一种线性位置分布小孔精确冲切模具及方法与流程

本发明属于钣金成型件制造工艺技术领域，具体是涉及一种线性位置分布小孔精确冲切模具及方法。

背景技术：

薄板高温合金是航空发动机燃烧部件中常用的一种材料，因为高温合金能够在外力作用下产生各种塑性变形，加工出很多产品需要的零件形状，此类零件具有高温下保持高强度和高韧性的性能，很多材料还具有良好的焊接性能，而且零件的重量比机械加工类零件轻，所以，在航空发动机中薄板高温合金常用于承受高温高压的零部件制造中。

如，某航空发动机加力燃烧室隔热屏钣，其零件形状呈轴向波纹形，在零件的表面均匀分布有密集小孔，孔的位置呈线性分布，小孔位置度不大于0.2，且孔轴线垂直于零件表面，由于零件成型的变形量不大，因此，小孔的加工工艺通常安排在零件成型以前。目前通常是采用普通冲孔模具冲切孔，普通冲孔模具通常都是将凸模装配在上模板上的固定板，凹模装在下模板上，上下模由导柱导套保证配合来保证冲孔凸凹模，凸模下面装有卸料板将零件从凸模上推下来。采用普通冲孔模具每次冲完孔后，模具开启，将冲完孔的零件套到定位销上，冲切下一组孔，因孔径尺寸过小以及位置误差等因素，往往出现凸模断裂和位置偏离，导致零件质量达不到产品要求，难以保证密集小孔的位置度要求。

线性位置分布密集小孔零件要求在大尺寸隔热屏中加工数量巨大的小孔，孔径尺寸小于或等于材料厚度，目前小直径密集孔的加工可以采用带模板机械钻孔；特种加工工艺：如电加工，激光切孔，单孔高速冲切以及常规模具冲孔等加工来实现。然而，采用特种加工工艺受所需设备限制，需要专用设备，加工成本极高；采用机械钻孔依靠人工操作，对于数量巨大的孔加工存在加工周期长以及劳动强度大等问题。普通冲孔模具冲切因孔径尺寸过小以及位置误差等因素，往往出现凸模断裂和位置偏离，每次组孔间误差积累大，零件很容易超差，难以保证密集小孔的位置度要求，难以完成密集小孔的加工技术要求。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种线性位置分布小孔精确冲切模具及方法。

本发明是通过如下技术方案予以实现的。

一种线性位置分布小孔精确冲切模具，包括下模板、凹模、凸模、上模板及设置在下模板和上模板之间的滑动定位装置，所述下模板和上模板之间通过导柱和导套连接，所述导柱下端固定在下模板上，导套套装在导柱上，且导套上端与上模板固定，所述凹模安装在下模板上，凸模通过凸模座安装在凹模上方，并通过螺钉安装在上模板上。

所述滑动定位装置包括滑板、导向板、滚轮及定位插销，其中、滑板通过滚轮与导向板连接，定位插销插装在滑板上，并与导向板连接。

所述所述凹模上方靠近滑板一侧设置有卸料板。

所述卸料板与上模板之间还设置有橡皮。

所述滑板上方还设置有压料钉。

所述凸模与上模板之间还设置有垫块，并通过螺钉与上模板连接固定。

为实现对线性位置分布小孔的精确冲孔加工，本发明还提供了一种线性位置分布小孔精确冲切方法，其具体加工方法步骤如下：

(1)下料及预制孔加工：首先在平板料上划线，剪切出毛坯外形及前后端定位长槽，用于冲孔，压型的时后确定位置，以保证冲孔和压型的形面与孔保持准确的位置关系；

(2)安装待冲孔毛坯板材：将步骤(1)中的毛坯安放到冲切模具的凹模和凸模之间，并采用弓架将毛坯固定在滑板上，将毛坯上的板槽对应到滑板上定位插销的位置，保证凸模的位置与定位孔之间的位置准确；

(3)冲孔：将冲切模具安装在冲床上，在冲床上平台的作用下，将毛坯冲出一组孔，冲切模具开启后滑板向前移动，将毛坯移动到下一组孔位置处，并用定位插销固定位置，使冲切模具下移，完成后一组孔的冲切；

(4)成型：将已经冲孔后的毛坯板材放置在成型工装上，完成板材成形工艺。

所述步骤(3)中在冲孔时，滑板在导向板的凹槽中保持不大于0.2mm的间隙。

本发明的有益效果是：

采用本发明所述的冲切模具及方法，使得零件加工效率显著提高，极大的降低了工人的劳动强度，且所加工孔避免了因人工钻削出现的尺寸超差；本发明所述的线性密集小孔精确冲切方法通过设计带快换冲切凸模的冲切工装模具，该模具具备小孔冲切过程中能精确定位，保证小孔冲切后的位置达到零件的技术要求；与现有技术相比，具有如下显著优点：

