CN115138768A - 一种冲压模具及一种u形梁的成型方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种冲压模具及一种U形梁的成型方法，冲压模具包括：上模组件和下模，上模组件包括沿纵向布置的凹模镶块，凹模镶块的横截面呈凹字形，下模组件包括凸模镶块，凸模镶块在水平面上的投影和凹模镶块在水平面上的投影沿纵向错开，凸模镶块靠近凹模镶块的一端端面布置且与该端端面间隔距离T。凸模镶块包括底座部和连在底座部上方的成型部，成型部的横截面的两侧边与成型部的垂向中心线之间的横向距离自下至上逐渐渐缩，使成型部的横截面呈底大顶小的形状。该冲压模具和冲压成型出的U形梁，减薄率降低到了10％左右，开裂率降低到了0.01％左右，产品合格率显著提升，生产成本显著降低。

Description

一种冲压模具及一种U形梁的成型方法

技术领域

本申请涉及冲压技术领域，特别是一种冲压模具及基于该冲压模具实现的一种U形梁的成型方法。

背景技术

图6为一种典型的U形梁的立体图。该U形梁的梁本体101端部的顶沿、两侧沿、顶沿和两侧沿之间的拐角均设有翻边，顶沿翻边102a、侧沿翻边102b和拐角翻边1023连为一体式周向翻边102。

目前，这种U形梁成型过程中，先冲压成型出梁本体(如图7左图)，然后再对冲压成型出的梁本体的端部进行翻边成型出一体式周向翻边(如图7右图)。在翻边成型过程中，翻边处(尤其是拐角翻边处)容易出现减薄率超标(通常要求减薄率低于20％的板料厚度)以及开裂的问题，开裂率高达30％，导致产品的合格率低。

有鉴于此，如何缓解翻边处减薄率超标及开裂的技术问题，是本领域技术人员需要解决的。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提供一种冲压模具，所述冲压模具包括：

上模组件，所述上模组件包括沿纵向布置的凹模镶块，所述凹模镶块的横截面呈凹字形；

下模组件，所述下模组件包括凸模镶块，所述凸模镶块在水平面上的投影和所述凹模镶块在水平面上的投影沿纵向错开，所述凸模镶块靠近所述凹模镶块的一端端面布置且与该端端面间隔距离T。

冲压模具的一种实施方式，所述凸模镶块包括底座部和连在所述底座部上方的成型部；所述成型部的横截面的两侧边与所述成型部的垂向中心线之间的横向距离自下至上逐渐渐缩，使所述成型部的横截面呈底大顶小的形状；所述凹模镶块模腔的两个拐角在横向平面上的投影对应设置在所述成型部横截面的两侧边在该横向平面上的投影上方。

冲压模具的一种实施方式，所述成型部的横截面呈等腰梯形。

冲压模具的一种实施方式，所述等腰梯形的两侧边与所述成型部的纵向中心线之间的夹角α的范围为：20°≤α≤45°。

冲压模具的一种实施方式，所述距离T大于当前生产用的板料厚度。

冲压模具的一种实施方式，所述距离T等于当前生产用的板料厚度的两倍。

冲压模具的一种实施方式，所述上模组件还包括上模活动芯，所述下模组件包括下模活动芯，所述下模活动芯的弹性大于所述上模活动芯。

本申请还提供一种U形梁的成型方法，基于上述任一项所述的冲压模具实现，所述成型方法包括以下步骤：

S1、将板料落到冲压模具的上模组件和下模组件之间，使板料的端部位于凸模镶块上方；

S2、利用冲压模具冲压板料，一次性冲压成型出梁本体和梁本体端部的一体式周向翻边；

S3、对梁本体的侧面进行整形；

S4、进行冲孔、切边，对一体式周向翻边进行整形。

采用上述冲压模具和成型方法成型出的U形梁，减薄率降低到了10％左右，远低于产品要求的20％的减薄率，开裂率也从30％降低到了0.01％左右，产品合格率显著提升，生产成本显著降低。

附图说明

图1为本发明提供的冲压模具的示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为图1的俯视图；

图4为成型过程中冲压模具的上模组件下行到不同位置时的示意图；

图5为采用本申请提供的成型方法成型图6所示的U形梁的示意图；

图6为一种典型的U形梁的立体图

图7为采用先冲压再进行翻边的方法来成型图6所示的U形梁的示意图；

附图标记说明如下：

100U形梁，101梁本体，101a侧面，102一体式周向翻边，102a顶沿翻边，102b侧沿翻边，102c拐角翻边。

200冲压模具，201凹模镶块，202凸模镶块，202a底座部，202b成型部，203下模活动芯；

300板料。

具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请的技术方案作进一步的详细说明。

本申请提供的冲压模具200包括：上模组件和下模组件。如图1、图2或图3，上模组件包括沿纵向布置的凹模镶块201，凹模镶块201的横截面呈凹字形。另外，上模组件还包括上模活动芯(图中未示出)。上模活动芯为本领域的常用部件。

