专利名称：冲压挤切方式加工二维曲面相贯线的方法及冲压挤切模具的制作方法
技术领域：
本发明属于机械制造业压力加工技术范围，特别适用于大批量加工制造型材工 件二维曲面相贯线的一种冲压挤切方式加工二维曲面相贯线的方法及冲压挤切模具。尤 其适用于管材工件二维曲面相贯线的加工。并提供了一个解决异型材中的相贯线加工课 题的途径。
背景技术：
目前，常规的相贯线的加工多是采用机械加工或熔割的方法。传统的机械加工 方法需要简单的工装夹具和适合的刀具，去除加工量大，可加工的工件尺寸受设备制约 而相对较小；先进的数控火焰专用切割机可以按所编程序路径熔割出相贯线，对单件或 小批量加工，可灵活调整而兼容更大的加工工件尺寸范围，但设备自身造价昂贵。前二 者虽各有所长，但因其各自的加工机理所限，共同具有加工效率低下、耗时、耗能的不 足，尤其当有大批量工件需要加工时，其加工效率往往成为工程进度的瓶颈。更当施贯 体和被贯体的横截面有一个或均为不规则形状时，用前二者方法将难以开展或实现其相 贯线的加工。本发明旨在为了避免上述技术中存在的缺点和不足之处，众所周知冲压机理下 的加工效率是切削和熔割所无法比拟的，问题是如何运用一维的冲切运动，生成二维的 相贯线曲面。本发明就提供了一种冲压挤切方式加工二维曲面相贯线的方法及冲压挤切 模具，用来获得二维曲面的相贯线；本发明不仅设计合理，结构紧凑，既能通过冲压挤 切方式，将被贯型材工件加工出二维曲面的相贯线，又低碳、高效，极大地提高生产效 率，特别适用于大批量加工制造，具有投资费用低以及使用十分方便的优点；并且能够 解决异型形体间相贯所生成的相贯线的加工成型问题。本发明的目的是采用如下的技术方案实现的所述的冲压挤切方式加工二维曲 面相贯线的方法，其特征在于在冲压设备上采用施贯柱体和斜楔面的侧刃的施贯楔式 冲头，所述的斜楔面的侧刃与被贯型材工件外形相吻合的包刃腔内相贯线型的包刃相配 合形成剪切副，沿施贯楔式冲头对被贯型材工件的两轴线α夹角方向施以冲压贯穿；所 述的α夹角为0< α <90;在短暂的、一维的施贯楔式冲头的下压运动中，连续推挤被 贯型材工件的预制豁口的两侧，和包刃共同配合，将预制豁口的加工余量剪切掉，进而 在被贯型材工件端部形成二维的、具有相贯线的曲面。所述的被贯型材工件或是管材或实心材；它的横截面呈圆形、椭圆形、多边 形、凸轮形、齿轮型和抛物线形；被贯型材工件的外侧面或是为封闭式或是为缺口式。所述的施贯柱体与的横截面呈圆形、椭圆形、多边形、凸轮形、齿轮型和抛物 线形。所述的包刃腔端部的相贯线型的包刃，是指由施贯柱体与包刃腔腔面以所述轴 线角度α相交所形成的交线；所述包刃腔腔面与被贯型材工件的外形相吻合；即当施贯 柱体对被贯型材工件按轴线夹角α施以相贯时，施贯柱体与和被贯型材工件外形相吻合的包刃腔面，在被贯型材工件的被贯端生成的空间交线。所述的预制豁口，是指被贯型材工件在冲压相贯线前，其被贯端通过前加工制 成的空刀豁口，预制豁口的底面形状应与被贯端相贯线的位置、形状相对应，其预制豁 口上面的深度Hs和预制豁口下面深度Hx须与所述的楔式冲头上的冲头底尖下行时相配 合一致，其预制豁口的宽度B0应大于所述冲头的底尖宽度B1 ；其B1值为O<B1<B0 也就是要求预制豁口的深度Hs和Hx需满足不与所述冲头上的冲头底尖下行时发生干涉的 条件，豁口的宽度B0应大于施贯楔式冲头底尖宽度B1。