专利名称：用于金属板的钻孔冲头、包括该冲头的金属板钻孔设备及其方法
技术领域：
本发明涉及一种用于冲压金属板的冲头、具有该冲头的金属板冲压设备及其方法。
背景技术：
[专利文献 l]JP-A-2005-262263[专利文献 2] JP-A-2002-153920已经提出这样的冲压设备其中，冲头包括柱形冲头本体和一体地形成在该冲头 本体一端面上的圆锥形突起，该冲头本体的外径小于冲模的孔直径，该冲头压抵金属板以 通过冲头的突起在金属板上预先形成穿孔。当在金属板的运动由插入穿孔内的突起限制的 状态中冲头本体从冲模的圆孔的一端进一步插入冲模的圆孔时，金属板绕冲模的柱形内表 面的环形边缘与冲头本体协配而破裂以在金属板中形成通孔(例如，参照专利文献1和2)， 该环形边缘限定冲模的圆孔的一端。
发明内容
本发明要解决的问题根据这种冲压装置，金属板通过突起定位，且通过主要对金属板施加拉力而不是 剪切力来形成通孔，从而在金属板上精确地形成通孔而不会产生毛刺。但是，如果要在金属 板上形成的通孔的孔直径变小，则由于该端面的外周缘的弯曲部分和突起的底表面，与冲 模的柱形内表面的环形边缘协配对金属板施加拉力的冲头本体的环形端面基本上不再存 在。因此，在通过冲头的突起在金属板上形成穿孔之后，可能通过冲头本体使穿孔本身直径 扩大，由此使得不可能通过拉力在金属板上形成通孔。因而，如果通过减小圆锥形突起尖部处锥角而使突起的底平面的宽度变小以确保 冲头本体内固定大小(宽度)的端面，则突起会变得极其纤细，这使得难以确保突起的强度 并损害耐用性。另一方面，如果改为通过使突起的总高度变低而使突起的底平面的宽度变 小，则在由突起形成穿孔之后突起易于从穿孔脱落，使得难以实现对金属板运动的限制。因 此，可能不能通过与冲模的柱形内表面的环形边缘协配的冲头本体的端面均勻地对金属板 施加拉力。考虑到上述方面设计了本发明，且其目的是提供一种用于冲压金属板的冲头，其 能够确保突起的强度且不损害耐用性，但也可确保冲头本体内固定尺寸(宽度)的端面，且 其能够通过确保即使在形成穿孔之后由突起限制金属板的运动而使金属板定位，且其能够 避免由于冲头本体使穿孔本身直径扩大，由此能够通过绕与冲头本体协配的冲模的柱形内 表面的限定冲模的孔的一端的环形边缘周围通过拉力可靠地使金属板破裂而在金属板上 形成通孔，并提供一种具有该冲头的金属板冲压设备，及其方法。解决问题的方法
根据本发明的用于冲压金属板的冲头包括形成柱形的冲头本体和一体地设置在 该冲头本体的一端面上的突起，其中突起包括柱形部分和圆锥形或棱锥部分，柱形部分一 体地设置在冲头本体的一端面上并具有底平面和顶平面，圆锥形或棱锥部分一体地设置在 柱形部分的顶平面上，且该冲头本体包括平行于轴线延伸的柱形表面、围绕柱形部分的底 平面并垂直于轴线延伸的环形表面、以及从环形表面的外边缘延伸到柱形表面的一边缘的 弯曲表面。根据上述用于冲压金属板的冲头，突起具有一体地设置在冲头本体的一端面上并 具有底平面和顶平面的柱形部分。因此，即使使突起的圆锥形或棱锥部分的顶角较大以能 够获得足够的强度和耐用性，且使突起的总高度较高以防止在通过突起形成穿孔后突起从 穿孔脱落，也可确保围绕突起的柱形部分的底平面并垂直于轴线延伸的环形表面在冲头本 体的端面上具有足够的宽度。因此，能够避免冲头本体使穿孔本身的直径扩大，且可绕与冲 头本体协作的冲模的柱形内表面的限定冲模的孔的一端的环形边缘通过拉力可靠地使金 属板破裂，由此能够在金属板上精确地形成通孔而不会产生毛刺。