可楔锁可移动的冲头及保持器内的模具衬套的制作方法

专利名称：可楔锁可移动的冲头及保持器内的模具衬套的制作方法
技术领域：
本发明涉及保持器的改进，这种保持器通常用于固定一种工具，例如冲头或模具衬套(或模具或模具被膜(die button))或可在模具瓦内移动的成形工具。
本发明的背景冲头用的保持器(冲头保持器)可以固定冲头，将其支持在模具瓦内，通常是冲压机的上部，这样可使冲头向下移动，一次又一次地精确进入模具衬套，从而使冲压板材的严格规范能够保持。模具衬套依次支持在保持器内(衬套保持器)和固定至冲压机的相对的模具瓦内。典型地，两个保持器可移动地固定在它们的相应的模具瓦内；以及冲头和模具衬套也可移动地固定在它们相应的保持器内。
几十年来，“球头锁定的冲头保持器(ball lock punch retainer)”已用于固定冲头，以及在少数例子中也有模具衬套更经常地夹持在冲压机的下模具瓦，或者紧密地配合在它们的凹槽中。尽管许多问题与使用弹簧偏压保持球体偏压顶住支持在保持器内倾斜的长通道内的螺旋弹簧有关，它仍是工业中有利的机构，因为其部件的制造费用较低。然而，除了这种冲头的柄部(上部)可以定位的精度较低，以及冲头的末端(下部)在被冲压的备料板的任意横截面上制造贯通通道(便道孔)的容许的精度外，严重的问题是，当要更换冲头时，拆下冲头经常是艰苦的和损伤性的任务。一个原因是冲头的重复的工作破坏了球体的形状，它随后变成卡死顶住冲头或顶住球体偏压的螺旋弹簧。当球体被剪切时，更换冲头的问题变得更差，球体的剪切典型地发生在剥离力超过球体能承受的力时。在工作中，冲头经常地遭受由于端头磨损而典型地引起的不希望的大剥离力。
在冲头的柄部内使用球座或球袋窝与球体一起锁定冲头的固有结果是冲头的柄部需要圆柱形的。如果冲头的端部的横截面不是圆形的，则只有到端头用尽和达到柄部时才能刃磨。
此外，由于在球袋窝和球体之间需要间隙，以及弹簧顶住球体施加较小的力，很难保持公差小于0.001inch的同心度。特别是当准备冲压的孔的形状不是圆形时，柄部不能紧密地和不转动地支持在其长通道内，结果是球体和球袋窝之间的摆动导致轻微的但不允许的冲孔方位的改变。这些问题更容易参见

图1和2发现，这些图简要地说明了现有技术的机构。再者，当与本发明进行比较时，不同的结构差别和它们对被代替的工具施加的力的作用将更容易理解。
相同的考虑适用于在成形压机中工作的成形工具的固定，以及这种成形工具典型地以类似冲头的方式固定。普通使用的成形冲头具有端头用于在备料板材上制出希望的孔，以及它具有紧接端头尖端的向上扩口的锥形部分。此扩口部分用以提供希望的凹形。然而，为了简单和方便起见，冲头和成形工具或成形冲头，以及模具衬套一起称作“工具”；以及当专门涉及到时以单独名称识别参见图1和2，这里示出保持器组件10，和在其中支持的普通的冲头20。如果使用成形工具，它应同样地支持。保持器组件10具有符合于保持器组件上表面的全硬化的背板12，它们两者适合于固定到冲压机或其它具有冲孔或成形功能的机器的模具瓦，固定使用适当的紧固件，例如六角固定螺钉(图中未示出)。由于工具(冲头或成形工具)通常在冲孔或成形压机上以垂直姿态使用，这里有关的说明中上和下的关系指这种姿态。保持器组件10设置圆孔或工具插座14，在其中滑动插入冲头20的可移动固定的柄部(上部)22，冲头20的下部是椭圆形的端头24。组件10也设置圆孔15，它相对于孔14倾斜设置以及它向内和向下延伸进入保持器组件10，从而与插座14部分相交。部分相交的产生是因为孔15的下端配置有阶梯状的表面成形球座13。
保持器球体16可移动地放置在孔15内，以及螺旋压缩弹簧18整洁地支持在孔15内，并以一端邻接背板12，从而推动球体16由孔15的相交部分向外。尽管球体凸起进入插座14，球体不能逃逸(进入插座14)。保持器组件还设置贯穿通道或释放孔17，通过它可以插入细棒或退出销，当要拆下冲头20时，用它推动球体向上和退出球座13。当球体16变形或损坏时，为了更换球体16，保持器组件10由背板12拆除，以及弹簧和球体通过孔15的顶部取出。
