专利名称：干膜润滑剂在冲压模具和锻造模具上的施用方法
技术领域：
本发明涉及利用强压力生产钢制件的冲压机和锻压机，特别涉及将干膜润滑剂应用于冲压机的型模来降低废品率或将干膜润滑剂应用于锻压机的锻模来延长其使用寿命。
Nelson的美国专利US3632368公开了干膜润滑剂应用于轴承的情况。此外，Spears的美国专利US4753094公开了干膜润滑剂应用于铸模上，用来解决工件与铸模脱开的问题，还公开了干膜润滑剂应用于切削工具上解决保持切削边缘的尖角问题，还包括应用于滑动轴承表面上使轴承间的摩擦力降为最低。此外，Bandyopadhyoag等人的题为《切削工具硬质涂层的摩擦特性的研究(Investigation of Tribologicalproperties of Hard Coatings for Cutting Tools)》一文，在1990年日本的Nagoya发表于“日本国际摩擦会议(Japan International TribologyConference)”，公开了干膜润滑剂应用于切削工具的情况。
然而，现有技术并未说明将干膜润滑剂应用于冲压机的型模或锻造机的锻模中，这两种机器都使用强压力，通过材料在型模或锻模中流动来使零件成型。由本申请人所做的实验表明，将干膜润滑剂应用于冲压机型模的适当部位，可以显著降低废品率。而且，本申请人的实验还表明，将干膜润滑剂应用于锻压机的锻模中，可以稳定地延长锻模的使用寿命。
发明简述综上所述，本发明涉及将干膜润滑剂应用于冲压机的型模，当冲压机工作时可以显著地减小废品率，还涉及在锻压机的锻模中使用干膜润滑剂，使锻模的使用寿命稳定地延长。
总的说来，本发明包括将干膜润滑剂应用到冲压机的型模的底模、冲头和坯夹的至少一个元件上的步骤。金属坯料喂入后由型模的底模和冲头之间的坯夹保持在位。一个零件，例如汽车元件的零件，通过使用强压力来移动底模或冲头至少二者之一使二者合拢，由坯夹保持在冲头和底模之间的金属坯料受挤压而使该零件成型。在型模的底模，冲头和坯夹的至少一个元件上施用一次干膜润滑剂，可以将多个金属坯成型为多个零件。
干膜润滑剂应用于冲压机的型模，可以显著降低废品率。
在施用干膜润滑剂以前将硬质铬涂镀于底模、冲头和坯夹的至少一个元件上，本发明将更具优越性。
按照本发明的另一方面，将干膜润滑剂合适地应用于锻压机的锤头或锻模上，可以延长锻模的使用寿命。锻模具有一个腔体用来限定由锻压机生产的比如汽车零件的形状。干膜润滑剂施用于锻模腔体的内表面上。金属坯放在锻模的腔体内。用强压力将锤头推入位于锻模腔体内金属坯中，使金属坯内的金属流动并符合于锤头和锻模腔体的形状，从而使金属坯成型为零件。锻模腔体内表面上施用一次干膜润滑剂，即可将多个金属坯生产成多个零件。
锻模包括由支承圈保持的单独的锻模嵌入件，或者，锻模嵌入件与支承圈可制成整体的锻模件。
在这种方式下，当金属坯内的金属贴着锻模腔体的表面流动时，干膜润滑剂可以将锻模腔体内表面对贴着该面流动的金属的剪切应力降到最小。这样，使锻模在锻压机工作过程中几乎不会有破损和断裂的趋势，本发明使锻模的使用寿命延长。
通过以下对本发明的详细说明和附图，可以更好地理解本发明的以上和其他特征和优点。
文本参考的图为了图示的清晰，不必按比例绘制。在
图1，2，3，4，5，6和7中，标号相同的元件其结构和功能也相同。发明详述参见图1，是冲压机型模100的剖视图，型模包括底模102和冲头104。底模102具有腔体106，来限定由金属坯108成型的零件的形状。冲头104具有一个凸起110，与腔体106的形状相适应。腔体106用来限定由金属坯108成型的零件的形状。冲头104的凸起110在底模102和冲头104合在一起将金属坯108成型为零件时配入底模102的腔体106内，如图2所示。在图1和2中，标号相同的零件具有相同的结构和功能。