如图3，下模组件包括凸模镶块202。凸模镶块202在水平面(即垂直于垂向、平行于纵向的平面)上的投影和凹模镶块201在水平面上的投影沿纵向错开，凸模镶块202靠近凹模镶块201的一端端面布置且与该端端面间隔距离T。

另外，如图4，下模组件还包括下模活动芯203，下模活动芯203为本领域的常规部件。下模活动芯203的弹性大于上模活动芯的弹性，这样更利于翻边的成型。

用该冲压模具200成型图6所示的U形梁100时，在上模组件和凹模镶块201的挤压作用下可以冲压成型出梁本体101端部的一体式周向翻边102，从而不用再单独进行翻边成型工序，能够显著缓解产品减薄率超标及开裂的问题。后文还会详细介绍U形梁100的冲压成型过程。

具体的，如图2，凸模镶块202包括底座部202a和连在底座部202a上方的成型部202b。成型部202b的横截面的两侧边与成型部202b的垂向中心线Z之间的横向距离自下至上逐渐渐缩，使成型部202b的横截面呈底大顶小的形状。

并且，凹模镶块201模腔的两个拐角在横向平面(即平行于横向、垂直于纵向的平面，图1虚线为一个横向平面)上的投影对应设置在成型部202b的横截面的两侧边在该横向平面上的投影上方。换言之，从零件的长度方向(即图中纵向)看去，凹模镶块201模腔的两个拐角沿冲压方向的投影，落在所述成型部202b横截面的两侧边上。结合图2理解，凹模镶块201的两个模腔拐角和成型部202b的横截面的两侧边向同一横向平面投影，投影后呈图2所示的状态，然后在该横向平面内作分别经凹模镶块201模腔的两个拐角的两端拐点的四条垂向引线，经一拐角的两端拐点的两条垂向引线的下端交于成型部202b横截面的一侧边，经另一拐角的两端拐点的两条垂向引线的下端交于成型部202b横截面的另一侧边。

采用上述成型部202b，能实现一体式周向翻边102的分步成型，先成型出顶沿翻边102a和侧沿翻边102b，再成型拐角翻边102c，能够进一步缓解产品减薄率超标及开裂的问题。

具体的，成型部202b的横截面可以为等腰梯形、半球形、半椭圆形等。图示实施例中，成型部202b的横截面为等腰梯形，等腰梯形横截面的成型部202b缓解产品减薄率超标和开裂的效果更显著。

具体的，等腰梯形的两侧边与成型部202b的纵向中心线Z之间夹角α的范围为：20°≤α≤45°，更优选的，α的范围为：30°≤α≤40°，在该范围内缓解产品减薄率超标和开裂的效果更显著。

具体的，上述距离T大于当前生产用的板料300厚度，这样，能够减小翻边分步成型过程中的材料阻力，更利于降低减薄率和开裂率。更优选的，距离T等于当前生产用的板料300厚度的两倍。距离T等于当前生产用的板料300厚度的两倍时，足够保障冲压过程中产品不开裂，而且还能保障后续整形工艺中产品不容易出现开裂和叠料。

本申请提供的U形梁100的成型方法基于上述冲压模具200实现，具体的，该成型方法包括以下步骤：

S1、将板料300落放到冲压模具200的上模组件和下模组件之间，板料300的端部位于凸模镶块202的上方。

这时，上模组件处于图4中A图所示的位置，上模组件还没有接触板料300，板料300处于图5中A图所示的初始形态，上述板料300的厚度指板料处于该初始形态下的厚度。

对于板料300，应严格控制其切边质量，消除其碎裂口，避免板料300在成型时撕裂。

S2、利用冲压模具200冲压板料300。由于冲压模具200设置有上述凸模镶块202，所以在冲压过程中，能一次性冲压成型出梁本体101和梁本体端部的一体式周向翻边102。

也就是说，冲压完成后，不仅成型出了梁本体101，也成型出了一体式周向翻边102，梁本体101和一体式周向翻边102均由冲压模具200一次性冲压出来。完成该步后，产品呈图5中B图所示的形态

以往U形梁100成型过程中，如图7，先冲压成型出梁本体101，然后再进行翻边成型。这种成型方法，一方面，多道成型工序造成了板料300的多次冷作硬化，板料300变硬，导致更容易出现减薄率超标及开裂，另一方面，冲压成型后板料300的结构强度已经很大，在进行翻边成型时已经不能从板料300身上得到材料流动补充或材料位移补充，这也导致更容易出现减薄率超标及开裂，两方面原因导致产品减薄率高于20％，开裂率高达30％。

相比而言，本申请提供的成型方法将冲压成型工序和翻边成型工序合二为一，冲压成型梁本体101的过程中也冲压成型出了一体式周向翻边102，因此，成型工序减少，使得在成型翻边的过程中板料300的硬度和结构强度还不是很大，因而成型翻边的过程中能够从板料300身上得到材料流动补充或材料位移补充，所以降低了减薄率和开裂率，提升了产品合格率。

