CN116833294A - 薄材深拉伸模具和拉伸方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄材深拉伸模具，包括设置有冲压槽的下模；上模，与所述下模相对设置，并可接近或远离所述下模，所述下模上设置有与所述冲压槽配合的冲头；夹头组件，设置于所述上模和下模之间，包括可互相靠近或远离的第一夹头和第二夹头，所述第一夹头和第二夹头在靠近后可围成一对待冲压工件进行定位的夹持空间。本发明通过拉伸工位增加夹头，以及通过气缸控制夹紧工件，使冲头能够顺利进入工件腔内，工件随着冲头下压进入凹模拉伸成型。夹头能保证冲头与工件同心，改善偏心等不良现象，保证位置度和垂直度。

Description

薄材深拉伸模具和拉伸方法

技术领域

本发明是关于冲压设备领域，特别是关于一种产品壁厚均匀的薄材深拉伸模具，以及对应产品的拉伸方法。

背景技术

冲压是一种钣金成型工艺，在模具的定位圈上放置一块平坦的金属板，冲头将金属片压入模具，形成类似模具的形状。冲床上的拉伸工具(模具、冲头等)会在冲压过程中产生压制材料所需的载荷或能量。在冲压过程中，材料转变为模具的形状，这种成型是通过施加在工件上的压力和施加在工件或模具上的润滑剂(深拉油)来控制的。

每个冲压操作都是一个单独的步骤，每个步骤都会减小零件的直径并增加零件的高度。可能需要一次或多次冲压才能产生所需的最终形状，冲压的次数取决于以下因素：材料类型、材料厚度、拐角、底部半径以及产品的形状。当要形成的零件的深度大于其直径(至少是其直径的两倍)时，此过程称为“深”拉伸。

深拉伸加工过程中，一旦创建了工具和模具，冲压过程就可以连续进行，停机时间或维护时间非常短；而且随着数量的增加，成本会逐渐降低，制造冲压拉伸模具的成本也低于类似的制造工艺。该技术非常适合需要高强度和低重量的产品，对于无法通过其他制造技术实现形状的产品，也建议使用此工艺，因此深拉伸目前已大规模应用于大批量生产中。

但是深拉伸工艺也存在产品壁厚不均匀的问题，为了保证产品不拉破，采用弹性连料，导致料带强度较弱，后面的几个工站料带容易变形，拉伸冲头无法顺利进入产品，导致偏心壁厚不均匀。常用的改善方法是更改连料，验证最好的连料方式，但这种方法很难在料带强度和拉伸不破裂之间找到平衡，需要多次改模具，改模成本高，且开发时间较长。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种薄材深拉伸模具，其能够解决现有技术中产品料带容易变形，导致产品偏心壁厚不均匀的问题。

为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种薄材深拉伸模具，包括设置有冲压槽的下模；上模，与所述下模相对设置，并可接近或远离所述下模，所述下模上设置有与所述冲压槽配合的冲头；夹头组件，设置于所述上模和下模之间，包括可互相靠近或远离的第一夹头和第二夹头，所述第一夹头和第二夹头在靠近后可围成一对待冲压工件进行定位的夹持空间。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述夹头组件包括多个第一夹头以及带动所有第一夹头同步移动的驱动件，所述夹头组件还包括分别与所述第一夹头一一对应的多个第二夹头。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述驱动件和所述第一夹头之间设置有连接件，所述下模上设置有导轨，所述连接件滑动设置于所述导轨上。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述连接件上设置有导槽，所述导轨配合延伸于所述导槽内，并限制所述连接件在背离所述下模的方向上移动。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述连接件的至少一侧边缘向下凸伸有导引部，该导引部提供一与所述连接件底面呈锐角夹角的导引面，所述导引面与连接件的底面之间围成所述的导槽。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述连接件与所述驱动件之间可拆卸固定，和/或所述导轨与所述下模之间可拆卸固定。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述驱动件和所述连接件之间设置有限位件，所述限位件限制所述连接件和第一夹头之间的最小距离。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述第一夹头和第二夹头的端部分别形成有与待冲压工件外壁表面相配合的弧形面。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述下模上设置有用于支撑所述第一驱动件的第一支撑板，所述支撑板凸伸于所述下模的一侧边缘。