如图2所示，底模102和冲头104合在一起将金属坯108成型为零件时，坯夹将金属坯108夹持在位。参见图3，示出图1的型模100的俯视图，上坯夹112围绕底模102设置。下坯夹114围绕冲头104设置。下坯夹114位于缓冲系统116的顶部。缓冲系统116在底模102和冲头104合在一起将金属坯108成型为零件时被上不坯夹112迫回向下，如图2所示。
参见图2，当底模102和冲头104合在一起将金属坯成型为零件时，金属坯108内的金属成型、延伸和流动，在成型过程中趋于底模102的腔体106和冲头104的凸起110的形状。在这一成型过程中，金属坯108内的金属贴着腔体106的内表面118、凸起110的外表面120、上坯夹112的下表面122和下坯夹114的上表面124流动。
在底模102和冲头104合在一起将金属坯108成型为零件时，底模102和冲头104至少二者之一借助于相对强压力而向另一个移动，从而使二者合在一起，如图2所示。参见图1，由于该强压力，金属坯108的金属贴在型模100的表面上流动时摩擦力很大。型模100的表面包括腔体106的内表面118，凸起110的外表面120，上坯夹112的下表面122和下坯夹114的上表面124。金属的流动对这些表面的高摩擦力会影响这些表面的完美程度。例如，这些表面在型模100生产多个零件时会有划痕或褶皱，从而产生磨损或变形。
参见图4，图4A示出由金属坯108在图1的型模100中成型后的零件402的剖视图。图4B示出零件402的俯视图，图4A是零件402沿图4B中A-A的剖视图。参见图1和2，当这些表面，例如腔体106的内表面118，凸起110的外表面120，上坯夹112的下表面122和下坯夹114的上表面124，由于金属流动的摩擦力而磨损或变形时，零件402便会产生缺陷。参见图4B，零件402的俯视图示出当型模100的表面磨损或变形时会产生压痕404和变形406。
具有这类缺陷的零件402通常不能使用而成为废品。废品导致利润损失，因而需要减小废品数量。本发明将干膜润滑剂应用于型模的合适位置从而降低了由型模产生的废品数目。
参见图5，本发明的冲压机型模500包括底模502，其下表面涂有一层硬铬504和一层干膜润滑剂506，如图5所示。底模502的腔体508的内表面涂有一层硬铬504和一层干膜润滑剂506。
此外，本发明的型模500包括冲头510，其上表面涂有一层硬铬512和一层干膜润滑剂514，如图5所示。冲头凸起的外表面涂有一层硬铬512和一层干膜润滑剂506。
还有，本发明的型模500包括上坯夹516，其下表面涂有一层硬铬518和一层干膜润滑剂520。型模500的下坯夹522其上表面涂有一层硬铬524和一层干膜润滑剂526。下坯夹522位于缓冲系统116的顶部。
如图5所示，型模500的表面涂有一层硬铬和干膜润滑剂，如图2所示，在底模502与冲头510合在一起成型零件，金属坯108的金属流动时，这些表面用来降低摩擦力。
如图5所示的型模500的表面涂镀一层硬铬可采用本行业普通技术人员所知的镀铬工艺。此外，可采用本行业普通技术人员所知的干膜润滑剂施用工艺来将干膜润滑剂涂于硬铬层上。例如，可以参考Nelson的美国专利No．3632368所公开的干膜润滑剂在物体表面上的高能附着方法。在本发明的一个实施例中，干膜润滑剂包括二硫化钼(MoS2)和二硫化钨(WS2)。