所述的一种冲压挤切方式加工二维曲面相贯线的方法的冲压挤切模具是在冲压 设备上装设一套所述的冲压挤切模具或是对称装设两套所述的冲压挤切模具，所述的每 套冲压挤切模具，上模板上，与被贯型材工件的被贯端相对应的位置上装设施贯楔式冲 头；下模板上，与施贯楔式冲头相对应的位置设有空刀道孔；相贯线型的包刃紧贴楔式 冲头的对应位置装设包刃腔，所述的包刃腔沿被贯型材工件的轴向分型面分为上半模和 下半模，在上半模和下半模中设有容纳被贯型材工件的包刃腔面，其下半模安装在下模 板上，上半模使用拉杆和弹簧配装在上模板上；上模板连接导柱，上半模与下半模的对 应位置均设有与所安装的导柱相配合的导柱孔。所述的施贯楔式冲头由施贯柱体和斜楔面的侧刃组成，所述的楔式冲头上的斜 楔面的侧刃即斜楔面与施贯柱体相交形成的斜楔面侧刃，该侧刃对称设于施贯柱体下段 的两侧，或是设于施贯柱体下段的一侧，其每个斜楔面呈斜平面或呈斜曲面，所述的每 个斜楔面与施贯柱体轴线的夹角为β楔角；所述的β楔角为3° 14°，它取决于被贯 型材工件的强度和形状尺寸，当被贯型材工件的壁薄和强度低时取下限；当被贯型材工 件的工件壁厚、强度高时取上限；沿所述的每个斜楔面的侧刃的曲线轨迹，平行于其内 侧设有刃角槽，使其斜楔面的侧刃的内角θ略小于90°。这样一来，以便于增加斜楔面 的侧刃的锋利。当冲挤加工非规则相贯线或实际工况较为复杂时，还在所述的被贯型材工件的 相贯线端内充填工件型芯，在被贯型材工件的另一端装设定位挡块，并在工件型芯与定 位挡块之间连接型芯杆。藉以增加被贯型材工件在相贯时的强度和刚度。所述的下模板，与所述的施贯楔式冲头外侧位置的柱面配合设有靠板，来实现 冲头下压时不致因工件的反推力而产生侧倾；靠板通过加强板连接在下模板上。本发明的原理和操作分述于下本发明是根据设计要求来设定施贯楔式冲头和被贯型材工件按轴线夹角α来进 行相贯。施贯楔式冲头和被贯工件的横截面形状可以按需求有一个或二者都为不规则形 状。在包刃腔上，被贯型材工件插入腔的轴线与施贯楔式冲头的轴线夹角即为α，被贯 型材工件的预制豁口可采用各种简单实用的方法来制成，冲压方法为首选，预制豁口的 上面的深度Hs和下面Hx需满足不与所述的施贯楔式冲头的冲头底尖下行时发生干涉的 条件，预制豁口的宽度B0应大于冲头底尖宽度B1,被贯型材工件按其预制豁口的方向插 入包刃腔中，其上豁口的底面触碰施贯楔式冲头初始位置的底尖侧面，施贯楔式冲头下 行，开始挤切，因施贯楔式冲头具有的β楔角，其斜楔面的侧刃线与包刃线的两个(后 半程可有4个)交合点即会连续向外侧移动，从al和a2到bl和b2，此时，漏在包刃刃口 外部的余料被冲头挤切向外侧移动，移过包刃线外，即与被贯型材工件完全分离，至此在被贯型材工件侧就形成了相贯线曲面。考虑到成型后的被贯型材工件在包刃周边残留 的毛刺飞边，妨碍工件从包刃腔中抽出，故将包刃腔沿被贯型材工件轴向的分型面剖开 成上半模和上半模。其中上半模上可采用拉杆和弹簧件，配合导柱上下浮动，并借用冲 头向下P的分力，在斜楔面侧刃未开始挤切前，给上半模一个向下的浮动力Py来约束挤 切时工件对上、下半模产生的反作用力。冲头对被贯型材工件产生的轴向分力较大时， 被贯型材工件的另一端可采用增加定位挡块等措施来抵消其轴向推力，当然，若工件两 端都需要加工相贯线时，可定距两套此装置同时挤切，轴向分力可相互抵消。通常情况 下，轴向分力较小，借用浮动力Py，上、下半模即可夹紧工件，约束工件的轴向滑动。 