CN113263098A - 一种厚材不锈钢冲裁工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种厚材不锈钢冲裁工艺，它包括以下步骤：S1、第一次冲裁，通过第一冲头（5）冲裁不锈钢板材，冲裁深度为不锈钢钢板材厚度的60%，冲压间隙为不锈钢板材厚度的7%；S2、第二次冲裁，通过第二冲头（7）对冲切材料进行冲裁，冲切深度为不锈钢板材厚度的40%，冲裁间隙为不锈钢板材厚度的4%，以将冲切材料下落在漏料孔内，以实现第二次冲裁，冲裁后在不锈钢板材上成型出孔。本发明的有益效果是：能够预知冲头断裂和刀口镶件开裂、降低噪音、延长模具使用寿命、提高不锈钢板材平面度。
Description
技术领域
本发明涉及厚不锈钢板材冲孔的技术领域，特别是一种厚材不锈钢冲裁工艺。
背景技术
金属板材冲压成形的优点，如材料利用率高，产品尺寸精度稳定，生产操作简单，容易实现自动化；大规模生产加工成本低、生产效率高等特点。金属薄板零件可达到高强度、高刚度和质量轻的要求。5G通信、新能源、家电、电子类产品的结构冲压件，其生产过程是一种典型的薄板冲压成形过程。
冲压加工是借助于冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的生产技术。冲裁是利用冲模使部分材料或工序件与另一部分材料、工件或废料分离的一种冲压工序。从板料上分离出所需形状和尺寸的零件或毛坯的冲压方法。冲裁是利用冲模的刃口使板料沿一定的轮廓线产生剪切变形并分离。
要在强度大、厚度为2~3mm的厚不锈钢板材上冲孔，则面临如下问题：
1、冲头断裂崩刃严重磨损、道口崩损：由于冲切过程中，模具的冲头不断的受到冲击压缩和脱料拉伸力，同时材料定位不当，冲头切单边，因受力不均，下模废料堵死刀口，造成冲头断，冲头的固定部位(夹板)与导向部位(打板)偏移，打板导向不良，造成冲头单边受力，冲头固定不好，上下窜动，冲头刃口不锋利，从而极其容易造成冲头与刀口镶件损坏。此外，由于不锈钢较厚，较大冲头与材料的摩擦力，造成冲头很快磨损及端面边缘崩刃。
2、冲头刀口镶件在冲压过程不断受到不断压缩拉伸冲击，极容易在冲头与刀口某些部位产生微小裂纹，裂纹在生产过程中因不断地受力、震动、进一步扩展形成裂纹，进一步造成重头的断裂崩刃、刀口崩裂，这种状况会严重的造成模具的损坏、产品品质、批量性的不良以及影响冲压设备的精度，存在极大地人员安全。同时，冲头与刀口镶件在生产中存在严重磨损的情况，该类情况如果发现不及时批量性造成产品尺寸与品质的问题。
3、冲孔过程中噪音大：冲压噪音也即冲裁工艺噪声可分为3个组成部分：（1）、冲击压缩阶段产生的噪声：这是由于冲头下行遭遇被冲板料时，发生碰撞引起冲头与板料等的振动，而产生的撞击噪声。（2）突然分离阶段产生的噪声：当冲头以较大的冲裁力进行冲裁时，在工件断裂的一刹那，也即突然分离阶段，由冲裁曲线可看出，此时冲裁力为最大，贮存在冲头内部的弹性变形能突然释放出来，造成强烈振动，从而发射很大的嗓声，传入大气。（3）卸离冲头阶段产生的噪声。由于剪切面与冲头有摩擦或冲头受磨损引起拉应力，造成不对称循环交变应力，引起冲头振动而产生噪声。
4、冲压平面度，冲裁是分离变形的冲压工序。在实际冲孔过程中，板材悬空在落料孔上，冲切下来的材料没有反作用力支撑，造成受冲压的材料受力不均匀，导致在冲孔的光面处产生毛刺，降低不锈钢板材的平面度。
因此亟需一种能够预知冲头断裂和刀口镶件开裂、降低噪音、延长模具使用寿命、提高不锈钢板材平面度的厚材不锈钢冲裁工艺。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种能够预知冲头断裂和刀口镶件开裂、降低噪音、延长模具使用寿命、提高不锈钢板材平面度的厚材不锈钢冲裁工艺。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种厚材不锈钢冲裁工艺，它包括以下步骤：