尽管图5中示出底模502，冲头510，上坯夹516和下坯夹522都具有涂层，对于本领域的技术人员来说应该清楚，本发明也可以很好地应用于底模502、冲头510、上坯夹516和下坯夹522之中至少一个具有涂层的场合。
或者，本领域的技术人员应该清楚，本发明也可以很好地运用于型模的底模、冲头和坯夹中至少一个的表面只涂有干膜润滑剂而没有硬铬镀层的情况，这时，型模操作过程中对这些表面的摩擦力得以减小，并且，本发明的型模500所生产的零件的废品率减少。
如图5所示，干膜润滑剂施用在型模500的表面上，当金属坯的金属贴着这些表面流动时对表面的摩擦力减小了。如图5所示，硬铬镀在型模500的表面上，减小了表面随时间磨损和变形的可能。
如图5所示，在型模500的表面上涂一次硬铬和干膜润滑剂，可以用多个金属坯生产出多个零件。此外，通过以上施用过程，大量生产零件的数目显著地增加，废品率显著降低。本申请人对现有技术的不在型模表面施用干膜润滑剂和硬铬和图5所示的本发明中在型模表面上施用硬铬和干膜润滑剂的两种情况进行了结果比较。用来比较的冲压机是汽车工业中生产汽车零件的。
在一个例子中，没有用硬铬和干膜润滑剂时，现有技术的型模在一天中生产的批量数约为5000到6000件，废品率为40％。相反，在本发明的一个例子中，如图5所示，型模500的表面涂以硬铬和干膜润滑剂的情况下，本发明的型模可以生产23000件，而废品几乎为0％。
此外，也可以在金属坯108喂入型模500的坯夹516和522之前对其施以工件润滑剂或清洗油。然而，在本发明中的冲压机施用于膜润滑剂，工件润滑剂可以稀释或不再使用，以利成本节约。工件润滑剂的类型包括本行业普通技术人员所知的脂肪酸。应用于成型工艺中的清洗油可用来在金属坯108喂入坯夹516和522之前对其表面进行清洁，这一点对本领域的技术人员是熟知的。
在本发明的另一实施例中，干膜润滑剂施用在锻压机的锻模上。参见图6，锻压机包括冲头602和锻模600，该锻模具有位于支承圈605内的锻模嵌入件604。锻模嵌入件604具有一个腔体606，用来限定由锻模600成型的零件形状。
锻模600在工作中，预成型的金属坯608放入锻模嵌入件604的腔体606内。零件成型时，冲头602用强压力推入金属坯608中使金属坯608的金属流动并趋于冲头602和腔体606的形状。一旦零件从金属坯608成型，即由顶杆610推出锻模嵌入件604的腔体606以外。
锻造分为三种类型，即冷锻、温锻和热锻。冷锻中，在冲头602推入位于腔体606内的金属坯608以前，不需对金属坯608加热。温锻时，冲头602推入位于腔体606内的金属坯608以前，需将金属坯608加热超过环境温度的一个预定温度，而金属坯608并未熔化。热锻中，冲头602推入位于腔体606内的金属坯608以前，需将金属坯608加热到相对较高的温度。本发明极具优点地应用地冷锻和温锻工艺中。
在现有的锻造工艺中，不管是冷锻工艺还是温锻工艺，干膜润滑剂不应用于锻模嵌入件604的腔体606的内表面612上。为了从金属坯608成型零件，冲头602用极大的强压力推入金属坯608中，以使其内部的金属流动。金属坯608内的金属贴着腔体606内表面612流动，具有很高的剪力。
如果腔体606的内表面612具有任何缺陷，该高剪力作用于这一表面缺陷的结果是损坏锻模嵌入件604，例如产生裂纹614。为了避免这种损坏，腔体606的内表面必须精研磨抛光而具有接近镜面的光洁度。然而，腔体606内表面612的任何表面缺陷都会缩短锻模嵌入件604的使用寿命。
例如，利用锻模生产汽车零件，锻模600的使用寿命在可生产约200件到10000件的大范围内。如果腔体606的内表面612具有任何表面缺陷，如图6所示，在锻模嵌入件604损坏之前，锻模600具有可生产约200件的较短的使用寿命。当腔体606的内表面612研磨得很好而只有微小的缺陷，那么在锻模嵌入件604失效以前，锻模600具有可生产约10000件的较长寿命。
