专利名称：硬币、纪念章边部间断半齿及印制方法
技术领域：
本发明涉及一种硬币、纪念币、纪念章边部有半齿，及其印制方法。
背景技术：
随着现代工业技术的进步，尤其是电加工技术的进步，当今世界各国造币技术在继承传统造币工艺技术基础上发展提高到一个崭新的阶段。然而，目前各国的硬币、纪念章边部仍是直丝齿或光面无丝齿单一模式。在硬币、纪念章边部印间断半齿可提高了硬币、纪念章的制造难度以及技术含量，具有增强了硬币、纪念章的大众防伪性能，以及提高硬币、纪念章的观赏性和收藏性，展示了硬币、纪念章制作工艺的进步的意义。
硬币、纪念章边部印间断半齿是具有一定难度的制作技术，根据我们查询、检索，其他国家以及我国其他造币厂还没有类似的产品。如何在一个模套上，加工出半丝齿，这是加工的关键所在。因为压印模套的丝齿加工是由线切割机床加工而成。直接用这种方式加工半直丝齿、半斜丝齿的加工就成了一个难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种硬币、纪念章边部间断半齿及印制方法，制出的硬币边部为有规律的或无规律及编码的、上半直丝齿或斜丝齿与下半直丝齿或斜丝齿的相间排列。
硬币，纪念章边部间断半齿的印制方法，包括线切割加工丝齿和压印模套坯料的制作，其特征在于对压印模套采取了分体加工的方法首先，将压印模套的坯料分割成上、下两部分后，用紧固件和专用夹具将模套保持不动。第一步用线切割机床加工出全直丝齿或全斜丝齿，然后取出模套上部分，留下下半部分；第二步再在仍固定在夹具上的模套下半部分上加工直丝齿或斜丝齿；加工完成后将模套上、下两部分再通过紧固件连接紧固在一起。这样，由上下两部分构成的丝齿就形成了间断半齿模套。
本发明方法提供的硬币边部六种基本丝齿形态模套，可拓展为齿形不同(如圆形齿、梯形齿、三角齿等)，齿距(丝齿与丝齿之间的距离)不同的多种组合形式的间断半齿模套，为制作硬币、纪念章边部形状提供了多种选择，并且是一种重要的硬币大众防伪技术，适应投币机自动验币要求，可以充分利用在普通流通硬币、流通纪念币、纪念章的生产中。间断半齿技术在我国硬币、纪念章边部制作技术上实现了一个突破，改变了硬币、纪念章边部制作技术单一的现状，并且它适用于普通连续生产装置，生产效率可以得到保证。
图1硬币边部印间断半齿压印模套示意2间断半齿压印模套坯料剖视3间断半齿压印模套坯料分体上部g剖视4间断半齿压印模套坯料分体下部h剖视5直丝齿模套截面形状示意6斜丝齿模套截面形状示意7间断半斜齿模套加夹具夹示意8加工直丝齿模套导丝嘴位置示意9加工斜丝齿模套导丝嘴位置示意10硬币产品边部印斜丝齿角度示意11坐标变换原理12双曲线成因示意13硬币压印位置示意14下顶杆加工斜槽示意15B结构产品顶出示意16A结构产品顶出示意17模套加夹具夹位置示意18 4种齿形截面示意图具体实施方式
用本发明方法可制成如图1中所示的间断半丝齿模套。其中a、c模套是有规律的直丝齿与半直丝齿或斜丝齿与半斜丝齿相间排列；b、d模套是无规律的、编码的、直丝齿与半直丝齿或斜丝齿与半斜丝齿的相间排列；e、f模套是有规律的、或无规律及编码的上半直丝齿与下半直丝齿或上半斜丝齿与下半斜丝齿的相间排列；l、m边部丝齿全部为直的或斜的半丝齿。图1中列出的八种间断半丝齿模套中丝齿的齿形是相同的，丝齿间距也是相同的。不过，从防伪的角度，可按需要，变化不同丝齿形状与不同齿间距的组合。例如，丝齿长度可不大于边厚的半丝齿；半丝齿的截面形状可以为三角形、梯形、圆弧形或矩形等，见图18。丝齿的排列方式也可以变化为斜的或直的半丝齿与全丝齿有规律的或无规律的相间排列。
