一种分步冲压成形方法

1.本公开涉及冲压成形领域，特别涉及一种分步冲压成形方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
3.随着全球产品微型化、小型化的发展趋势，中等尺度非轴对称零件(中等尺度零件是指两个尺寸在1到10毫米范围内的零件)广泛用于电子产品，家用电器，汽车等领域。在金属零件成形过程中，由于金属的不规则流动在中等尺度零件中常常会存在褶皱缺陷，而通常由于零件的特征尺寸都比较小，这些缺陷不易被发现，往往会引起机器的突然失效，造成严重的人员伤害和财产损失。
4.发明人发现，褶皱缺陷的产生是由于不规则的材料流动，成形顺序与工艺技术对材料的流动方向有重要的影响，目前对微零件的冲压成形多采用异形模具配合异形冲压头，对坯料进行一次性冲压成形，仅能对延展性良好的坯料实现加工，对于一些延展性一般甚至较差的坯料，一次性冲压成形的方式容易导致褶皱缺陷，甚至导致坯料的断裂，难以满足对微零件精度的需求；而对于一些分步成形的加工过程，是对应不同的加工特征进行分步成形，成形过程中对单一特征加工时仍会因为金属的不规则流动产生褶皱缺陷，难以满足精度需求；若采用分步成形的方式则需要频繁拆装模具改变型腔形状，影响冲压成形的加工效率。


技术实现要素：

5.本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种分步冲压成形方法及微零件，对微零件进行多工步加工，对冲压路径较长的盲孔加工过程，采用位置可调的垫片配合阶梯孔结构形成可调型腔，使得型腔形状始终适应分步成形的需求结构，从而达到无需拆装模具即可满足型腔形状调整的需求，克服了单一特征一次成形导致的褶皱缺陷，减少金属不规则流动对微零件表面的影响，利用多步冲压成形保证微零件的加工精度。
6.本公开的第一目的是提供一种分步冲压成形方法，采用以下技术方案：
7.包括以下步骤：
8.布置第一通孔和第二通孔连通，垫片位于第二通孔内并配合第一通孔、第二通孔形成可变体积阶梯孔型腔；
9.在型腔内放入物料，第一冲头配合第一通孔冲压物料，物料形变并贴合垫片处于路径起点位置时的顶面；
10.垫片沿第二通孔轴向滑动，增大型腔体积，第二冲头冲压物料并探入第二通孔内，物料形变并贴合垫片顶面；逐步调整垫片增大型腔体积，第二冲头逐步冲压物料；
11.垫片滑动至路径终点，型腔体积达到最大，第二冲头冲压物料使物料形变并贴合垫片顶面。
12.进一步地，所述第一通孔和第二通孔布置在模具上，第一通孔一端朝向冲头，另一
端与第二通孔一端连通。
13.进一步地，所述第一通孔的径向截面积大于第二通孔的径向截面积，第一通孔第二通孔同轴布置，相互连通形成阶梯孔。
14.进一步地，所述第一冲头沿第一通孔轴向滑动，改变其进入型腔内的体积，第一冲头端部接触并挤压物料使物料形变，充填第一冲头与垫片之间的型腔。
15.进一步地，所述第二冲头沿第二通孔轴向移动，第二冲头端部接触并挤压物料使物料形变，充填第二冲头与垫片之间、第二冲头侧面与第二通孔周向内壁之间。
16.进一步地，所述垫片径向截面形状与第二通孔径向截面形状相同，垫片周向侧壁与第二通孔周向内壁贴合。
17.进一步地，所述垫片配合有位移驱动机构，位移驱动机构带动垫片沿第二通孔内部轴向移动，第二冲头冲压物料的阶段，垫片在位移驱动机构作用下逐步向远离第一通孔的方向移动。
18.进一步地，所述位移驱动机构驱动垫片位移后，固定垫片位置承载并约束物料形变。
19.进一步地，所述第一冲头冲压物料使物料形成阶梯结构，第二冲头冲压物料使物料形成盲孔结构。