对应于以上薄材深拉伸模具的拉伸方法，包括以下步骤：

S1、第一夹头和第二夹头相互靠近以对工件进行定位；

S2、冲头进入工件内腔，第一夹头和第二夹头脱离所述工件；

S3、冲头继续下压进入冲压槽后，对工件进行拉伸；

S4、冲头向上运动并离开工件；

S5、工件随料带移动至下一个工位。

与现有技术相比，根据本发明实施方式的薄材深拉伸模具，通过在增设夹头组件来夹紧工件，矫正工件的姿态，使冲头能够顺利进入工件腔内，保证冲头与产品同心，改善偏心等不良现象，保证位置度和垂直度。

附图说明

图1是根据本发明一实施方式的薄材深拉伸模具的示意图；

图2是根据本发明一实施方式的第一夹头和第一连接件的结构图；

图3是根据本发明一实施方式的第一夹头组件的结构图；

图4是根据本发明一实施方式的第二夹头组件的结构图；

图5是根据本发明一实施方式的薄材深拉伸模具另一角度的示意图。

图6是根据本发明一实施方式的下模的结构图。

主要附图标记说明：

100-薄材深拉伸模具，10-下模，11-第一导轨，12-第二导轨，13-第一支撑板，14-第二支撑板，15-安装槽，16-凹模，20-上模，21-冲头，31-第一夹头，32-第二夹头，33-第一连接件，331-第一导槽，34-第一驱动件，341-限位螺栓，342-限位螺母，35-第二连接件，351-第二导槽，36-第二驱动件，361-限位螺栓，362-限位螺母。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1至图6所示，根据本发明优选实施方式的薄材深拉伸模具100，主要包括下模10、上模20和夹头组件。其中在下模10上设置有冲压槽，上模20设置在下模10上方，并可接近或远离下模10，在上模20上设置有冲头21，冲头21在向下运动过程中将工件带入冲压槽内，工件塑性形变成型。

在实际生产过程中，材料通常需要反复冲压才能成型，而在反复冲压过程中，料带在到达后面的几个工站时容易产生变形，拉伸冲头无法顺利进入工件内腔，导致偏心壁厚不均匀。为解决这个问题，本发明为后面几个工站增设了夹头组件，用于矫正工件的姿态，使冲头21可以顺利正确进入工件腔内，以保证冲压效果。

具体的，夹头组件包括第一夹头31和第二夹头32，两者可互相靠近和远离，其运动方向为垂直于料带的传输方向，当两者靠近时，第一夹头31和第二夹头32围成一夹持空间，从两侧90°方向定位并夹持待冲压工件，对倾斜或者变形的工件进行姿态矫正，使冲头21在不撞击工件侧壁的情况下直接进入工件腔内。

应当理解的是，第一夹头31和第二夹头32的高度应配合自身的移动速度、冲头21的下降速度以及位于该工位的工件高度来确定，满足两个夹头在靠近时能够触碰工件以对其进行定位和矫正，同时在后退过程中不会影响冲头21的下行。

由图1可知，夹头组件可设置有多组第一夹头31和第二夹头32，每组第一夹头31和第二夹头32对应一拉伸工位。图1中所示第一夹头31和第二夹头32分别设置有4个，可覆盖4个冲压工位。当然，具体的夹头数量可根据实际加工过程中料带容易发生变形的工位开始设计，并根据需要覆盖的后续工位数量来确定，本实施例并不限制。

所有第一夹头31连接于第一连接件33上，并由第一驱动件34驱动进行往复运动。同理，所有第二夹头32连接于第二连接件35上，并由第二驱动件36驱动进行往复运动。在本实施例中，第一驱动件34和第二驱动件36采用的是气缸，并且如图3和图4所示，其采用双输出轴的设置模式，并在输出轴的末端增加横板作为缓冲，用于提高与连接板之间的接触面积和连接效果。当然在其他实施例中，也可以采用本领域常用的动力源。

如图2所示，第一连接件33为一连接板，所有第一夹头31阵列布设在该连接板上，可以想到的是，连接板和第一夹头31之间可以是一体成型，也可以采用可拆卸固定的方式，本实施例并不限制。第二连接件35同样为一连接板，其与第二夹头32之间的固定形式相同，在此不再赘述。当采用可拆卸固定的方式时，可以单独更换单个第一夹头31或第二夹头32，方便检修和维护，也可以更灵活地适配不同尺寸的工件，提高泛用性。