间断半齿模套的制作方法，其特征在于采取了分体加工的方法。首先，将压印模套的坯料1分割，坯料1如图2所示，图2中可见定位销和螺栓孔。其中心上、下部位分别有不等径的凸台上部1g和下部1h。用线切割机床将坯料1横切成上、下两部分，如下图3、4所示压印模套的坯料1被切割成上下两部分后，用紧固件，如定位销和螺栓连接紧固在一起，需要保证模套没有自由度，即上下两部分不能有任何的相对移动或转动，因此在加工丝齿过程中需要专用夹具5，见图7。用线切割机床给加工完成后的模套加工出全直丝齿或全斜丝齿(所谓的全直丝齿或全斜丝齿是指模套的上下两部分共有的丝齿，丝齿的各项参数完全相同)，加工完毕后松开紧固螺栓，取下压印模套的下部分，特别要注意应保证剩下的部分在专用夹具5上，不能有任何移动或转动，然后在剩下的部分上进行二次加工，即在已加工出的丝齿与丝齿之间，再进行直丝齿或斜丝齿的加工，要保证加工时切割线(钼丝或铜丝)的起始位置与上一次切全齿时在同一起始位置上。剩余部分加工完成后将压印模套的上下两部分通过定位销和螺栓连接紧固组合成完整的一体，这样，间断半齿模套就制作完成了。另一种；加工工艺是在组成模套的上下两部分分别加工，将间断半齿模套和两个部分分别固定在设备的夹具上，在对其中的一部分线切割完成后取下，再把另一部分固定在夹具上。同样，要保证加工时切割线(钼丝或铜丝)的起始位置与上一次切割时在同一起始位置。
本发明方法用于批量化生产时，所用的丝齿模套均采用“低速走丝线切割加工中心”进行加工。这种数控精密机床具有上、下两组导丝套，切割铜线穿过上、下导丝套并按照加工程序规定的轨迹运行，运行过程中切割铜线与加工件之间发生放电效应并进行电蚀切割，于是在模套内加工出丝齿。然而，直丝齿模套与斜丝齿模套的加工略有不同；线切割加工后的直丝齿模套与过轴心且平行于轴线纵向剖面是两条直线，如图5所示；而线切割加工后的斜丝齿模套是倾斜的切割线绕轴线旋转形成的旋转体，其与过轴心且平行于轴线纵向剖面是两条双曲线，原理在后面提到，如图6所示。
例1上述加工半齿模套的方法使用的夹具和设备是夹具是指一个用来固定模套的圆形钢板，见图7。钢板中部有一圆孔，直径要大于模套待加工丝齿的直径。钢板上另两个小孔是用来穿螺栓固定模套的，孔的位置是与模套坯料上的螺栓孔位置一致。设备是指线切割机床。在线切割机床上有上、下两组导丝嘴，在加工直丝齿时上下导丝套的连线在水平面上的投影是重合的，见图8。在加工过程中，上下导丝嘴按照所编制的程序轨迹对模套进行切割加工，形成剖面如图5中直丝齿所示的圆柱形直齿模套。而斜丝齿模套的加工与之不同的是，上下导丝嘴的连线在水平面上的投影是不重合的，见图9；上下导丝嘴连线在水平面上的投影与模套轴心线形成了一个夹角a，该夹角的大小主要与斜丝齿的倾斜角度选取有关，产品斜丝齿角度设计越大，该夹角a越大，反之夹角越小，见图10。在斜丝齿加工过程中，这个夹角始终不变，这样斜丝齿齿顶线包容面可以看成是一个齿顶线以模套中心线为轴旋转而成，它包容了全部丝齿的齿顶线。模套的斜丝齿是由一定倾角(在这里暂设为α)的切割线加工制作的，在加工过程中切割线与模套中心线的交角α保持不变，这样斜丝齿齿顶线包容面可以看成是某一个齿顶线以模套中心线为轴旋转形成的，它包容了全部丝齿的齿顶线。
