专利名称：步进协调式薄板精密冲裁方法
技术领域：
本发明涉及精冲工艺，特别是涉及一种步进协调式薄板精密冲裁方法。
背景技术：
金属板料的精密冲裁是成功应用Theodor Karman理论的结果。该理论的核心 是固体在多向受压的情况下比在单向受压时塑性好、变形状态更好，更易变形。 在板料精密冲裁时，利用精冲模特殊结构，在板料的剪切分离区，三向施压形成立 体压应力状态，对材料进行纯剪切分离，实现精密冲裁。德国人F.Schiess于1921 年根据这个理论发明了强力压边精冲工艺技术(简称FB精冲)，于1923年3月9日 获取德国专利。
我国开发推广应用精冲技术始于1965年，而真正进入推广应用的普及阶段还应 该从1979年开始，目前通过技术引进、国际技术交流、合资与外资企业大量采用 FB精冲技术的拉动，国内推广应用精冲技术开始步入迅速发展的推广普及期。国外 精冲设备，特别是瑞士四家世界著名精冲公司Feintool、 Schmid、 ESSA、 Hydrel， 但其精冲设备价格高昂，国内多数企业不愿购买，中小企业买不起。国内虽在上世 纪70年代后就有哈尔滨和内江两家机床厂开发生产出全液压三动精冲机，但液压密 封欠佳，技术性能尚待改进。
在各类机电与家电产品的结构零件中，大量采用料厚t〉0. 5 16mm的各种金属 材质、形状复杂的板状零件。由于其尺寸与形位精度要求高，特别是沿料厚方向要 求光洁、平直。常规的传统加工方法是由冲压供坯，用车、铣、刨、磨等切削加工 达要其技术要求，不仅工艺流程长、工序多，耗用工(台)时多，生产效率低，而 且零件互换性不好，劳动强度大，成本高，不能适应大量生产需要。实践证明，在 料厚t>3mm的中厚板和t〉4. 75mm厚板零件大批量生产中，推广应用精冲技术取代 有削加工，不仅可以取得很好的经济效益，同时还可以杜绝目前普通冲压生产中时 有发生的压手断指人身伤害事故，消减冲压噪声对环境的污染，获取令人满意的职 业安全与环保效益。采用现代冲压领域中的精密冲裁高技术，也充分体现出"以人 为本，坚持可持续发展"的科学发展观。
目前所生产的大部分精冲零件的壁厚范围从1.5y^ 7員。对于在仪器仪表、电脑、钟表、纺织针织机械等行业大量使用的壁厚小于l，的精冲零件，就目前广泛 应用的强力压边精冲工艺，在冲裁过程中，冲裁面的粗糙度、零件的平面度等要素 很难稳定地满足要求。产生这些问题的根本原因主要是冲裁过程中，齿圈和凸模不 能同时压入，从而影响冲裁面的光亮面、加快冲裁的开裂时间、增大冲裁面的开裂 面积，同时冲裁的最终断裂面在整个冲裁面中占很大的比例，影响了冲裁面的粗糙 度，并造成冲裁过程中冲裁面上的剪切变形、压縮变形和顺剪切方向的材料延伸变 形不均匀。为了解决薄板精冲所存在的上述技术问题，目前普遍采用的方法是较频 繁地对模具进行修正。其结果是需要有技术好、经验丰富的模具工经常为一套模具 服务。在生产任务紧张时就很难满足生产要求。并且目前薄板精冲模具的寿命也存 在较大的问题。因此使得薄板精冲零件的生产成本很高。由于薄板零件的冲裁面一 般不适合用机床进行加工。因此薄板零件的精冲问题成为目前机械制造行业急需解 决的问题之一。
发明内容
针对上述缺陷，本发明提供的步进协调式薄板精密冲裁方法，采用齿圈和凸模同步压 入薄板材料，从而获得冲裁面的光亮面、延迟冲裁的开裂时间、减小冲裁面的开裂面积。 本发明提供的步进协调式薄板精密冲裁方法，包括以下步骤