柄部22设置半袋窝或球座25，它的形状通常从纵剖面图观察呈半个泪滴形，和它适合于接收锁定球体16，以便在孔20内可释放地锁定冲头20。袋窝的上部26呈直线部分，形成孔15的延续；以及下部设置返回部分28，它呈曲面，其半径大于球体16的半径，这样来连接袋窝25的最深部分至柄部的表面。当球体16支持在袋窝25内时，如果返回部分28的半径实质上大于球体的半径，袋窝25的底部可以接触球体；或者如果球体的半径实质上大于返回部分28的半径时，袋窝25的外边缘34，35与球体接触。
为了评价精确定位在保持器组件内冲模锁定的优点，使用袋窝和保持球有关的问题列于图3和4，它们更直观。两个问题，即固定工具至模具瓦，以及冲头(和模具衬套)的精确定位是特别繁重的，因为较小直径的冲头具有的柄部直径小于约7.6cm(3ins.)。较大直径的柄部可以用螺钉和榫钉通过柄部和模具瓦固定和精确地定位。图3示出的柄部22A具有带弧形剖面的袋窝25A，其半径实质上大于球体16A的半径，可使冲头沿图中所示双箭头的任意方向稍稍转动，这样非圆形的冲头和其相应的模具衬套之间的精确对准不能保持。在图4内，在柄部22B，袋窝25B的弧形剖面具有的半径小于球体16B的半径，这样它与柄部内袋窝的隅角部分34B，35B接合。在产生高力的工作条件下，由于球体和柄部较高的硬度，它们中任一个或者两者变形或损坏；最低限度袋窝的外边缘34，35被向外推，如在38，39处所示。
因此，为了最佳的锁定，希望球体的直径精确地适合与袋窝配合，从而使袋窝与球体在图2所示向内与边缘34保持间距的两个相对的点33处接触。向内的间距这样选择，以避免向外压迫外边缘34，35。在实践中这样的精确性难以达到，以及同样是昂贵和不经济的。当它达到时，很明显，球体是圆形的，在33处的接触实质上是与袋窝25的表面的点接触，以及与球体16B和柄部22B与袋窝25B之间的点接触实质上并无差别。
为了避免使用球体锁定机构，已使用楔块在保持器内横向锁定冲头，如美国专利NO.3,137,193所示，柄部在其一个侧面设置平面(柄平面)，与在冲头保持器内形成的横向延伸的开口内的锥度保持销钉配件上形成的协作面接合。由于锥度销钉不能防止冲头垂直移动，柄部必须也用一个销钉支持，此销钉的内端具有倾斜的楔表面，它用于与冲头柄部形成的协作的楔表面接合，作为柄平面相对侧面上止动器的一部分，即使如果人们遵守这种方法用以在保持器内支持冲头，以达到大的精度优点，显然，这样的冲头和保持器的功能是用两个倾斜表面的接触来夹住柄部，每个倾斜表面用于横向而不是垂直地夹住柄部。倾斜表面与水平面上的水平线形成锐角，这就是说，“横向锐角”；而不是与垂直面上的垂直线形成“垂直锐角”。此外，这种机构复杂而又制造费用昂贵。同样明显的是，为什么球体锁定冲头保持器成为机器工业用的现在的标准件。
在类似的方式中，当不便于或实践不可能在模具接收孔内夹持模具衬套，或者寻求避免在模具接收孔内压配模具衬套，或使用球体锁定机构来进行这项工作，模具衬套的支持方法示于美国专利NO.3,535,967。模具衬套精确地定位在柔性的保持器内，在其中压配和支持模具保持器组件，其方法是在衬套的一个侧面设置平表面，此平面与在模具保持器的横向延伸开口内的横向设置的对准销钉上相应的平面协作。
本发明的目的是提供在保持器组件内工具用的锁定装置，此锁定装置可完成球体锁定所做的工作，以及更多，不仅在精度和强度方面，并且还在于经济和易于操作；以及允许迅速更换工具，方法是使用与螺钉装置内与螺纹节距成正比的力释放位于工具接收腔内的工具，螺钉装置固定楔块腔内的楔块到保持器组件的背板上。
本发明的综述已经发现，工具(冲头或模具衬套)用的普通的球体锁定保持器可以用锥度支持装置代替，例如，楔形组件(楔块)，它具有与冲头的垂直中心线呈锐角的(垂直锐角)垂直表面；楔块锁定柄部和精确在保持器内定位；不需使用弹簧偏压球体，可楔块锁定的冲头避免了由于缺乏末端精密定位而产生的问题，以及球体或弹簧的损坏。
因此，本发明总的目的是提供一种工具结构，它具有结合在一起的保持器组件，冲头或成形工具，以及楔块装置；保持器组件具有工具和楔块接收腔或通道，用以接收冲头和楔块装置，在工作时，它们在相互相对的位置锁定，楔块装置设置至少一个由垂直线倾斜的倾斜表面，以及工具接触表面，最好是工具匹配表面；以及紧固件，用以在保持器组件内可释放地固定楔块，从而在工具腔内锁定和解开冲头。
本发明的专门目的是提供代替球头锁定机构的保持器组件和冲头，冲头可释放地固定用于在保持器组件内工作，而冲头的柄部是非圆形的，从而非转动地锁定在预定的精确位置，当楔块横移向模具瓦时，它顶住楔块的相应的非转动工具匹配表面；以及冲头柄部的上部在横截面上可与冲头的下部或末端相同或不同。
