CN115815420A - 金属阀壳的连续冲压成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种金属阀壳的连续冲压成型方法，包括如下步骤：冲定位孔步骤：在金属板料上加工至少一个定位孔；拉深成型步骤：对金属板料进行拉深成型，得到回转壁；侧孔成型步骤：将金属阀壳上的每个侧孔区分为由卡脚间隔的两个半孔，对每一个半孔分别在不同的工步成型；顶孔成型步骤：冲裁成型金属阀壳顶面的顶孔，并相应得到顶钩；落料步骤：将成型后的金属阀壳自金属板料上冲裁下来。该金属阀壳的连续冲压成型方法将单个侧孔拆分为由卡脚隔开的两个半孔分开冲切成型冲击过大，导致整形后的回转壁变形的问题；同时由于分开冲切成型，方便设计下模对卡脚从内侧形成支撑，增加内模的结构强度与稳定性。

Description

金属阀壳的连续冲压成型方法

技术领域

本发明涉及金属冲压成型技术领域，具体涉及一种金属阀壳的连续冲压成型方法。

背景技术

新能源汽车通过电池中储存的电能取代传统燃油车中的燃料给运营车辆供能。电池/电池包由壳体封闭而成电池组件，壳体起到防水、防护、阻燃等功能，同时也需要及时将工作时内部气体排出，避免壳体内压过高，产生潜在安全隐患。

这通常通过在电池壳体上设置的泄压阀实现，泄压阀一般包括壳体以及影响内压实现开启的阀芯。泄压阀的壳体可以是塑料或者金属材料。当壳体是金属材料时，金属壳体一般具有从内到外的气体通道，并在气体通道内设置阀芯。为了实现泄压阀的安装固定，气体流通以及阀芯定位。金属壳体需要成型有安装固定的爪形特征、供气体流通的通道等，这意味着小巧的壳体上需要设置大量的特征结构特征，给壳体的成型工艺设计带来了困难。

发明内容

针对现有的金属阀壳结构小巧、形状特殊，难以以现有的成型工艺制作的问题，本发明提供一种金属阀壳的连续冲压成型方法。

本发明的技术方案提供一种金属阀壳的连续冲压成型方法，包括如下步骤：

冲定位孔步骤：在金属板料(M)上加工至少一个定位孔；

拉深成型步骤：对金属板料(M)进行拉深成型，得到回转壁(W3)；

侧孔成型步骤：将金属阀壳(W)上的每个侧孔(W1)区分为由卡脚(W2)间隔的两个半孔(W1S)，对每一个半孔(W1S)分别在不同的工步成型；

落料步骤：将成型后的金属阀壳(W)自金属板料(M)上冲裁下来。

优选的，所述侧孔成型步骤中，取一仿形半孔(W1S)的左冲头(PL)从径向冲出单边半孔(W1S)，然后取仿形另一侧的半孔(W1S)的右冲头(PR)从径向冲出另一侧的半孔(W1S)，冲出的两个半孔(W1S)共同形成侧孔(W1)，左冲头(PL)与右冲头(PR)的冲切范围存在重叠。

优选的，所述侧孔成型步骤中，所述左冲头(PL)与所述右冲头(PR)重叠的交叉点位于侧孔(W1)的折角过渡处。

优选的，所述侧孔成型步骤中，对同一侧孔(W1)的两个半孔(W1S)的冲切作业工步至少错开一个工位设置。

优选的，所述冲定位孔步骤中，单次加工的定位孔为两个，分别位于金属板料(M)的两侧边缘。

优选的，所述拉深成型步骤中，通过多次拉深成型金属阀壳(W)，单次拉深的拉深系数l的范围为0.75≤l<1。

优选的，所述拉深成型步骤中，通过四次拉深成型金属阀壳(W)，单次拉深的拉深系数不小于0.8。

优选的，所述拉深成型步骤中，在末次拉深后至少设置一个整形工步，用于调整拉深后回转壁(W3)的形状尺寸。

优选的，所述侧孔成型步骤之后还设置有卡爪外扩步骤，卡爪外扩步骤包括对每一个卡脚(W2)外扩的工步，每一个外扩的工步中，上模(PV)与横向顶块(PH)之间通过斜面接触滑移，横向顶块(PH)的末端伸入金属阀壳(W)内部，并指向卡脚(W2)，通过上模(PV)下降推动横向顶块(PH)水平滑移使横向顶块(PH)的末端推动卡脚(W2)向外变形，并塑性保持。