优选的，在第一夹头31和第二夹头32的夹持端分别形成有弧形面，其适配于工件的外形，因此当两个夹头靠近时，两个弧形面可完全或大部分覆盖工件的外壁，因此无论工件向哪个方向变形，都可以被矫正回正确的姿态，令冲头21可以顺利进入，保证冲压效果。

同时，夹头的弧形面在与夹头侧壁之间的过度同样设置为弧形，即弧形面在末端反向延申至侧壁。通过这样的设置形式，在第一夹头31或第二夹头32与工件的接触位置不在弧形面的中心位置时，也可以将其导引至中心位置，避免了不平滑的过度面出现工件无法正常导引至中心位置的情况。

易于想到的是，由于后续冲压过程会将工件冲压得更细更薄，因此为提高夹持和冲压效果，保证后端的冲头21能顺利进入更细的工件腔内，夹头弧形面的直径可设置为随着覆盖工位的后移而逐渐变小。

同时，第一连接件33和第一驱动件34可拆卸固定(螺栓固定，当然也可以选择其他固定方式)，以方便在需要成型不同尺寸的工件时进行更换不同直径弧形面的第一夹头31。同理，第二连接件35和第二驱动件36之间同样为可拆卸固定，方便拆装和维护。

在本实施例中，由于采用气缸作为驱动夹头运动的动力源，除从气缸本身控制行程外，还可以通过在气缸和夹头之间设置限位件的形式来控制其行程和活动距离。如图3所示，在第一驱动件34上设置有限位螺栓341，并在该限位螺栓341和第一驱动件34侧壁之间设置有数量不等的限位螺母342，用于控制第一连接件33和第一夹头31的后退距离，以对料带的运行过程(移动时间和停留时间)进行适配。同理，在第二驱动件36上设置有限位螺栓361和数量不等的限位螺母362。

结合图1、3、6所示，第一驱动件34的输出轴连接在第一连接件33的中间位置，在长时间的加工过程中可能会产生偏差，即两端第一夹头31移动距离不同，导致部分第一夹头31无法和对应的第二夹头32完全夹持工件，导致工件无法被完全矫正姿态。为避免上述情况，可以对第一连接件33进行限位，在第一连接件33上开设有第一导槽331，并在下模10上设置相对应的第一导轨11，该第一导轨11垂直于料带传输方向，第一连接件33的移动方向因而始终垂直于料带传输方向，因此第一夹头31的移动方向和距离不会发生改变，可保证与第二夹头32始终将偏心或者变形的工件矫正至正确位置。

优选的，第一导轨11设置有两条，设置在第一驱动件34输出轴的两侧，以避免第一连接件33在移动时向一侧倾斜，以提供更好的限位效果。

同理，在下模10的另一侧设置有一对第二导轨12，并且在第二连接件35上开设有两个第二导槽351，第二导轨12分设于第二驱动件36输出轴的两侧。

易于想到的是，第一导轨11和第二导轨12与下模10之间同样为可拆卸固定(如螺栓固定等)，以在更换具有不同尺寸导槽的连接件时可以与之适配，并且也便于整体拆装和维护。

第一导轨11应当覆盖第一连接件33的移动距离，即第一驱动件34的输出行程，以防止第一连接件33脱离导致其移位，甚至出现在移位后因为第一导轨11无法顺利进入第一导槽331内导致与第一连接件33发生碰撞的情况。同理，第二导轨12应当覆盖第二连接件35的移动距离，即第二驱动件36的输出行程。

由于在本实施例中第一导槽331和第二导槽351的结构相同，在此只以第一导槽331为例做阐述，第二导槽351不再赘述。如图2所示，第一导槽331的侧面导引面与上底面之间呈一锐角，因此其整体呈一上宽下窄的倒梯形结构。相对应的第一导轨11截面形状为与第二导槽331相同的倒梯形，这样的设置形式使第一连接件33在尝试向其他方向运动时受到向下的作用力，无法自主脱离下模10，因此保证了极端情况下薄材深拉伸模具100的整体稳定性。

