专利名称：对向齿挤压式精冲模具及采用该模具的精冲方法
技术领域：
本发明涉及一种精冲模具，特别涉及一种对向齿挤压式精冲模具及采用该模具的 精冲方法。
背景技术：
精冲是利用特殊结构的模具直接在板料上冲出断面质量好，尺寸精度高的零件， 适用于大批量高精度板状零件的生产，目前在钟表、照相机、精密仪表、家用电器等行业，已 得到广泛应用。通常的精冲工艺，采用齿圈强力压边精冲模具，在精冲过程中，断面为三角 形齿的齿圈首先压入毛坯，利用齿圈的机械阻挡作用和毛坯材料与凹模间的摩擦力，阻止 毛坯材料沿水平方向流动，使毛坯材料处于三维压应力状态，在材料不出现拉伸裂纹的情 况下实现毛坯材料的冲裁分离，从而获得断面质量好，尺寸精度高的冲裁件。目前的齿圈强 力压边精冲模具，只在模具的一面设置齿圈压板阻止毛坯材料水平流动，在另一面仅利用 凹模与毛坯的摩擦力阻止毛坯材料水平流动，由于摩擦力有限，因此毛坯材料在冲压变形 区无法产生足够大的三维压应力，因此制成的冲裁件断面质量和尺寸精度有限，尤其是这 种工艺无法适应10毫米以上厚度板材的冲裁，也不适合冲裁强度极限在600兆帕以上的高 强度、低塑性材料，例如碳10钢只能冲裁厚度不超过3毫米的板材，因此目前制造大厚度和 高强度、低塑性材料的板状零件，只能以切削加工，或低碳材料冲裁成形后再渗碳及热处理 的方法加工，而切削加工的成本高、周期长，低碳材料冲裁成形后再渗碳及热处理的方法， 不仅工艺复杂，成本高，而且热处理导致的变形大，会显著降低零件的尺寸精度，因此目前 的齿圈强力压边精冲模具无法适应精冲行业的发展需要。
发明内容
为了解决目前齿圈强力压边精冲模具不适应厚板材和高强度、低塑性板材的精 冲加工问题，本发明提出一种对向齿挤压式精冲模具及采用该模具的精冲方法，在精冲过 程中，加大了冲压变形区的三维压应力，解决了厚板材和高强度、低塑性板材的精冲加工问 题。本发明所采用的技术方案如下对向齿挤压式精冲模具，包括对向齿板，在模具轴向接合面的上侧，设有对向齿板 凸凹模和环绕凸凹模设置、且与凸凹模滑动配合的对向齿板，在模具轴向接合面的下侧，对 应设有反顶板和环绕反顶板设置、且与反顶板滑动配合的带齿凹模，对向齿板和带齿凹模 分别朝向毛坯的2个表面，并分别设有凸起的对向齿板齿圈和带齿凹模齿圈，两齿圈与毛 坯的接触线分别位于毛坯上工件轮廓的外面，并包围工件的轮廓，且对向齿板齿圈和带齿 凹模齿圈的齿尖相对，凸凹模和反顶板与工件接触的端面相对设置。接触线为毛坯上工件冲裁切口处；两个齿圈形状和尺寸相同并相对于模具的轴向 接合面对称。反顶板中心为通孔，其内设有轴状的、与反顶板滑动配合的凸模，凸模的位置和直 径大小，与工件上孔的位置和直径大小相适应，凸凹模中心为通孔，形成通孔状的凹模，凹模的位置和大小，与凸模相适应。凹模内设有反顶芯轴，反顶芯轴与凹模滑动连接。各种设置方案中两个齿圈的断面均为三角齿形。对向齿挤压式精冲模具的精冲方法，对向齿板和带齿凹模对坯件先期挤压到一定 程度，凸凹模再向下运动进行精冲过程。一定程度指毛坯料外环被先期挤压到塑性衰竭，加之对向齿的作用，使当凹模和 凸凹模向下运动时材料几乎不能横向流动。