本发明的专门目的是提供模具保持器和在模具保持器内工作的模具衬套，而模具衬套是可释放地固定在压机的下模具瓦中，不需要夹具或球体锁定机构。
本发明的总目的还是提供在保持器内固定冲头或成形冲头或模具衬套(工具)的方法，它包括在其内制成工具和楔块接收腔，其形状可保证工具腔和楔块腔两者都可以分别紧密地接收工具和楔块；制成楔块装置用于插入楔块腔，楔块具有倾斜表面(楔块倾斜表面)；成形楔块以提供工具匹配表面和楔块倾斜表面以便与保持器组件接触，每个表面最好相对于另一个表面相反地设置；装配楔块和保持器组件，这样形成工具腔；插入工具到工具腔内，这样紧密接收和相对于工具匹配表面可滑动；以及保证工具匹配表面和工具之间的相对移动足够可释放地锁定工具在接收腔内。
本发明的专门目的是在下列协作表面上提供相应的倾斜表面(i)楔块倾斜表面和与楔块倾斜表面接触的接收腔壁(见图6-9，15)；(ii)工具表面和楔块的工具匹配表面(见图10)；或(iii)(i)和(ii)两者(见图11)。
本发明的专门目的是提供在保持器组件内冲头或成形工具的固定方法，它包括在保持器组件内制成楔形腔，而组件的至少一个表面(“倾斜组件表面”)是由垂直线倾斜的；制成具有倾斜表面(“楔块倾斜表面’”)的楔块，用于与倾斜的组件表面可滑动地协作，楔块成形为当楔块插入楔块腔时可提供相对于楔块倾斜表面相反设置的工具匹配表面，工具匹配表面与楔块腔的表面协作，提供一个工具通道，工具支持在其中；插入楔块至楔形腔内，从而使楔块倾斜表面与倾斜的组件表面接触；插入工具至工具通道内；以及可释放地固定楔块在保持器组件内，允许它相对于保持器组件垂直地移动。
本发明的专门目的是提供在保持器组件内的装配工具，例如冲头或成形工具的方法，它包括在保持器组件内制成腔，此腔具有相对于通过工具垂直平面的至少一个倾斜的表面；插入楔块至此腔内，紧密但可滑动地配合冲头或成形工具到腔内，从而使接触与倾斜表面相对的侧面上的楔块表面；以及可释放地固定楔块在保持器组件内，允许相对于保持器组件垂直地移动。
本发明的另一总目的是提供保持器组件和适合于支持在其腔内工具的制造方法，它包括在金属丝放电加工机床上(“EDM”)定位坯料；机床编程以便用金属丝在坯料内切割出希望形状的工具，从而形成具有任意横截面和在坯料顶部和底部均开启的工具腔；以及机床编程以便用金属丝在保持器组件内切割出希望形状的楔块，楔块具有至少一个由垂直线倾斜的倾斜表面，倾斜角由约1°至约45°，从而形成楔形腔，并且楔块可释放地插入楔形腔内，以及制成的工具可释放地插入工具腔内。
本发明的专门的目的是用金属丝放电机床不仅切割楔块，而且由保持器组件切割工具和楔块腔，切割使用具有足够小的直径的细金属丝，以保证工具、楔块和腔之间的希望的间隙。
附图的简要说明本发明的上述的和其它的目的和优点可以参考下列详细的说明结合本发明最佳实施例的附图而更好地理解，在附图中相同的元件标注相同的图号，以及其中图1是普通的保持器组件的中心垂直剖面图，它附带有保持球体，可释放地支持冲头。
图2是沿图1的直线2-2切取的横剖面图，由箭头方向观察的。
图3是球体横向平面上的示意剖面图，球体具有的直径稍大于袋窝的直径。
图4是球体横向平面上的示意剖面图，球体具有的直径稍小于袋窝的直径。
图5是冲头向上观察的底平面图，冲头具有圆柱柄部和椭圆末端，柄部用楔块支持在保持器组件内。
图6是沿图5的直线6-6切取的侧立视图，由箭头方向观察的，示出楔块具有以角度θ倾斜的楔表面，它相对于通过冲头的垂直中心线倾斜，示出可释放地固定冲头的第一实施例。
图7是类似于图6的侧立视图，示出楔块具有以角度θ倾斜的楔表面，但示出的是可释放地固定冲头的第二代替的实施例。
图8是类似于图6和7的侧立视图，但示出的是可释放地固定冲头的第三代替的实施例，冲头被楔块支持，楔块具有楔表面，相对于通过冲头的垂直中心线的钝角角度为α。
图9是类似于图8的侧立视图，但示出的是可释放地固定冲头的第四代替的实施例，示出楔块具有楔表面，钝角角度为α。
图10是类似于图6的侧立视图，但示出的是可释放地固定冲头的第五代替的实施例，冲头被楔块支持，其工具匹配表面相对于通过冲头的垂直中心线的钝角角度为α，以及楔块的相对的表面与保持器组件内的腔壁接触，它是垂直的。
