程。
本发明所提供的用于套筒冲压成形的模具,通过凸凹模圆角的自动导正及前工序毛坯的刚性支撑同时进行少量的减小直径的拉深,从而实现了拉深、整形、冲孔、翻边及切边等工歩的有效组合整合。提升了生产效率,也减少了多工序成形对零件表面质量的影响,同时提高了零件材料利用率。本发明还提供了上述模具的使用方法。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释,并不限定本发明的范围。其中,
图1为一种发动机套筒的剖视结构示意图;
图2为现有的制造图1的发动机套筒的工艺流程示意图;
图3为根据本发明的一个具体实施例的一种用于套筒冲压成形的模具的剖视结构示意图;
图4为利用图3的模具的工艺流程示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中,相同的部件采用相同的标号。
图1为一种发动机套筒的剖视结构示意图;图3为根据本发明的一个具体实施例的一种用于套筒冲压成形的模具的剖视结构示意图;在图3中,用A向局部放大示意图显示了切边刃的结构,图4为利用图3的模具的工艺流程示意图。参见图1、图3和图4所示,本发明提供了一种用于套筒冲压成形的模具,其用于加工如图1所示的套筒,所述套筒1的壁厚为2mm,包括直筒部11和法兰部12,所述直筒部11和所述法兰部12之间的过渡圆弧半径为2mm,所述模具100对坯料200(通过前道拉深后成型)利用一次冲压行程就可以完成所述法兰部12成型、底面切除以及所述直筒部11整形,所述坯料200的翻边的外径比所述法兰部12的外径大至少4mm,所述坯料200的高度大于等于所述套筒1的高度,所述坯料200的筒部的直径不小于所述直筒部11的直径,所述模具100包括同轴设置的上模组件2和下模组件3,所述上模组件包括上模板20以及与所述上模板20固定连接的同轴设置的第一凸模21和第一凹凸模22,所述第一凹凸模22外侧对称设置有两个切边刃23,第一凸模21与第一凹凸模22端面高度差H1比所述坯料200的高度H2小约1mm,所述下模组件3包括下模板30以及与所述下模板30固定连接的同轴设置的第一凸凹模31和第一凹模32,所述第一凸凹模31和所述第一凹模32之间设置有可滑动的顶环33,所述顶环33下方设置有至少三个穿过所述下模板30的顶杆34。
所述第一凸模21为杆状结构,所述第一凹凸模22为环状结构,环绕所述第一凸模21设置,所述第一凹凸模22底部与所述顶环33接触的一端的内侧边缘具有半径为2mm的过渡圆角,这样可保障所述直筒部11和所述法兰部12之间的过渡圆弧尺寸(即图1所示的R2),所述第一凸凹模31为环状结构,顶部设置有与所述第一凸模21对应的通孔,所述通孔的内径与所述第一凸模21的外径按冲裁间隙相配(也就是按照冲裁工艺手册所要求的间隙进行匹配),这样在所述第一凸模21下压所述坯料200的底部的过程中,可通过所述第一凸凹模31顶部通孔的边缘,切除所述坯料200的底部的大部分物料。所述通孔的直径可按略小于(所述坯料200的筒部中间层直径乘以材料的极限翻边系数获得的值)设置,所述筒部中间层直径=(筒部的外径+筒部的内径)/2,当然,所述通孔的直径也可以简单依据内孔翻边后,孔边材料周向延伸率不大于材料的延伸率设置,这样可以减小前工序的拉深高度并在去除物料后,所保留的物料能够满足所述直筒部11的最终成型。
所述第一凹模32环绕所述第一凸凹模31设置,所述第一凹模32一方面为所述切边刃23提供挤切平台,另一方面所述第一凹模32与所述第一凹凸模22配合,完成对法兰边的多余材料的切除。所述顶杆34沿着所述第一凸凹模31和所述第一凹模32的轴线角向均布,通常只需三个所述顶杆34即可实现对所述顶环33的均匀支撑,当然,也可部署多于3个的均布所述顶杆34,这样可使得所述顶环33的受力的分布更为均匀。
所述第一凸凹模31的外径等于所述直筒部11的内径,所述第一凹凸模22的内径等于所述直筒部11的外径,所述第一凹模32的顶面的内径等于所述法兰部12的外径,所述第一凹凸模22的外径与所述第一凹模32的顶面的内径按冲裁间隙相配,所述顶环33的内径、外径分别与所述第一凸凹模31的外径和所述第一凹模32顶面的内径按约0.1mm的间隙配合。
参见图4所示,所述模具100的使用方法为:
首先,将坯件200倒置在所述第一凸凹模31上,升起所述顶杆34,使所述顶环33与所述坯件200下表面接触或略低1mm左右,然后,使所述上模组件2下行,使所述第一凹凸模22首先开始对坯件200进行所述直筒部11和所述法兰部12之间的过渡圆弧(即图1所示的R2处),然后,所述第一凸模21与所述坯件200底面接触,开始冲翻边底孔,同时所述第一凹凸模22继续进行所述直筒部11和所述法兰部12之间的过渡圆弧处整形。然后,所述第一凹凸模22与所述顶环33夹紧所述坯件200贴合后完成所述直筒部11和所述法兰部12之间的过渡圆弧处整形,同时第一凹凸模22与所述顶环33夹紧所述坯件200下行开始内孔翻边,之后,在翻边完成后,所述第一凹凸模22与所述第一凹模32开始进行法兰切边使法兰部12成型,所产生的环形余料通过对称分布的所述切边刃23切开成两块,从而容易分离掉落。至此,整形、冲孔、翻边、切法兰边已依次完成,最后,所述上模组件2上行,同时顶杆34上行顶出已成型的所述坯件200,完成整个成形加工过程。
由于所述模具100在一次冲压行程中同时对坯料实现多个操作,因此,当采用本发明所提供的所述模具100后,所述套筒1的成型工艺就可以如图4所示进行调整,可调整为包括如下步骤:
步骤A,落料拉深,将盘状坯料经第一次冲压成型,使坯料预成形,
步骤B,更换工位和冲压模具(图中未视出),进行第二次拉深,对步骤A冲压成型的坯料进行第二次冲压成型,成型为所述模具100待加工的坯料200,所述坯料200的翻边的外径比所述法兰部12的外径大至少4mm,所述坯料200的高度大于等于所述套筒1的高度,所述坯料200的筒部的直径不小于所述直筒部11的直径,这样可保障有足够尺寸的翻边用于后继成型所述法兰部,且使整个坯料的高度可达到待铣削阶段的坯料的高度,使坯料的筒部的直径不小于所述套筒1的所述直筒部11的直径。之后退火消除应力、恢复塑性。
步骤C,利用所述模具100在一次冲压行程就完成所述法兰部12成型,底面切除以及所述直筒部11整形,具体过程可参见前述所述模具100的使用方法部分。在此补充说明,当所述第一凹凸模22与所述顶环33夹紧所述坯件200贴合后完成所述直筒部11和所述法兰部12之间的过渡圆弧处整形,同时第一凹凸模22与所述顶环33夹紧所述坯件200下行开始内孔翻边时,可能所述直筒部11和所述法兰部12之间的过渡圆弧处整形快结束时整形力大于翻边力,所述第一凹凸模22与所述顶环33未完全夹紧所述坯件200贴合,内孔就已开始翻边,这种情况下,可根据尺寸需要调整前工序尺寸(也即是所述坯料200的尺寸)以确保翻边高度尺寸;为确保翻边可靠,可以调整设备缓冲力,使所述第一凹凸模22与所述顶环33夹紧所述坯件200,防止法兰部位材料流动。
由于所述模具100在一次冲压行程中同时对坯料实现多个操作,因此,对于坯料200就不需要其尺寸过于严格要求,这也是本发明相对于背景技术所提及的现有工艺的一个显著的区别特征,例如前工序制成的所述坯料200的筒部外径可为φ42,所述模具100也可以同时进行拉深工序。即同时进行拉深、整形、冲孔、翻边、切法兰边。这样可以降低前工序拉深难度,减小材料变薄,有利于保证产品质量。从而不需要要背景技术那样,在第二次冲压成型时就需要保障坯料的筒部的直径等于所述套筒1的所述直筒部11的直径。
步骤D,对步骤C成型的坯件进行铣削,成型直壁口部圆弧,完成所述套筒1的最终加工。
在一个具体实施例中,参见图1所示,需要加工成型的套筒1包括直筒部11和法兰部12,所述直筒部11和所述法兰部12之间的过渡圆弧的半径为2mm,所示直筒部11外径为40mm,所示法兰部12外径为50mm,所述直筒部11的底面为半径为233mm的圆弧面,圆弧面底部至所述法兰部12端面的高度为17.5mm,采用本发明所提供的所述模具100后,所述套筒1的成型工艺可包括如下制备步骤:
步骤A,先冲裁出直径70mm左右的坯料,然后进行第一次冲压操作,使坯料预变形;成型的坯料的开口部直径大于54mm,筒身部外径为50mm,坯料底面与开口部端面的高度为16.5mm;
步骤B,更换工位和冲压模具,进行第二次拉深,对步骤A冲压成型的坯料进行第二次冲压成型,成型的坯料的开口部直径大于54mm,筒身部外径为40mm,坯料底面与开口部端面的高度为19mm;
步骤C,通过模具100,对步骤B成型的坯料利用一次冲压行程完成所述法兰部12成型,底面切除以及所述直筒部11整形,具体来说,通过本步骤成型的坯料,所述法兰部12已成型,所述法兰部12外径为50mm,所述直筒部11和所述法兰部12之间的过渡圆弧的半径为2mm,所述直筒部11通过在步骤B成型的坯料底面开孔去除直径为29mm的物料后翻边整形而成,所述直筒部11外径为40mm,所述直筒部11底面与所述法兰部12端面的高度大于19mm;