1) 模具闭合，齿圈首先压入薄板材料0.01-0.03mm，顶件器支撑薄板材料，然后凸 模压入薄板材料同样行程，保持齿圈与凸模在同一位置；
2) 凸模与齿圈继续以不同的速度压入薄板，并且凸模的压入行程比齿圈的压入行程 大，直至凸模的压入行程达到薄板厚度的1/4至1/3之间时结束；
3) 齿圈和凸模同步继续压入薄板材料，直至凸模到达薄板材料还剩余l/3至l/5厚 度处。
优选地，在上述步骤3)之后还进一步包括以下步骤
4) 齿圈保持不动，凸模继续压入直至零件从薄板材料完全分离。 优选地，在上述步骤4)之后还进一步包括以下步骤
5) 齿圈少量回程使凸模与薄板间松弛；
6) 顶件器解除对零件的压力，同时齿圈和凸模回程，并且凸模的回程比齿圈的回程
大；
优选地，上述步骤3)中齿圈和凸模同步压入薄板材料直至凸模到达薄板材料还剩余1/4厚度处。
优选地，上述步骤2)中凸模压入的行程比齿圈压入的行程大，其差值约为板厚的 1/3 1/4。
发明提供的步进协调式薄板精密冲裁方法，具体的工作过程如下 步骤l)模具闭合，齿圈首先压入薄板材料0. 01-0. 03mm，顶件器支撑薄板材料， 然后凸模压入薄板材料同样行程，保持齿圈与凸模在同一位置(将齿圈压紧、顶件 器反压力与凸模的初始压力分成两步执行，其时间差仅有0.5 1毫秒，其目的是使 材料开始进入冲裁准备阶段，同时所预压的深度量起到了减少冲裁面的毛刺的作 用。)；
步骤2)凸模与齿圈继续以不同的速度压入薄板，并且凸模的压入行程比齿圈的 压入行程大，直至凸模的压入行程达到薄板厚度的l/4至l/3之间时结束(为下一 步同步压入做准备)；
步骤3)齿圈和凸模同步继续压入薄板材料，直至凸模到达薄板材料还剩余1/3 至l/5厚度处(为了获得冲裁面的光亮面、延迟冲裁的开裂时间、减小冲裁面的开 裂面积，齿圈和凸模同步压下一定行程，行程大小与材料厚度和性能有关，在凸模 行程达到薄板厚度的1/3至1/5时同步动作结束。)；
步骤4)齿圈保持不动，凸模继续压入直至零件从薄板材料完全分离(齿圈保持 原有压力和位置不动，凸模继续冲裁行程，直到冲裁行程结束。因此压边齿圈的作 用是在很大程度上限制了冲裁面外的材料向冲裁面的位移。整个冲裁过程中纯剪切 变形只发生在凸模与齿圈间的区域内。断裂只发生在材料的很小剪切面上。通过凹 凸模的间隙、圆角足可保证该部分断裂面的粗糙度。因此也就保证了整个冲裁面的 粗糙度要求。)；
步骤5)齿圈少量回程使凸模与薄板间松弛(先将齿圈从薄板上松开，使薄板冲裁面 上的应力和变形得以释放，避免了冲裁面上材料与凸模在回程时产生较大的摩擦，同时也 减少了凸模的磨损，延长了模具的寿命。)；
步骤6)顶件器解除对零件的压力，同时齿圈和凸模回程，并且凸模的回程比齿 圈的回程大；
上述步骤2)中凸模压入的行程比齿圈压入的行程大(齿圈继续加大压力压紧薄 板，凸模继续冲裁行程，凸模的行程大于齿圈的行程，在冲裁面局部区域内产生了三向受压的应力状态，在剪切面上纤维产生沿凸模运动方向的拉伸，为保证冲裁面 的粗糙度要求，齿圈必须压下一定的行程。行程的大小与材料的厚度和性能有关。 凸模与齿圈的行程差由材料的厚度决定。)。
