用于冲压模具的冲模或冲头的制作方法

本发明涉及用在冲压模具中的冲模或冲头。本发明的优选方式涉及用于动力压机的具有可更换肩部的冲模或冲头。

背景技术：

金属压机有多种多样的形式。一个极端的例子是“车库压机”(garagepress)，其为简单且低成本的装配式结构，这样的装配式结构被设计为多用途的，用于各种可能需要在汽车车间里完成的一次性任务中，例如，从轮毂中拆卸轴承，等等。另一个极端的例子是高精度、高速的硬币精压机(mintingpress)，其被设计用于压出数百万的具有极高精确度的硬币。在这个范围内的其他常见的压机包括折弯机(pressbrake)和动力压机(powerpress)。折弯机被设计用于制造长板金属构件(如储物柜)和建筑产品(如屋顶排水沟)等等。动力压机是用于最常见型号压机的通用术语，这种型号的压机被用以制造日常使用的大量的金属构件，范围从小型汽车零部件到建筑支架、家具、电子产品、元件及其他日用小部件的无尽的清单。

折弯机是一种用于将相对薄的金属板每次弯出一个简单的折的代表性机器。因为这种机器被用于弯折金属板薄片，施加在被加工件上的力则相对较小。该机器能被容易地改变以变换速度和冲程高度(冲头向下行进到被加工件和冲模的长度)。用于折弯机的模具(tool)是标准的，且能被快速安装和拆卸。折弯机模具是典型地相对轻量级的且能用手拿起。在折弯机操作中，在冲程最低处被加工件通常仅被接触三个点，这三个被接触点来自于冲头的顶部中央和冲模两肩的底部。动力压机用于将相对厚的金属弯折或在上面打孔。动力压机施加的力远大于典型折弯机施加的力。动力压机被设置为具有很好的容差，例如，动力压机中用的模具被安装在滑道上以确保他们总是处在相对于其他模具的相同位置。动力冲压模具——包括冲模和冲头——被牢固地安装在该机器上，该工序能够轻易地耗费1小时或更长。该模具由脱氧钢(solidsteel)制成且非常重，常常需要专用设备将他们举升到位。在动力压机冲程最低处，被加工件通常完全被夹在冲头和冲模之间，即任何地方都没有间隙。

在动力压机中，模具肩部的半径通常由被加工件的厚度决定。被加工件的装饰性外观一般来说不太重要。动力压机通常用于重复的压力作业——一台机器一天可完成10000个相同操作，日复一日。动力压机通常不被用于制作金属板的一次性弯折。

用在动力压机中的模具常常由经热处理的且硬化的特种工具钢(specialisttoolsteel)制成。可通过先加热钢材后快速冷却钢材来硬化高碳钢。该钢材接着被重新加热到低温且能够缓慢冷却。有时可以在硬化钢模具中钻出螺纹孔。然而这样做是极难的且昂贵的。更换硬化钢模具通常比在模具中钻出螺纹孔的性价比更高。

不断维修或保养用于动力压机的金属成形模具的高难度工作区(thehardestworkedareas)是个问题。模具的高难度工作区通常在肩部。肩部损伤是由被加工件被拖拽经过肩部或肩部被拖拽经过被加工件而造成的。基本上，该损伤是由两表面之间的摩擦力造成的，该摩擦力产生足够融化一些表面颗粒的微观级热量并随后进一步造成周边表面的损伤。决定模具能够承受的损伤量的因素包括：

被加工件材料的性能；

模具肩部表面和被加工件之间施加的压力；

被加工件在模具肩部上拖拽或模具肩部在被加工件上拖拽的速度；

表面间润滑剂的量和品质；

模具材料的品质；

被加工件和模具材料二者的表面光洁度；

被加工件表面和模具肩部表面的大致洁净度；

其他次要因素，如室温；

生产率(每小时模具用的次数越多，则需要更频繁地因损伤而更换模具)。

本发明的一个优选实施方式的目的在于至少从某种程度上解决肩部或模具肩部的损伤问题。当该目的适用于优选实施方式时，应当理解的是，并没有限制权利要求保护范围的打算。这是因为发明目的本身就是为了给公众提供一个有用的选择。