图11是类似于图6和8的侧立视图，示出可释放地固定冲头的第六代替的实施例，在此实施例中，在相对侧面上的楔表面是相反倾斜的，一个的钝角角度为α，而另一个的倾斜角度为θ。
图12是冲头组件的一组冲头的向上观察的底平面图，冲头组件具有公共的保持器组件和背板，在此组件内每个非圆形的柄部被非转动地支持顶住楔块的柄部匹配表面；柄部与末端整体制成和具有与末端相同的横截面，此横截面是任意的非圆形状。
图13是六角形冲头的透视图，示出具有公共横截面的柄部和末端。
图14是模具衬套组件内一对模具衬套的向下观察的顶平面图，一对冲头分别具有椭圆形和六角形横截面，此组件具有公共的保持器组件。
图15是沿图14的直线15-15切取的侧立视图，由箭头方向观察的，示出圆筒形的模具衬套被楔块支持，楔块具有相对于通过冲模垂直中心线倾斜角度为θ的楔表面。
图16是位于公共的保持器组件内的一对相同的冲头向上观察的底平面图，一个冲头被固定在保持器组件内，固定使用的是带有弧形的垂直工具匹配表面的局部扩口的楔块，而另一个冲头固定使用的是带有一个平面倾斜的楔表面，以及两个弧形的垂直表面，其中一个是工具匹配表面，以及三个垂直的平面表面的楔块。
最佳实施例的详细的说明参见图5和6，示出冲头20，冲头20具有不带球体接收袋窝的圆柱柄部22，以及带有实质上椭圆形横截面的末端24。柄部22被楔块31支持在保持器组件30内。楔块31在其横截面上通常具有多边形周边，但有一个侧面32除外，它是弧形的，代表楔块的弧形的实质上垂直的工具匹配表面，它用于紧密地接收柄部22。如果柄部是矩形横截面的，则此侧面32代表垂直的平表面和周边应该是直线的。匹配表面的周边外形并不重要，只要它们在接触时能使工具固定在保持器组件内即可。
楔块31具有倾斜的表面36，它位于与表面32相对的侧面上，以及相对于腔的其它表面精确地机加工；楔块31的上边缘用虚线14的影象轮廓表示。表面36相对于通过冲头的垂直中心线从垂直锐角θ倾斜。术语“锐角”表示在下右象限向前观察的楔块表面和垂直平面相交形成的倾斜角(如图所示)。由于此角的双边张开和向下扩展，楔表面如同具有“向下的锐角”。显然，角度θ不是狭窄才好，只要它小于90°和大于0°(相对于垂直平面)，但很明显，小于60°较小的角度可提供适当的楔入功能。最好，此角度在约1°至45°的范围内，较大的角度通常有利于由于任何原因释放楔块，例如，当冲头准备更换。对于大多数冲头保持器的组合，最佳的锐角在约1°至约20°范围内。
楔块31被接收在保持器组件30内，它设置垂直延伸的贯通通道，被称为工具和楔块接收腔40，其尺寸可以紧密地接收柄部22的上部以及具有工具匹配表面32的楔块31。如图6所示，接收腔的一个壁41以与楔表面36相同的锐角倾斜，因而楔块可以顶住和沿着组件的壁41移动。楔块31设置通孔42，供紧固件插入其中，例如六角螺钉43，以及卡环44设置在螺纹上面周边延伸的切槽内。卡环的功能是保持楔块与保持器组件和工具的工作关系，以及提供正止点，当拧入背板12的螺钉43被松开时，楔块的上表面被偏压顶住此正止点。柄部22插入工具腔40的表面32和相对表面之间的通道内。楔块的尺寸可使六角螺钉43紧固保持器组件内的柄部。为了拆除冲头，六角螺钉43松开和卡环44偏压楔块组件离开背板12，足够释放冲头。
由于楔块倾斜表面的目的是提供楔入力，不需要使工具匹配表面与楔块倾斜表面是相对的，虽然希望它是这样的。同样很明显，如果模具瓦适合具有在其上固定的保持器组件以及钻出孔和制出锥度以接收六角螺钉以传送组件中的楔块，人们就可避免使用硬化的背板。在图7和8所示的实施例中明显可见，模具瓦不需要具有螺纹。当然，在实践中，人们出于方便经常使用背板，以及因为模具瓦不是适当硬化的。
背板或冲头保持器垫板12被保持器件，例如六角头固定螺钉11支持在工作位置，顶住压机的上模具瓦，六角螺钉11插入组件10的通孔内和螺纹固定到背板12上；销钉19精确地对准背板。可以理解，完全硬化的背板是典型提供的，以节约模具瓦(图中未示出)，它典型地是不硬化的，如果保持器组件10遗漏，它会损坏；尽管本发明的工作能力不受缺少背板的影响，只要保持器组件直接固定到模具瓦上，使用寿命取决于模具瓦。