(1)本发明所述的冲切模具结构设计精巧，操作简洁，即满足冲切时凸模强度要求，又方便凸模的快速更换，卸料板的设计能同时保证卸料、压料的功能；

(2)本发明冲切模具通过设置导向滑板，该导向滑板结构应用带滑轮的定位装置设计，工作时既保证零件冲切不影响零件的冲裁过程的操作，又能使零件按预定的方向移动到所需位置，而且，能保证精确定位，不受已加工孔和定位销之间配合间隙，位置尺寸差带来的位置尺寸误差积累的质量问题。

(3)本发明所述带快换凸模精确冲切工装模具可以在工作过程中对凸模进行更换，通过模座和凸模结构实现是快换过程，可滑动零件的精确定位装置，有效保证了零件上小孔的位置精度。

附图说明

图1是本发明中冲切模具的主视结构示意图；

图2是本发明中冲切模具的俯视结构示意图。

图中：1-下模板，2-凹模，3-凸模座，4-凸模，5-垫块，6-上模板，7-橡皮，8-卸料板，9-压料钉，10-定位插销，11-滑板，12-导向板，13-滚轮，14-导柱，15-导套，16-零件。

具体实施方式

下面结合附图进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

为实现对线性位置分布小孔的精确冲孔加工，本发明提供了一种线性位置分布小孔精确冲切模具，该模具主要包括冲切装置和定位装置，冲切装置能完成小孔的冲切且不断裂，定位装置能保证零件每次冲切能精确定位，而且零件还能够移动，实现多次冲裁的目标，保证产品所有孔的加工状态。

如图1、图2所示，一种线性位置分布小孔精确冲切模具，包括下模板1、凹模2、凸模4、上模板6及设置在下模板1和上模板6之间的滑动定位装置，所述下模板1和上模板6之间通过导柱14和导套15连接，所述导柱14下端固定在下模板1上，导套15套装在导柱14上，且导套15上端与上模板6固定，所述凹模2安装在下模板1上，凸模4通过凸模座3安装在凹模2上方，并通过螺钉安装在上模板6上。本技术方案设计时需要考虑冲切小孔时零件的受力及刃口的剪切状态，孔径厚度比小于或等于1的情况，冲切凸模非常容易断裂，特别是密集线性分布小孔的每次冲切会受到相互小孔之间的影响，因此，凸模4是以后端配合式结构设计，设计思路是以提高整体强度和刚性，而且，凸模4固定板以便于工作时更换的嵌入式结构设计，从下端装入模具中。所述凸模4与上模板6之间还设置有垫块5，并通过螺钉与上模板6连接固定。

所述滑动定位装置包括滑板11、导向板12、滚轮13及定位插销10，其中、滑板11通过滚轮13与导向板12连接，定位插销10插装在滑板11上，并与导向板12连接。采用本技术方案，在使用时，将零件固定在滑板11上，并位于凹模2和凸模4之间，导向板12起导向作用；导向板12上设置有位置精度很高的孔组，滑板11的位置通过定位插销10与导向板12上的孔组实现精确定位。批量小孔的冲裁是采用级进分布冲切实现，因此，相邻批次孔的位置精度是密集小孔位置尺寸正确与否的关键，如果用已冲切小孔定位，存在公差累计的问题，冲裁次数越多，累计误差越大，造成累积误差引起的位置尺寸超差；采用本技术方案所述的滑动定位装置，避开已加工孔的位置误差出现的问题；通过在导向板12上加工有精确定位孔，每次冲裁都以该组孔定位，组孔的位置精度就是冲裁批次孔之间的位置精度，完全能够保证批量冲孔的精度要求。

所述所述凹模2上方靠近滑板11一侧设置有卸料板8。卸料板8的功能主要是将零件从凸模4中卸出，在本技术方案中，卸料板8还有一个重要作用是提供冲切时板料的正面压力，其目的是增强板材的刚性，减小板材在冲切时的测向分力，降低小凸模4的断裂风险，因此，卸料板8又起到压料板的作用。

所述卸料板8与上模板6之间还设置有橡皮7。采用本技术方案，在橡皮7的大压力作用下，将凸模座3周边的板材强制贴合到凹模2表面，增强板材内部的变形张力，提高冲裁时板材的刚性和保证冲切孔的位置尺寸。

所述滑板11上方还设置有压料钉9。在使用时，在滑板11的两边用两组压料钉9将毛坯板材固定在滑板槽中，保证板材不能窜动。

为实现对线性位置分布小孔的精确冲孔加工，本发明还提供了一种线性位置分布小孔精确冲切方法，其具体加工方法步骤如下：

(1)下料及预制孔加工：首先在平板料上划线，剪切出毛坯外形及前后端定位长槽，用于冲孔，压型的时后确定位置，以保证冲孔和压型的形面与孔保持准确的位置关系；在该步骤中，前后端的2个定位长槽宽度尺寸和间距设置在零件产品之外，该定位长槽与小孔之间保持一定的尺寸关系，冲切模具中凸模4与固定定位插销要保持一致，且不能在模具工作平面的范围之内。