根据本发明的用于冲压金属板的冲头可用于适于通过突起在金属板上冲压穿孔 的金属板冲压设备，且该冲头在金属板的运动被插入冲孔的突起的柱形部分限制的状态下 从冲模的孔的一端进一步插入冲模的孔以由此绕冲模的柱形内表面的限定冲模的孔的一 端的环形边缘使金属板破裂，从而在金属板上形成通孔。在本发明中，冲头本体可形成柱形，包括三边棱柱、四边棱柱、多边棱柱，且圆锥形 或棱锥部分可形成棱锥形状，包括三棱锥、四棱锥和多棱锥。但在较佳实例中，冲头本体和 圆锥形或棱锥部分可分别形成圆柱形或圆锥形。在该情况下，根据本发明的用于冲压金属 板的冲头可包括形成圆柱形的冲头本体和一体地设置在该冲头本体的一圆形端面上的突 起，其中突起包括圆柱形部分和圆锥形部分，圆柱形部分一体地设置在冲头本体的一圆形 端面上并具有与该圆形端面同心的圆形底平面和圆形顶平面，圆锥形部分一体地设置在圆 柱形部分的圆形顶平面上，且该冲头本体包括平行于轴线延伸的圆柱形表面、围绕圆柱形 部分的圆形底平面并垂直于轴线延伸的圆环形表面、以及从圆环形表面的外边缘延伸到圆 柱形表面的一边缘的弯曲表面。在孔冲压冲头具有圆柱形冲头本体的情况下，如果假设冲头本体的半径为rl，弯 曲表面的曲率半径为r2，圆柱形部分的半径为r3，圆柱形部分的高度为h，且所要冲压的金 属板的厚度为t，则r3 < !^-^，且！! > t+r3就足够了。在较佳实例中，圆柱形冲头本体的直径范围在Imm至25mm、Imm至10mm、或Imm至 5mm，但本发明并不限于此。用于冲压金属板并具有圆柱形冲头本体的冲头可用于适于通过突起在金属板上 冲压穿孔的金属板冲压设备，且该冲头在金属板的运动被插入圆形冲孔的突起的圆柱形部 分限制的状态下从冲模的圆孔的一端进一步插入冲模的圆孔以由此绕冲模的圆柱形内表 面的限定冲模的圆孔的一端的圆环形边缘使金属板破裂，从而在金属板上形成通孔。在本发明中，突起的圆柱形部分可以是其中圆形底平面和圆形顶平面具有相同直 径的圆柱形部分，或可替代地是圆形顶平面的直径比圆形底平面的直径小的所谓截头圆锥 形、且在截头圆锥形表面延长情况下的顶角小于突起的圆锥形部分的顶角的圆柱形部分。 此外，为了通过减少造成毛刺的剪切作用而令人满意地使金属板拉力破裂，弯曲表面可具有0. Imm至5mm的曲率半径R。用于冲压金属板的设备包括根据上述方面中任一方面的用于冲压金属板的冲 头；以及具有冲头插入其中的孔或圆孔的冲模。如果假设金属板的厚度为t，作为冲头本体与冲模的孔或圆孔之间间隙的差值如 果不小于0. 15t或不大于2mm就足够了。一种通过上述根据本发明用于冲压金属板的设备在金属板上形成通孔的方法，包 括以下步骤通过突起在金属板上形成穿孔；以及在金属板的运动被插入穿孔的突起的柱 形部分或圆柱形部分限制的状态下，将冲头从孔或圆孔的一端进一步插入冲模的孔或圆孔 内，以由此绕冲模的柱形内表面或圆柱形内表面的限定孔或圆孔的一端的环形边缘或圆环 形边缘使金属板破裂。对于通过根据本发明的冲压设备或方法冲压的金属板，为了获得满意的结果，其 厚度在0. 4mm至2. Omm之间或左右，但为了获得更满意的结果，其厚度在0. 6mm至1. 6mm之 间或左右。本发明的优点根据本发明，能够提供一种用于冲压金属板的冲头，其能够确保突起的强度且不 损害耐用性，但也可确保冲头本体内固定尺寸(宽度)的端面，且其能够通过确保即使在形 成穿孔之后由突起限制金属板的运动而使金属板定位，且其能够避免由于冲头本体使穿孔 本身直径扩大，由此能够通过绕与冲头本体协配的冲模的柱形内表面的限定冲模的孔的一 端的环形边缘周围通过拉力可靠地使金属板破裂而在金属板上形成通孔，并提供一种具有 该冲头的金属板冲压设备，及其方法。接着，根据附图所示较佳实施例给出本发明的更详细说明。应当注意，本发明并不 限于这样的实施例。