如图6所示，在下模10上还固定有第一支撑板13，用于为第一驱动件34提供支撑。这样的设置方式中第一驱动件34不会占用或占用较少下模10的空间，因此下模10在设计时无需过多考虑气缸的位置，同时为第一连接件33和第一夹头31增加活动空间。同理，在下模10的另一侧同样固定有第二支撑板14，用于为第二驱动件36提供支撑。

如图6所示，下模10在需要对工件进行矫正处理的工位范围内采用了下沉式的设计，使区域分工更加明确，同时降低了夹头组件的整体高度，以避免对工件或料带造成干涉。同时下沉的侧壁还可以对第一连接件33和第二连接件35进行阻挡，以避免在极端情况下(如气缸发生故障)导致第一连接件33或第二连接件35过度移动而损坏工件，甚至冲头21直接装置夹头导致设备损坏的情况。

对应于上述下沉式的设计，第一夹头31与第一连接件33之间通过连接杆连接，并且第一夹头31和第一连接件33优选支撑在下模10的未下沉工作区域，避免出现浮空情况，以保证第一夹头31的移动平面为下模10的工作面。同时，由于连接杆更多用于改变第一夹头31的工作位置，负载不大，因此连接杆相对较细，以降低整个夹头组件的重量，降低制作成本。同理，第二夹头32与第二连接件35之间采用相同的设计方式，在此不再赘述。

可以理解的是，当第一驱动件34的输出轴较短时，第一支撑板13的表面可以设置成与下模10的下沉表面齐平，此时第一驱动件34可部分支撑在下沉表面上。而当输出轴长度足够时，第一支撑板13表面可以高于或低于下沉表面，具体高度可以根据输出轴的高低位置来确定，本实施例并不限制。同理，第二支撑板14的设置思路相同，在此不再赘述。

优选的，第一导轨11和第二导轨12的高度与下沉深度相同，两者上表面与下模10的工作面齐平。

为了提高整个薄材深拉伸模具100的泛用性，使其可以加工成不同尺寸的工件，冲头21与上模20之间为可拆卸固定，以在需要加工其他尺寸工件时可以快速更换。在本实施例中，多个冲头21通过一底板固定于上模20上，冲头21可以选择螺纹固定，底板与上模20之间优选为可拆卸固定(如螺栓固定方式)。因此在更换冲头21时可以将底板取下后进行，而无需在上模20上操作，更便于工作人员操作。

同理，为方便更改冲压槽的尺寸以配合冲头21，在下模10上冲压槽的位置开设有安装槽15，并在安装槽15内固定凹模16，将冲压槽开设在凹模16上。因此可以预备多个具有不同尺寸冲压槽的凹模16，以便在需要加工不同尺寸工件时可以随时更换。

优选的，为确保凹模16在安装槽15内不会移动，使冲头21撞击凹模16顶部表面造成损坏，在下模10以及凹模16之间设置有定位孔，其部分设置在下模10上，另一部分设置在凹模16上，同时可配合插置螺栓以将凹模16完全固定在下模10上，避免其移动。部分凹模16和下模10之间设置有单定位孔结构，也可以为双孔结构。当设置为双孔结构时，两个定位孔可以呈对角设置，以进一步提高固定效果。

应当理解的是，凹模16安装在安装槽15内后，其顶部持平或者略低于下模10的顶部表面，以避免影响夹头组件的移动。

易于想到的是，在上模20和下模10之间还设置有一支撑板结构，其固定在下模10上，料带在该支撑板下方传输。该支撑板开设有可供冲头21穿过的通孔。上模20的主体板在接触该支撑板后停止移动，而冲头21继续下行并深入至工件腔内进行冲压操作。

如图5所示，上模20可分为主体板和用于固定冲头21的固定板两部分，固定板可拆卸固定在主体板上。因此在需要更换部分或者全部冲头21时可以将固定板拆下后进行，而无需在上模20上进行，降低了操作难度，提高了易用性。

同时，需要在料带或者至少料带的冲压范围内涂抹拉伸油，用于提高表面光泽度，防止拉花和减少废品率，减低冲头21及其他模具的磨损，延长使用寿命。

支撑板通过周围的支撑柱固定在下模10上，可以理解的是，支撑板与下模10之间的距离应至少大于最终工件的长度。因此支撑柱优选为可更换，根据不同尺寸的工件来确定支撑板的高度，提高易用性。