本发明采用上述技术方案所能取得的技术效果是在模具轴向接合面的上侧，设有凸凹模和环绕凸凹模且滑动连接的对向齿板，在 模具轴向接合面的下侧，设有反顶板和环绕反顶板且滑动连接的带齿凹模，对向齿板和带 齿凹模的表面，分别设有凸起的对向齿板齿圈和带齿凹模齿圈，对向齿板齿圈和带齿凹模 齿圈的齿尖相对，可以在冲压的过程中，通过对向齿板齿圈和带齿凹模齿圈压入毛坯的上 面和下面，阻挡齿圈内的毛坯材料在受到上下模具挤压的情况下，沿水平方向流出齿圈范 围，从而保证在对向齿板、凸凹模和带齿凹模、反顶板的相对挤压，和对向齿板齿圈及带齿 凹模齿圈阻挡的情况下，齿圈内的毛坯材料内部产生很大的三维方向压应力，在强大的三 维方向压应力的作用下，挤压区域的毛坯材料不可避免地会产生塑性流动，促使三维方向 压应力的数值趋于一致，使挤压区域的毛坯材料处于静水压力状态，并具有最大的塑性变 形范围，最重要的是，在精冲过程中，可以采取对向齿板和带齿凹模对坯件先期挤压到一定 程度，凸凹模再向下运动，确保了变形区的强大三向压应力状态，这样即使坯料比较厚或材 料塑性差，也能精冲出高质量的产品。在挤压范围内的毛坯材料处于静水压力状态下、将 工件轮廓范围内的毛坯材料冲裁脱离毛坯，完成工件的精冲成形，可以将毛坯材料产生拉 应力的区域限制在冲裁切口处最小的范围内，从而避免在毛坯的断面表面因拉应力产生裂 纹，影响工件的断面质量和尺寸精度。反顶板内设有滑动配合的轴状的凸模，凸模的位置和大小，与工件上孔的位置和 大小相适应，凸凹模内设有通孔状的凹模，凹模的位置和大小，与凸模的位置相适应，可以 在工件的范围内进行孔的冲裁。凸模和凹模联合作用，对工件轮廓范围内的毛坯材料进行 挤压、剪切，在工件轮廓范围内的毛坯材料仍承受三维方向压应力的情况下，将工件上孔的 轮廓范围内的毛坯材料冲裁脱离工件，可以减少孔壁产生裂纹的可能性，提高孔的断面质 量和尺寸精度。凹模内设有反顶芯轴，在凸模和凹模将工件上孔的轮廓范围内的毛坯材料冲裁脱 离工件的过程中，反顶芯轴的端面始终挤压孔的轮廓范围内毛坯材料的上表面，在孔的轮 廓范围内的毛坯材料承受强大、稳定的三维方向压应力的情况下，将工件上孔的轮廓范围 内的毛坯材料冲裁脱离工件，可以避免孔壁产生裂纹，最大限度地提高孔的断面质量和尺 寸精度。采用本发明的对向齿挤压式精冲模具及采用该模具的精冲方法，可以使用通用的 冲压设备，制造出断面质量好、尺寸精度高的精冲工件，促进精冲行业的发展。
附图1是本发明对向齿挤压式精冲模具不设反顶芯轴精冲过程开始前的结构示意图。附图2是本发明对向齿挤压式精冲模具设反顶芯轴精冲过程开始前的结构示意 图。附图3是本发明对向齿挤压式精冲模具精冲过程第1阶段结束时的结构示意图。附图4是本发明对向齿挤压式精冲模具精冲过程第2阶段结束时的结构示意图。附图中的标示含义如下1-对向齿板，11-对向齿板齿圈，2-凸凹模，21-凹模，3-孔芯废料，4-外环废料， 5-工件，51-圆弧形塌角，6-凸模，7-带齿凹模，71-带齿凹模齿圈，8-反顶板，9-反顶芯轴， 10-毛坯。
