CN116921603B - 一种厚度可控的精密机械加工用冷镦整形装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冷镦技术领域，具体为一种厚度可控的精密机械加工用冷镦整形装置，对料块进行冷镦，冷镦整形装置包括上模、下模、夹指，上模和下模分别具有数量相对应的若干个，上模和下模合模夹持料块并将料块阶段性变形至成品形状，用作改变料块形状的上模和下模模腔表面在冷镦过程前即与料块接触，夹指用作料块在按顺序摆放的上模、下模之间的移载。料块在冷镦内孔特征时减少内部材料位置的自由电子密度，料块在冷镦外表特征时减少外表材料的自由电子密度。料块在冷镦过程前与过程中通过静电作用带有正电荷并保持正电性或者料块内通入竖直方向前进的电流，临近料块的位置施加磁场约束料块内电流过流路径。

Description

一种厚度可控的精密机械加工用冷镦整形装置

技术领域

本发明涉及冷镦技术领域，具体为一种厚度可控的精密机械加工用冷镦整形装置。

背景技术

冷镦属于冷变形加工的一种，冷镦主要用作小型金属类零部件的成型，例如螺栓、螺钉、螺母、铆钉、销钉、电连接极片、端子等等。

现有技术中，冷镦的加工效率尽管较高，但是零件从原料冲裁到成品零件产出，需要经历若干次的冷镦变形过程，每次都需要不同形状的模具加以改变形状，每次的变形量不能很大，防止金属内部位错显著而发生晶格断裂，冷镦的模具是消耗件，经历一定周期后的模具形状精度下降，需要更换新的模具并将老模具进行修复保养，模具的更换以及冷镦变形次数过多导致的能耗是冷镦工艺成本占比最大的一部分，目前没有有效的办法提升单次变形量，如果通过加热的方式减少零件强度硬度，则会背离冷镦工艺的初衷。

另外，申请人主要从事继电器等电气连接端子的生产，有时在不同的技术规格下有连接端子的连接区域厚度要求不等，为多种厚度需要的电连接端子分别开模成本过大，目前冷镦工艺的通用型比较局限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种厚度可控的精密机械加工用冷镦整形装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种厚度可控的精密机械加工用冷镦整形装置，对料块进行冷镦，冷镦整形装置包括上模、下模、夹指，上模和下模分别具有数量相对应的若干个，上模和下模合模夹持料块并将料块阶段性变形至成品形状，用作改变料块形状的上模和下模模腔表面在冷镦过程前即与料块接触，夹指用作料块在按顺序摆放的上模、下模之间的移载。

料块先被冲断结构裁剪出一段圆柱材料作为原始形状，然后料块被放入第一个下模中，下模为静止件，上模为运动件，为方便实际过程中的动力设置，所有的上模是运动件，下模尽量作为静止件，上模下移抵住料块，之后冷镦过程是冲头冲击型腔所在结构的背面，上模和下模的型腔挤压料块发生变形，料块填充上下模之间的空隙型腔成为一个中间阶段的形状，上模和下模先行与料块接触防止冷镦冲击的过程接触面加速度过大造成局部断裂与脱落，冷镦变形过程上下模之间的合模外沿的间隙已经预先闭合，不会有材料进入到非预期的空腔中。夹指在移载料块时，有时可能涉及料块的翻转，夹指也需要设置相应的翻转结构，料块经历三次冷镦过程成为完全的零件，主要变形量在于对料块冲出一个盲孔时，将孔开口朝上，之后需要冷镦料块外表面的凸台特征与电连接用的环形耳时，让盲孔朝下作为与下模的接触端，料块翻转方向改变上下端时通过夹指完成。

上模包括上模头、上模体、上镦头、上顶杆，下模包括下模头、下模体、下顶杆，

上模头与上模体为分体装配关系，上模头下表面具有成型腔，上模体设置升降驱动，上镦头设置在上模头或上模体远离下模的背面，上顶杆竖直穿过上模头并到达上模头成型腔的顶面，