图1是本发明的较佳实施例的剖视图；图2是用于图1所示实施例中的冲头的一部分的示意图；图3是图2所示冲头的正视图；图4是用于图1所示实施例的冲头和冲模的示意图；图5是说明图1所示实施例的运行的示意图；图6是说明图1所示实施例的运行的示意图；图7是说明图1所示实施例的运行的示意图；图8是说明图1所示实施例的运行的示意图；以及图9是说明常规实例的运行的示意图。
具体实施例方式在图1至4中，根据该实施例的金属板冲压设备1包括上冲模保持件2，其通过 液压缸等升高和降低；压制板3，其固定到上冲模保持件2 ；压制垫5，其通过弹性件4从上 冲模保持件2悬置；冲头保持件7，其构造成通过螺栓6等固定到压制垫5的冲头单元；下 冲模9，要经受冲压的金属板8放置在该下冲模9上；以及冲模10，其嵌入下冲模9内。
冲头保持件7包括中空圆筒形壳体11，其通过螺栓6等固定到压制垫5 ；中空柱 形滑动件12，其可滑动地垂向地配装到壳体11 ；冲头13，其可滑动地垂向地配装在滑动件 12内；返回装置，其具有螺旋弹簧14，该螺旋弹簧14设置在滑动件12内并适于通过借助于 冲头13向上弹性推压滑动件12而使冲头13和滑动件12返回到其初始位置；以及滑动引 导件15，其设置在壳体11内以引导冲头13的垂向运动。滑动件12具有凹陷21并适于在凹陷21处与固定到壳体11的定位销22配合，从 而滑动件12不会由于螺旋弹簧14的弹性而从壳体11脱落。滑动件12适于当上冲模保持 件2降低时由压制板3向下按压。用于冲压金属板8的冲头13包括冲头本体25，其形成圆柱形；突起27，其一体地 设置在作为冲头本体25的一端面的圆形端面沈上；以及套环四，其一体地设置在作为冲 头本体25的另一端的圆形端面观上。冲头本体25具有平行于轴线31延伸的柱形表面32、垂直于轴线31延伸的环形表 面33、以及从圆环形表面33的外边缘延伸到柱形表面32的外边缘的弯曲表面34。冲头本 体25的直径Dl ( = 2Xrl)的范围为Imm至25mm、Imm至10mm、或Imm至5mm，弯曲表面34 的曲率半径r2的范围为0. Imm至5mm。突起27包括具有高度h的柱形部分43，其与圆形端面沈同心地设置在冲头本 体25的一圆形端面沈上并具有直径D3( = 2Xr3)比圆形端面沈的直径Dl小的圆形底 平面41和圆形顶平面42，该柱形部分43 —体地设置在圆形底平面41处；以及圆锥形部分 45，其与圆形顶平面42同心地设置在柱形部分43的圆形顶平面42上，并具有与圆形顶平 面42的直径D3相同直径的圆形底平面44，圆锥形部分45 —体地设置在圆形底平面44处。 柱形部分43的圆形底平面41被冲头本体25的环形表面33围绕。在上述冲头13中，如果假设冲头本体25的半径为rl ( = Dl X 1/2)，弯曲表面34 的曲率半径为r2，柱形部分43的半径为r3 ( = D3 X 1/2)，柱形部分43的高度为h，且所要 冲压的金属板8的厚度为t，则r3 < !^-^，且！! > t+r3。螺旋弹簧14在其一端邻靠套环四并在其另一端邻靠滑动引导件15的凸缘部分 51。除了凸缘部分51之外，滑动引导件15还具有与凸缘部分51 —体形成并在壳体11的 孔52内配装在壳体11内的圆筒形部分53，且该圆筒形部分53通过圆筒形部分53的内周 表面滑动地引导和支承冲头13的冲头本体25的下端部分。