本发明涉及一种用于复合材料拉挤型材的冲孔装置及冲孔模具，可对拉挤板材，槽材以及角材冲出圆形孔、长圆形孔、椭圆形孔、l形孔及十字形孔。
背景技术：
近年来，复合材料拉挤型材由于其优良的材料特性，在土木工程中的应用越来越多，随之也出现了一些问题，如复合材料拉挤型材的开孔。对于复合材料拉挤型材的开孔问题，国外各规范均规定必须钻孔，然而钻孔存在诸多弊端，如钻孔效率低，钻孔精度低，钻孔质量不易控制，成孔形式单一等。从金属材料冲压工艺中得到启发，采用冲压工艺对复合材料进行冲压成孔。由于复合材料与金属材料的材料特性差异，采用传统冲孔模具对复合材料拉挤型材进行冲孔后，往往存在如下问题：孔壁毛糙，不平整；孔周纤维未完全剪断；孔周基体受损，出现裂纹；孔周材料层间受损，出现轻微分层。
通过对冲压孔的进一步观察，结合复合材料拉挤型材的材料特性分析发现，裂纹和层间分离现象均出现在材料靠近下模板侧，由于冲孔过程中，最先接触到冲头的材料由于有下层材料的支撑，纤维和基体不至发生过大的变形，就可以被剪断，拉伸效果不明显，孔周材料受损较小；而当冲头下行至材料下层时，由于下模板上孔的存在，使得下层材料没有足够的支撑，此时下层材料由于冲头的挤压鼓出，对孔周纤维产生拉伸应力，最后在材料被拉断而非剪断，致使下层孔周材料受损严重(基体开裂，层间分离等)。因此，需要对传统的冲孔模具进行适当改进。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术的不足，基于复合材料的材性特性及与金属材料的差异，对传统冲模进行改进，提出了一种适用于复合材料拉挤型材的冲孔装置及冲孔模具，使整个冲孔过程上下模对材料的作用更接近于剪切，最大限度减小冲孔时对孔周材料的损伤，使孔壁光滑整洁，提高开孔质量。对于冲孔装置，为满足不同型材不同位置的开孔需求，对下模镶块进行了适当改进。
本发明采用的技术方案是：一种用于复合材料拉挤型材的冲孔装置及冲孔模具，包括冲孔装置和冲孔模具；
所述冲孔装置包括上模座、下模座、导套、导柱、减震弹簧、上模镶块、下模镶块、卸料模块和定位模块；
所述导套安装于上模座上，所述导柱安装于下模座上，所述减震弹簧安装在导柱上，所述上模座、下模座、导柱、导套及减震弹簧构成模架；
所述上模镶块包括安装槽、出料口和销钉孔，上模镶块通过销钉安装于上模座下方；所述下模镶块包括下模板安装槽和支撑头安装槽，用于安装下模，下模镶块与下模座一体成型构成悬臂构造，保证悬臂处下模镶块的支撑刚度；所述下模镶块的悬臂平台可完成板材、槽材翼缘和腹板以及角材两肢的冲孔；
所述卸料模块和定位模块为辅助模块，所述卸料模块包括卸料导套、卸料导柱、卸料弹簧及卸料板，所述卸料导套安装于上模镶块上，所述卸料导柱安装于卸料板上，所述卸料弹簧安装于卸料导柱上，所述卸料板设有卸料板孔；所述定位模块包括定位杆、定位销和滑槽，定位模块通过销钉固定于下模座上；
所述冲孔模具包括上模和下模；
所述上模包括冲孔刃口、冲体、安装块和通孔，所述冲体尾部设安装块，并通过销钉安装于上模镶块下方，所述冲孔刃口的位置与卸料板孔的位置对应，所述冲体中设通孔，并与上模镶块上稍大的孔贯通形成废料口；
所述下模包括下模板和支撑头，所述下模板和支撑头均通过销钉安装于下模镶块对应安装槽内；所述下模板上设下模孔，下模孔与所述冲孔刃口相匹配，所述支撑头与上模的通孔相匹配。
作为优选，所述卸料板孔根据上模的不同对应有圆形、长圆形、椭圆形、l形及十字形，对应的，所述上模的冲孔刃口形式有圆形、长圆形、椭圆形、l形及十字形。
作为优选，所述下模孔根据上模不同对应与之相配的圆形孔、长圆形孔、椭圆形孔、l形孔及十字形孔，所述支撑头截面形式根据上模通孔截面的不同对应与之相配的圆形、长圆形、椭圆形、l形、及十字形。
作为优选，所述上模的冲孔刃口为内刃口，以避免孔壁受到过度挤压，保证冲孔质量。
作为优选，所述下模支撑头顶面与下模板顶面成一平面，支撑头和下模板形成供冲孔刃口和冲体通过的镂空圆环。
本发明在上模上设置内刃口，且设置通孔；上模镶块上设置阶梯型孔，用以出料和安装上模；下模板开孔中心设置支撑柱；将下模镶块设置为悬臂结构，并且与下模座一体成型。此外，为了方便冲孔时对型材进行定位，在下模座上增设了定位模块，同时为了方便冲孔后卸料，在上模镶块上增设了卸料模块。
有益效果：本发明的冲孔装置及模具适用于复合材料拉挤板材，槽材及角材的冲压成孔，具有开孔精度高、效率高的优点，且开孔损伤小、质量稳定、成孔形式多样。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的上模形式示意图；
图3a为本发明的上模镶块形式示意图；
图3b为图3a的侧视图；
图4为本发明的下模形式示意图；