参见图7，本发明的锻压机包括冲头702和锻模700。该锻模具有带腔体706的锻模嵌入件704，该腔体如现有技术一样用来容纳金属坯708。锻模嵌入件704位于支承圈705中。用强压力将冲头702推入腔体706内的金属坯708中，以使金属坯708内的金属流动并趋于冲头702和腔体706的形状。一旦零件从金属坯708成型，即由顶杆710推出锻模嵌入件704的腔体706以外。
本发明的锻模700进一步还包括涂在腔体706内表面712上的干膜润滑剂714。干膜润滑剂层714可采用本行业普通技术人员所知的干膜润滑剂施用工艺涂在腔体706的内表面712上，如图7所示。例如，Nelson的美国专利US3632368公开了干膜润滑剂在物体表面上的高能附着方法，在此作为参考。在本发明的一个实施例中，干膜润滑剂包括二硫化钼(MoS2)或二硫化钨(WS2)。
当冲头708用强压力推入腔体706内的金属坯708时，金属坯708的金属贴着腔体706的内表面712流动，干膜润滑剂层714将作用在腔体706内表面712上的剪力减到最小。这一最小化的剪力降低了由腔体706的内表面712上的缺陷引起的锻模嵌入件704的损坏趋势，从而使其使用寿命得以延长。
如图7所示，干膜润滑剂施用到腔体706的内表面712上一次，就可以用多个金属坯生产出多个零件。本申请人对现有技术的不在腔体706的内表面712上施用干膜润滑剂和图7所示的本发明中在腔体706的内表面712上施用干膜润滑剂的两种情况进行了结果比较。用于比较的锻压机是汽车工业中生产汽车零件的。
尽管在图7中示出锻模嵌入件704与支承圈705是分体的，但对于一般熟悉本行业的人士来说应该清楚，本发明同样适用于锻模嵌入件704与支承圈制成一个整体元件的场合。
在现有技术中，腔体606的内表面612没有施用干膜润滑剂，锻模嵌入件604的使用寿命在可生产约200件到约10000件的范围内变化。当腔体606的内表面612上具有表面缺陷时，锻模嵌入件具有可生产200件的较短寿命。相反，如图7所示，在本发明的锻模嵌入件704的内表面712上具有干膜润滑剂层714时，锻模嵌入件704的使用寿命在可生产约6000到10000件之间变化。这样，如图7所示的锻模嵌入件704的内表面712上的干膜润滑剂层714，即使在腔体706的内表面712存在表面缺陷的情况下，也延长了锻模嵌入件704的使用寿命。
在这种情况下，在冲压机的型模中金属坯的金属成型并有高摩擦力作用的条件下来生产零件，和在锻压机的锻模中金属坯的金属流动并具有高剪力作用的条件下生产零件，均使用了干膜润滑剂。干膜润滑剂分别施用于型模和锻模的适当部件以减小作用于型模的摩擦力和锻模的剪力。这样，本发明的型模可以在给定周期内以降低的废品率生产更多零件。另外，锻模的使用寿命也会延长，可以用锻模嵌入件生产更多数量的零件。
以上所述只作为例子而并不具限制性。例如，本发明的型模中，可以将干膜润滑剂施用于底模502，冲头510和坯夹522中的任何一个上，这些零件上硬铬涂层也可有可无。或者，干膜润滑剂可以施用于底模502，冲头510和坯夹522中的至少一个部件上，或者施用于型模的全部这类部件上。
此外，干膜润滑剂层716可以如图7所示施用于本发明锻模700内的冲头702的表面上，来延长冲头702的使用寿命。在冲头702表面上的干膜润滑剂716在冲头702用强压力推入金属坯708时可以使作用在冲头702表面上的剪力降为最小。这样，冲头702由于剪力的破坏降为最小，从而延长了使用寿命。