冲模10具有冲头13插入其中的圆孔61和与圆孔61连续且直径比圆孔61大并 适于排放冲压废料62 (参见图8)的圆孔63。圆孔61的直径D4与圆形端面沈的直接Dl 的比值D1/D4不小于0. 80。如果所要冲压的金属板8的厚度假设为t，圆形端面沈的半径 rl ( = Dl X 1/2)与冲模10的圆孔61的半径r4( = D4Xl/2)之间的差值(间隙)f不小于 0. 15t且不大于2mm。圆孔61由冲模10的柱形内表面64限定，且柱形内表面64的一环形 边缘由柱形内表面64和冲模10的垂直于该柱形表面64的一环形端面66之间的相交边缘 限定并形成直角边缘。在上述冲压设备1中，当压制板3、压制垫5和冲头保持件7随着上冲模保持件2 的下降而下降时，放置在下冲模9上的金属板8被压制垫5按压并通过夹在下冲模9与压 制垫5之间而固定。同时，滑动件12由压制板3按压，且冲头13随着滑动件12的下降而 下降。当冲头13下降时，通过突起27的圆锥形部分45并随后由柱形部分43在金属板8上形成穿孔71，如图5所示。在金属板8的运动受到插入穿孔71的突起27的柱形部分43 限制的状态下，冲头13进一步下降，且冲头13的冲头本体25插入冲模10的圆孔61内，如 图6所示。由此，与圆形端面沈的环形表面33接触的金属板8被该环形表面33按压，并 随着冲头本体25的下降而下降。在该下降中，位于圆形端面沈处弯曲表面34与冲模10 的柱形内表面64的限定圆形孔61的一端的环形边缘65之间的金属板8被圆形端面沈处 弯曲表面；34和冲模10的柱形内表面64的环形边缘65拉伸和拉长。因此，金属板8在冲 模10的环形边缘65侧处被扯断和破裂，如图7所示。在金属板8在冲模10的环形边缘65 侧处破裂之后，冲头13升高，如图8所示，同时通过圆形孔63排出冲压废料62。因此在金 属板8上形成通孔72。顺便提及，对于冲头13，突起27具有一体地设置在冲头本体25的一环形表面33 上并具有圆形底平面41和圆形顶平面42的柱形部分43。因此，即使使突起27的圆锥形部 分45的尖部处的锥角较大以能够获得足够的强度和耐用性，且使突起27的总高度较高以 防止在由突起27形成穿孔71之后突起27从穿孔71脱落(图9中示出常规实例中突起27 从穿孔71脱落)，也可确保围绕突起27的柱形部分43的圆形底平面41并垂直于轴线31 延伸的环形表面33在冲头本体25的圆形端面沈上有足够的宽度。因此，可围绕与冲头本 体25协配的冲模10的限定冲模10的圆孔61的一端的柱形内表面64的环形边缘可靠地 使金属板8破裂，由此能够在金属板8上精确地形成通孔72。此外，由于弯曲表面34的曲率半径r2为0. Imm至5mm之间，所以能够减小构成毛 刺成因的剪切作用并通过拉力更令人满意地使金属板8破裂。此外，由于比值D1/D4不小 于0. 80，且差值f不小于0. 15t，所以除了轻微剪切之外主要发生拉力破裂，从而能够在金 属板8上有效地形成通孔72。对于冲压设备1，通过垂向移动冲头13形成通孔72，但也可通过倾斜地移动冲头 13在金属板8的倾斜部分上形成通孔72。
权利要求
1.一种用于冲压金属板的冲头，所述冲头包括形成柱形的冲头本体和一体地设置在 所述本体的一端面上的突起，其中所述突起包括柱形部分和圆锥形或棱锥部分，所述柱形 部分一体地设置在所述冲头本体的所述一端面上并具有底平面和顶平面，所述圆锥形或棱 锥部分一体地设置在所述柱形部分的所述顶平面上，且所述冲头本体包括平行于轴线延伸 的柱形表面、围绕所述柱形部分的所述底平面并垂直于所述轴线延伸的环形表面、以及从 所述环形表面的环形外边缘延伸到所述柱形表面的环形边缘的弯曲表面。