工作时，拉杆将上半模向上拉起，将预制好空刀豁口的被贯型材工件放到与其轮廓相符 的下半模的型腔内，轴向定位可按上豁口底部触碰冲头底尖侧面的方法，也可采用其它 定位措施，但应保证预制豁口的底面不超出上、下半模的包刃线以外，以避免冲头的底 面下行时将其压塌；其后与被贯型材工件外形相符的上半模下行，靠弹簧的弹性力Py压 紧工件，而后施贯楔式冲头继续下行，其斜楔面的侧刃连续向外侧挤压被贯型材工件露 在上、下半模包刃线外侧的余料，通过剪切副的剪切工作，直至需要去除的余料全部与 被贯型材工件分离，即被贯型材工件端面的相贯线加工成型。虽然按需求，施贯楔式冲 头和被贯型材工件的横截面形状可能一个或两个都是不规则形状，但在斜楔面的侧刃和 相贯线型的包刃的相互交错过程中，实现了施贯楔式冲头对被贯型材工件的贯穿切割行 为，因此实现了异形型材工件间相贯线的加工成型。综上所采取的技术方案，实现本发明的目的。与现有技术相比，本发明不仅设计合理，结构紧凑，既能通过冲压挤切方式， 将被贯型材工件的二维曲面相贯线加工成型，又低碳、高效，极大地提高生产效率，而 且最适用于大批量加工制造，具有投资费用低以及使用十分方便等优点。并着重地提供 了一个解决加工异型材工件间相贯线问题的有效途径。
本发明共有九幅附图。其中附图1是本发明的工作原理的主视示意图；附图2是图1的侧视图；附图3是本发明的的工作原理轴测示意图；附图4是本发明实施例之一的主视结构示意图；附图5是图4中沿B-B线的剖视图附图6是图4中沿A-A线的剖视图；附图7是图6的C处放大示意图；附图8是本发明实施例之二中的齿轮形式的施贯楔式冲头1与被贯型材工件3的 装配示意图；附图9是图8的K向示意图。图中1、施贯楔式冲头，2、包刃腔，3、被贯型材工件，4、预制豁口，5、 包刃，6、上模板，7、下模板，8、空刀道孔，9、导柱，10、弹簧，11、斜楔面侧刃， 12、刃角槽，13、靠板，14、加强板、15、冲头底尖，16、导柱孔，17、上半模，18、拉杆，19、下半模，20、斜楔面，21、施贯柱体，22、包刃腔面，23、工件型芯，24、 定位挡块，25、型芯杆。
具体实施例方式图1、2、3所示是本发明-冲压挤切方式加工二维曲面相贯线的方法的工作原理 示意图；其特征在于在冲压设备上采用施贯柱体21和斜楔面20的侧刃11的施贯楔式 冲头1，所述的斜楔面的侧刃11与包刃腔2内相贯线型的包刃5相配合形成剪切副，沿 施贯楔式冲头1对被贯型材工件的两轴线α夹角方向施以冲压贯穿；所述的α夹角为0 < α <90 ；在短暂的、一维的施贯楔式冲头1的下压运动中，连续推挤被贯型材工件3的 预制豁口 4的两侧，和包刃5共同配合，将预制豁口 4的加工余量剪切掉，进而在被贯型 材工件3端部形成二维的、具有相贯线的曲面。图4、5、6、7所示是本发明的实施例之一，它是在冲压设备上对称装设两套所 述的冲压挤切模具；所述的每套冲压挤切模具的结构包括上模板6、下模板7，其特征 在于上模板6装设施贯楔式冲头1，所述的施贯楔式冲头1由横截面为圆形的施贯柱体 21和斜楔面的侧刃11组成，施贯柱体21的外径大于横截面为圆形的被贯型材工件3的 外径，即Φ21 > Φ3，且二者以轴线夹角α = 90°相贯，所述的施贯楔式冲头1的下段 的两侧对称设有斜楔面20，其与施贯柱体21的轴线夹成的楔角β =10.6°，二者相交 形成了一个开口椭圆形的交线，即为斜楔面20的侧刃11的轨迹，平行于所述的每个斜楔 面的侧刃11轨迹的内侧设有刃角槽12，使其斜楔面的侧刃11的内角θ略小于90° ；与 施贯楔式冲头1相对应的位置，在下模板7上设有空刀道孔8，相贯线型的包刃5紧贴楔 式冲头1的对应位置装设包刃腔2，所述的包刃腔2沿被贯型材工件3的轴向分型面被分 为上半模17和下半模19，在上半模17和下半模19内设有容纳被贯型材工件3的包刃腔 面22，其下半模19安装在下模板7上，上模板6镶嵌连接导柱9，上半模17和下半模19 均设有与导柱9相配合的导柱孔16，拉杆18和弹簧10将上半模17连接在上模板6_;下 模板7与所述的施贯楔式冲头1外侧位置的柱面配合设有靠板13，靠板13外设加强板14 共同连接在下模板7。