参见图7，示出另一实施例，其楔块51在保持器组件52的工具和楔块腔50内被螺钉传送，螺钉如六角头调节螺钉53。腔50的一个壁54向下倾斜锐角θ，与楔块的一个表面55相同，楔块与腔表面54协作以提供希望的楔入力。在壁54的上部具有切槽，其长度相当于六角调节螺钉53的螺纹长度。螺钉53的上端凸出于切槽的57处，以及螺钉头在58处邻接楔块的下表面。腔50的倾斜壁54具有螺纹以接收调节螺钉53，这样当螺钉沿一个方向转动时，楔块向上对着背板12移动，而当螺钉的转动方向相反时，楔块向下移动。拧入的程度(即沿倾斜壁测量的长度)切入壁54，相当于楔块的行程。如前所述，楔块51的工具匹配表面56是垂直的弧形的，以紧密地接收冲头20的圆柱柄部22。如前所述，背板固定至模具瓦，以及在其它实施例的说明中，使用楔块，和固定背板至模具瓦等不再重述。
参见图8，工具和楔块腔60设置在带有倾斜壁64的保持器组件66内，以及楔块61具有与壁64协作的倾斜表面65，每个表面相对于锐角θ倾斜的钝角为α。术语“钝角”是指楔表面和垂直平面相交形成的角度(如图中所示)，在下右象限内向前观察和在垂直线处向上开始测量的。这点与使用术语“锐角”是一致的。显然，钝角α是锐角θ的互补角，但方向相反，因为如果呈镜像关系，镜子位于相对于纸垂直的平面上。为了方便和直观地传达这种关系，楔块倾斜表面的钝角α在下文称作“向上钝角”。如前所述，向上钝角不是狭窄才好，只要它小于180°和大于90°(相对于垂直平面)，但很明显，大于120°的角度可提供适当的楔入功能。最好此角度在约135°至179°范围内，较小的角度通常便于释放楔块。对于大多数冲头保持器组合，最佳的钝角在约160°至约179°之间。
向上倾斜的楔块特别用于冲头拔离器，它经受比球体锁定机构容许的更高的力。楔块61设置带有局部螺纹的镗孔62，这样当螺钉的末端偏压顶住背板12时，拧在镗孔内的六角螺钉63的转动使楔块上、下移动。如前所述，柄部22紧密地接收在工具匹配表面67内。当螺钉转动使楔块向下移动时，楔块锁定柄部22就位；当楔块向上移动时，柄部被释放。
由于楔块61具有向上倾斜的表面，保持器组件和楔块的组合应在它固定到模具瓦之前装配。螺钉63拧入楔块61内，使螺钉的末端与楔块的表面齐平，以及将此组件放置到背板12上。保持器组件66随后配合在楔块上，这样使协作的倾斜表面接触以及楔块被捕捉。保持器组件随后固定在背板上。这个程序在所有情况下得到遵守，只要其一个楔表面是向上倾斜的。在固定到模具瓦之前在保持器组件内捕捉楔块的优点是楔块不会错位。
参见图9，保持器组件75设置工具和楔块腔70，它具有倾斜壁74和楔块71具有倾斜表面77，与壁74协作，每个表面向上倾斜锐角θ。楔块71设置螺纹镗孔72供螺钉73拧入。螺钉73的一部分73’带有左手螺纹，而其余部分73″带有右手螺纹。因此，楔块71内的螺纹镗孔相对于背板12内的螺纹镗孔是反向的。螺钉以类似于松紧螺套的方式工作。如前所述，保持器组件内的楔块在固定到模具瓦之前被捕捉，以及柄部22紧密地接收在工具匹配表面76内。当螺钉转动时，使楔块向下移动，楔块锁定柄部22就位；当楔块向上移动时，柄部被释放。
参见图10，保持器组件85设置工具和楔块腔80它具有垂直壁84和楔块81具有垂直表面83，与壁84协作，每个表面倾斜的钝角为α。楔块的工具匹配表面85向上倾斜锐角θ，以及适合于紧密地接收柄部22的相应的钝角倾斜表面。由于柄部是圆柱形，倾斜表面86是弧形的。楔块81设置贯通镗孔42，供六角螺钉43拧入以及卡环44，它位于螺纹上面的切槽内。如前所述，柄部22紧密地接收在工具匹配表面85内；以及楔块81的尺寸是这样的，拧紧六角螺钉43可固定柄部在保持器组件内；松开螺钉允许卡环帮助移动楔块和释放冲头。
参见图11，保持器组件95设置工具和楔块腔90，它具有倾斜壁94，和楔块91具有倾斜表面95与壁94协作，每个表面向下倾斜锐角θ。楔块的工具匹配表面96向上倾斜锐角θ以及适合于紧密地接收柄部22的相应的钝角倾斜表面97。由于柄部是圆柱形，表面96是弧形的。楔块91设置贯通镗孔42，供六角螺钉43插入以及卡环44，位于螺纹上面的切槽内。如前所述，柄部22紧密地接收在工具匹配表面96内；以及楔块91的尺寸是这样的，拧紧螺钉43可固定柄部在保持器组件内；松开背板12内的螺钉43可以使卡环帮助移动楔块和释放冲头。