本发明提供的步进协调式薄板精密冲裁方法成功地解决了薄板精冲零件的光亮 冲裁面、毛刺和薄板零件的平面度、模具寿命、模具间隙和圆角参数确定等一系列 问题。同时凹凸模之间的间隙比FB精冲模具大得多，凹模圆角又远小于FB精冲模 具的圆角值。因此精冲模具制造成本可大大降低、精冲模具的安装和调试也变得较 容易。且在生产过程中不需要修正凹模的圆角，避免了需要配备高技术模具工专门 为一套模具服务的问题。由于在冲裁工艺中使用了松弛步骤，使该精冲模具的寿命 比FB精冲模具大大提高。为薄板精冲零件持续稳定地大批量生产创造了条件。同时 步进协调式薄板精冲工艺可在普通机械式冲压机上实现。因此与原精冲工艺相比， 可大大降低设备投资。这也使得该精冲工艺可在机械制造企业中大面积推广应用。 对薄板零件的生产方式产生革命性地改变。
图1是本发明实施例的动作及结构示意图2是本发明实施例的动作示意图3是本发明实施例的动作示意图4是本发明实施例的动作示意图5是本发明实施例的动作示意图6是本发明实施例的动作示意图7是本发明实施例的动作示意图8是本发明实施例的动作示意图9是本发明实施例的动作示意图IO是本发明实施例的动作示意图11是本发明实施例的动作示意图。
具体实施例方式
本发明实施例提供的步进协调式薄板精密冲裁方法，包括以下步骤如图l所 示，步骤l)模具开启，送入薄板材料，(该精密冲裁装置 包括凸模(1)、凹模(2)、压边齿圈(3)、顶件器(4)和薄板材料(5);如图2和图3所示，步骤l)模具闭合，齿圈首先压入薄板材料0. 01-0. 03mra， 顶件器支撑薄板材料，然后凸模压入薄板材料同样行程，保持齿圈与凸模在同一位 置(将齿圈压紧、顶件器反压力与凸模的初始压力分成两步执行，其时间差仅有0. 5 1 毫秒，其目的是使材料开始进入冲裁准备阶段，同时所预压的深度量起到了减少冲 裁面的毛刺的作用。齿圈继续加大压力压紧薄板，凸模继续冲裁行程，凸模的行程 大于齿圈的行程，在冲裁面局部区域内产生了三向受压的应力状态，在剪切面上纤 维产生沿凸模运动方向的拉伸，为保证冲裁面的粗糙度要求，齿圈必须压下一定的 行程。行程的大小与材料的厚度和性能有关。凸模与齿圈的行程差由材料的厚度决 定。)；
如图4所示，步骤2)凸模与齿圈继续以不同的速度压入薄板，并且凸模的压入 行程比齿圈的压入行程大，直至凸模的压入行程达到薄板厚度的1/4至1/3之间时 结束(为下一步同步压入做准备)；
如图5所示，步骤3)齿圈和凸模同步继续压入薄板材料，直至凸模到达薄板材 料还剩余1/3至1/5厚度处(为了获得冲裁面的光亮面、延迟冲裁的开裂时间、减 小冲裁面的开裂面积，齿圈和凸模同步压下一定行程，行程大小与材料厚度和性能 有关，在凸模行程达到薄板厚度的1/3至1/5时同步动作结束。)；
如图6所示，步骤4)齿圈保持不动，凸模继续压入直至零件从薄板材料完全分 离(齿圈保持原有压力和位置不动，凸模继续冲裁行程，直到冲裁行程结束。因此 压边齿圈的作用是在很大程度上限制了冲裁面外的材料向冲裁面的位移。整个冲裁 过程中纯剪切变形只发生在凸模与齿圈间的区域内。断裂只发生在材料的很小剪切 面上。通过凹凸模的间隙、圆角足可保证该部分断裂面的粗糙度。因此也就保证了 整个冲裁面的粗糙度要求。)；
如图7所示，步骤5)齿圈少量回程使凸模与薄板间松弛(先将齿圈从薄板上松开， 使薄板冲裁面上的应力和变形得以释放，避免了冲裁面上材料与凸模在回程时产生较大的 摩擦，同时也减少了凸模的磨损，延长了模具的寿命。)；
如图8所示，步骤6)顶件器解除对零件的压力，同时齿圈和凸模回程，并且凸 模的回程比齿圈的回程大；