术语“包括”及其派生词，例如“包含”，如果在本文中用于涉及特征的组合时，不应被认为排除了具有其他未详细说明的特征的组合的可能性。例如，一种排布方式“包含”特定部件的陈述并不意味着它不能(而且任选地)具有附加的部件。

技术实现要素：

基于本发明的一个方面，提供了一种用于冲压模具的冲模或冲头，包括：

主体；以及，

具有支座和滚轴的滚轴组件；

所述支座具有与所述主体中的互补型腔可滑动配合的形状，以便于将所述支座固定安装到所述主体中；所述支座能够可拆卸地插入所述主体，以将所述滚轴呈现为用于在冲压模具中成形被加工件的成形边缘；在成形所述被加工件时，所述滚轴能够相对于所述支座转动，以保护所述滚轴免受磨损。

可选的，所述滚轴包括布置成相对于所述支座转动并且可更换的圆筒。

可选的，所述滚轴通过夹子可拆卸地固定到所述支座。

可选的，所述滚轴具有沟槽以便于通过所述夹子固定。

可选的，所述支座包括狭槽，以便于所述夹子的固定。

可选的，所述夹子通常为马蹄形。

可选的，所述滚轴的端部卡接在端部保持板中，并且所述滚轴能够相对于所述板旋转。

可选的，所述支座具有至少一个通道，所述通道适于使得润滑剂能够从所述支座中的孔通到所述滚轴。

可选的，存在从所述支座的相对端延伸的两个通道。

可选的，所述支座在其侧面具有至少一个紧固沟槽，所述紧固沟槽适于与所述主体中的互补突起配合，以便于所述支座固定安装在所述主体中。

可选的，存在两个紧固沟槽，每个紧固凹槽基本上延伸所述支座的相对侧的长度。

可选的，所述支座被成形为将所述滚轴定位保持在所述冲压模具中。

可选的，所述滚轴组件将其所安装的冲模或冲头的主体的肩部的内角平分。

可选的，所述冲压模具被安装到动力压机上。

可选的，所述冲压模具由硬化钢形成。

可选的，所述滚轴组件被改型安装到所述冲模或冲头上。

可选的，当与所述支座的所述滚轴端部相比时，在所述支座的基座处或朝向所述支座的基座处，所述支座具有较宽部。

附图说明

本发明的一些优选形式现在将以示例方式并参照随附附图进行描述，在附图中：

图1是示出在使用中的三种情况下的冲压模具的侧视示意图；

图2是使用中的冲压模具的部分侧视示意图；

图3是在被加工件成形后，更详细的冲压模具的等轴侧视图；

图4是示出滚轴组件的爆炸等轴侧视图；

图4a是示出滚轴组件的第二个实施方式的爆炸等轴侧视图；

图5是图4中的滚轴组件装配完成后的等轴侧视图；

图6是图4中的滚轴组件的爆炸端视图；

图7是图4中的滚轴组件的爆炸侧视图；

图8是在夹子将滚轴支撑定位的位置，滚轴组件装配完成后的截面端视图；

图9示出了多个不同形状支座的端视图；

图10a是使用中的冲压模具的侧视示意图，特别是示出了滚轴组件的其中一种；

图10b是使用中的冲压模具的侧视示意图，特别是示出了滚轴组件的另一种实施方式；

图11是不具有滚轴组件的实心镶件在安装前的等轴测视图；

图12是示出滚轴细节的等轴测视图；

图13是滚轴组件的替代实施例的爆炸等轴侧视图；

图14是装配完成后的滚轴组件的替代实施例的等轴侧视图；

图15是在操作前的冲压模具的替代实施例的侧视示意图；

图16是在操作初期的冲压模具的替代实施例的侧视示意图；

图17是在操作后期的冲压模具的替代实施例的侧视示意图；以及，

图18示出了具有多个滚轴和支座的冲模和冲头。

具体实施方式

