冲压模具的排气孔设置方法与流程

1.本发明涉及冲压模具技术领域，具体提供一种冲压模具的排气孔设置方法。


背景技术：

2.冲压模具在进行冲压生产时，由于零件的形状凹凸起伏，整个板料或局部板料与模具型面会形成密闭型腔。具体而言，在板料靠近凹模模具的一侧，板料凸起部分的上表面和凹模模具的凹面型腔共同形成凹模密闭型腔，在板料靠近凸模模具的一侧，板料凹陷部分的下表面和凸模模具的凹面型腔共同形成凸模密闭型腔，如果没有排气孔，密闭型腔中的空气被压缩，凹模密闭型腔内的压缩空气对零件产生向下的压力，凸模密闭型腔内的压缩空气对零件产生向上的压力，形成旋转力矩，在凹模模具和凸模模具分离时，一方面，密闭型腔会形成负压或真空，存在上模具带件现象，会使板料型面发生较大的变形，影响零件的尺寸，造成冲压后的零件不合格，另一方面，在机械手抓取零件时，如果零件被吸附在凸模模具上，会造成零件抓取困难且易导致零件变形，而且严重时还会影响生产节拍。
3.综上所述，现有冲压模具会和板料在加工过程中形成密闭型腔进而容易导致零件在加工过程中变形。
4.相应地，本领域需要一种新的冲压模具的排气孔设置方法来解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明旨在解决上述技术问题，即，解决现有冲压模具会和板料在加工过程中形成密闭型腔进而容易导致零件在加工过程中变形的问题。
6.本发明提供一种冲压模具的排气孔设置方法，所述冲压模具包括凸模和凹模，所述凸模和凹模设置成在闭合到位的情况下能够将板料冲压成形，所述排气孔设置方法包括：
7.在所述凸模和所述凹模闭合的过程中，获取所述凸模和所述凹模与所述板料形成的憋气空间；
8.根据所述憋气空间的所在位置确定所述冲压模具的反成形区域；
9.在确定出的所述反成形区域内设置排气孔。
10.在上述排气孔设置方法的优选技术方案中，“根据所述憋气空间的所在位置确定所述冲压模具的反成型区域”的步骤具体包括：
11.如果所述憋气空间是所述凸模与所述板料所形成，则所述憋气空间所对应的所述凸模的型面区域为所述凸模的反成型区域；并且/或者
12.如果所述憋气空间是所述凹模与所述板料所形成，则所述憋气空间所对应的所述凹模的型面区域为所述凹模的反成型区域。
13.在上述排气孔设置方法的优选技术方案中，所述排气孔设置方法还包括：
14.进一步获取所述憋气空间所对应的所述冲压模具的反成形区域的曲率半径；
15.根据所述憋气空间和所述曲率半径确定所述排气孔设置区域；
[0016]“在确定出的所述反成形区域内设置排气孔”的具体步骤包括：
[0017]
在所述反成形区域内的所述排气孔设置区域设置排气孔。
[0018]
在上述排气孔设置方法的优选技术方案中，“根据所述憋气空间和所述曲率半径确定所述排气孔设置区域”的步骤具体包括：
[0019]
如果所述憋气空间是所述凸模与所述板料所形成，则所述憋气空间所对应的所述凸模的反成形区域的曲率半径小于或等于第一预设曲率半径的区域为所述排气孔设置区域；并且/或者
[0020]
如果所述憋气空间是所述凹模与所述板料所形成，则所述憋气空间所对应的所述凹模的反成形区域的曲率半径小于或等于第一预设曲率半径的区域为所述排气孔设置区域。
[0021]
在上述排气孔设置方法的优选技术方案中，所述排气孔设置方法还包括：
[0022]
获取所述憋气空间所对应的冲压模具型面的曲率半径；
[0023]
将所述曲率半径与第二预设曲率半径进行比较；
[0024]
根据所述曲率半径和所述第二预设曲率半径的比较结果，确定所述排气孔的直径。
[0025]
在上述排气孔设置方法的优选技术方案中，“根据所述曲率半径和所述第二预设曲率半径的比较结果，确定所述排气孔的直径”的步骤具体包括：
[0026]
如果所述憋气空间所对应的冲压模具的反成形区域的曲率半径小于或等于所述第二预设曲率半径，则所述排气孔的直径设置在第一预设范围内；并且/或者，
[0027]
如果所述憋气空间所对应的冲压模具的反成形区域的曲率半径大于所述第二预设曲率半径，则所述排气孔的直径设置在第二预设范围内；
[0028]
所述第二预设范围内的直径不大于所述第一预设范围内的直径。
[0029]
在上述排气孔设置方法的优选技术方案中，所述排气孔的径向面积相对所述反成形区域对应板料的型面面积的比值在第三预设范围内。
[0030]
在上述排气孔设置方法的优选技术方案中，所述排气孔的孔间距为40-50mm。
[0031]
在上述排气孔设置方法的优选技术方案中，所述排气孔的轴线与所述排气孔设置区域的型面法线呈预设夹角。
[0032]
在上述排气孔设置方法的优选技术方案中，所述排气孔设置方法还包括：
[0033]
将所述冲压模具的反成形区域增加预设深度。
[0034]