如图9和图10所示，步骤7)模具开启，顶件器从凹模中顶出零件； 如图11所示，步骤8)吹除零件，完成精冲过程。本发明实施例提供的步进协调式薄板精密冲裁方法成功地解决了薄板精冲零件 的光亮冲裁面、毛刺和薄板零件的平面度、模具寿命、模具间隙和圆角参数确定等 一系列问题。同时凹凸模之间的间隙比FB精冲模具大得多，凹模圆角又远小于FB 精冲模具的圆角值。因此精冲模具制造成本可大大降低、精冲模具的安装和调试也 变得较容易。且在生产过程中不需要修正凹模的圆角，避免了需要配备高技术模具 工专门为一套模具服务的问题。由于在冲裁工艺中使用了松弛步骤，使该精冲模具 的寿命比FB精冲模具大大提高。为薄板精冲零件持续稳定地大批量生产创造了条 件。同时步进协调式薄板精冲工艺可在普通机械式冲压机上实现。因此与原精冲工 艺相比，可大大降低设备投资。这也使得该精冲工艺可在机械制造企业中大面积推 广应用。对薄板零件的生产方式产生革命性地改变。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来 说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视 为本发明的保护范围。
权利要求
1、一种步进协调式薄板精密冲裁方法，其特征在于包括以下步骤1)模具闭合，齿圈首先压入薄板材料0.01-0.03mm，顶件器支撑薄板材料，然后凸模压入薄板材料同样行程，保持齿圈与凸模在同一位置；2)凸模与齿圈继续以不同的速度压入薄板，并且凸模的压入行程比齿圈的压入行程大，直至凸模的压入行程达到薄板厚度的1/4至1/3之间时结束；3)齿圈和凸模同步继续压入薄板材料，直至凸模到达薄板材料还剩余1/3至1/5厚度处。
2、 根据权利要求1所述的步进协调式薄板精密冲裁方法，其特征在于，在上述步骤3) 之后还进一步包括以下步骤4) 齿圈保持不动，凸模继续压入直至零件从薄板材料完全分离。
3、 根据权利要求2所述的步进协调式薄板精密冲裁方法，其特征在于，在上述步骤4) 之后还进一步包括以下步骤5) 齿圈少量回程使凸模与薄板间松弛;6) 顶件器解除对零件的压力，同时齿圈和凸模回程，并且凸模的回程比齿圈的回程大。
4、 根据权利要求3所述的步进协调式薄板精密冲裁方法，其特征在于，上述步骤3) 中齿圈和凸模同步压入薄板材料直至凸模到达薄板材料还剩余1/4厚度处。
5、 根据权利要求1所述的步进协调式薄板精密冲裁方法，其特征在于，上述步骤2) 中凸模压入的行程比齿圈压入的行程大，其差值约为板厚的1/3 1/4。
全文摘要
本发明提供的步进协调式薄板精密冲裁方法，包括以下步骤1)模具闭合，齿圈首先压入薄板材料0.01-0.03mm，顶件器支撑薄板材料，然后凸模压入薄板材料同样行程，保持齿圈与凸模在同一位置；2)凸模与齿圈继续以不同的速度压入薄板，并且凸模的压入行程比齿圈的压入行程大，直至凸模的压入行程达到薄板厚度的1/4至1/3之间时结束；3)齿圈和凸模同步继续压入薄板材料，直至凸模到达薄板材料还剩余1/3至1/5厚度处。
文档编号B21D28/02GK101444807SQ200910028649
公开日2009年6月3日 申请日期2009年1月4日 优先权日2009年1月4日
发明者戴赞荣, 陈启东 申请人:戴赞荣;陈启东