图1示出了使用中的三种状态下的具有冲模2和冲头3的动力冲压模具。左侧的视图示出了准备向下移动到被加工件4上的所述冲头3，所述被加工件4以金属材料片的形式放在冲模2上。中间的视图示出了刚好第一次与所述被加工件4接触后的所述冲头3。右侧的视图示出了，当所述冲头完全处于冲模型腔5中且造成被加工件4与所述型腔形状相适配时的所述动力冲压模具。参照图2，冲模2的肩部6遭受了大量的磨损，这些磨损包括随着冲头3压迫被加工件4经过肩部而经由被加工件4施加的力。被加工件也可能受到由于被压迫经过冲模2的肩部6而产生划伤。这些划伤需要通过砂带磨削(linishing)来去除。砂带磨削涉及碾磨或砂带打磨受损区域以提高表面平整度。砂带磨削也可能设计表面抛光。然而，图3中示出的冲压模具1具有解决这个问题的特征(图1和图2中未示出)。

参照图3，冲模2的每个肩部都具有一个过盈配合的可拆除的耐磨滚轴组件7。所述滚轴组件7以一个角度滑入冲模的肩部6，所述角度平分冲模的内角(internalangle)，且所述滚轴组件7提供了一个用于接触所述被加工件4的滚弯磨边(rollingcurvedwearedge)。所述滚轴组件7关于冲模肩部的角度，优选为平分冲模肩部的内角(includedangle)的角度。在这种情况下，冲模肩部的内角为90°且滚轴组件的角度约为45°。为了便于滚轴组件安装到冲模中，滚轴组件具有纵向沟槽7a(参见图4和图5)，该纵向凹槽7a成形为与冲模主体中的互补突起(未示出)相适配。在一些实施方式中，所述滚轴延伸至冲模的边缘。滚边(rollingedge)8使所述被加工件4从其上滚过并避免了边缘静止时会引起的点弯曲(pointloading)情形。

可选的，所述滚轴组件可为任意的合适形状以配合冲头和/或冲模中的互补型腔。图9示出了能被使用的滚轴组件7的不同实施方式。虽然图4、图4a和图5示出了具有与互补突起适配的沟槽7a的滚轴组件，需要理解的是，他们对于滚轴组件7的每个实施方式来说，不是必不可少的。例如，图9的滚轴组件29-33并不具有沟槽。所述滚轴组件为任意的合适形状以配合冲头3和/或冲模2中的互补型腔是可能的。合适形状是指，从滚轴到基座的平面内具有等截面的形状(例如图9所示)，并且能通过过盈配合安装在冲头和/或冲模上。例如，滚轴组件7具有突起且所述冲头和/或冲模具有互补沟槽是可能的。如图9所示，滚轴组件的一些实施方式具有比滚轴部更宽的基座。其他实施方式(例如滚轴组件27和28)则具有配合冲头3和/或冲模2中的互补突起的沟槽。每个滚轴组件都被设置为与冲头3和/或冲模2的互补型腔形成过盈配合。如图9所示，滚轴组件支座的形状是可以变化的。在优选实施方式中，所述滚轴组件支座具有至少三个不同的表面，所述至少三个不同的表面与冲模2或冲头3中的型腔的三个不同侧面形成过盈配合。如图9所示，有的支座可具有与冲头3或冲模2中对应表面形成过盈配合的多于三个不同表面。

滚边8意味着被加工件4不再刮擦冲模2的肩部。由于冲模2的肩部和被加工件4之间摩擦力的减小，成形被加工件所需要的力，比在冲模2上设置静止的肩部时要小。采用滚边8也减小了被加工件上的划伤，意味着砂带磨削被加工件以减小肩部损伤的需要被显著减少或被排除。

图4-8中示出了更详细的耐磨的滚轴组件7。特别如图4a所示，滚轴组件7包括支座9，所述支座9具有呈支架10形式的上边缘。呈金属棒状的滚轴11位于所述支架10中，所述滚轴11的横截面为圆形。所述支座和滚轴优选为由轴承兼容材料(bearingcompatiblematerial)制成。使用的材料可受到需要完成的特定工作和所需的功能所影响。优选的组合会是磷铜支座和硬化钢滚轴。