S1、第一次冲裁，其具体包括以下步骤：
S11、在第一副模具的上模中加装带有上氮气弹簧的独立压料板；在第一副模具的下模中加装带有下氮气弹簧的顶杆；在上模中加装第一冲头；
S12、将不锈钢板材定位在第一副模具的凹模板上；通过第一副模具独立压料板将不锈钢板材压在独立压料板和凹模板之间；通过第一冲头冲裁不锈钢板材，冲裁深度为不锈钢钢板材厚度的60%，冲压间隙为不锈钢板材厚度的 7%，以实现第一次冲裁，冲裁后得到半成品；其中，在冲裁的过程中，利用下氮气弹簧对冲切材料提供反向作用力，使冲切材料在顶杆和第一冲头的上下夹持力的作用下进行冲裁；因此，采用夹持式冲切即通过第一冲头和顶杆将冲切材料夹持住以进行冲裁，改变材料受力状态，保证冲切后材料的平面度，同时 因为材料没有冲穿，消除了材料剪断瞬间力的释放，改善冲切噪声；
S2、第二次冲裁，其具体包括以下步骤：
S21、在第二副模具的上模中加装带有上氮气弹簧的独立压料板；在上模中加工第二冲头；
S22、将步骤S12中的半成品定位在第二副模具的凹模板上；通过第二副模具的独立压料板将半成品的边缘压在独立压料板和凹模板之间；通过第二冲头对冲切材料进行冲裁，冲切深度为不锈钢板材厚度的40%，冲裁间隙为不锈钢板材厚度的4%，以将冲切材料下落在漏料孔内，以实现第二次冲裁，冲裁后在不锈钢板材上成型出孔。
所述步骤S11中，所述第一冲头由从上往下顺次固设的挂靠部位、靠肩结构、冲头加强部分、过渡台阶、冲头本体和端部结构组成。
所述第一冲头采用具有很好的耐磨性和抗崩裂性能的 DC53 材料，DC53 材料为高强度高韧性冷作模具钢，经 1040℃ 淬火和520～530℃高温回火后，硬度 HRC 为62~63，韧性为 Crl2MoV 的两倍。
所述步骤S21中，所述第二冲头由从上往下顺次的挂靠部位、靠肩结构、冲头加强部分、过渡台阶、冲头本体、环形槽和冲头端部组成。
所述第二冲头的材质 为DC53 材料，硬度 HRC 为 62～63，经过TD 处理。
在步骤S11中的第一副模具的凹模板内加装声发射传感器，在步骤S21中的第二副模具的凹模板内加装声发射传感器，声发射传感器实时接收模具工作过程中所发出的不正常的声波，声发射传感器将声波转换成电信号，电信号经过放大器放大后传送给控制单元，控制单元将接收到的电信号进行处理和分析，与预先输入的正常曲线对比，若检测出的电信号超出阈值，控制单元则发出指令，以反馈给模具，模具做出停机动作，从而在冲压过程中能及时的发现 冲头、刀口镶件裂纹的滋生以及断裂的发生，做到提前预防及时发现、及时停机、及时维修， 同时防范批量不良品流出，也可以防止因冲头断裂和刀口镶件崩裂对模具造成的损害，进而 实现冲压的无人化作业。
本发明具有以下优点：
1、用前后两个工序，第一次冲切到材料厚度的60%，第二次次将材料冲穿，第一次半切之后在 进行第二次冲切时相当于降低了材料的厚度，从而减低材料的冲切了与冲压噪声。此外，第一次采用夹持 式冲切即采用一个反向作用力反向力，改变材料受力状态，保证冲切后材料的平面度，同时 因为材料没有冲穿，消除了材料剪断瞬间力的释放，改善冲切噪声。
2、过优化冲头结构保证冲头的强度降低冲头断裂风险，如降低冲头应力集中，采用冲头 的补强增加冲头强度，透过优化重构结构降低冲头与不锈钢之间冲切时的磨损，采用合理的 高韧性高强的冲头材料配合合理的冲头表面处理工艺，改善冲头的表面状态，减小材料的冲 切磨损增加冲头寿命。
3、声发射传感器实时监控冲压模具在冲压过程所发出的声波，因此能及时的发现冲头、刀口镶件裂纹的滋生以及断裂的发生，做到提前预防及时发现、及时停机、及时维修，同时防范批量不良品流出，也可以防止因冲头断裂和刀口镶件崩裂对模具造成的损害，进而 实现冲压的无人化作业。
附图说明
图1 为第一副模具的结构示意图;
图2 为第一冲头冲切前的示意图；
图3 为第一冲头冲切后的示意图；
图4 为第一冲头的结构示意图；
图5 为图4的I部局部放大视图；
图6 为第二副模具的结构示意图；