20.本公开的第二目的是提供一种微零件，利用如上所述的分步冲压成形方法制作。
21.与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：
22.(1)对微零件进行多工步加工，对冲压路径较长的盲孔加工过程，采用垫片承接逐步冲压的方式，克服了单一特征一次成形导致的褶皱缺陷，减少金属不规则流动对微零件表面的影响，通过多步冲压成形保证微零件的加工精度；
23.(2)对于薄壁盲孔特征成形时，采用多工步方式进行冲压，并在物料下方设置承托垫片，在冲压过程中控制物料的形变范围，对物料的不规则流动进行限制，控制每一冲压工步的形变量，从而减少因不规则流动导致的褶皱缺陷，提高成形的精度，并保证成形过程中的形变范围可控性；
24.(3)对微零件进行多工步加工，对冲压路径较长的盲孔加工过程，采用位置可调的垫片配合阶梯孔结构形成可调型腔，使得型腔形状始终适应分步成形的需求结构，从而达到无需拆装模具即可满足型腔形状调整的需求，根据需求调整所布置垫片的厚度来控制每一工步的冲压距离，提高成形精度和成品率，无需更换成形模具及冲压头，调节垫片位置来控制冲压过程，避免因一次性成形导致的褶皱缺陷。
附图说明
25.构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
26.图1为本公开实施例1、2、3中第一冲头挤压物料时的示意图；
27.图2为本公开实施例1、2、3中第二冲头初始接触物料时的示意图；
28.图3为本公开实施例1、2、3中第二冲头挤压物料时的示意图；
29.图4是图3中a处的局部放大示意图；
30.图5是本公开实施例1、2、3中第二冲头一次冲压后垫片下移的示意图；
31.图6是本公开实施例1、2、3中垫片下移后第二冲头再次挤压物料的示意图；
32.图7是本公开实施例1、2、3中第一冲头冲压后的物料结构示意图；
33.图8是本公开实施例1、2、3中第二冲头冲压后的物料结构示意图；
34.图9是本公开实施例1、2、3中物料冲压成形后的结构示意图。
35.图中，1、垫片，2、物料，3、模具，4、第一冲头，5、型腔，6、位移驱动机构，7、第二冲头，501、第一通孔，502、第二通孔。
具体实施方式
36.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
37.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
38.为了方便叙述，本公开中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
39.正如背景技术中所介绍的，现有技术中对坯料进行一次性冲压成形，仅能对延展性良好的坯料实现加工，对于一些延展性一般甚至较差的坯料，一次性冲压成形的方式容易导致褶皱缺陷；针对上述问题，本公开提出了一种分步冲压成形方法及微零件。
40.实施例1
41.本公开的一种典型的实施方式中，如图1
‑
图9所示，提供一种分步冲压成形方法。
42.包括以下步骤：
43.构建成形模具3和冲压机构；
44.成形模具内部设有型腔，物料2投入型腔内并在冲压机构作用下成形；
45.冲压机构包括冲压输出元件和冲压头，冲压头在冲压输出元件作用下运动，端部作用于物料，使其产生形变并在型腔约束下成形，冲压头包括第一冲头4和第二冲头7；