优选的，所述顶孔成型步骤至少包括冲顶孔工步，冲顶孔工步通过与顶孔(W6)的预期尺寸形状相匹配的上模将位于金属阀壳(W)顶部的顶孔(W6)冲下，保留顶钩(W5)。

优选的，所述顶孔成型步骤还包括凸台成型工步与折弯步骤，凸台成型工步设置在冲顶孔工步的前道，折弯步骤设置在冲顶孔工步的后道；凸台成型工步用于成型金属阀壳(W)顶面的整周凸台，折弯步骤用于折弯成型经得到的顶钩(W5)的末端。

本发明的金属阀壳的连续冲压成型方法的金属阀壳的长径比大，如果采用一次拉深成型金属阀壳的回转壁以及圆角处将会发生破裂，无法完成金属阀壳的正常成型，而通过多次拉深与整形完成金属阀壳的主体回转部分成型，由于采用了多次拉深工艺，可以有效的控制单次拉深的拉深系数，避免金属阀壳在拉深过程中破裂；另一方面，多次拉深过程中的每一步拉深过程均基于前一次的拉深过程，可以通过依次实施的每一步拉深过程渐近地控制金属阀壳的成型参数，保证金属阀壳的成型过程稳定，成型尺寸均匀，尤其是可以保证拉深后的回转壁壁厚上下一致。

本发明的金属阀壳的连续冲压成型方法将单个侧孔拆分为由卡脚隔开的两个半孔分开冲切成型，避免了将侧孔一次冲切时对回转壁产生过大的冲击，导致整形后的回转壁变形的问题；同时由于分开冲切成型，方便设计下模对卡脚从内侧形成支撑，即外模一次只从卡脚的一侧冲孔，则内模可以扩展至卡脚的另一侧，对卡脚形成完整的支撑，并增加内模的结构强度与稳定性；此外，对侧孔的分开成型对切口的冲切力更小，可以使切口处的毛刺更低矮更柔和，有利于后续的加工处理；最后，通过由于单次的切口长度仅为一次性成型过程的一半左右，上模的切口不易磨损，可以提高上模的使用时间，降低上模的维修与更换频次。

附图说明

图1为本发明的金属阀壳W的立体示意图；

图2为本发明的金属阀壳W的顶视示意图；

图3为本发明的金属阀壳W的侧视示意图；

图4为本发明的金属阀壳的连续冲压成型方法的总流程图；

图5为本发明的金属阀壳的连续冲压成型方法在模具上的布局示意图；

图6为本发明的金属阀壳的连续冲压成型方法的冲定位孔步骤的示意图；

图7为本发明的金属阀壳的连续冲压成型方法的定位孔的设置示意图；

图8为本发明的金属阀壳的连续冲压成型方法的拉深成型步骤的整体示意图；

图9为本发明的金属阀壳的连续冲压成型方法的模具布局示意图；

图10为本发明的金属阀壳的连续冲压成型方法的冲切位置的示意图；

图11为本发明的金属阀壳的连续冲压成型方法的中一个的冲切示意图；

图12为本发明的金属阀壳的连续冲压成型方法的卡爪外扩步骤的模具布局示意图；

图13为本发明的金属阀壳的连续冲压成型方法的卡爪外扩步骤中一个外扩模具的结构示意图；

图14为本发明的金属阀壳的连续冲压成型方法的顶孔成型步骤的模具布局示意图；

图15为本发明的金属阀壳的连续冲压成型方法的顶孔成型步骤成型后的金属阀壳W的剖面示意图。

图中，

W:金属阀壳W1:侧孔W2:卡脚W3:回转壁W4:壳顶W5:顶钩W6:顶孔W8:底盖W1S:半孔F:步进进给方向M:金属板料H:定位孔D:模具动作方向PL:左冲头PR:右冲头PH:横向顶块PV:上模