具体实施例方式本发明的对向齿挤压式精冲模具，结构如附图1所示，在模具轴向接合面的上侧， 设有滑动配合的对向齿板1和凸凹模2，对向齿板1环绕凸凹模2设置，在模具轴向接合面 的下侧，设有滑动配合的带齿凹模7和反顶板8，带齿凹模7环绕反顶板8设置，对向齿板1 和带齿凹模7分别朝向毛坯10的2个表面，并分别设有凸起的对向齿板齿圈11和带齿凹模 齿圈71，形成一对对向齿，2个齿圈的断面均为三角齿形，三角齿形的齿尖分别朝向毛坯10 的2个表面，2个齿圈与毛坯10的接触线分别位于毛坯10上工件5轮廓的外面，并包围工 件5的轮廓，优选紧贴工件5的轮廓，对向齿板齿圈11和带齿凹模齿圈71的形状和尺寸相 同并相对于模具的轴向接合面对称，对向齿板齿圈11和带齿凹模齿圈71的齿尖相对，凸凹 模2和反顶板8与毛坯10接触的端面的形状和尺寸，与工件5轮廓的形状和尺寸相适应，凸 凹模2和反顶板8与工件5接触的端面相对设置，对向齿板1与凸凹模2滑动配合，带齿凹 模7与反顶板8滑动配合。加工带孔的工件5时，反顶板8内设通孔，通孔内加设轴状的与 反顶板8内表面滑动配合的凸模6，凸模6的位置，与工件5上孔的位置相适应，凸模6断面 的形状和尺寸，与工件5上孔的轮廓的形状和尺寸相适应，凸凹模2内加设孔状的凹模21， 凹模21的位置，与凸模6的位置相适应，凹模21断面的形状和尺寸，与凸模6断面的形状 和尺寸相适应。工件5的精冲过程分为3个阶段第1阶段，将毛坯10放到模具的工作区域，对向齿板1和凸凹模2的相对位置固 定并向下移动，对向齿板齿圈11和带齿凹模齿圈71在毛坯10的工件轮廓的外面，接触并 压入毛坯10的表面，直至齿圈全部压入毛坯，齿圈范围内的毛坯材料受压入毛坯的对向齿 板齿圈11和带齿凹模齿圈71的限制，失去一定的沿水平方向流出齿圈范围的能力，对向齿 板1继续下移至对向齿板1与带齿凹模7的间距小于毛坯10的厚度，同时凸凹模2和反顶 板8分别相对于毛坯10后退使对向齿板1和凸凹模2之间，以及带齿凹模7和反顶板8之 间留出空间，齿圈范围内的毛坯材料受对向齿板1和带齿凹模7的挤压，在三维方向均承受 压应力的情况下产生塑性变形，部分齿圈范围内的毛坯材料流入所述留出空间内，在部分 毛坯材料流入所述留出空间的过程中，部分毛坯材料与对向齿板1内表面和带齿凹模7内 表面因接触滑动产生较大的摩擦力，在摩擦力的作用下，与对向齿板1内表面和带齿凹模7 内表面接触滑动的部分位于表层的毛坯材料，进入所述留出空间的速度变慢，使工件5两 个端面的边缘形成圆弧形塌角51。毛坯外环被先期挤压到塑性衰竭，加之对向齿的作用，毛 坯外环完全失去径向流动能力，使当凸凹模向下运动时坯料几乎不能横向流动，就为在变形区达到强大三向压应力状态创造了条件。第2阶段，对向齿板1保持第1阶段结束时的位置不变，凸凹模2向下挤压毛坯 10，同时通过毛坯材料推动反顶板8向下移动，凸凹模2、带齿凹模7和反顶板8联合作用， 对齿圈范围内的毛坯材料进行挤压、剪切，在齿圈范围内的毛坯材料仍承受三维方向压应 力的情况下，将工件5轮廓范围内的毛坯材料冲裁脱离毛坯10，完成工件5的精冲成形。加 工带孔的工件5时，凸模6和凹模21联合作用，对工件5轮廓范围内的毛坯材料进行挤压、 剪切，在工件5轮廓范围内的毛坯材料仍承受三维方向压应力的情况下，将工件5上孔的轮 廓范围内的孔芯废料3冲裁脱离工件5，完成工件5上孔的精冲成形。第3阶段，对向齿板1和凸凹模2上升开模，反顶板8将工件5推出，取出工件5， 完成精冲工作。为了提高工件5上孔壁的断面质量和尺寸精度，凹模21内可以加设反顶芯轴9，结 构如附图2所示，反顶芯轴9断面的形状和尺寸，与凸模6断面的形状和尺寸相适应，在精 冲过程的第2阶段，在凸模6和凹模21将工件5上孔的轮廓范围内的毛坯材料冲裁脱离工 件5的过程中，反顶芯轴9的端面始终挤压孔的轮廓范围内毛坯材料的上表面，在孔的轮廓 范围内的毛坯材料承受稳定的三维方向压应力的情况下，将工件5上孔的轮廓范围内的毛 坯材料冲裁脱离工件，完成工件上孔的精冲成形。