在优选实施方式中，所述滚轴由硬化钢制造而成。在这些实施方式中，冲头和/或冲模的其他部分可能由较为不硬、较为便宜的不需要被硬化的材料制造而成。若冲头和/或冲模能由较为便宜的材料制造而成，则会在成本、加工和交付周期(leadtime)上存在潜在的减小空间。

所述滚轴通过夹子12支撑在所述支座中。所述夹子12可拆卸地固定在支座的狭槽13中，且与滚轴11的沟槽14相配合。这种排布方式使得滚轴11能在位于支架中时转动，以在被加工件因来自冲头的压力而移动经过它时减少摩擦磨损。所述滚轴11可以是或不是中空的。在一些实施方式中，可能有多个夹子，它们都以同样方式安装且具有间隔关系，这取决于转轴11的长度。图4a示出了具有两个夹子的实施方式，分别在滚轴的两个端部。夹子12帮助保持滚轴在支座9中的位置，并提供滚轴与支座的连接以防止滚轴相对于支座沿其转轴移动。润滑系统也解决磨损问题。参照图4a和图5，所述支座9在每个端部均具有通道15。如图7所示，所述通道15通向支架10。润滑剂能被注入所述通道中，使得它到达支架，给所述滚轴11提供润滑并进一步减小滚轴组件7的磨损和损耗。

参照图12，在本发明的一些实施方式中，所述滚轴11可在一端或其表面的其他部位上具有沟槽形的标记线11a，使得操作员能容易地观察到它是否如它所应当的在使用中转动。若它没有转动，则操作员能通过通道15施以更多的润滑剂，和/或，将其拆卸以调查滚轴停止旋转的原因。

图10a示出了当滚轴组件7安装到位时(为了便于说明，前述的一些特征被省略了)，所述被加工件4和冲模2之间的接触情况。能从图10a中看到，带支座和滚轴的模具和不带支座和滚轴的模具，具有相同的外形尺寸(overalldimension)。不需要额外的板材或紧固件。所述滚轴延伸冲模2的长度。所述滚轴不具有突出端部。所述滚轴和支座能容纳在模具的端部。由滚轴提供的被加工件接触表面与常见的动力冲压模具的接触表面类似。图10b示出了被加工件和冲模2的另一个实施方式，其中滚轴组件7的第二个实施方式已安装到位。若滚轴11随着时间的推移而磨损，不需要将冲头3和/或冲模2整体更换或者对冲头3和/或冲模2进行大量处理以恢复其形状，滚轴11就能被很容易地更换。例如，如有必要，不整体更换冲头和/或冲模2就能更换滚轴组件7的整体。可选的，支座9能被保留而仅滚轴11被更换。

更换滚轴可涉及从冲头3和/或冲模2上拆卸所述滚轴组件7。滚轴组件的拆卸，可通过将滚轴组件从冲头3和/或冲模2的型腔中滑出来实现。可能需要施加一定的力，以将滚轴组件从冲头3和/或冲模2中滑出。一旦从冲头或冲模上拆卸下来，新的滚轴11可被安装到滚轴组件7上并将滚轴组件滑回到冲头3或冲模2中。在某些情况下，不从动力压机中拆卸所述冲头或冲模也能实现该更换。因为所述滚轴组件7可通过将部件从冲头或冲模中冲出或滑出并接着将新部件滑入冲头或冲模来更换，更换所涉及的技巧很少。因为不需要熟练的工匠，这减少了更换部件的成本。