46.布置第一通孔和第二通孔连通，垫片1位于第二通孔内并配合第一通孔501、第二通孔502形成可变体积阶梯孔型腔5；
47.在型腔内放入物料，第一冲头配合第一通孔冲压物料，物料形变并贴合垫片处于路径起点位置时的顶面；
48.垫片沿第二通孔轴向滑动，增大型腔体积，第二冲头冲压物料并探入第二通孔内，物料形变并贴合垫片顶面；逐步调整垫片增大型腔体积，第二冲头逐步冲压物料；即垫片每下落一个工步后，第二冲头下落一个工步冲压物料；
49.垫片滑动至路径终点，型腔体积达到最大，第二冲头冲压物料使物料形变并贴合垫片顶面。
50.进一步地，对于型腔的构建，可以采用两个模具组合形成，第一模具上布置第一通
孔，第二模具上布置第二通孔，第一通孔连通第二通孔形成阶梯孔，阶梯孔配合垫片作为物料的成形腔。
51.对于型腔的构建，也可以采用一个模具直接加工形成，直接在模具上开设阶梯孔，先在模具一面开设第二通孔，然后在另一面上开设第一通孔，对第二通孔进行扩孔，形成截面积较大的第一通孔；阶梯孔配合垫片作为物料的成形腔。
52.在本实施例中，以两个模具组合形成型腔为例进行描述。
53.可以理解的是，为了保证成形过程中的精度，减少冲压过程中产生的毛刺、凸起等缺陷结构，第一模具底面与第二模具顶面贴合，避免物料形变过程中延伸至第一模具与第二模具的间隙内产生毛刺等缺陷结构，提高成形精度。
54.需要特别指出的是，采用第一模具和第二模具的组合结构，能够方便垫片更换，尤其对于一些轴向长度较大的微零件特征结构，将第二模具上的第二通孔的轴向长度设置为大于微零件轴向长度，使得垫片能够配合第二通孔形成承托物料的结构，合理配置垫片在每个工步的下落长度，提高微零件成形精度。
55.所述第一通孔的径向截面积大于第二通孔的径向截面积，第一通孔一端连通第二通孔形成阶梯孔；
56.在本实施例中，第一通孔的径向截面形状为圆形，对应的第一冲头端部接触物料的部分也为圆柱结构，挤压物料推动物料产生形变，使物料顶部形成所需的圆柱状结构。
57.当然，可以理解的是，所述第一通孔的径向截面形状还可以为其他形状，比如矩形、三角形等，其对应的第一冲头为适应性的立方体、三棱柱结构，第一冲头的端部能够与第一通孔相适应配合，得到所需的结构。
58.在本实施例中，所述第二通孔的径向截面形状为圆角星形结构，在冲头的作用下，受到冲头挤压物料的下半段形成适应第二通孔的星型棱柱结构，尤其对于本实施例中的圆角星形结构，通过多工步冲压过程能够使得物料逐渐流动形成复杂特征，保证材料的充分流动，减少褶皱缺陷。
59.当然，可以理解的是，所述第二通孔的径向截面形状还可以为其他形状，比如星形、椭圆形、三角形等，物料在垫片和冲头的作用下控制流动过程，提高成形精度。
60.对于第二冲头，用于对物料开设盲孔结构，在本实施例中，以星形内盲孔为例，对物料进行冲压。
61.所述第一冲头沿第一通孔轴向滑动，改变型腔的体积，第一冲头端部接触并挤压物料使物料形变，充填第一冲头与垫片之间的型腔；
62.所述第二冲头沿第二通孔轴向移动，端部接触并挤压物料使物料形变，物料充填第二冲头与垫片之间、第二冲头侧面与第二通孔周向内壁之间，形成薄壁盲孔结构。
63.对于薄壁盲孔特征成形时，采用多工步方式进行冲压，并在物料下方设置承托垫片，在冲压过程中控制物料的形变范围，对物料的不规则流动进行限制，控制每一冲压工步的形变量，从而减少因不规则流动导致的褶皱缺陷，提高成形的精度，并保证成形过程中的形变范围可控性。
64.对微零件进行多工步加工，对冲压路径较长的盲孔加工过程，采用垫片承接逐步冲压的方式，克服了单一特征一次成形导致的褶皱缺陷，减少金属不规则流动对微零件表面的影响，通过多步冲压成形保证微零件的加工精度。