在本发明各实施例的上述说明中，所示的柄部是普通的圆柱形以及用于在普通的情况下用冲头在一条备料上冲出圆孔，如果相对于模具衬套的间隙设置正确，则柄部在腔内的转动是不重要的。然而在某些情况下冲头、保持器组件和模具衬套的协作表面的尺寸公差是重要的和必须严格控制的，冲孔要求公差小于25.4μm(微米)或0.001″(英寸)。例如，这里末端是非圆形的横截面和柄部是圆柱形的，以及末端在相应形状的模具衬套内以间隙12.7μ m或0.0005″精确定位，圆柱形柄部设置平面以及相应的匹配平面设置在楔块的工具匹配表面上。当非圆形冲头的横截面在其上部和下部都是相同时，在保持器组件内的冲头腔也相应制成为带有最小间隙的，典型地为12.7μm。无论柄部的横截面是否圆形，在保持器组件内楔块固定冲头的力大大超过对于相同尺寸冲头相同用途中普通球体锁定和弹簧施加的力。例如，9.84mm(0.25″)的球体位于带有直径9.5mm(0.375″)柄部的冲头的袋窝内，球体和弹簧是普通的，当对冲头施加剥离力272.7kg(600ibs)时此9.84mm的球体破碎；当柄部被向下倾斜的楔块固定时(图6)，当冲头的滑动产生时，同样的柄部被剥离力909kg(2000ibs)支持。使用向上倾斜的工具匹配表面和向下倾斜的楔块倾斜表面两者(图11)，不会有这样的滑动产生。
在图5，6，9，10，11，12和14所示的实施例中也可以发现，在工具和楔块腔内的楔块是被拧入背板内的螺钉支持，但在图7和8所示的实施例中螺钉不是这样拧入的，尽管除图7以外，在全部实施例中螺钉与背板协作以移动楔块。
参见图12，示出保持器组件100向上观察的底平面图，其多个冲头101，102，103和104用销钉19以普通方式支持和定位，然后用六角螺钉11固定顶住背板。每个冲头是正确硬化钢或其它金属棒，这种棒具有均匀的横截面，但每个棒的横截面的形状不同。每个棒用具有相应形状工具匹配表面的楔块固定，以接受冲头的周边的一部分。周边的其余部分被与楔块相对的保持器内相应形状的工具匹配面接收。在每个上述楔块内，工具匹配表面是垂直的以及相对的倾斜表面的向下锐角为θ。在每种情况下，楔块在其相应的工具腔内可垂直移动至足以释放工具的程度，无论是冲头、成形工具或模具衬套。
图13是冲头103的透视图，它实质上是六角形横截面的，与图12内楔块和冲头103的组合相同。约1/3的冲头周边被楔块10的1/3六角形工具匹配表面110接收，以及其余2/3被切入保持器组件的相应的2/3六角形的垂直表面接收。
参见图14，这里示出一对模具衬套105和106，分别被楔块107，108固定在公共的模具衬套保持器组件110内，而它又用六角螺钉11固定到冲压机的下模具瓦。每个模具衬套是非圆形的和具有平面的上表面，在其上限定末端接收贯通通道以接收相对于公共的模具保持器组件精密定位的相应的非圆形冲头和相应的冲头。在每种情况下，楔块倾斜表面是相对于非圆形的末端精确机加工的。其目的是提供模具衬套的高度紧固和精确位置，而没有任何结构部件凸出于保持器组件110的表面之上，这就是说不会干扰在模具保持器上精确定位的备料。
参见图15，这里示出具有椭圆锥度贯通镗孔19的模具衬套106，它在保持器组件的表面上设置精确计算的椭圆形冲头的间隙以接收它。模具衬套106的一部分设置平面111，它被楔块108上相应的平面支持。工具和楔块腔112以模具衬套106和楔块108的周边为轮廓，腔壁113与垂直线倾斜锐角θ，这是倾斜表面的平面和通过六角螺钉43的垂直平面之间的倾斜角，在上左象限向前观察的。如前所述，楔块的工具匹配表面是平面垂直的，六角螺钉43拧入背板(图中未示出，当螺钉拧紧时，固定模具衬套就位，当螺钉松开时，释放模具衬套。如前所述，这项工作可借助弹簧垫圈44而便利进行，弹簧垫圈44介于楔块的下表面和背板表面之间。
尽管图5，12和14所示的楔块的横截面指明它们是由矩形坯料切割的，如图8，9，10和11内切割的楔块，显然，楔块可以切割成具有任意横截面的(在所示横向平面内)，只要工具匹配表面对应于工具的表面，以及楔块倾斜表面对应于保持器内的倾斜表面。