(2)安装待冲孔毛坯板材：将步骤(1)中的毛坯安放到冲切模具的凹模2和凸模3之间，并采用弓架将毛坯固定在滑板11上，将毛坯上的板槽对应到滑板11上定位插销10的位置，保证凸模4的位置与定位孔之间的位置准确；在安装时，将毛坯板材上的两个定位长槽与模具滑板11上的定位插销10位置对准，并将毛坯板材装入滑板11的固定槽中，转动滑板11的两边用两组压料钉9将毛坯板材固定在滑板槽中，保证板材不能窜动。

(3)冲孔：将冲切模具安装在冲床上，在冲床上平台的作用下，将毛坯冲出一组孔，冲切模具开启后滑板11向前移动，将毛坯移动到下一组孔位置处，并用定位插销10固定位置，使冲切模具下移，完成后一组孔的冲切；如此反复此步骤完成所有孔的加工；

(4)成型：将已经冲孔后的毛坯板材放置在成型工装上，完成板材成形工艺。其中，成型工装由上下型块和上下模板组成，上下模板通过装在下模板上的导柱和装在上模板上的导套形成准确的位置关系，上型块通过螺钉和圆柱销固定到上模板，下型块通过螺钉和圆柱销固定在下模板上，型块的型面呈轴向圆弧相切的波纹状，上下型面间保持与板材料厚尺寸一致的间隙，然后将已经冲孔后的板材放置在成型工装上，通过液压机施加到上下模间的液压力完成板材成形工艺。

所述步骤(3)中在冲孔时，滑板11在导向板12的凹槽中保持不大于0.2mm的间隙，滑板11下表面坐落在导向板12的滚轮13上，滑板11能够在导向板12的槽内来回移动，移动装有板材的滑板11，将滑板11的插销孔对齐导向板12组孔中的第一个孔，插入定位插销10，确认位置无误后开启冲床，上模部分在冲床上平台的作用下向下运动，冲模中的卸料板8首先压紧板材，随着橡皮7的压缩，冲孔凸模4在凸模座3和垫块5的作用下向下运动，凸模4在接触板材后与下模部分中的凹模孔一起剪切板材，将冲切后的废料冲入凹模2内腔中，完成板材小孔切断过程。

在冲孔时，冲床从下死点返回，上模部分随着上平台上移，压料板8在橡皮7的作用下保持压紧状态，上平台上移一段距离后，橡皮7恢复自由状态，上模部分中的凸模4连同卸料板8上移，将板材从凸模4中卸下，板材继续保留在滑板11槽内。

卸模时，将定位插销10从导向板12中起出，推动滑板11向前移动，将滑板11上的孔对准导向板12上的下一个孔，将定位插销12插入导向板的孔内，确保滑板11和导向板12固定一致，开启冲床上平台下移，冲切下一组孔，以此类推，直到完成最后一排孔完成冲切。

在更换凸模4时：先将连接凸模座3和垫块5的螺钉卸下，用扁型工具从侧面分离垫块5和凸模座3，将带凸模4的凸模座3从上模部分取出，检查需更换的小凸模的状态，用一个平面工具或小锥形工具从正面敲击损坏的凸模，抛修配合面边缘的毛刺，将更换的新凸模从凸模座背面孔装入凸模孔，直到凸模大直径顶到凸模座底面，将更换后的凸模座装到平面磨床台面上，磨平凸模背面与凸模座齐平，反转凸模座，采用同样的方式将凸模头部磨削到与其它凸模高度一致的尺寸；将带凸模的凸模座装上定位销子，对齐装配到垫块的销子孔位置处，在装上连接用的螺钉，完成凸模的更换。

与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：

对于密集型大批量小孔加工，采用手工钻模板钻孔，每次钻孔所需工作时间要8-15秒，对于数量上千的孔数，加工一件零件时间要3-4小时，而且钻模板的孔间距还有一定的距离要求，生产效率很低；而采用该模具及加工方法后，大大提高了线性精确冲孔生产效率；

采用激光打孔需要投入专用设备，加工成本很高，每个小孔的加工成本约1元，每件零件小孔加工成本要1千多元，每年生产2千件，该工序的加工费达100多万；而采用本发明所述的方法，每套冲切模具仅6到7千元，可冲切零件3-4万件零件，每个零件的成本不到0.5元，无需昂贵的设备和辅助费用，大大节约了生产成本；

普通小孔冲切方式是采用级进定位方式，即用已制孔定位下一次冲孔，此类定位方式要求前后冲切间孔位置要有足够的距离以提供板材的压料边尺寸，操作时由于孔径尺寸小定位困难，易出现错位现象，另外，由于定位销与孔之间的定位间隙常常产生累计误差，往往时小孔位置超出零件的规定区域，每次偏差0.1-0.2，每10-15次将产生1-2mm的位置度误差，超出产品的位置度要求。而采用本发明所述的线性精确冲切模具的加工方法，零件加工效率显著提高，极大的降低了工人的劳动强度，且所加工孔避免了因人工钻削出现的尺寸超差；特种加工不但需要专用设备，工艺可靠，尺寸稳定，劳动强度小，生产效率高，质量稳定。