步骤D,对步骤C成型的坯件进行铣削,成型所述直筒部11底面的直径为233mm的圆弧面,完成所述套筒1的制备。
本发明所提供的用于套筒冲压成形的模具,通过凸凹模圆角的自动导正及前工序毛坯的刚性支撑同时进行少量的减小直径的拉深,从而实现了拉深、整形、冲孔、翻边及切边等工歩的有效组合整合。提升了生产效率,也减少了多工序成形对零件表面质量的影响,同时提高了零件材料利用率。本发明还提供了上述模具的使用方法。
本领域技术人员应当理解,虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的,但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解,并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式,并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员,在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合,均应属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种用于套筒冲压成形的模具,所述套筒的壁厚为2mm,包括直筒部和法兰部,所述直筒部和所述法兰部之间的过渡圆弧半径为2mm,其对坯料利用一次冲压行程完成所述法兰部成型、底面切除以及所述直筒部整形,所述坯料的翻边的外径比所述法兰部的外径大至少4mm,所述坯料的高度大于等于所述套筒的高度,所述坯料的筒部的直径不小于所述直筒部的直径,其包括同轴设置的上模组件和下模组件,所述上模组件包括上模板以及与所述上模板固定连接的同轴设置的第一凸模和第一凹凸模,所述第一凹凸模外侧对称设置有两个切边刃,第一凸模与第一凹凸模端面高度差H1比所述坯料的高度H2小,所述下模组件包括下模板以及与所述下模板固定连接的同轴设置的第一凸凹模和第一凹模,所述第一凸凹模和所述第一凹模之间设置有可滑动的顶环,所述顶环下方设置有至少三个穿过所述下模板的顶杆。
所述第一凸模为杆状结构,所述第一凹凸模为环状结构,环绕所述第一凸模设置,所述第一凹凸模底部与所述顶环接触的一端的内侧边缘具有半径为2mm的过渡圆角,所述第一凸凹模为环状结构,顶部设置有与所述第一凸模对应的通孔,所述通孔的内径与所述第一凸模的外径按冲裁间隙相配。
所述第一凹模3绕所述第一凸凹模设置,所述第一凸凹模的外径等于所述直筒部的内径,所述第一凹凸模的内径等于所述直筒部的外径,所述第一凹模的顶面的内径等于所述法兰部的外径,所述第一凹凸模的外径与所述第一凹模的顶面的内径按冲裁间隙相配,所述顶环的内径、外径分别与所述第一凸凹模的外径和所述第一凹模的顶面的内径按约0.1mm的间隙配合。
2.根据权利要求1所述的用于套筒冲压成形的模具,其特征在于,第一凸模与第一凹凸模端面高度差H1比所述坯料的高度H2小1mm。
3.根据权利要求1所述的用于套筒冲压成形的模具,其特征在于,所述通孔的直径按略小于(所述坯料200的筒部中间层直径×材料的极限翻边系数)设置。
4.根据权利要求1所述的用于套筒冲压成形的模具,其特征在于,所述顶杆沿着所述第一凸凹模和所述第一凹模的轴线角向均布。
5.根据权利要求1-4之一所述的用于套筒冲压成形的模具的使用方法,其特征在于,其包括如下步骤,首先,将坯件倒置在所述第一凸凹模上,升起所述顶杆,使所述顶环与所述坯件下表面接触或低1mm,然后,使所述上模组件下行,使所述第一凹凸模首先开始对坯件进行所述直筒部和所述法兰部之间的过渡圆弧处整形,然后,所述第一凸模与所述坯件底面接触,开始冲翻边底孔,同时所述第一凹凸模继续进行所述直筒部和所述法兰部之间的过渡圆弧处整形。然后,所述第一凹凸模与所述顶环夹紧所述坯件贴合后完成所述直筒部和所述法兰部之间的过渡圆弧处整形,同时第一凹凸模与所述顶环夹紧所述坯件下行开始内孔翻边,之后,在翻边完成后,所述第一凹凸模与所述第一凹模开始进行法兰切边,使法兰部成型,所产生的环形余料通过对称分布的所述切边刃切开成两块,至此,整形、冲孔、翻边、切法兰边已依次完成,最后,所述上模组件上行,同时顶杆上行顶出已成型的所述坯件,完成整个成形加工过程。
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