进一步的，当凸模镶块202的成型部202b的横截面的两侧边与成型部202b的垂向中心线Z之间的横向距离自下至上逐渐渐缩，使成型部202b的横截面呈底大顶小的形状并且凹模镶块201的两个模腔拐角在横向平面上的投影对应设置在成型部202b的横截面的两侧边在该横向平面上的投影上方时，在两成型部202b的横截面的两侧边的斜度作用下，在冲压成型一体式周向翻边102的过程中，一体式周向翻边102能分步成型，会先成型出顶沿翻边102a和侧沿翻边102b再成型出拐角翻边102c，也就是说，拐角翻边102c后于顶沿翻边102a和侧沿翻边102b成型，这样，拐角翻边102c成型过程中能从顶沿翻边102a和侧沿翻边102b处得到一定的材料补充，从而能更进一步地降低减薄率和开裂率。

具体的，一体式周向翻边102的分步成型过程是：当上模组件下行到图4中B图所示的位置时，板料300的端部在上模组件和凸模镶块202的冲压作用下开始形成顶沿翻边102a和侧沿翻边102b；当上模组件下行到图4中C图所示的位置时，顶沿翻边102a和侧沿翻边102b完成，这时拐角翻边102c开始形成；当上模组件下行到图4中D图所示的位置时，拐角翻边102c完成，至此，冲压形成了一体式周向翻边102。

进一步的，在顶沿翻边102a和侧沿翻边102b先于拐角翻边102c成型(即分步成型翻边)过程中材料的流动阻力比较大，当距离T大于板料300厚度时，可以一定程度地减小分步翻边的材料阻力，因此能进一步降低减薄率和开裂率。

S3、对梁本体的侧面101a进行整形。

通过对梁本体的侧面101a进行整形，可以消除回弹，将梁本体的纵向侧面101a尺寸控制到公差范围之内。完成该步后，产品呈图5中C图所示的形态

S4、进行冲孔、切边，对一体式周向翻边102进行整形。完成该步后，产品呈图5中D图所示的形态

冲孔包括对梁本体011的顶面冲孔、侧面101a冲孔。切边是指切除多余的料边。

通过对一体式周向翻边102进行整形，可以将翻边的面差调整到公差范围之内，尤其是在上述距离T大于板料300厚度的情况下成型出的一体式周向翻边102的面差较大，更需要在成型后进行整形。

经过试验和有限元分析表明：采用上述冲压模具200和成型方法成型出的U形梁100，减薄率降低到了10％左右，远低于产品要求的20％的减薄率，开裂率也从30％降低到了0.01％左右，产品合格率显著提升，生产成本显著降低。

以上应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种冲压模具，其特征在于，所述冲压模具(200)包括：

上模组件，所述上模组件包括沿纵向布置的凹模镶块(201)，所述凹模镶块(201)的横截面呈凹字形；

下模组件，所述下模组件包括凸模镶块(202)，所述凸模镶块(202)在水平面上的投影和所述凹模镶块(201)在水平面上的投影沿纵向错开，所述凸模镶块(202)靠近所述凹模镶块(201)的一端端面布置且与该端端面间隔距离T。

2.根据权利要求1所述的冲压模具，其特征在于，所述凸模镶块(202)包括底座部(202a)和连在所述底座部(202a)上方的成型部(202b)；所述成型部(202b)的横截面的两侧边与所述成型部(202b)的垂向中心线(Z)之间的横向距离自下至上逐渐渐缩，使所述成型部(202b)的横截面呈底大顶小的形状；所述凹模镶块(201)模腔的两个拐角在横向平面上的投影对应设置在所述成型部(202b)横截面的两侧边在该横向平面上的投影上方。

3.根据权利要求2所述的冲压模具，其特征在于，所述成型部(202b)的横截面呈等腰梯形。

4.根据权利要求2所述的冲压模具，其特征在于，所述等腰梯形的两侧边与所述成型部(202b)的纵向中心线(Z)之间的夹角α的范围为：20°≤α≤45°。

5.根据权利要求1-4任一项所述的冲压模具，其特征在于，所述距离T大于当前生产用的板料(300)厚度。

6.根据权利要求5所述的冲压模具，其特征在于，所述距离T等于当前生产用的板料(300)厚度的两倍。

7.根据权利要求5所述的冲压模具，其特征在于，所述上模组件还包括上模活动芯，所述下模组件还包括下模活动芯(203)，所述下模活动芯(203)的弹性大于所述上模活动芯。

8.一种U形梁的成型方法，基于权利要求1-7任一项所述的冲压模具(200)实现，其特征在于，所述成型方法包括以下步骤：

S1、将板料(300)落到冲压模具(200)的上模组件和下模组件之间，使板料(300)的端部位于凸模镶块(202)上方；

S2、利用冲压模具(200)冲压板料(300)，一次性冲压成型出梁本体(101)和梁本体(101)端部的一体式周向翻边(102)；

S3、对梁本体(101)的侧面(101a)进行整形；

S4、进行冲孔、切边，对一体式周向翻边(102)进行整形。

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