(1)斜丝齿模套的加工程序以右旋产品叙述双曲线形成过程，说明斜齿方向的确定方式，见图10，在模套的正剖面图中，丝齿上端右向倾斜，叫右旋，见下图11。
分别编制加工相同齿型的丝齿用上、下两组导丝套加工程序。在编制加工程序前，设定上、下两组导丝套的XOY坐标平面互相平行、坐标原点在水平面中的投影是重合的，对下导丝套的坐标进行坐标变换，令X1轴、Y1轴绕原点O逆时针转动b角。
设斜丝齿模套的编程直径为D，则其编程半径为R，R＝D/2斜丝齿硬币的设计直径为D0，则其设计半径为R0，R0＝D0/2下导丝套的坐标线X1O1Y1转角为a；上、下导丝套之间的距离为L；上导丝套的加工程序开始点为A，A点在Y轴上，A点在下导丝套坐标XOY上的投影点为A2；则下导丝套的加工程序启始点为A1，A1点在Y1轴上，见图11连接AA及AA于是tgb＝AA/L 式(1)b角即是切割线与垂直方向，即模套中心线的交角，在斜齿硬币工艺设计过程中，应先设定b角，可根据需要选择角度，b角不同，双曲线的形状也略有不同。
模套内的斜丝齿是由一条三维斜切割线加工制成的，如果上、下两组导丝套分别编制相同的齿形加工程序，编程直径为d，显然斜丝齿硬币的直径d0＜d，按图11，三维斜切割线的中点为M，其在下导丝套坐标上的投影点为M1，M1点在A1、A2线上且为A1、A2线的中点，连接O1M1线，则O1M1⊥A1A2于是 RCOS(α/2)＝R0R＝R0/cos(α/2)式(2)A1A2＝2M1A2M1A2＝R0tg(α/2)A1A2＝2R0tg(α/2) R0＝D0/2A1A2＝D0tg(α/2)上式代入式(1) tgb＝D0tg(α/2)/L则tg(α/2)＝Ltgb/D0α＝2arctg(Ltgb/D0) 式(3)(2)加工程序启动后，上导丝套由A点正向转动θ角，由于上、下两组导丝套的加工程序是相同的，于是A1点也正向转动θ角，a角不变，切割线与垂直方向(模套中心线)交角(b角)也不变，加工程序继续进行，直到模套斜丝齿加工完成。
根据解析几何学的定义，倾斜线段绕一轴线旋转所形成的旋转体其纵剖面为双曲线，参见图12；因此，从理论上分析，斜丝齿齿顶线包容面外形的纵剖面应为双曲线，而我们所熟悉的直丝齿齿顶线包容面外形的纵剖面应为两条直线段。
具有双曲面特征的斜丝齿硬币，在丝齿面上可能会出现轻微的中间凹陷现象，但是如果把需要压印的坯饼放在双曲线顶点以上的位置就不会出现这种现象。
通过上面论述可以理解，由于上下导丝套的相对位置的不同，同样用线切割方法加工出的间断半直丝齿和间断半斜丝齿模套时，加工出的模套几何形状是不同的。
在设计和加工斜丝齿模套时应充分考虑被加工模套的装夹高度，因为切割线的中点E位置就是双曲线顶点位置(即双曲线最小直径位置)，如图17所示由于图中C＝D装夹高度H不同将直接影响到加工后截面双曲线顶点位置的不同，也就是说间断半斜丝齿模套最上直径E处的径向高度的不同，这一点需要在线切割时加以注意。通常，线切割机床的上、下导线座在一定范围内上下可调，确切数值可在线切割机床上设定；因此，可通过改变上下导线座的距离(C+D)改变H值，来满足工艺要求。