图8、9所示是本发明的实施例之二，是加工异型实心材的被贯型材工件3的相 贯线的方法用的冲压挤切模具；它的结构是在冲压机上装设一套冲压挤切模具，其中 所述的施贯楔式冲头1由横截面为齿轮形的施贯柱体21和斜楔面的侧刃11组成；所述的 被贯型材工件3的横截面为长轴为a、短轴为b的椭圆形；二者以轴线夹角α相贯。考 虑其挤切时，剪切副的剪切角度或方向变化较为复杂，故在工件3内部的相贯线端部， 加设了工件型芯23和型芯杆25，工件型芯23可以辅助剪切副工作，减小工件轮廓因剪 切副方向变化带来的变形；工件3的另一端加设定位挡块24来约束剪切时对工件3和工 件型芯23产生的轴向推力；本实施例之二中的斜楔面20采用了一个较大半径的内R曲 面，它可使挤切时的即时β角先小后大地连续变化，以适应剪切副方向的变化，它与施 贯柱体21相交，形成了斜楔面20的侧刃11的轨迹线，沿所述的每个斜楔面侧刃11内侧 设有刃角槽12，使斜楔面的侧刃11的内角θ略小于90° ；其余结构部份与实施例之一 相同。以上所述，仅为本发明例举或较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，所有熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，根据本发明的 技术方案及其本发明的构思加以等同替换或改变均应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种冲压挤切方式加工二维曲面相贯线的方法，其特征在于在冲压设备上采用 施贯柱体(21)和斜楔面(20)的侧刃(11)的施贯楔式冲头(1)，所述的斜楔面(20)的侧 刃(11)与被贯型材工件⑶外形相吻合的包刃腔(2)内相贯线型的包刃(5)相配合形成 剪切副，沿施贯楔式冲头(1)对被贯型材工件(3)的两轴线α夹角方向施以冲压贯穿； 所述的α夹角为0<在短暂的、一维的施贯楔式冲头(1)的下压运动中，连续 推挤被贯型材工件(3)的预制豁口(4)的两侧，和包刃(5)共同配合，将预制豁口(4)的 加工余量剪切掉，进而在被贯型材工件(3)端部形成二维的、具有相贯线的曲面。
2.按权利要求1所述的冲压挤切方式加工二维曲面相贯线的方法，其特征在于所 述的被贯型材工件(3)或是管材或实心材；它的横截面呈圆形、椭圆形、多边形、凸轮 形、齿轮型和抛物线形；被贯型材工件(3)的外侧面或是为封闭式或是为缺口式。
3.按权利要求1所述的冲压挤切方式加工二维曲面相贯线的方法，其特征在于所 述的施贯柱体(21)的横截面呈圆形、椭圆形、多边形、凸轮形、齿轮型和抛物线形。
4.按权利要求1所述的冲压挤切方式加工二维曲面相贯线的方法，其特征在于所 述的包刃腔⑵端部的相贯线型的包刃(5)，是指由施贯柱体(21)与包刃腔腔面(22)以 所述轴线角度α相交所形成的交线；所述包刃腔腔面(22)是与被贯型材工件(3)的外形 相吻合。