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明，在本说明书中，附图尺寸比例并不代表实际尺寸比例，其只用于体现各部件之间的相对位置关系与连接关系，名称相同或标号相同的部件代表相似或相同的结构，且仅限于示意的目的。

图1为本发明的金属阀壳W的立体示意图，图2为本发明的金属阀壳W的顶视示意图，图3为本发明的金属阀壳W的侧视示意图。金属阀壳W为金属材质，实际应用过程中优选为不锈钢材质，金属阀壳W包括呈回转体的回转壁W3，回转壁W3为金属阀壳W的主体，流体从其内部空腔流过，相应的阀芯组件设置在金属阀壳W内。在回转壁W3上均布有侧孔W1，每个侧孔W1内有形成有向金属阀壳W的周向外侧张开的卡脚W2，其中，侧孔W1提供了供流体进出的通道。在回转壁W3的底部为具有的底盖W8，其中的呈向底部的周向的凹陷，用于安装时容置密封垫圈，卡脚W2与底盖W8配合将金属阀壳W固定在安装的壁面上。在回转壁W3的顶部为壳顶W4壳顶W4的中心内凹处形成有顶孔W6以及与顶孔W6互补的顶钩W5，其中，顶孔W6用于流体出入，顶钩W5用于悬挂阀芯组件。

上述金属阀壳W从金属板冲压成型而成，但是金属阀壳W的回转壁W3的长径比大约为1，而金属板的延展性有限，在成型回转壁W3的过程中会导致圆角处开裂，产品报废。另外金属阀壳W的总体尺寸小于30mm*30mm*20mm，由于金属阀壳W的尺寸较小，模具的动作与布置空间有限，给冲压设计带来了困难。最后，金属阀壳W上的孔洞较多，孔洞之间的距离较小，且空洞部分所占面积较大，在冲切孔的过程中，容易使已经成型好的金属阀壳W的表面发生变形，导致产品不合格。金属阀壳W的尺寸较小，适合设计连续模实现在一个冲压机台/冲压模具上完成金属阀壳W的各个工序，实现生产线的高效利用。为此本发明设计了用于金属阀壳W的连续成型的金属阀壳的连续冲压成型方法。

图4为金属阀壳的连续冲压成型方法的总体流程图，图5为金属阀壳的连续冲压成型方法所使用的连续模模具布局示意图。合适宽度的金属料带连续的沿图示的步进进给方向F进给，模具沿步进进给方向F方向分别设置了多个执行工位用于完成一次对料带的处理。沿步进进给方向F方向，这些工序包括冲定位孔步骤、拉深成型步骤、侧孔成型步骤、顶孔成型步骤以及落料步骤。

S1、冲定位孔步骤。由于是通过金属料带在连续模的每一步模具上依次成型，为了保证每一次的模具加工都能精确的贴合前一次成型的区域，需要在金属带上加工出定位孔，实现金属带在冲压加工中的连续定位。

S2、拉深成型步骤。如前所述，金属阀壳W为金属材料，并且优选的为不锈钢材料，而不锈钢的延展性较小，弹性模量较大，不利于拉深成型；并且金属阀壳W的回转壁W3的长径比为15：14，略大于1。此种长径比条件下无法通过一次成型完成回转壁W3的成型，需要通过合理的工艺参数设计分多次成型。优选的在多次成型后通过整形步骤完成对回转壁W3的外形的精确调整。