图5为本发明的下模镶块形式示意图；
图6a为本发明的卸料模块示意图；
图6b为图6a的侧视图；
图7a为本发明的定位模块示意图；
图7b为图7a的侧视图；
图8a-8e为冲孔模具上模五种冲孔刃口形式；
图9为上模镶块及上模结构示意图；
图10为下模镶块及下模结构示意图；
图11为槽材冲孔安装示意图；
图12为角材冲孔安装示意图。
图中，1-模柄，2-上模座，3-导套，4-减震弹簧，5-导柱，6-下模座，7-定位模块，8-上模镶块，9-上模，10-卸料模块，11-下模，12-下模镶块，13-安装块，14-冲体，15-通孔，16-冲孔刃口，17-销钉孔，18-出料口，19-安装槽，20-下模板，21-支撑头，22-下模板孔，23-下模板安装槽，24-支撑头安装槽，25-悬臂构造，26-卸料导套，27-卸料弹簧，28-卸料导柱，29-卸料板，30-卸料板孔，31-定位杆，32-定位销，33-滑槽，34-复合材料拉挤槽材，35-复合材料拉挤角材。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
如图1-10所示，一种用于复合材料拉挤型材的冲孔装置及冲孔模具，包括冲孔装置和冲孔模具；
所述冲孔装置包括上模座2、下模座6、导套3、导柱5、减震弹簧4、上模镶块8、下模镶块12、卸料模块10和定位模块7；
所述导套3安装于上模座2上，所述导柱5安装于下模座6上，所述减震弹簧4安装在导柱5上，所述上模座2、下模座6、导柱5、导套3及减震弹簧4构成模架；
所述上模镶块8包括安装槽19、出料口18和销钉孔17，上模镶块8通过销钉安装于上模座2下方；所述下模镶块12包括下模板安装槽23和支撑头安装槽24，用于安装下模，下模镶块12与下模座6一体成型构成悬臂构造25，保证悬臂处下模镶块12的支撑刚度；所述下模镶块12的悬臂平台可完成板材、槽材翼缘和腹板以及角材两肢的冲孔；
所述卸料模块10和定位模块7为辅助模块，所述卸料模块10包括卸料导套26、卸料导柱28、卸料弹簧27及卸料板29，所述卸料导套26安装于上模镶块8上，所述卸料导柱28安装于卸料板29上，所述卸料弹簧27安装于卸料导柱28上，所述卸料板29设有卸料板孔30；所述定位模块7包括定位杆31、定位销33和滑槽32，定位模块7通过销钉固定于下模座6上；
所述冲孔模具包括上模9和下模11；
所述上模9包括冲孔刃口16、冲体14、安装块13和通孔15，所述冲体14尾部设安装块13，并通过销钉安装于上模镶块8下方，所述冲孔刃口16的位置与卸料板孔30的位置对应，所述冲体14中设通孔15，并与上模镶块8上稍大的孔贯通形成废料口；
所述下模11包括下模板20和支撑头21，所述下模板20和支撑头21均通过销钉安装于下模镶块12对应安装槽19内；所述下模板20上设下模孔22，下模孔22与所述冲孔刃口16相匹配，所述支撑头21与上模9的通孔15相匹配。
此冲孔装置的操作流程如下，将材料置于下模镶块12和下模11组成的平台之上，通过定位模块7调整好位置，冲压机通过模柄1带动上模9下降，卸料板29最先接触到冲孔工件，随着高度的下降，卸料弹簧27被压缩，随后上模9与工件接触，接着上模11下行，切开刃口下方材料，最后支撑头21进入通孔15，进程结束；在支撑头21的推压下，冲孔废料被压入上模9通孔15中，在经过若干次冲孔后由上模镶块8上的卸料口排出；回程时，冲压机带动上模9上升，此时卸料弹簧27由压缩状态逐渐恢复，并推动卸料板29向下运动完成卸料，整个冲孔流程结束。
冲孔模具的更换流程如下，上模9的更换，首先将卸料模块10卸下，将上模9取下，更换其他上模9，下模11的更换首先将下模板20取下，再将其下支撑头21取出，替换成与上模9对应的支撑头21，最后安装对应的下模板20，整个模具更换流程结束。
如图11为槽材冲孔安装示意图，图中为复合材料拉挤槽材34；图12为角材冲孔安装示意图，图中为复合材料拉挤角材35。
此冲孔装置对于冲孔型材的尺寸及冲孔位置要求如下：
1.对于拉挤板材，此冲孔模具可对宽度不大于导套净距一半的拉挤板材任意位置进行冲孔；
2.对于拉挤槽材，此冲孔模具可对腹板宽度不大于导套净距一半的拉挤槽材腹板上进行冲孔，且孔中心距翼缘不小于卸料板宽度的一半；
3.对于拉挤槽材，此冲模可对腹板宽度不大于上模镶块上表面至下模座上表面距离的拉挤槽材翼缘进行冲孔，且孔中心距腹板不小于下模镶块悬臂端至支撑头中心的距离；
4.对于拉挤角材，此冲模可对角肢宽度不大于上模镶块上表面至下模座上表面距离的拉挤角材进行冲孔，且孔中心距另一肢不小于下模镶块悬臂端至支撑头中心的距离。
以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。