如图5和图6所示，在上模20和下模10上分别设置有多个不同尺寸的通孔，可以减少整体的重量，同时在需要时可以固定其他部件，提高整体泛用性。

在此简述薄材深拉伸模具100的拉伸方法：

S1、第一夹头和第二夹头相互靠近以对工件进行定位；

S2、冲头进入工件内腔，第一夹头和第二夹头脱离所述工件；

S3、冲头继续下压进入冲压槽后，对工件进行拉伸；

S4、冲头向上运动并离开工件；

S5、工件随料带移动至下一个工位。

在步骤S1中，第一夹头31和第二夹头32分别通过气缸控制互相靠近以夹紧工件并对其进行定位，以保证工件的位置度和垂直度。该工作发生于上模20下降过程中，在冲头21下压并接触工件之前。

在步骤S2中，冲头21进入工件内腔后，第一夹头31和第二夹头32以完成对工件的定位，两者此时立即脱离工件并互相远离，以避免夹头影响冲头21下行过程。

工件随着冲头21下压进入冲压槽内拉伸成型后，料带后移，工件向后移动一个工位距离抵达下一工位，然后继续上述操作。

通过以上薄材深拉伸模具100以及对应的拉伸工作流程，保证了冲头与产品同心，改善了偏心等不良现象，保证了产品的位置度和垂直度。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种薄材深拉伸模具，其特征在于，包括：

下模，顶部开设有冲压槽；

上模，设置有与所述冲压槽同轴的冲头，所述上模可接近所述下模以驱动所述冲头进入所述冲压槽；

夹头组件，设置在所示下模的上方，包括设置在所述冲压槽相对两侧并可互相靠近或远离的第一夹头和第二夹头、用于驱动所述第一夹头移动的第一驱动装置、以及用于驱动所述第二夹头移动的第二驱动装置，所述第一夹头和第二夹头分别形成有环形的夹持部，所述第一夹头和第二夹头的夹持部可互相靠近并形成供待冲压工件通过的通道，所述通道与所述冲头同轴。

2.如权利要求1所述的薄材深拉伸模具，其特征在于，所述夹头组件包括多个第一夹头以及带动所有第一夹头同步移动的驱动件，所述夹头组件还包括分别与所述第一夹头一一对应的多个第二夹头。

3.如权利要求1所述的薄材深拉伸模具，其特征在于，所述驱动件和所述第一夹头之间设置有连接件，所述下模上设置有导轨，所述连接件滑动设置于所述导轨上。

4.如权利要求3所述的薄材深拉伸模具，其特征在于，所述连接件上设置有导槽，所述导轨配合延伸于所述导槽内，并限制所述连接件在背离所述下模的方向上移动。

5.如权利要求4所述的薄材深拉伸模具，其特征在于，所述连接件的至少一侧边缘向下凸伸有导引部，该导引部提供一与所述连接件底面呈锐角的导引面，所述导引面与连接件的底面之间围成所述的导槽。

6.如权利要求3所述的薄材深拉伸模具，其特征在于，所述连接件与所述驱动件之间可拆卸固定，和/或所述导轨与所述下模之间可拆卸固定。

7.如权利要求6所述的薄材深拉伸模具，其特征在于，所述驱动件和所述连接件之间设置有限位件，所述限位件限制所述连接件和第一夹头之间的最小距离。

8.如权利要求1所述的薄材深拉伸模具，其特征在于，所述第一夹头和第二夹头的端部分别形成有与待冲压工件外壁表面相配合的弧形面。

9.如权利要求1所述的薄材深拉伸模具，其特征在于，所述下模上设置有用于支撑所述第一驱动件的第一支撑板，所述支撑板凸伸于所述下模的一侧边缘。

10.权利要求1-9任一所述的薄材深拉伸模具的拉伸方法，其特征在于，包括步骤：

S1、第一夹头和第二夹头相互靠近以对工件进行定位；

S2、冲头进入工件内腔，第一夹头和第二夹头脱离所述工件；

S3、冲头继续下压进入冲压槽后，对工件进行拉伸；

S4、冲头向上运动并离开工件；

S5、工件随料带移动至下一个工位。