参见图16，示出冲模的柄部22被支持在公共的保持器组件120内形成的工具腔内，支持使用了局部扩口的锥形楔块121，它紧密地接收在保持器组件内切割的局部锥体的倾斜表面之间，上述表面划线和切割向下的倾斜角度θ。切入组件内局部锥体的锥度表面相当于锥形楔块的锥度表面，其上部轮廓如虚线122所示。楔块的表面123和126是垂直的平面。楔块的工具匹配表面124是垂直的弧形的，但相当于柄部22的平圆柱表面的平面部分128除外。如前所述，六角螺钉11和销钉19固定保持器组件至模具瓦以及带有在螺纹上面切槽内卡环的六角带肩螺栓125固定锥形楔块至保持器组件120，这样压紧锥形楔块顶住保持器组件就锁定组件内的柄部22，以及松开螺栓125就释放楔块，允许它向下移动。
在保持器组件20内的另一个楔块130是整体成形的。它具有平面的楔块倾斜表面，其下边缘131是向下倾斜角度θ，表面的上边缘用虚线132指示。表面133是垂直和弧形的，局部是圆柱形，向外弯曲的；工具匹配表面135是垂直和弧形的，以及局部是圆柱形向内弯曲的；表面134表示作为局部多边形的周边的剩余的垂直表面。从实际的观点看，人们应选择能最好适应手边任务目的的楔块形状，以及使用能经济切割的形状。
在每个上述的实施例中，可以明显地看出，机加工楔块和保持器组件以提供希望的工具腔是保证可靠性和精确性的关键，而在为同样目的使用的任何现有技术的工具和保持器的组合中它们经常是达不到的。同样明显的是，如果希望，楔块可以具有多个倾斜表面。尽管楔块，冲头或模具衬套和保持器组件及正确的工具腔可以用机加工使它们单独成形为希望的规范，但最佳的方法是使工具腔和楔块实质上同时成形。可以借助普通的移动金属丝-放电加工机床(TW-EDM)来做到这一点，在此机床上一条细的连续的金属丝电极由供应卷轴至收卷卷轴轴向移动，以及保持器坯件放置在移动金属丝电极的邻接位置，而电能以时间间隔电脉冲的形式跨过机加工间隙供给，机加工间隙在移动金属丝和坯料之间形成，并存在介电的流体以产生一系列的放电来清除坯料上的材料。当清除材料进行时，坯料相对于轴向移动的金属丝电极以预定的路径位移，以便在坯料中产生希望的切割花样。
设计为进行移动金属丝-放电加工的普通机床设置一对支承臂，由竖立安装在机床底座上的立柱伸出，一个支承臂引导由供应卷轴解开的连续的金属丝电极至放置工件机加工部分的机加工区，而另一个支承臂引导已结束机加工行动的金属丝电极至收卷卷轴。金属丝电极的轴向移动受控制转动装置的影响，它由供应和刹车滚轴件组成，它以足够的张力拉伸在支承元件之间引导的移动的金属丝以便使金属丝电极在机加工位置相对于工件平稳地和精确地移动。其结果是，硬化的工具钢坯料可以精确地切割。当然，此机床是正确程序化的。当然，楔块可以由非硬化的合金钢切割，它可能不需要硬化，或者以后再硬化。由硬化钢切割楔块的优点是减少可能在硬化中产生的变形。机加工希望的坯料的非常适用的机床是Mitsubishi FX10(三菱)，它可以使用厚度约0.254mm(0.010″)的金属丝最好地工作。机床用的编程序说明书是普通的，对于技术熟练人士是已知的，在此不需要详细说明。
现在可以明显看出，工具的长度大于它支持在其内的保持器组件的厚度，由与保持器组件和楔块相同硬化钢坯料切割工具是不经济的。例如，图6所示的冲头的长度为7.62mm(3″)，保持器组件的厚度典型地为2.54mm(1″)。因此，此工具，以及最好许多相同或不同的工具由单独的坯料切割，它的长度(7.62mm)适当大于切割楔块和保持器组件用的坯料(2.54mm)。
以上进行了一般性讨论，解释了工具和楔块的各种组合，以及介绍了本发明和进行加工的最佳方式的实例，可以明显地看出，本发明可以与其它的工具结构相结合，其中一些已经说明。可楔锁定的工具提供了久远问题的有效解决。因此应该理解，对说明和讨论的专门的实施例没有提出过分的限制，特别是本发明不应局限于盲从地遵守上述的细节。
权利要求
1.一种工具结构，其组合具有带有垂直地延伸的工具和楔块接收腔的保持器组件；带有上部和下部的工具，上述上部适用于紧密地接收在上述工具和楔块接收腔内；位于上述腔内的楔块元件，上述楔块元件具有至少一个楔入表面，以锐角倾斜至垂直和工具接触表面；以及紧固元件，它与上述楔块元件协作用，可释放地锁定上述上部在上述工具和楔块接收腔内。
2.根据权利要求1的工具结构，其特征在于，上述楔块元件具有至少一个楔入表面，以向下的锐角倾斜。
3.根据权利要求1的工具结构，其特征在于，上述楔块元件具有至少一个楔入表面，以向上的锐角倾斜。