本发明仅由所附权利要求及其等同物来限定。
权利要求
1．一种用来减少废品的冲压机型模的操作方法，该方法包括以下步骤A．在所述型模的底模、冲头和坯夹的至少一个元件上施以干膜润滑剂；B．喂入金属坯，使之由所述坯夹夹持在所述底模和冲头之间；C．用强压力移动所述底模和冲头其中至少一个，在金属坯由所述坯夹夹持在所述冲头和底模之间的同时，使所述底模和冲头合在一起，将零件从所述金属坯冲压成型；和D．在所述型模的所述底模、冲头、和坯夹的至少一个元件上施用一次所述干膜润滑剂，重复步骤B和C，用多个金属坯生产出多个零件。
2．如权利要求1的方法，其特征为，所述干膜润滑剂的施用采用高能附着工艺。
3．如权利要求1的方法，其特征为，所述干膜润滑剂由二硫化钨(WS2)组成。
4．如权利要求1的方法，其特征为，由所述型模生产的所述零件是汽车零件。
5．如权利要求1的方法，还包括以下步骤在所述步骤A中施用干膜润滑剂的所述部件上，即所述底模、冲头和坯夹至少其中之一上涂镀硬铬，这一工艺在干膜润滑剂施用以前进行。
6．如权利要求1的方法，还包括以下步骤在所述步骤B中将所述金属坯喂入由所述坯夹保持在位之前，给所述金属坯施以工件润滑剂和清洗油。
7．如权利要求1的方法，其特征为，所述干膜润滑剂施用于步骤A中的所有所述底模、冲头和坯夹上。
8．如权利要求7的方法，其特征为，在所述干膜润滑剂施用以前，将所述硬铬涂镀于所有所述底模、冲头和坯夹上。
9．一种用来减少废品的冲压机型模的操作方法，该方法包括以下步骤A．在所述型模的底模和冲头的至少一个元件上施以干膜润滑剂；B．喂入金属坯，使之由所述型模的坯夹夹持在所述底模和冲头之间；C．用强压力移动所述底模和冲头其中至少一个，在金属坯由所述坯夹夹持在所述冲头和底模之间的同时，使所述底模和冲头合在一起，将零件从所述金属坯冲压成型；和D．在所述型模的所述底模和冲头的至少一个元件上施用一次所述干膜润滑剂，重复步骤B和C，用多个金属坯生产出多个零件。
10．如权利要求9的方法，还包括以下步骤将干膜润滑剂施用于所述型模的所述坯夹上。
11．一种用来减少废品的冲压机型模的操作方法，该方法包括以下步骤A．为所述型模的底模、冲头和坯夹涂镀硬铬；B．用高能附着工艺在所述型模的所述底模、冲头和坯夹上施用由二硫化钨(WS2)组成的干膜润滑剂；C．对金属坯施用工件润滑剂或清洗油；D．将所述金属坯喂入，由所述坯夹夹持在所述底模和冲头之间；E．用强压力移动所述底模和冲头其中至少一个，在金属坯由所述坯夹保持在所述冲头和底模之间的同时，使所述底模和冲头合在一起，将汽车零件从所述金属坯冲压成型；和F．在所述冲压机的所述底模、冲头、和坯夹上施用一次所述干膜润滑剂，重复步骤C、D和E，用多个金属坯生产出多个汽车零件。
12．一种冲压机的型模，具有设计用来使废品降为最低的零件，该型模包括具有腔体的底模，该腔体决定由所述型模生产的零件的形状；具有凸起的冲头，该凸起与所述底模的所述腔体相适应，用来决定所述零件的形状；用来将金属坯夹持在所述底模和所述冲头之间的坯夹，其中，用强压力移动所述底模和冲头其中至少一个，在金属坯由所述坯夹保持在所述冲头和底模之间的同时，使所述底模和冲头合在一起，将零件从所述金属坯冲压成型；和在所述型模的所述底模、冲头和坯夹的至少一个元件上施用一层干膜润滑剂。
13．如权利要求12的型模，其特征为，采用高能附着工艺，将所述干膜润滑剂施于所述底模、冲头和坯夹的至少其中之一上。
14．如权利要求12的型模，其特征为，所述干膜润滑剂由二硫化钨(WS2)组成。
15．如权利要求12的型模，其特征为，所述冲压机用来生产汽车零件。