S3、侧孔成型步骤。在完成拉深成型步骤成型后，为了避免对回转壁W3过大的冲击导致变形，也方便模具分散布置，在每一个工位分别冲出回转壁W3上的侧孔。更进一步的，见图1-3，卡脚W2位于侧孔W1的中间，将侧孔W1分别在卡脚W2下方连通的两部分。由于卡脚W2的面积小，无法相应的布置内部的支撑模，如果直接冲切，必然导致卡脚W2发生溃缩，折向回转壁W3内侧，并伴随其边缘由于没有有效支撑形成严重的毛刺。为此，侧孔W1的两部分分两次冲切成型，每成型侧孔W1的一侧时，侧孔W1的另一侧空间也可以用于容纳卡脚W2的支撑模。

S4、顶孔成型步骤。见图2，金属阀壳W的顶部由金属的顶钩W5与相应的顶孔W6组成，其中的顶钩W5在使用时被用于钩挂弹性部件。在中，通过设置于回转壁W3内的底模对顶钩W5形成支撑，通过设置于顶钩W5外侧的压模冲切成型顶孔W6。

S5、落料步骤。在完成金属阀壳W的所有成型工序后，金属阀壳W仍然生长在金属板上，通过落料步骤将金属阀壳W沿其底盖W8的外边缘将金属阀壳W从金属板上冲裁下来。

下面是每个步骤的具体实现。

S1、冲定位孔步骤。

图6为冲定位孔步骤的成型示意图，成卷的金属板料M从前道的送料机上逐渐释放后，沿步进进给方向F进入模具的成型空间内。每一次步进过程中，在金属板料M上至少成型一个定位孔，该定位孔H在下一次步进以及后续的工步中同时用于对金属板料M的准确定位，即下一次步进停止时，定位孔H进入模具上相应的定位销中实现对金属板料M的定位，相应的确定了下一次在金属板料M上成型定位孔H的位置，实现定位孔H以及金属阀壳W在金属板料M上的均匀排料，提高金属板料M的利用率。定位孔H优选设置为两个，即在金属板料M的顺步进进给方向F的两个边缘各设置一个实现更好的定位。虽然本发明的金属阀壳W尺寸较小，但是其总的工步较多，单侧定位孔H，金属板料M输送过程中仍可能出现轻微扭曲，向一侧偏离，导致后面工步的定位孔H无法进入定位销中，无法完成成品成型，在两侧各设置一个定位孔H就是为了壁免这类情况的发生，两侧的定位孔H沿步进进给方向F的相对位置不需要一致，允许其错开一定距离，比如，如图7所示，两侧的定位孔H可以错开一半的一侧定位孔H之间的距离L，相当于将步进进给方向F上的定位密度提升了一倍，也限制了金属板料M的扭曲。

S2、拉深成型步骤。

图8为拉深成型步骤的成型示意图。为了保证金属阀壳W成型过程中回转壁W3不发生拉裂，尤其是避免回转壁W3的上下圆角等位置拉断，回转壁W3无法通过一次拉深成型，需要采用多次拉深工艺，控制金属阀壳W的单次拉深系数l在0.75≤l<1进行分次拉深，本金属阀壳的连续冲压成型方法中所具体采用的拉深工艺参数如表1示出，通过四次拉深达到目标的拉深直径与拉深高度，同时保证材料压延受力小不破裂，保证金属阀壳W的成型工艺性。在完成回转壁W3的基本形状的拉深后，还需要设置相应的整形工步，将由末次拉深得到的尺寸大致达到回转壁W3的毛坯的外形做进一步的调整塑形，使其尺寸与回转壁W3完全一致并修整回转壁W3上部与下部过渡位置的圆角，将拉深过程中形成的工艺圆角调整为回转壁W3设计时定义的形状。本金属阀壳的连续冲压成型方法中，依次分别设置了初整形工步S28、末整形工步S29两道整形工步，实现回转壁W3拉深后的形状精整。在拉深成型步骤S2之后的位置还可以设置，用于成型金属阀壳W的，在流程中的具体位置可以根据需要调整。