图7 为第二冲头冲切前的示意图；
图8 为第二冲头冲切后的示意图；
图9 为第二冲头的结构示意图；
图10 为图9的II部局部放大视图；
图11为声发射传感器的工作原理图；
图中，1-上氮气弹簧，2-独立压料板，3-下氮气弹簧，4-顶杆，5-第一冲头，6-凹模板，7-第二冲头，8-挂靠部位，9-靠肩结构，10-冲头加强部分，11-过渡台阶，12-冲头本体，13-端部结构，14-环形槽，15-冲头部分，16-漏料孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：
一种厚材不锈钢冲裁工艺，它包括以下步骤：
如图1~5所示，S1、第一次冲裁，其具体包括以下步骤：
S11、在第一副模具的上模中加装带有上氮气弹簧1的独立压料板2；在第一副模具的下模中加装带有下氮气弹簧3的顶杆4；在上模中加装第一冲头5；
S12、将不锈钢板材定位在第一副模具的凹模板6上；通过第一副模具独立压料板2将不锈钢板材压在独立压料板2和凹模板6之间；通过第一冲头5冲裁不锈钢板材，冲裁深度为不锈钢钢板材厚度的60%，冲压间隙为不锈钢板材厚度的 7%，以实现第一次冲裁，冲裁后得到半成品；其中，在冲裁的过程中，利用下氮气弹簧3对冲切材料提供反向作用力，使冲切材料在顶杆4和第一冲头5的上下夹持力的作用下进行冲裁；因此，采用夹持式冲切即通过第一冲头5和顶杆4将冲切材料夹持住以进行冲裁，改变材料受力状态，保证冲切后材料的平面度，同时 因为材料没有冲穿，消除了材料剪断瞬间力的释放，改善冲切噪声。
如图6~9所示，S2、第二次冲裁，其具体包括以下步骤：
S21、在第二副模具的上模中加装带有上氮气弹簧1的独立压料板2；在上模中加工第二冲头7；
S22、将步骤S12中的半成品定位在第二副模具的凹模板6上；通过第二副模具的独立压料板2将半成品的边缘压在独立压料板2和凹模板6之间；通过第二冲头7对冲切材料进行冲裁，冲切深度为不锈钢板材厚度的40%，冲裁间隙为不锈钢板材厚度的4%，以将冲切材料下落在漏料孔16内，以实现第二次冲裁，冲裁后在不锈钢板材上成型出孔。
本方法用前后两个工序，第一次冲切到材料厚度的60%，第二次次将材料冲穿，第一次半切之后在 进行第二次冲切时相当于降低了材料的厚度，从而减低材料的冲切了与冲压噪声。此外，第一次采用夹持 式冲切即采用一个反向作用力反向力，改变材料受力状态，保证冲切后材料的平面度，同时 因为材料没有冲穿，消除了材料剪断瞬间力的释放，改善冲切噪声
所述步骤S11中，所述第一冲头5由从上往下顺次固设的挂靠部位8、靠肩结构9、冲头加强部分10、过渡台阶11、冲头本体12和端部结构13组成。所述第一冲头5采用具有很好的耐磨性和抗崩裂性能的 DC53 材料，DC53 材料为高强度高韧性冷作模具钢，经 1040℃淬火和520～530℃高温回火后，硬度 HRC 为62~63，韧性为 Crl2MoV 的两倍。所述步骤S21中，所述第二冲头7由从上往下顺次的挂靠部位8、靠肩结构9、冲头加强部分10、过渡台阶11、冲头本体12、环形槽14和冲头端部15组成。所述第二冲头7的材质 为DC53 材料，硬度HRC 为 62～63，经过TD 处理。因此本方法过优化冲头结构保证冲头的强度降低冲头断裂风险，如降低冲头应力集中，采用冲头 的补强增加冲头强度，透过优化重构结构降低冲头与不锈钢之间冲切时的磨损，采用合理的 高韧性高强的冲头材料配合合理的冲头表面处理工艺，改善冲头的表面状态，减小材料的冲 切磨损增加冲头寿命。