此外，冲头和/或冲模可进行变化，以使所述滚轴和支座被改型安装到冲模或冲模上。虽然在硬化钢冲头或冲模中钻出螺纹孔是不切实际的，利用钢丝腐蚀机(wireerosionmachine)切割出用于滚轴和支座的型腔或狭槽却是可能的。钢丝腐蚀机在二十世纪六十年代就被研发成功，并能用于切割硬化钢模具。钢丝腐蚀机能在硬化钢模具中切割出型腔——包括一个在肩部区域中损伤的型腔——以使滚轴组件被改型安装到模具上。钢丝腐蚀机可达到的精确度，意味着可切割出与滚轴组件过盈配合的型腔。因为滚轴或滚轴与支座的组合在磨损时能被更换，相较于更换模具本身，改型支座和滚轴具有明显优势。在模具刚制成时，也可形成用于滚轴组件的型腔。虽然在冲头3或冲模2中切割出型腔可能会略微减小动力冲压模具的强度，每平方英寸还是能施加相似的最大压力的。总之，在滚轴组件安装到位时，被加工件成形所需的力将会小于没有滚轴时所需的力；这是因为，在被加工件成形时，滚轴减小了被加工件4和冲头3和/或冲模2之间产生的摩擦量。

再次参照图3，在一些实施方式中，所述冲头3，在其下方接触肩部处，可具有适应摩擦的可拆卸的耐磨镶件16。它们具有半径形边缘以减少与被加工件4接触产生的磨损。冲头的镶件16在被损坏时可被拆卸或更换，而不用更换冲头的其他部件。镶件16可由硬化钢或镀层钢(coatedsteel)制成，意味着冲头的主体可由较为不硬、较为便宜且不需被硬化的材料制成。镶件16与滚轴组件7不同，在它们中不具有滚轴11。然而，在一些变换实施方式中，冲头镶件可以像冲模滚轴组件7那样成形和运作。在其他实施方式中，磨损不成问题但被加工件的滑动成问题时，冲头镶件16可为锯齿状，以在处理被加工件时更好地抓紧它。

本发明的某些方面，可具有滚轴组件7和镶件16的完成不同任务的很多选择，每种选择由不同材料制成，或具有由不同材料制成的与被加工件接触的部件。

参照图11，本发明的一个替代实施方式可具有实心的一体镶件17——即，不具有滚轴11。取决于特定任务的需要，它们可由具有不同特性(例如摩擦系数)的材料制成，且可在磨损时很容易地更换掉。

基于又一实施方式，图13和图14示出了用于冲模或冲头的滚轴组件。在这种情况下，滚轴18被保持在支座20的支架19中，而不需使用马蹄形夹子。更确切地说，滚轴18经由螺旋固定在支架19两端的保持板21保持。滚轴18两端的卡头(stub)22与保持板21的孔23分别配合并卡接。在冲头或冲模(滚轴组件被安装其上)的肩部的内角约小于70度时，滚轴的这种连接方式是特别有用的；在这种情况下，支座围绕滚轴的角度小于180度，所以不能将其垂直定位。在图13和图13所示的实施方式中，保持板提供了连接滚轴和支座的途径，以防止滚轴相对于支座既垂直移动又沿其转轴移动。以所示方式使用保持板的另一个好处在于，保持板仅将滚轴支撑在支座上。它们不将滚轴相对于冲头或冲模而固定，意味着不必在冲头或冲模中钻出螺纹孔。如前所述，在硬化钢冲头或冲模中钻出螺纹孔是不经济的。由于保持板被附接到支座上，这个问题就克服了。参照图15，在一些实施方式中，冲压模具可使用冲头23，该冲头23朝向设置在冲模25上的被加工件24移动，所述冲模25不具有型腔。所述冲头23具有可拆卸的滚轴组件26，反过来，该滚轴组件26具有如其他实施方式描述的可拆卸滚轴。图16和图17示出了当冲头23用于成形被加工件24时，在操作后期的逐个阶段的冲头23。

图18示出了模具的一个实施方式，其中冲模2和冲头3均在它们的肩部设置有滚轴组件。多个滚轴组件的设置，意味着在成形操作期间，冲模2和冲头3的肩部经受的摩擦显著小于使用静态冲模和冲头肩部而经受的摩擦。滚轴也减少了在成形的被加工件上的划痕。

虽然以示例方式描述了本发明的一些优选方式，应当理解的是，在不脱离所附权利要求的范围的情况下可以进行修改和改进。