表1:拉深工艺参数

S3、侧孔成型步骤。

图9为侧孔成型步骤的成型示意图。在侧孔成型步骤中将每一个侧孔W1分为由卡脚W2切分的两个半孔W1S分别冲切，也就是拆分为了侧孔一左部冲孔工步S31A、侧孔二左部冲孔工步S31B、侧孔三左部冲孔工步S31C、侧孔一右部冲孔工步S32A、侧孔二右部冲孔工步S32B、侧孔三右部冲孔工步S32C分别进行冲切半孔的作业处理。图10中实线箭头为每一工步中模具的模具动作方向D，相应的沿模具动作方向D上的正视图中的黑色填充的部分为每一工步中所完成冲切的部分。图9与图10中指明了各工步的顺序，该顺序是不要求的，可以任意改变，图中只是一种实现。但是，完成同一侧孔W1的两个半孔W1S的冲切作业工步优选错开至少一个工位布置，而不布置为相邻的工位上，这主要是出于模具设置上的考虑，因为金属阀壳W的尺寸较小，模具上的安装间距相应缩小，当将同一侧孔W1的两个工位设置在相邻工位上时，需要在相对金属阀壳W相同的方向上各设置一组上模冲头，现有的安装空间是不足以实现的。

现取一个侧孔W1的冲切过程做详细说明，图11为相应的示意图，在进入前，回转壁W3为近似光面圆柱，在工步中，取一仿形半孔W1S的从径向冲出单边半孔W1S，然后取另一仿形另一侧的半孔W1S的右冲头PR从径向冲向单边半孔W1S，冲出的两个半孔W1S共同形成侧孔W1。在这一过程中，如图11所示在左冲头PL与右冲头PR的冲切范围内两者在交界位置存在一定的重叠，这可以保证连接处切断稳定，不产生多余的毛刺与未切断的情况，并且左冲头PL与右冲头PR的连接点通常选择在侧孔W1上的折角位置以方便模具设计，并得以保证连接处光滑无断差。

S9、卡爪外扩步骤。

经过侧孔成型步骤S3所得到的金属阀壳W的卡脚W2处于与回转壁W3的同一圆周面上，这与图1-3中示出的相对回转壁W3外张的卡脚W2的要求并不相同。需要说明的是，卡脚W2在装配过程中起到关键的固定作用，其利用自身金属的弹性将安装面(比如电池包壳体)弹性夹于卡脚W2末端与之间。因此需要通过使卡脚W2张开。的示意图如图12所示，其中的，以及分别用于挤压三个卡脚W2，使之发生径向向外的形变。具体到其中一个工步，其示意图如图13所示，上模PV与横向顶块PH之间通过斜面接触滑移，其中，横向顶块PH的末端伸入金属阀壳W内部，并指向卡脚W2。当上模PV下降时，推动横向顶块PH水平滑移，横向顶块PH的末端推动卡脚W2向外变形，并塑性保持，完成外扩动作。卡爪外扩步骤应当设置在侧孔成型步骤之后，但不必要紧邻侧孔成型步骤设置，可以根据需要穿插在后续的步骤之间。

S4、顶孔成型步骤。

上述步骤仅仅完成了金属阀壳W的整体形状以及侧孔的成型，接下来需要进行顶孔成型步骤S4，顶孔成型步骤的冲顶孔工步通过与预期的顶孔尺寸形状相应的上模将位于金属阀壳W顶部的顶孔W6冲下，保留顶钩W5。

图14为顶孔成型步骤与落料步骤的示意图。顶孔成型步骤至少包括冲顶孔工步，还包括凸台成型工步与折弯步骤，其中，凸台成型工步S41设置在冲顶孔工步S42的前道，折弯步骤S43设置在冲顶孔工步S42的后道。如图15所示，其中，凸台成型工步首先用于成型图中A1位置的整周凸台细节，用于折弯成型经得到的顶钩W5的末端，该末端被折弯为向上的仰角，从而在弹性部件钩挂在上后防止其滑落。