5.按权利要求1所述的冲压挤切方式加工二维曲面相贯线的方法，其特征在于所 述的预制豁口(4)，是指被贯型材工件(3)在冲压相贯线前，其被贯端通过前加工制成的 空刀豁口，预制豁口(4)的底面形状应与被贯端相贯线的位置、形状相对应，其预制豁 口(4)上面的深度Hs和预制豁口(4)下面深度Hx须与所述的楔式冲头(1)上的冲头底尖 (15)下行时相配合一致，其预制豁口(4)的宽度B。应大于所述冲头(1)的底尖宽度B1 ； 其氐值为0 SB1 <Β0。
6.一种采用权利要求1所述的冲压挤切方式加工二维曲面相贯线的方法的冲压挤切 模具，其特征在于在冲压设备上装设一套所述的冲压挤切模具或是对称装设两套所述 的冲压挤切模具；所述的每套冲压挤切模具，于上模板(6)上，与被贯型材工件(3)的 被贯端相对应的位置上装设施贯楔式冲头(1)；下模板(7)上，与施贯楔式冲头(1)相对 应的位置设有空刀道孔(8)；相贯线型的包刃(5)紧贴楔式冲头(1)的对应位置装设包刃 腔(2)，所述的包刃腔(2)沿被贯型材工件(3)的轴向分型面分为上半模(17)和下半模 (19)，在上半模(17)和下半模(19)中设有容纳被贯型材工件(3)的包刃腔面(22)，其 下半模(19)安装在下模板(7)上，上半模(17)使用拉杆(18)和弹簧(10)配装在上模板 (6)上；上模板(6)连接导柱(9)，上半模(17)与下半模(19)的对应位置均设有与所安 装的导柱(9)相配合的导柱孔(16)。
7.按权利要求6所述的冲压挤切模具，其特征在于所述的施贯楔式冲头(1)由施贯 柱体(21)和斜楔面(20)的侧刃(11)组成，所述的斜楔面(20)的侧刃(11)对称设于施 贯柱体(21)下段的两侧，或是设于施贯柱体(21)下段的一侧，其每个斜楔面(20)呈斜 平面或呈斜曲面，所述的每个斜楔面(20)与施贯柱体(21)轴线的夹角为β楔角；沿所 述的每个斜楔面的侧刃(11)的曲线轨迹，平行于其内侧设有刃角槽(12)，使其斜楔面的 侧刃(11)的内角θ略小于90°。
8.按权利要求6所述的冲压挤切模具，其特征在于所述的β楔角为3° 14°，它取决于被贯型材工件(3)的强度和形状尺寸，当被贯型材工件(3)的臂薄和强度低时取 下限；当被贯型材工件(3)的工件壁厚、强度高时取上限。
9.按权利要求6所述的冲压挤切模具，其特征在于在所述的被贯型材工件(3)的相 贯线端内充填工件型芯(23)，在被贯型材工件(3)的另一端_装设定位挡块(24)，在工 件型芯(23)与定位挡块(24)之间连接型芯杆(25)。
10.按权利要求6所述的冲压挤切模具，其特征在于所述的下模板(7)，与所述的 施贯楔式冲头(1)外侧位置的柱面配合设有靠板(13)，来实现冲头下压时不致因工件的 反推力而产生侧倾；靠板(13)通过加强板(14)连接在下模板(7)上。
全文摘要
本发明属于机械制造业压力加工技术范围，特别涉及一种冲压挤切方式加工二维曲面相贯线的方法及冲压挤切模具；其特征在于冲压机上采用斜楔面的侧刃的施贯楔式冲头，与被贯型材工件外形吻合的包刃腔内的相贯线型的包刃相配合形成剪切副，施贯楔式冲头和被贯型材工件按轴线α夹角，在施贯楔式冲头的下压运动中，连续对被贯型材工件的预制豁口的两侧，通过推挤和剪切掉预制豁口的预留加工量，进而使被贯型材工件侧形成二维的、具有相贯线的曲面。本发明不仅设计合理，结构紧凑，既能通过冲压挤切方式，使被贯型材工件加工二维曲面相贯线，又低碳、高效，极大地提高生产效率，而且最适用于大批量加工制造，具有投资费用低以及使用十分方便等优点。
文档编号B21D37/10GK102009098SQ20101050602
公开日2011年4月13日 申请日期2010年10月12日 优先权日2010年10月12日
发明者陈青 申请人:大连利鑫挤压件有限公司