下模头与下模体为分体装配关系，下顶杆竖直穿过下模头到达下模头成型腔的底面，

上顶杆和下顶杆具有独立的升降驱动。

上模头在上模体上分体装配并可换，可以用作不同规格零件的冷镦过程，下模头同理，上下顶杆用作在该工位冷镦结束后将料块顶出成型腔，防止卡料。

处于末级的下模还包括若干不同壁厚的筒形辅件，筒形辅件上端具有环形水平翻边。

电气连接端子连接耳处根据需要具有不等的厚度，传统需要更换上下模来修改厚度尺寸，本申请中通过在下模中置入附加的筒形辅件，相当于一个额外的附加模具，简易修改料块成型产品的连接耳的厚度，使用时，筒形辅件圆柱段外表面与下模头上部内圆柱面抵触，筒形辅件水平翻边填入上下模之间的合模外沿间隙。

料块在冷镦内孔特征时减少内部材料位置的自由电子密度，料块在冷镦外表特征时减少外表材料的自由电子密度。

料块进行最后一次冷镦以制造出目标尺寸的连接耳时，材料的变形主要发生在外表面，此时，减少外表层材料的自由电子密度，可以降低该处的硬度，降低变形阻力，让连接耳的单次冷镦变形可以更大，减少冷镦总次数。同理，在初始冷镦内孔时，减少内部自由电子密度，可以减少内孔冷镦难度，节省镦头的冲击能量消耗。自由电子密度与冷变形难度的联系依据金属材料强度的最终影响因素-金属键，金属内部不存在分子间作用力，而是原子与原子的按序排列以及起“粘结剂”作用的自由电子，金属键与自由电子的密度成正比，自由电子越多，金属键越强，金属体内部晶格之间越难以发生错位变形，反应在宏观上强度、硬度越大，自由电子在本申请中是指的未被原子核完全束缚而能够在原子之间发生迁移的电子，如果是电流这类受控电流内电子有序运动也属于自由电子的运动。本申请主要利用一定手段改变料块内自由电子的分布，减轻成型位置在冷镦瞬间的自由电子密度，让变形位置延展性更好。

作为一种进一步方案：料块在冷镦过程前与过程中通过静电作用带有正电荷并保持正电性。

例如可以让装置整体相对大地绝缘，然后，至少有一处位置连接正电位，这样装置整体以及料块就附着正电荷，料块内自由电子被导走，内部整体的自由电子密度大大降低，所有位置的延展性得以提高。

作为另一种进一步方案：料块内通入竖直方向前进的电流，临近料块的位置施加磁场约束料块内电流过流路径，电流过流路径对应自由电子密度高的位置，料块内剩余部分对应自由电子密度低的位置。

改变料块内自由电子密度的方式是让料块内电子发生有序流动，然后通过磁场的方式让电流从需求路径上过流，对连接耳进行冷镦变形时，让电流从料块中间位置过流，减小外缘位置电子密度，这样的方式料块相对于周围空气而言并没有很大的正电性，理论上料块仍然是电中性的，只是为料块赋予电流的电路上何处接地以及料块与接地之间的电阻才使得料块具有一定的正电位，相对于前文的纯静电作用减少自由电子密度而言，电流的方式绝缘性要求相对较低，但后续磁场的设置相对繁琐。

冷镦整形装置还包括第一电极、第二电极、第一引导电流片、第二引导电流片，

第一电极嵌入上模头成型腔顶面，第一电极与上模头之间具有绝缘层，第二电极嵌入下模头成型腔底面，第二电极与下模头之间具有绝缘层，第一电极、第二电极分别对外引线并连接到一个电源的正负极；

第一引导电流片嵌入上模头成型腔外环面并为竖直姿态，第一引导电流片表面具有封闭的绝缘层，第二引导电流片嵌入下模头成型腔外环面并为竖直姿态，第二引导电流片表面具有封闭的绝缘层，

需要料块内电流从内部过流时，第一引导电流片和第二引导电流片内通入与料块内电流方向相反的电流，

需要料块内电流从外表过流时，第一引导电流片和第二引导电流片内通入与料块内电流同向的电流。

对料块外表面连接耳进行冷镦时，期望料块内自由电子主要集聚到内部去，减少表面位置电子密度，此时，第一引导电流片和第二引导电流片内相反的电流可以对料块内电流起排斥作用，在需要让料块内过流的电流集聚到料块表面时，可以通过第一引导电流片和第二引导电流片内通以同向的电流加以吸引来实现，第一引导电流片和第二引导电流片需要与料块绝缘，防止料块内电流从电流片处泄放造成复杂的电流路径关系。