S5、落料步骤

落料步骤S5实现金属阀壳W的落料，即将成型完毕的金属阀壳W从金属板料M上沿金属阀壳W的外边缘冲裁下来并收集在收料区中，这是整套工艺的最后一个步骤。

上述内容仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (11)

1.一种金属阀壳的连续冲压成型方法，其特征在于，包括如下步骤：

冲定位孔步骤：在金属板料(M)上加工至少一个定位孔；

拉深成型步骤：对金属板料(M)进行拉深成型，得到回转壁(W3)；

侧孔成型步骤：将金属阀壳(W)上的每个侧孔(W1)区分为由卡脚(W2)间隔的两个半孔(W1S)，对每一个半孔(W1S)分别在不同的工步成型；

落料步骤：将成型后的金属阀壳(W)自金属板料(M)上冲裁下来。

2.如权利要求1所述的金属阀壳的连续冲压成型方法，其特征在于，所述侧孔成型步骤中，取一仿形半孔(W1S)的左冲头(PL)从径向冲出单边半孔(W1S)，然后取仿形另一侧的半孔(W1S)的右冲头(PR)从径向冲出另一侧的半孔(W1S)，冲出的两个半孔(W1S)共同形成侧孔(W1)，左冲头(PL)与右冲头(PR)的冲切范围存在重叠。

3.如权利要求2所述的金属阀壳的连续冲压成型方法，其特征在于，所述侧孔成型步骤中，所述左冲头(PL)与所述右冲头(PR)重叠的交叉点位于侧孔(W1)的折角过渡处。

4.如权利要求3所述的金属阀壳的连续冲压成型方法，其特征在于，所述侧孔成型步骤中，对同一侧孔(W1)的两个半孔(W1S)的冲切作业工步至少错开一个工位设置。

5.如权利要求1所述的金属阀壳的连续冲压成型方法，其特征在于，所述冲定位孔步骤中，单次加工的定位孔为两个，分别位于金属板料(M)的两侧边缘。

6.如权利要求1所述的金属阀壳的连续冲压成型方法，其特征在于，所述拉深成型步骤中，通过多次拉深成型金属阀壳(W)，单次拉深的拉深系数l的范围为0.75≤l<1。

7.如权利要求6所述的金属阀壳的连续冲压成型方法，其特征在于，所述拉深成型步骤中，通过四次拉深成型金属阀壳(W)，单次拉深的拉深系数不小于0.8。

8.如权利要求6所述的金属阀壳的连续冲压成型方法，其特征在于，所述拉深成型步骤中，在末次拉深后至少设置一个整形工步，用于调整拉深后回转壁(W3)的形状尺寸。

9.如权利要求1所述的金属阀壳的连续冲压成型方法，其特征在于，所述侧孔成型步骤之后还设置有卡爪外扩步骤，卡爪外扩步骤包括对每一个卡脚(W2)外扩的工步，每一个外扩的工步中，上模(PV)与横向顶块(PH)之间通过斜面接触滑移，横向顶块(PH)的末端伸入金属阀壳(W)内部，并指向卡脚(W2)，通过上模(PV)下降推动横向顶块(PH)水平滑移使横向顶块(PH)的末端推动卡脚(W2)向外变形，并塑性保持。

10.如权利要求1所述的金属阀壳的连续冲压成型方法，其特征在于，所述顶孔成型步骤至少包括冲顶孔工步，冲顶孔工步通过与顶孔(W6)的预期尺寸形状相匹配的上模将位于金属阀壳(W)顶部的顶孔(W6)冲下，保留顶钩(W5)。

11.如权利要求10所述的金属阀壳的连续冲压成型方法，其特征在于，所述顶孔成型步骤还包括凸台成型工步与折弯步骤，凸台成型工步设置在冲顶孔工步的前道，折弯步骤设置在冲顶孔工步的后道；凸台成型工步用于成型金属阀壳(W)顶面的整周凸台，折弯步骤用于折弯成型经得到的顶钩(W5)的末端。

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