CN113020404A - 微精冲成形模具 - Google Patents

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刘艳雄
纪开盛
华林
张怡俊
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    • B21D28/02—Punching blanks or articles with or without obtaining scrap; Notching
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    • B21D45/02—Ejecting devices
    • B21D45/04—Ejecting devices interrelated with motion of tool

Abstract

本发明公开了一种微精冲成形模具，上模包括上模板、上底板、上安装板、压边圈固定板、上碟簧、冲头固定块、微冲头和压边圈，压边圈上设有第一通孔，微冲头下部滑动配合的伸入第一通孔，压边圈底面设有高度不超过板料厚度的环形凸台；下模包括下模板、下安装板、放料平台、反顶杆、下底板、下碟簧和凹模，凹模上设有第二通孔，反顶杆上部滑动配合的伸入第二通孔；压边圈和放料平台配合实现压边，压边圈的压边力由上碟簧提供，反顶杆的反顶力由下碟簧提供且初始时高于放料平台。本发明能实现微型零件的微精冲成形，可获得全光亮冲裁断面的微型零件，并提高微型零件的尺寸精度。

Description

微精冲成形模具
技术领域
本发明属于微成形领域，具体涉及一种微精冲成形模具。
背景技术
微型零件广泛应用于3C产品的连接器端子、集成电路引线框架、航空航天领域的电链接器接插件、互联汽车高速数据传输连接器等微机电系统(MEMS)和微系统(MST)中，随着信息技术的发展，需求越来越大。目前，微型零件一般采用光刻技术、离子刻蚀、超精密机械加工等方法进行制造，但是上述方法要么生产效率低、不适合批量生产制造，要么生产成本高。因此，近年来，针对微型零件的微成形技术成为了研究热点，其具有加工精度高、成本低、效率高、环境污染小等优势。
金属微冲裁作为一种新颖的微成形工艺，是指零件尺寸至少在两个维度处于毫米量级以下的冲裁加工技术。目前，金属薄膜的微冲裁技术得到了广大学者的深入研究，研究结果表明，在微介观尺度下，冲裁断面特征依然为塌角、光亮带、撕裂带和毛刺。对于现有的微冲裁，由于受尺寸效应的影响，光亮带的高度一般低于50％。为了提高断面质量，降低撕裂带的高度，现有学者将超声波应用到微冲裁工艺中，利用超声波“表面效应”和“体积效应”提高材料塑性变形能力，能将光亮带的高度提高到70％左右。但是，超声波微冲裁工艺虽然能提高光亮带的高度，但还是不能达到全光亮带，而且超声波辅助冲裁，模具结构复杂，模具加工制作困难。
精冲是在普通冲裁的基础上，通过增加压边圈和反顶杆，从而使材料在剪切变形区里以纯剪切塑性变形的方式实现材料的分离，相比于普通冲裁，精冲成形可以获得全光亮冲裁断面，提高断面质量，并且同时提高零件尺寸精度，根据精冲成形原理，精冲成形需要提供压边力和反顶力，现有的精冲成形一般需要专用的精冲机上进行，通过传力杆将压边油缸和反顶油缸提供的压边力和反顶力传到精冲模具的压边圈和反顶杆上。
但是对于微精冲成形，由于零件尺寸微小，因此模具尺寸非常小，模具高度尺寸一般小于200mm，长度尺寸一般小于80mm，不能应用于现有的精冲机上，而且现有精冲工艺采用传力杆获取精冲机提供的压边力和反顶力的方式不适用于微精冲成形，精冲机的定位控制精度也不能满足微精冲成形的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种微精冲成形模具，本发明通过碟簧提供成形所需压边力和反顶力，实现微成形过程中微小压边力和反顶力的施加，能实现微型零件的微精冲成形，可获得全光亮冲裁断面的微型零件，并提高微型零件的尺寸精度。
本发明所采用的技术方案是：