第一引导电流片和第二引导电流片分别具有若干块并绕上模竖直轴线圆周均布，第一电极、第二电极各自成环形与料块接触导电。圆周对称的电磁场结构，保持料块内自由电子密度按设计需求进行过流。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过上下模头与料块提前接触防止成型腔直接冲击料块加速度过大造成局部断裂，并且在冷镦动作之前发生接触可以通过静电作用或者电磁场作用改变料块内部自由电子的分布情况，让冷镦变形的发生位置的材料延展性提升，让单次冷镦过程可能施加更大的变形量，料块从初始原料至成品零件所需要的变形次数减少，上下模数量减少大大减少开模成本。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明料块依次冷镦成型过程的示意图；

图2是本发明上模、下模冷镦作用力结构示意图；

图3是本发明加工对象料块的成品结构示意图；

图4是本发明上模头、下模头内料块成型过程中的电流分布示意图；

图5是图1中的视图A；

图6是图5中的视图B-B；

图中：1-上模、11-上模头、12-上模体、13-上镦头、14-上顶杆、2-下模、21-下模头、22-下模体、24-下顶杆、31-第一电极、32-第二电极、41-第一引导电流片、42-第二引导电流片、8-夹指、9-料块、91-连接耳。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种厚度可控的精密机械加工用冷镦整形装置，对料块9进行冷镦，冷镦整形装置包括上模1、下模2、夹指8，上模1和下模2分别具有数量相对应的若干个，上模1和下模2合模夹持料块9并将料块9阶段性变形至成品形状，用作改变料块9形状的上模1和下模2模腔表面在冷镦过程前即与料块9接触，夹指8用作料块9在按顺序摆放的上模1、下模2之间的移载。

如图1、2所示，料块9先被冲断结构裁剪出一段圆柱材料作为原始形状，然后料块9被放入第一个下模2中，下模2为静止件，上模1为运动件，为方便实际过程中的动力设置，所有的上模1是运动件，下模2尽量作为静止件，上模1下移抵住料块9，之后冷镦过程是冲头冲击型腔所在结构的背面，上模1和下模2的型腔挤压料块9发生变形，料块9填充上下模之间的空隙型腔成为一个中间阶段的形状，上模1和下模2先行与料块9接触防止冷镦冲击的过程接触面加速度过大造成局部断裂与脱落，冷镦变形过程上下模之间的合模外沿的间隙已经预先闭合，不会有材料进入到非预期的空腔中。夹指8在移载料块9时，有时可能涉及料块9的翻转，夹指8也需要设置相应的翻转结构，例如图1中，料块9经历三次冷镦过程成为完全的零件，本申请以目标零件-电气连接端子为例进行的附图绘制与阐述，主要变形量在于对料块冲出一个盲孔时，将孔开口朝上，之后需要冷镦料块9外表面的凸台特征与电连接用的环形耳时，让盲孔朝下作为与下模2的接触端，料块9翻转方向改变上下端时通过夹指8完成。

上模1包括上模头11、上模体12、上镦头13、上顶杆14，下模2包括下模头21、下模体22、下顶杆24，

上模头11与上模体12为分体装配关系，上模头11下表面具有成型腔，上模体12设置升降驱动，上镦头13设置在上模头11或上模体12远离下模2的背面，上顶杆14竖直穿过上模头11并到达上模头11成型腔的顶面，

下模头21与下模体22为分体装配关系，下顶杆24竖直穿过下模头21到达下模头21成型腔的底面，

上顶杆14和下顶杆24具有独立的升降驱动。

如图1、2所示，上模头11在上模体12上分体装配并可换，可以用作不同规格零件的冷镦过程，下模头21同理，上下顶杆用作在该工位冷镦结束后将料块9顶出成型腔，防止卡料。

处于末级的下模2还包括若干不同壁厚的筒形辅件，筒形辅件上端具有环形水平翻边。

如图1、3、4所示，电气连接端子连接耳91处根据需要具有不等的厚度，传统需要更换上下模来修改厚度尺寸，本申请中通过在下模中置入附加的筒形辅件，相当于一个额外的附加模具，简易修改料块9成型产品的连接耳91的厚度，使用时，筒形辅件圆柱段外表面与下模头21上部内圆柱面抵触，筒形辅件水平翻边填入上下模之间的合模外沿间隙。