一般情况下，所选择双曲线的顶点位置与产品的厚度、印模在设备上可调整的幅度有关系，不同规格的产品要求斜丝齿模套中双曲面顶点位置略有不同，因为在模套厚度确定以后，厚的坯饼所要求的双曲面顶点在模套中的位置应偏下，否则，坯饼在压印产品的过程中可能出现坯饼的上半部分还露在模套的外面。因为在压印产品的过程中，坯饼不能全部或部分处于双曲面顶点的下面，否则，在压印完成后，处于双曲面顶点下面的部分其直径大于双曲面顶点位置的直径，产品将无法被印模从模套中顶出，即使顶出，产品边部的丝齿也将遭到破坏。从如图13所示中可以看出双曲线顶点在模套中的位置。所以，选择好双曲线顶点在模套中的位置，其目的是方便硬币、纪念章从模套中顺利顶出。
由于间断半斜丝齿产品边部的特殊性，产品生产时需要与间断半直丝齿产品略有不同。下面以卧式150印花机为例，简单描述生产斜丝齿产品所需夹具。
由于硬币边部印间断半斜丝齿是产品在压印过程中，通过金属的流动将模套内环的连续半斜齿的沟槽空间填充满，使得压印后产品的边部形成连续半斜丝齿。与一般硬币边部印直丝齿工艺不同的是斜丝齿产品在压印完成后从模套中退出时，顶出装置与斜丝齿模套之间必须有一个相对转动，以保证产品从模套中顺利脱出，这也是硬币边部印直丝齿与硬币边部印半斜丝齿工艺的根本区别。
例2硬币边部印斜丝齿产品的脱模夹具结构基本上分为两种一种是B结构，模套8固定不动，让下顶杆2作螺旋上推运动，在压印完成后将产品推出。夹具B结构的特征是圆下顶杆2上加工螺旋槽，见图14，螺旋槽的旋向与产品上丝齿的旋向相同，比如，产品边部斜丝齿旋向向右，那么，下顶杆上螺旋槽的旋向也向右。当下顶杆2向上运动时，由于螺旋槽内有一个固定在设备上的限位杆4，近使下顶杆2只能沿斜槽做旋转上升运动；见图15。另一种是A结构，见图16。这样，在产品被顶出时，模套8受作用在斜丝齿上顶出力的切向分力的作用下，产生螺旋转动，从而使产品从模套中脱出。
从上面的阐述中知道，第一种脱模夹具为模套固定不动，顶出装置中顶杆加工螺旋槽，如图15所示。下顶杆2在限位杆4的作用下，沿螺旋槽上升；带动下印模3、产品7、模套8沿斜丝齿方向旋转上升，实现顺利顶出。但是，顶杆中的螺旋槽并不是随意加工的，必须符合下面的要求由于顶杆2的上升距离与产品7的上升导程(距离)相等，可知tgα1/D1＝tgα2/D2α1产品斜丝齿角度α2顶杆加工斜槽角度D1产品直径D2顶杆直径由于α1、D1、D2为已知，则α2可求。
这种夹具的优点是1.设计简单，加工方便，工期短，成本低，在原夹具结构上改动即可完成，可保持原有的夹具结构不被破坏；2.适合应用在压印位置活动空间小的设备；3.适合持续大批量生产；4.顶出产品方式是靠夹具下部顶杆的旋升运动完成的，是主动方式；5.由于螺旋槽的加工精度提高且角度是经过精确计算得出的，因而往复运动时，精度较高。
6.直丝齿产品与斜丝齿产品生产转换略有不便。
第二种夹具设计是被动式的模套旋转，而顶杆不动，如图17所示。
这种夹具的优点是1.不需改动顶出装置，用原顶出装置即可；2.不受加工品种，斜丝齿角度的影响，每次只需更换模套即可完成各种规格产品的加工；3.适用于任何批量产品的生产(无论大小)；4.直丝齿产品与斜丝齿产品生产转换方便；5.只要设备压印位置有效空间能够便于安装模套旋转夹具部件，就可以使用这种夹具；6.由于是被动旋转，对于薄的产品或硬度过低的产品，由于旋转是靠斜丝齿的带动实现的，丝齿可能会受到一定程度的损坏。
权利要求