一种微精冲成形模具，包括通过导柱连接的上模和下模；上模包括往下依次连接的上模板、上底板、上安装板和压边圈固定板，上安装板与压边圈固定板间分布有上碟簧，上安装板上设有冲头固定块，冲头固定块上设有微冲头，压边圈固定板上设有压边圈，压边圈上设有第一通孔，微冲头下部滑动配合的伸入第一通孔，压边圈底面设有高度不超过板料厚度的环形凸台；下模包括往上依次连接的下模板、下安装板和放料平台，下安装板的上下部分别滑动配合有反顶杆和下底板，下底板与下模板间分布有下碟簧，放料平台上设有凹模，凹模上设有与微冲头下端施压面对应且匹配的第二通孔，反顶杆上部滑动配合的伸入第二通孔；压边圈和放料平台配合实现压边，压边圈的压边力由上模板、上底板和上安装板挤压上碟簧提供，反顶杆的反顶力由下碟簧挤压下底板提供且预设的反顶力使反顶杆顶端初始时高于放料平台。
优选地，用于微精冲成形0.01-1mm厚的金属薄板。
优选地，微冲头和反顶杆均采用晶粒尺寸0.6μm的超精细WC-Co合金。
优选地，微冲头和反顶杆均采用三段式结构，微冲头和反顶杆的尖端长度计算公式均为
Figure BDA0002976045890000021
其中，Lb为尖端长度，E为弹性模量，I为最小转动惯量，D为直径，t为所冲裁板料的厚度，Rm为所冲裁板料的抗拉强度，Sf为所冲裁板料的剪切因子。
优选地，环形凸台的截面为等边三角形。
优选地，初始时反顶杆顶端高于放料平台0.01mm。
优选地，微冲头与第一通孔、反顶杆与第二通孔存在0.01mm滑动间隙。
优选地，微冲头下端外缘和第二通孔孔边均采用锋刃结构。
优选地，上碟簧被挤压最大距离为0.7mm。
优选地，初始时下碟簧被压缩0.1mm。
本发明的有益效果是：
本发明通过碟簧提供成形所需压边力和反顶力，实现微成形过程中微小压边力和反顶力的施加，能实现微型零件(材料厚度为0.01～1mm的金属薄板)的微精冲成形，可获得全光亮冲裁断面的微型零件，并提高微型零件的尺寸精度——工作时，板料下表面与放料平台贴合，上模持续下压，先是压边圈上的环形凸台和微冲头接触板料，然后压边圈在上碟簧的作用下压紧板料，微冲头继续下压，将板料对应部份完全压入第二通孔中完成精冲成形，在以上过程中，反顶杆始终从板料下表面施加反顶力，不仅能够对板料下表面冲裁区域提供方向的支撑力，进而使整个冲裁过程中下表面受力相对均匀，进一步提高冲裁断面光亮带的深度，还方便冲裁完成后将工件反向顶出，预设的反顶力主要是为了实现背面受力的整体性，因此预设的反顶力的大小可根据实际生产的工件选择。
附图说明
图1为本发明实例中微精冲成形模具的结构示意图。
图2为本发明实例中微冲头的结构示意图。
图3为本发明实例中反顶杆的结构示意图。
图4为本发明实例中微冲头和第一通孔的局部示意图。
图5为本发明实例中反顶杆和第二通孔的局部示意图。
图中：1-上模板；2-上底板；3-上安装板；4-冲头固定块；5-微冲头；6-上碟簧；7-压边圈；8-压边圈固定板；9-第一通孔；10-下模板；11-下碟簧；12-下底板；13-下安装板；14-放料平台；15-反顶杆；16-凹模；17-第二通孔；18-环形凸台。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1、图4和图5所示，一种微精冲成形模具，包括通过导柱连接的上模和下模；上模包括往下依次连接的上模板1、上底板2、上安装板3和压边圈固定板8，上安装板3与压边圈固定板8间分布有上碟簧6，上安装板3上设有冲头固定块4，冲头固定块4上设有微冲头5，压边圈固定板8上设有压边圈7，压边圈7上设有第一通孔9，微冲头5下部滑动配合的伸入第一通孔9，压边圈7底面设有高度不超过板料厚度的环形凸台18；下模包括往上依次连接的下模板10、下安装板13和放料平台14，下安装板13的上下部分别滑动配合有反顶杆15和下底板12，下底板12与下模板10间分布有下碟簧11，放料平台14上设有凹模16，凹模16上设有与微冲头15下端施压面对应且匹配的第二通孔17，反顶杆15上部滑动配合的伸入第二通孔17；压边圈7和放料平台14配合实现压边，压边圈7的压边力由上模板1、上底板2和上安装板3挤压上碟簧6提供，反顶杆15的反顶力由下碟簧11挤压下底板12提供且预设的反顶力使反顶杆15顶端初始时高于放料平台14。
优选地，本发明用于微精冲成形0.01-1mm厚的金属薄板。
优选地，微冲头5和反顶杆15均采用晶粒尺寸0.6μm的超精细WC-Co合金。