16．如权利要求12的型模，其特征为，在施用干膜润滑剂的所述底模、冲头和坯夹至少其中之一上，在其上还没有施用干膜润滑剂以前，涂镀有硬铬。
17．如权利要求12的型模，其特征为，将所述金属坯喂入，在由所述坯夹夹持在位之前，其上有工件润滑剂或清洗油之一。
18．如权利要求12的型模，其特征为，所述干膜润滑剂施用于所有所述底模、冲头和坯夹上。
19．如权利要求18的型模，其特征为，在干膜润滑剂施用以前，将所述硬铬涂镀于所有所述底模、冲头和坯夹上。
20．一种锻压机的操作方法，该锻压机具有锻模，本方法可以延长该锻模的使用寿命，所述锻压机具有冲头，所述锻模具有决定由该锻压机生产的零件形状的腔体，该方法包括以下步骤A．向所述锻模的所述腔体的内表面施以干膜润滑剂；B．将金属坯放在所述锻模的所述腔体内；C．用强压力推动冲头进入已放入所述锻模的所述腔体内的所述金属坯，使所述金属坯的金属流动而符合于所述冲头和所述锻模的所述腔体组成的形状，而该零件从所述金属坯成型；和D．为所述锻模腔体的所述内表面施用一次所述干膜润滑剂，重复步骤B和C，用多个金属坯生产出多个零件。
21．如权利要求20的方法，其特征为，采用高能附着工艺将所述干膜润滑剂施于所述锻模腔体的内表面上。
22．如权利要求20的方法，其特征为，所述干膜润滑剂由二硫化钨(WS2)组成。
23．如权利要求20的方法，其特征为，所述锻模生产的所述零件包括汽车零件。
24．如权利要求20的方法，还包括以下步骤将干膜润滑剂施于所述冲头上以延长其使用寿命。
25．如权利要求20的方法，其特征为，所述锻模包括位于支承圈内的锻模嵌入件。
26．如权利要求20的方法，其特征为，所述锻模包括锻模嵌入件和支承圈，二者制成一整体元件。
27．一种锻压机，包括具有腔体的锻模，该腔体用来决定由所述锻模生产的零件的形状，该零件由位于所述锻模腔体内的金属坯成型；具有凸起的冲头，在冲头利用强压力推入位于所述铸模腔体中的所述金属坯，迫使所述金属坯的金属流动而符合于所述冲头和所述锻模腔体组成的形状时，该凸起决定所述零件的形状；和给所述锻模腔体的内表面上施以一层干膜润滑剂，使所述锻模腔体内表面上的摩擦力降为最小，从而延长所述锻模的使用寿命。
28．如权利要求27的锻压机，其特征为，采用高能附着工艺将所述干膜润滑剂施用在所述锻模的所述腔体的所述内表面上。
29．如权利要求27的锻压机，其特征为，所述干膜润滑剂由二硫化钨(WS2)组成。
30．如权利要求27的锻压机，其特征为，所述锻压机用来生产汽车零件。
31．如权利要求27的锻压机，还包括将一层干膜润滑剂施于所述锻模的所述冲头的表面上，从而减小所述冲头的所述表面上的摩擦力而延长所述冲头的使用寿命。
32．如权利要求27的锻压机，其特征为，所述锻模包括放在支承圈内的锻模嵌入件。
33．如权利要求27的锻压机，其特征为，所述锻模包括锻模嵌入件和支承圈，这两个元件制成一体。
全文摘要
本发明将干膜润滑剂施用于冲压机型模的适当部件上,使型模工作中作用在这些元件上的磨擦力降到最小,或者将干膜润滑剂施用于锻压机锻模的适当部件上,使锻模工作中作用在这些元件上的剪力降到最小。干膜润滑剂层可以施用在冲压机型模的底模、冲头或坯夹这些元件的任意一个或多个上,在施用干膜润滑剂以前还可以将一层硬铬涂镀其上。干膜润滑剂层施用于本发明的锻压机锻模内腔体的内表面上,还可以施用在锻压机冲头的外表面上。
文档编号B21D37/20GK1289274SQ99802569
公开日2001年3月28日 申请日期1999年11月16日 优先权日1998年12月10日
发明者丹尼尔·G·弗里斯比, 戴维·M·麦克瑞, 布莱恩·W·施耐德 申请人:本田美国制造公司