料块9在冷镦内孔特征时减少内部材料位置的自由电子密度，料块9在冷镦外表特征时减少外表材料的自由电子密度。

如图3所示，料块9进行最后一次冷镦以制造出目标尺寸的连接耳91时，材料的变形主要发生在外表面，此时，减少外表层材料的自由电子密度，可以降低该处的硬度，降低变形阻力，让连接耳91的单次冷镦变形可以更大，减少冷镦总次数。同理，在初始冷镦内孔时，减少内部自由电子密度，可以减少内孔冷镦难度，节省镦头的冲击能量消耗。自由电子密度与冷变形难度的联系依据金属材料强度的最终影响因素-金属键，金属内部不存在分子间作用力，而是原子与原子的按序排列以及起“粘结剂”作用的自由电子，金属键与自由电子的密度成正比，自由电子越多，金属键越强，金属体内部晶格之间越难以发生错位变形，反应在宏观上强度、硬度越大，自由电子在本申请中是指的未被原子核完全束缚而能够在原子之间发生迁移的电子，如果是电流这类受控电流内电子有序运动也属于自由电子的运动。本申请主要利用一定手段改变料块9内自由电子的分布，减轻成型位置在冷镦瞬间的自由电子密度，让变形位置延展性更好。

料块9在冷镦过程前与过程中通过静电作用带有正电荷并保持正电性。

例如可以让装置整体相对大地绝缘，然后，至少有一处位置连接正电位，这样装置整体以及料块9就附着正电荷，料块9内自由电子被导走，内部整体的自由电子密度大大降低，所有位置的延展性得以提高。

料块9内通入竖直方向前进的电流，临近料块9的位置施加磁场约束料块9内电流过流路径，电流过流路径对应自由电子密度高的位置，料块9内剩余部分对应自由电子密度低的位置。

前文中给出的一种方案是通过静电的方式保持料块9为正电性，将内部自由电子尽可能地导流走，这样的方式布置起来相对简单，但需要在安全性方面做很多保险措施，例如装置相对于空气的绝缘，防止人员的触碰等等，而且，如果为装置保持正电性的电源电压较低，则料块9内自由电子的降低程度有限，延展性提升不足，如果电压较高，则危险因素快速上升，不容易取得折中值，而另一种改变料块9内自由电子密度的方式是让料块9内电子发生有序流动，然后通过磁场的方式让电流从需求路径上过流，例如图3中，对连接耳91进行冷镦变形时，让电流从料块9中间位置过流，减小外缘位置电子密度，这样的方式料块9相对于周围空气而言并没有很大的正电性，理论上料块9仍然是电中性的，只是为料块9赋予电流的电路上何处接地以及料块9与接地之间的电阻才使得料块9具有一定的正电位，相对于前文的纯静电作用减少自由电子密度而言，电流的方式绝缘性要求相对较低，但后续磁场的设置相对繁琐。

冷镦整形装置还包括第一电极31、第二电极32、第一引导电流片41、第二引导电流片42，

第一电极31嵌入上模头11成型腔顶面，第一电极31与上模头11之间具有绝缘层，第二电极32嵌入下模头21成型腔底面，第二电极32与下模头21之间具有绝缘层，第一电极31、第二电极32分别对外引线并连接到一个电源的正负极；

第一引导电流片41嵌入上模头11成型腔外环面并为竖直姿态，第一引导电流片41表面具有封闭的绝缘层，第二引导电流片42嵌入下模头21成型腔外环面并为竖直姿态，第二引导电流片42表面具有封闭的绝缘层，

需要料块9内电流从内部过流时，第一引导电流片41和第二引导电流片42内通入与料块9内电流方向相反的电流，

需要料块9内电流从外表过流时，第一引导电流片41和第二引导电流片42内通入与料块9内电流同向的电流。

如图4所示，对料块9外表面连接耳进行冷镦时，期望料块9内自由电子主要集聚到内部去，减少表面位置电子密度，此时，第一引导电流片41和第二引导电流片42内相反的电流可以对料块9内电流起排斥作用，平行电流的受力可以通过右手定则电生磁以及霍尔效应中左手定则磁场对于电流作用力两步骤加以分析，在需要让料块9内过流的电流集聚到料块9表面时，可以通过第一引导电流片41和第二引导电流片42内通以同向的电流加以吸引来实现，第一引导电流片41和第二引导电流片42需要与料块9绝缘，防止料块9内电流从电流片处泄放造成复杂的电流路径关系。