本发明采用设有轴状的凸模6和反顶芯轴9的对向齿挤压式精冲模具，冲压带孔 工件5时的冲压过程的结构示意图，如附图3和附图4所示。本发明的对向齿挤压式精冲模具及采用该模具的精冲方法，不受上述实施例的限 制，凡是利用本发明的原理和结构，经过变换和代换所形成的技术方案，都在本发明的保护 范围内。
权利要求
1.对向齿挤压式精冲模具，包括对向齿板，其特征在于在模具轴向接合面的上侧，设 有对向齿板凸凹模和环绕凹凸模设置、且与凹凸模滑动配合的对向齿板，在模具轴向接合 面的下侧，对应设有反顶板和环绕反顶板设置、且与反顶板滑动配合的带齿凹模，对向齿板 和带齿凹模分别朝向毛坯的2个表面，并分别设有凸起的对向齿板齿圈和带齿凹模齿圈， 两齿圈与毛坯的接触线分别位于毛坯上工件轮廓的外面，并包围工件的轮廓，且对向齿板 齿圈和带齿凹模齿圈的齿尖相对，凸凹模和反顶板与工件接触的端面相对设置。
2.根据权利要求1所述的对向齿挤压式精冲模具，其特征在于所述接触线为毛坯上 工件冲裁切口处；所述两个齿圈形状和尺寸相同并相对于模具的轴向接合面对称。
3.根据权利要求1或2所述的对向齿挤压式精冲模具，其特征在于反顶板中心为通 孔，其内设有轴状的、与反顶板滑动配合的凸模，凸模的位置和直径大小，与工件上孔的位 置和直径大小相适应，凸凹模中心为通孔，形成通孔状的凹模，凹模的位置和大小，与凸模 相适应。
4.根据权利要求3所述的对向齿挤压式精冲模具，其特征在于凹模内设有反顶芯轴， 反顶芯轴与凹模滑动连接。
5.根据权利要求1或2所述的对向齿挤压式精冲模具，其特征在于两个齿圈的断面 均为三角齿形。
6.根据权利要求3所述的对向齿挤压式精冲模具，其特征在于两个齿圈的断面均为 三角齿形。
7.根据权利要求4所述的对向齿挤压式精冲模具，其特征在于两个齿圈的断面均为 三角齿形。
8.采用权利要求1-7之一所述对向齿挤压式精冲模具的精冲方法，其特征在于对向 齿板和带齿凹模对坯件先期挤压到一定程度，凸凹模再向下运动进行精冲过程。
9.根据权利要求8所述的精冲方法，其特征在于所述一定程度指毛坯料外环被先期 挤压到塑性衰竭，加之对向齿的作用，使当凹模和凸凹模向下运动时材料几乎不能横向流动。
全文摘要
对向齿挤压式精冲模具及采用该模具的精冲方法，在模具轴向接合面的上侧，设有对向齿板和凸凹模，在模具轴向接合面的下侧，设有带齿凹模和反顶板，对向齿板和带齿凹模分别设有凸起的齿圈，齿圈的断面为三角齿形，齿圈与毛坯的接触线分别位于毛坯上工件轮廓的外面，并包围工件的轮廓，冲裁工件时上下两个齿圈分别压入工件，阻止毛坯材料沿水平方向流动，并对毛坯材料进行前期挤压，使毛坯材料内部形成强大的三维压应力，减小冲裁过程中毛坯材料产生拉应力的区域，避免产生裂纹，消除工件锐边和毛刺。采用本发明的对向齿挤压式精冲模具及采用该模具的精冲方法，可以使用通用的冲压设备，制造出质量好、精度高的精冲工件，促进精冲行业的发展。
文档编号B21D37/10GK102039346SQ20101051277
公开日2011年5月4日 申请日期2010年10月20日 优先权日2010年10月20日
发明者吕琳, 张永固, 邓明 申请人:重庆理工大学