1.一种硬币、纪念章边部间断半齿，其特征在于边部丝齿中包含有长度不大于边厚的半丝齿，也可以全部为半丝齿，边部丝齿有斜的丝齿；丝齿的排列组合和截面形状有多种形式。
2.根据权利要求1所述的硬币、纪念章边部间断半齿，其特征在于丝齿的排列方式也可以变化为(1)半丝齿与全丝齿是有规律的相间排列；(2)半丝齿与全丝齿是无规律的相间排列；
3.根据权利要求1所述的硬币、纪念章边部间断半齿，其特征在于丝齿的截面形状可以是三角形、梯形、圆弧形、矩形。
4.一种硬币、纪念章边部间断半齿的制作方法，设备采用线切割机床，其特征在于模套采取分体加工方法；首先，将压印模套的坯料(1)分割，其中心上、下部位分别有不等径的凸台上部(1)g和下部(1h)；将坯料(1)横切成上1g、下1h两部分；方法a用专用夹具(5)紧固在一起；用线切割机床给加工完成后的模套加工出全丝齿，加工完毕后松开紧固螺栓，取下压印模套的下部分，应保证剩下的部分在专用夹具不动，再在剩下的部分上进行二次加工，即在已加工出的丝齿与丝齿之间，再进行丝齿的加工，要保证加工时切割线的起始位置与上一次切全丝齿时的相同；剩余部分加工完成后将压印模套的上、下两部分通过定位销和螺栓连接紧固组合成完整的间断半齿模套。
5.根据权利要求4所述的硬币、纪念章边部间断半齿的制作方法，其特征在于对分成两部分的模套的加工还可以用方法b分两次作业，每次先加工其一的半个模套，上部分(1g)或下部分(1h)，然后再加工剩下的部分，保证对应模具切割线的起始位置与另一部分切丝齿时在同一起始位置上；然后将(1g)和(1h)紧固在一起，就构成了完整的半齿模套。
6.根据权利要求4所述的硬币、纪念章边部间断半齿的制作方法，其特征在于专用夹具(5)圆形钢板中部有一圆孔，直径要大于模套待加工丝齿的直径；钢板上另有两个紧固模套的螺栓孔，螺栓孔的位置与半齿模套的螺栓孔位置相一致。
7.根据权利要求4所述的硬币、纪念章边部间断半齿的制作方法，其特征在于脱模装置A圆筒状壳体内有弹簧(9)，卡在直径与壳体内壁相同的顶盖(10)的凹台内，顶盖(10)通过轴承(6)与模套(8)接触，模套(8)为有立沿的圆台形，其圆台上、下均有平面轴承(6)，模套(8)立沿上口与壳体上缘持平，模套(8)内径稍大于产品(7)，壳体下沿有压盖(11)封口。
8.根据权利要求4所述的硬币、纪念章边部间断半齿的制作方法，其特征在于半齿产品脱模装置结构B下顶杆(2)的圆台状外壁上有斜槽，槽深度、宽度能容纳限位杆(4)的一部分，限位杆(4)固定在下顶杆(2)外周设备上不动，其一端在斜槽内。
全文摘要
硬币、纪念章边部间断半齿及印制方法，包括线切割加工丝齿和压印模套的制作，其特征在于对压印模套采取了分体加工的方法将压印模套的坯料分割成上、下两部分后，用专用夹具将模套保持不动，分两步加工。加工完成后将模套上、下两部分再通过紧固件连接紧固在一起。该方法提供的硬币边部六种基本丝齿形态模套，可拓展为齿形不同(如圆形齿、梯形齿、三角齿等)，齿距(丝齿与丝齿之间的距离)不同的多种组合形式的间断半齿模套，是一种重要的硬币大众防伪技术，适应投币机自动验币要求，可以充分利用在普通流通硬币，流通纪念币，纪念章的生产中。
文档编号A44C21/00GK1631290SQ20031011946
公开日2005年6月29日 申请日期2003年12月25日 优先权日2003年12月25日
发明者魏立营, 张吉刚, 应拓, 刘治旗, 张晓男 申请人:中国印钞造币总公司