2.如权利要求1所述的用于冲压金属板的冲头，所述冲头用于金属板冲压设备，所述 金属板冲压设备适于通过所述突起在金属板上冲压穿孔，在所述金属板的运动受到插入所 述冲孔的所述突起的所述柱形部分的限制的状态下，所述冲头从冲模的孔的一端进一步插 入所述冲模的所述孔，以由此绕所述冲模的柱形内表面的限定所述冲模的所述孔的一端的 环形边缘使所述金属板破裂，从而在所述金属板上形成通孔。
3.一种用于冲压金属板的冲头，所述冲头包括形成圆柱形的冲头本体和一体地设置 在所述冲头本体的一圆形端面上的突起，其中所述突起包括圆柱形部分和圆锥形部分，所 述圆柱形部分一体地设置在所述冲头本体的所述一圆形端面上并具有与所述圆形端面同 心的圆形底平面和圆形顶平面，所述圆锥形部分一体地设置在所述圆柱形部分的所述圆形 顶平面上，且所述冲头本体包括平行于轴线延伸的圆柱形表面、围绕所述圆柱形部分的所 述圆形底平面并垂直于所述轴线延伸的圆环形表面、以及从所述圆环形表面的圆环形外边 缘延伸到所述圆柱形表面的圆环形边缘的弯曲表面。
4.如权利要求3所述的冲头，其特征在于，如果假设所述冲头本体的半径为rl，所述弯 曲表面的曲率半径为r2，所述圆柱形部分的半径为r3，所述圆柱形部分的高度为h，且所要 冲压的所述金属板的厚度为t，则r3 < !^-^，且！! > t+r3。
5.如权利要求3或4所述的冲头，其特征在于，所述冲头本体的直径范围为Imm至 25mm、Imm 至 10mm、或 Imm 至 5mm。
6.如权利要求3至5中任一项所述的用于冲压金属板的冲头，所述冲头用于金属板冲 压设备，所述金属板冲压设备适于通过所述突起在金属板上冲压穿孔，在所述金属板的运 动受到插入所述冲孔的所述突起的所述圆柱形部分限制的状态下，所述冲头从冲模的圆孔 的一端进一步插入所述冲模的所述圆孔，以由此绕所述冲模的圆柱形内表面的限定所述圆 孔的一端的圆环形边缘使所述金属板破裂，从而在所述金属板上形成通孔。
7.一种用于冲压金属板的设备，所述设备包括如权利要求3至5中任一项所述的用 于冲压金属板的所述冲头，以及具有其中插入所述冲头的圆孔的冲模。
8.—种通过如权利要求7所述的用于冲压金属板的设备在金属板上形成通孔的方法， 所述方法包括以下步骤通过所述突起在所述金属板上形成穿孔；以及在所述金属板的运 动由插入所述穿孔的所述突起的所述圆柱形部分限制的状态下，将所述冲头从所述圆孔的 一端进一步插入所述冲模的所述圆孔，以由此绕所述冲模的所述圆柱形内表面的限定所述 圆孔的一端的圆环形边缘使所述金属板破裂。
全文摘要
一种用于金属板的钻孔冲头，包括柱形冲头本体(25)和一体地设置在本体(25)的一端面(26)上的突起(27)。该突起(27)包括柱形部分(43)和圆锥形部分(45)，柱形部分(43)一体地设置在冲头本体(25)的一端面(26)上并包括底面和顶面，圆锥形部分(45)一体地设置在柱形部分(43)的顶面上。冲头本体(25)包括平行于轴线延伸的柱形表面(32)、围绕柱形部分(43)的底面并垂直于轴线延伸的环形表面(33)、以及从环形表面(33)的环形外边缘延伸到柱形表面的环形边缘的弯曲表面(34)。
文档编号B21D28/34GK102066019SQ20088012998
公开日2011年5月18日 申请日期2008年6月18日 优先权日2008年6月18日
发明者大石政利, 荒水照夫 申请人:奥依列斯工业株式会社, 有限会社旺兹