如图5、6所示，第一引导电流片41和第二引导电流片42分别具有若干块并绕上模1竖直轴线圆周均布，第一电极31、第二电极32各自成环形与料块9接触导电。圆周对称的电磁场结构，保持料块9内自由电子密度按设计需求进行过流。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

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 (4)

1.一种厚度可控的精密机械加工用冷镦整形装置，对料块（9）进行冷镦，其特征在于：所述冷镦整形装置包括上模（1）、下模（2）、夹指（8），所述上模（1）和下模（2）分别具有数量相对应的若干个，上模（1）和下模（2）合模夹持料块（9）并将料块（9）阶段性变形至成品形状，用作改变料块（9）形状的上模（1）和下模（2）模腔表面在冷镦过程前即与料块（9）接触，所述夹指（8）用作料块（9）在按顺序摆放的上模（1）、下模（2）之间的移载；

所述上模（1）包括上模头（11）、上模体（12）、上镦头（13）、上顶杆（14），所述下模（2）包括下模头（21）、下模体（22）、下顶杆（24），

所述上模头（11）与上模体（12）为分体装配关系，所述上模头（11）下表面具有成型腔，所述上模体（12）设置升降驱动，所述上镦头（13）设置在上模头（11）或上模体（12）远离下模（2）的背面，所述上顶杆（14）竖直穿过上模头（11）并到达上模头（11）成型腔的顶面，

所述下模头（21）与下模体（22）为分体装配关系，所述下顶杆（24）竖直穿过下模头（21）到达下模头（21）成型腔的底面，

所述上顶杆（14）和下顶杆（24）具有独立的升降驱动；

所述料块（9）在冷镦内孔特征时减少内部材料位置的自由电子密度，料块（9）在冷镦外表特征时减少外表材料的自由电子密度；

所述料块（9）内通入竖直方向前进的电流，临近料块（9）的位置施加磁场约束料块（9）内电流过流路径，电流过流路径对应自由电子密度高的位置，料块（9）内剩余部分对应自由电子密度低的位置；

所述冷镦整形装置还包括第一电极（31）、第二电极（32）、第一引导电流片（41）、第二引导电流片（42），

所述第一电极（31）嵌入上模头（11）成型腔顶面，第一电极（31）与上模头（11）之间具有绝缘层，所述第二电极（32）嵌入下模头（21）成型腔底面，第二电极（32）与下模头（21）之间具有绝缘层，第一电极（31）、第二电极（32）分别对外引线并连接到一个电源的正负极；

所述第一引导电流片（41）嵌入上模头（11）成型腔外环面并为竖直姿态，第一引导电流片（41）表面具有封闭的绝缘层，所述第二引导电流片（42）嵌入下模头（21）成型腔外环面并为竖直姿态，第二引导电流片（42）表面具有封闭的绝缘层，

需要料块（9）内电流从内部过流时，所述第一引导电流片（41）和第二引导电流片（42）内通入与料块（9）内电流方向相反的电流，

需要料块（9）内电流从外表过流时，所述第一引导电流片（41）和第二引导电流片（42）内通入与料块（9）内电流同向的电流。

2.根据权利要求1所述的一种厚度可控的精密机械加工用冷镦整形装置，其特征在于：处于末级的所述下模（2）还包括若干不同壁厚的筒形辅件，筒形辅件上端具有环形水平翻边。

3.根据权利要求1所述的一种厚度可控的精密机械加工用冷镦整形装置，其特征在于：所述料块（9）在冷镦过程前与过程中通过静电作用带有正电荷并保持正电性。

4.根据权利要求1所述的一种厚度可控的精密机械加工用冷镦整形装置，其特征在于：所述第一引导电流片（41）和第二引导电流片（42）分别具有若干块并绕上模（1）竖直轴线圆周均布，所述第一电极（31）、第二电极（32）各自成环形与料块（9）接触导电。