4.根据权利要求1的工具结构，其特征在于，上述楔块具有第一楔入表面，以向下的锐角倾斜，以及第二楔入表面，以向上的锐角倾斜。
5.根据权利要求1的工具结构，其特征在于，上述上部是非圆形的和非转动地锁定在上述腔内。
6.根据权利要求1的工具结构，其特征在于，上述上部或柄部是非圆形的横截面；以及上述下部或末端是非圆形的横截面，它可以是与上述柄部相同的或不同的。
7.根据权利要求1的工具结构，其特征在于，上述工具选择自在冲头保持器组件内固定的冲头，以及在模具保持器组件内固定的模具衬套，它适用于在上述保持器的上表面上面支承一条材料或备料。
8.根据权利要求7的工具结构，其特征在于，上述模具衬套具有第一上表面，它限定其上的末端接收贯穿通道，以及上述楔块具有第二上表面；以及上述第一和第二上表面每个都未能在上述保持器组件的上表面上面实质性地延伸。
9.根据权利要求1的工具结构，其特征在于，它具有背板，适合于固定至上述保持器组件，上述背板适合于固定至冲压机的模具瓦。
10.根据权利要求9的工具结构，其特征在于，上述楔块元件具有至少一个楔入表面，以向下的锐角倾斜。
11.根据权利要求9的工具结构，其特征在于，上述楔块元件具有至少一个楔入表面，以向上的锐角倾斜。
12.根据权利要求9的工具结构，其特征在于，上述楔块元件具有第一楔入表面，以向下的锐角倾斜，以及第二楔入表面，以向上的锐角倾斜。
13.根据权利要求9的工具结构，其特征在于，上述上部是非圆形的和非转动地锁定在上述腔内。
14.根据权利要求9的工具结构，其特征在于，上述上部或柄部是非圆形的横截面；以及上述下部或末端是非圆形的横截面，它可以是与上述柄部相同的或不同的。
15.根据权利要求9的工具结构，其特征在于，上述紧固元件是螺纹固定在上述背板内的螺钉。
16.一种工具，例如冲头、成形工具或模具衬套，在保持器组件内的固定方法，它包括在上述保持器组件内成形垂直地延伸的工具和楔块腔；成形适合于插入上述工具和楔块腔的楔块，上述楔块具有至少一个倾斜表面和工具匹配表面；成形上述楔块以提供工具匹配表面和楔块倾斜表面，它相当于倾斜的保持器组件的接触表面；装配上述楔块和保持器组件，这样形成工具腔；插入上述工具到上述工具腔内，这样使其被紧密地接收以及可相对于上述工具匹配表面滑动；以及固定上述楔块到上述保持器组件内，从而提供上述工具匹配表面和上述工具之间的相对的移动，以便可释放地锁定上述工具到上述腔内。
17.根据权利要求16的方法，其特征在于，它包括加工相对于上述腔的其它表面的上述楔块倾斜表面至希望的公差，以及上述楔块倾斜表面是相对于上述工具匹配表面相反设置的。
18.根据权利要求16的方法，其特征在于，它包括螺纹固定上述楔块在上述保持器组件内。
19.根据权利要求18的方法，其特征在于，它包括用螺钉螺纹拧入背板螺纹固定上述楔块在上述保持器组件内。
20.根据权利要求18的方法，其特征在于，它包括用螺钉螺纹拧入上述保持器组件螺纹固定上述楔块。
21.一种成形楔块的方法，楔块具有倾斜表面，倾斜至垂直表面，以及保持器组件具有由工件相应倾斜的匹配表面，工件适合于成形工具，例如冲头，成形冲头或模具衬套，上述方法包括将上述工件放置在移动金属丝放电加工机床上，上述机床编程序以切割希望的轮廓，它相当于具有一个倾斜表面的上述楔块的平面图，以及用金属丝电极切割上述工件以成形上述楔块。
全文摘要
普通的球体锁定机构已经被适合于锁定工具的楔块代替,这些工具例如冲头、成形工具或保持器组件内的模具衬套,在其中工具可以相对于保持器组件精确地定位。借助由保持器组件移出楔块就可以释放工具。楔块的倾斜表面可以向上或向下以锐角倾斜至垂直表面,或者楔块可以同时具有向上和向下的倾斜表面。工具的上部最好是非圆形的,以及当楔块设置在保持器组件内时,它支持在形成的工具腔内。楔块的一个表面(其工具匹配表面)适合对应于工具与楔块的接触表面。可滑动地设置在保持器内的楔块组件,最好与硬化的背板一起使用,而不是直接固定到模具瓦上。介绍了数种在保持器组件内固定楔块的实施例,其中每个楔块是可垂直移动的,成形楔块的最佳方法是用金属丝放电加工机床由硬化的工具钢坯料切割而成。
文档编号B21D28/34GK1360525SQ00810169
公开日2002年7月24日 申请日期2000年7月6日 优先权日1999年7月12日
发明者小弗朗西斯·理查德·简克 申请人:小弗朗西斯·理查德·简克