65.同样的，为了避免成形过程中产生毛刺、凸起等缺陷，所述垫片径向截面形状与第二通孔径向截面形状相同，垫片周向侧壁与第二通孔周向内壁贴合。
66.所述垫片配合有位移驱动机构6，位移驱动机构带动垫片沿第二通孔内部轴向移动，第二冲头冲压物料的阶段，垫片在位移驱动机构作用下逐步向远离第一通孔的方向移动。
67.垫片配合第一冲头冲压物料，物料形成阶梯结构；
68.所述第二冲头冲压物料时，位于第二冲头与垫片之间的物料的厚度逐步减小；
69.第二冲头冲压物料使物料形成盲孔结构。
70.位移驱动机构驱动垫片位移后，固定垫片位置承载并约束物料形变。
71.在本实施例中，所述的位移驱动机构可以选用电驱动、气压驱动或液压驱动等，根据加工现场方便获取的能量源选择对应的位移驱动即可；
72.对于电驱动，可以采用电动伸缩杆等电动伸缩结构，电动伸缩杆末端连接垫片，通过电动伸缩改变垫片与第二通孔的相对位置，从而调整型腔的体积，所述电动伸缩杆选用现有的商品电动伸缩杆即可；根据需求，还可以对电动伸缩杆配置锁定结构，使得垫片在调整一个工步后，对位置进行锁定，稳定承载物料。
73.对于气压驱动，可以采用气压缸结构，并配合锁定结构，对气压缸顶端连接的垫片移动后的位置进行锁定。
74.对于液压驱动，可以采用液压缸结构，并配合锁定结构，对液压缸顶端连接的垫片移动后的位置进行锁定。
75.有效改善了原有成形方法由于材料的不规则流动而引起的褶皱缺陷，不需要额外更换成形装置，只需要添加垫片，简单方便，操作简单，只需要要控制冲头的冲压距离和更换垫片。
76.实施例2
77.本公开的另一典型实施方式中，如图所示，提出了一种分步冲压成形方法。
78.结合实施例1，具体包括以下步骤：
79.步骤一：先用直径φ5圆形第一冲头冲压坯料，形成部分星形外轮廓和凸缘特征，形成阶梯结构。
80.第二通孔的整体轴向长度为2毫米，移动垫片至距离第一通孔底端0.75毫米的位置，第一冲头位移1.25毫米，位于第二通孔内坯料的轴向长度为0.75毫米。
81.步骤二：使用具有星形轮廓的第二冲头，形成星形孔特征。
82.此时垫片沿第二通孔轴向下移0.5毫米，第二冲头位移1毫米，位于第二通孔内坯料的轴向长度为1.25毫米，第二冲头所开设的星形孔孔深1毫米。
83.步骤三：继续使用星形轮廓第二冲头，垫片沿第二通孔轴向下移0.25毫米，第二冲头继续位移1毫米，位于第二通孔内坯料的轴向长度为1.75毫米，第二冲头所开设的星形孔孔深2毫米。
84.步骤四：仍然使用星形轮廓第二冲头，垫片沿第二通孔轴向位移0.5毫米，到达第二通孔最低端，第二冲头位移0.5毫米，位于第二通孔内坯料的轴向长度为2毫米，第二冲头所开设的星形孔孔深2.5毫米，得到如图所示的最终成形件。
85.对微零件进行多工步加工，对冲压路径较长的盲孔加工过程，采用位置可调的垫
片配合阶梯孔结构形成可调型腔，使得型腔形状始终适应分步成形的需求结构，从而达到无需拆装模具即可满足型腔形状调整的需求，根据需求调整所布置垫片的厚度来控制每一工步的冲压距离，提高成形精度和成品率，无需更换成形模具及冲压头，调节垫片位置来控制冲压过程，避免因一次性成形导致的褶皱缺陷。
86.实施例3
87.本公开的另一实施例中，提供一种微零件，利用如实施例1或2所述的分步冲压成形方法制作。
88.其结构如图所示。
89.以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。