在步骤S11中的第一副模具的凹模板6内加装声发射传感器，在步骤S21中的第二副模具的凹模板6内加装声发射传感器，如图11所示，声发射传感器实时接收模具工作过程中所发出的不正常的声波，声发射传感器将声波转换成电信号，电信号经过放大器放大后传送给控制单元，控制单元将接收到的电信号进行处理和分析，与预先输入的正常曲线对比，若检测出的电信号超出阈值，控制单元则发出指令，以反馈给模具，模具做出停机动作，从而在冲压过程中能及时的发现 冲头、刀口镶件裂纹的滋生以及断裂的发生，做到提前预防及时发现、及时停机、及时维修， 同时防范批量不良品流出，也可以防止因冲头断裂和刀口镶件崩裂对模具造成的损害，进而 实现冲压的无人化作业。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种厚材不锈钢冲裁工艺，其特征在于：它包括以下步骤：
S1、第一次冲裁，其具体包括以下步骤：
S11、在第一副模具的上模中加装带有上氮气弹簧（1）的独立压料板（2）；在第一副模具的下模中加装带有下氮气弹簧（3）的顶杆（4）；在上模中加装第一冲头（5）；
S12、将不锈钢板材定位在第一副模具的凹模板（6）上；通过第一副模具独立压料板（2）将不锈钢板材压在独立压料板（2）和凹模板（6）之间；通过第一冲头（5）冲裁不锈钢板材，冲裁深度为不锈钢钢板材厚度的60%，冲压间隙为不锈钢板材厚度的 7%，以实现第一次冲裁，冲裁后得到半成品；其中，在冲裁的过程中，利用下氮气弹簧（3）对冲切材料提供反向作用力，使冲切材料在顶杆（4）和第一冲头（5）的上下夹持力的作用下进行冲裁；因此，采用夹持式冲切即通过第一冲头（5）和顶杆（4）将冲切材料夹持住以进行冲裁，改变材料受力状态，保证冲切后材料的平面度，同时 因为材料没有冲穿，消除了材料剪断瞬间力的释放，改善冲切噪声；
S2、第二次冲裁，其具体包括以下步骤：
S21、在第二副模具的上模中加装带有上氮气弹簧（1）的独立压料板（2）；在上模中加工第二冲头（7）；
S22、将步骤S12中的半成品定位在第二副模具的凹模板（6）上；通过第二副模具的独立压料板（2）将半成品的边缘压在独立压料板（2）和凹模板（6）之间；通过第二冲头（7）对冲切材料进行冲裁，冲切深度为不锈钢板材厚度的40%，冲裁间隙为不锈钢板材厚度的4%，以将冲切材料下落在漏料孔（16）内，以实现第二次冲裁，冲裁后在不锈钢板材上成型出孔。
2.根据权利要求1所述的一种厚材不锈钢冲裁工艺，其特征在于：所述步骤S11中，所述第一冲头（5）由从上往下顺次固设的挂靠部位（8）、靠肩结构（9）、冲头加强部分（10）、过渡台阶（11）、冲头本体（12）和端部结构（13）组成。
3.根据权利要求2所述的一种厚材不锈钢冲裁工艺，其特征在于：所述第一冲头（5）采用具有很好的耐磨性和抗崩裂性能的 DC53 材料，DC53 材料为高强度高韧性冷作模具钢，经 1040℃ 淬火和520～530℃高温回火后，硬度 HRC 为62~63，韧性为 Crl2MoV 的两倍。
4.根据权利要求1所述的一种厚材不锈钢冲裁工艺，其特征在于：所述步骤S21中，所述第二冲头（7）由从上往下顺次的挂靠部位（8）、靠肩结构（9）、冲头加强部分（10）、过渡台阶（11）、冲头本体（12）、环形槽（14）和冲头端部（15）组成。
5.根据权利要求4所述的一种厚材不锈钢冲裁工艺，其特征在于：所述第二冲头（7）的材质 为DC53 材料，硬度 HRC 为 62～63，经过TD 处理。
6.根据权利要求1所述的一种厚材不锈钢冲裁工艺，其特征在于：在步骤S11中的第一副模具的凹模板（6）内加装声发射传感器，在步骤S21中的第二副模具的凹模板（6）内加装声发射传感器，声发射传感器实时接收模具工作过程中所发出的不正常的声波，声发射传感器将声波转换成电信号，电信号经过放大器放大后传送给控制单元，控制单元将接收到的电信号进行处理和分析，与预先输入的正常曲线对比，若检测出的电信号超出阈值，控制单元则发出指令，以反馈给模具，模具做出停机动作，从而在冲压过程中能及时的发现 冲头、刀口镶件裂纹的滋生以及断裂的发生，做到提前预防及时发现、及时停机、及时维修，同时防范批量不良品流出，也可以防止因冲头断裂和刀口镶件崩裂对模具造成的损害，进而 实现冲压的无人化作业。
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