优选地，微冲头5和反顶杆15均采用三段式结构，微冲头5和反顶杆15的尖端长度计算公式均为
Figure BDA0002976045890000041
其中，Lb为尖端长度，E为弹性模量，I为最小转动惯量，D为直径，t为所冲裁板料的厚度，Rm为所冲裁板料的抗拉强度，Sf为所冲裁板料的剪切因子，范围是0.7-0.8。
环形凸台18可以采用圆环、矩形环、椭圆形、多边形形环等各种封闭环形，具体形状不作限制，根据实际需要设置。环形凸台18的截面优选为等边三角形，在本实施例中，高度选用0.1mm。
在本实施例中，初始时反顶杆15顶端比放料平台14高0.01mm；微冲头5与第一通孔9、反顶杆15与第二通孔17存在0.01mm滑动间隙；上碟簧6被挤压最大距离为0.7mm；初始时下碟簧11被压缩0.1mm。
在本实施例中，微冲头5下端外缘和第二通孔17孔边均采用锋刃结构，能够实现冲裁的功能；上模组件间通过螺栓连接，下模组件间通过螺栓连接，压边圈7形状与目标工件形状匹配。
本发明通过碟簧提供成形所需压边力和反顶力，实现微成形过程中微小压边力和反顶力的施加，能实现微型零件(材料厚度为0.01～1mm的金属薄板)的微精冲成形，可获得全光亮冲裁断面的微型零件，并提高微型零件的尺寸精度——工作时，板料下表面与放料平台14贴合，上模持续下压，先是压边圈7上的环形凸台18和微冲头5接触板料，然后压边圈7在上碟簧6的作用下压紧板料，微冲头5继续下压，将板料对应部份完全压入第二通孔17中完成精冲成形，在以上过程中，反顶杆15始终从板料下表面施加反顶力，不仅能够对板料下表面冲裁区域提供方向的支撑力，进而使整个冲裁过程中下表面受力相对均匀，进一步提高冲裁断面光亮带的深度，还方便冲裁完成后将工件反向顶出，预设的反顶力主要是为了实现背面受力的整体性，因此预设的反顶力的大小可根据实际生产的工件选择。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种微精冲成形模具，其特征在于：包括通过导柱连接的上模和下模；上模包括往下依次连接的上模板、上底板、上安装板和压边圈固定板，上安装板与压边圈固定板间分布有上碟簧，上安装板上设有冲头固定块，冲头固定块上设有微冲头，压边圈固定板上设有压边圈，压边圈上设有第一通孔，微冲头下部滑动配合的伸入第一通孔，压边圈底面设有高度不超过板料厚度的环形凸台；下模包括往上依次连接的下模板、下安装板和放料平台，下安装板的上下部分别滑动配合有反顶杆和下底板，下底板与下模板间分布有下碟簧，放料平台上设有凹模，凹模上设有与微冲头下端施压面对应且匹配的第二通孔，反顶杆上部滑动配合的伸入第二通孔；压边圈和放料平台配合实现压边，压边圈的压边力由上模板、上底板和上安装板挤压上碟簧提供，反顶杆的反顶力由下碟簧挤压下底板提供且预设的反顶力使反顶杆顶端初始时高于放料平台。
2.如权利要求1所述的微精冲成形模具，其特征在于：用于微精冲成形0.01-1mm厚的金属薄板。
3.如权利要求1所述的微精冲成形模具，其特征在于：微冲头和反顶杆均采用晶粒尺寸0.6μm的超精细WC-Co合金。
4.如权利要求1所述的微精冲成形模具，其特征在于：微冲头和反顶杆均采用三段式结构，微冲头和反顶杆的尖端长度计算公式均为
Figure FDA0002976045880000011
其中，Lb为尖端长度，E为弹性模量，I为最小转动惯量，D为直径，t为所冲裁板料的厚度，Rm为所冲裁板料的抗拉强度，Sf为所冲裁板料的剪切因子。
5.如权利要求1所述的微精冲成形模具，其特征在于：环形凸台的截面为等边三角形。
6.如权利要求1所述的微精冲成形模具，其特征在于：初始时反顶杆顶端高于放料平台0.01mm。
7.如权利要求1所述的微精冲成形模具，其特征在于：微冲头与第一通孔、反顶杆与第二通孔存在0.01mm滑动间隙。
8.如权利要求1所述的微精冲成形模具，其特征在于：微冲头下端外缘和第二通孔孔边均采用锋刃结构。
9.如权利要求1所述的微精冲成形模具，其特征在于：上碟簧被挤压最大距离为0.7mm。
10.如权利要求1所述的微精冲成形模具，其特征在于：初始时下碟簧被压缩0.1mm。
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