在采用上述技术方案的情况下，本发明的排气孔设置方法通过凸模和凹模与板料形成的憋气空间来确定冲压模具的反成形区域，在冲压模具的反成形区域内设置排气孔，能够将憋气空间内的空气排出，防止空气被压缩，进而避免板料在冲压时发生变形，有效保证零件的生产质量。
[0035]
进一步地，本发明的排气孔设置方法还通过获取憋气空间所对应的冲压模具反成形区域的曲率半径来确定排气孔设置区域，能够防止板料表面产生质量问题。
[0036]
进一步地，本发明的排气孔设置方法根据曲率半径和第二预设曲率半径的比较结果，确定排气孔的直径，能够提升排气效果。
[0037]
进一步地，本发明还通过将冲压模具的反成形区域增加预设深度，提升排气孔接触板料的安全裕度。
附图说明
[0038]
下面结合附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：
[0039]
图1是本发明的冲压模具闭合到位时憋气空间示意图，其中还示出了板料；
[0040]
图2是本发明的凹模与板料形成的憋气空间示意图；
[0041]
图3是本发明的凸模与板料形成的憋气空间示意图；
[0042]
图4是本发明的排气孔设置方法的主要步骤流程图；
[0043]
图5是本发明的排气孔设置方法的详细步骤流程图；
[0044]
图6是本发明的前车门外板的冲压模具没有设置排气孔板料冲压后的尺寸分析图；
[0045]
图7是本发明的前车门外板的冲压模具设置排气孔后板料冲压后的尺寸分析图；
[0046]
附图标记：
[0047]
1、凹模；2、凸模；3、板料；4、憋气空间；41、凹模憋气空间；42、凸模憋气空间。
具体实施方式
[0048]
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。
[0049]
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0050]
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，尽管本技术中按照特定顺序描述了本发明的控制方法的各个步骤，但是这些顺序并不是限制性的，在不偏离本发明的基本原理的前提下，本领域技术人员可以按照不同的顺序来执行所述步骤。
[0051]
首先参阅图1，如图1所示，本发明的冲压模具包括凸模2和凹模1，凹模1和凸模2呈上下设置，凸模2和凹模1设置成在闭合到位的情况下能够将板料3冲压成形，在凹模1向下移动的过程中，凹模1的向上突出型面与板料3会形成凹模密闭型腔，即板料3上方的凹模憋气空间41，凸模2的向下凹陷型面与板料3会形成凸模密闭型腔，即板料3下方的凸模憋气空间42，凹模憋气空间41内的压缩空气会产生向下的力，凸模憋气空间42内的压缩空气会产生向上的力，进而容易造成冲压后的零件变形，因此，本发明提供一种冲压模具的排气孔设置方法来解决上述问题。
[0052]
接下来参阅图1至4，如图1至4所示，本发明的排气孔设置方法主要包括下列步骤：
[0053]
步骤s1：在凸模和凹模闭合的过程中，获取凸模和凹模与板料形成的憋气空间；
[0054]
步骤s2：根据憋气空间的所在位置确定冲压模具的反成形区域；
[0055]
步骤s3：在确定出的反成形区域内设置排气孔。
[0056]
进一步地，在步骤s1中，在凸模2和凹模1闭合的过程中，获取凸模2和凹模1与板料3形成的憋气空间4。作为一种具体实施方式，可以借助cae模拟软件进行拉延成形的cae模拟，并利用软件找出凸模2上表面与板料3的下表面形成的全部凸模憋气空间42和凹模1下表面与板料3的上表面形成的全部凹模憋气空间41。当然，这种获取憋气空间4的方式并不
是限制性的，本领域技术人员可以根据实际使用需求自行设定；例如，还可以借助检测设备手动获取。
[0057]
在步骤s1中，找出的憋气空间4存在以下三种情况：只包括凹模憋气空间41；只包括凸模憋气空间42；既包括凹模憋气空间41又包括凸模憋气空间42。
[0058]
接着进入步骤s2，在步骤s2中根据步骤s1中找出的全部凸模憋气空间42和全部凹模憋气空间41的所在位置来确定冲压模具的反成形区域。具体而言，可以直接根据憋气空间4的所在位置直接确定冲压模具的反成形区域，即，根据凸模憋气空间42的所在位置，确定出与凸模憋气空间42所对应的凸模2的型面为凸模2的反成形区域，根据凹模憋气空间41的所在位置，确定出与凹模憋气空间41所对应的凹模1的型面区域为凹模1的反成形区域，参阅图1，且以图1所示方向为基准方向，凸模2的反成形区域为凸模2的上表面向下凹陷的区域，凹模1的反成形区域为凹模1的下表面向上突出的区域，综上所述，反成形区域为凹模1上的型面或凸模2上的型面。
[0059]
需要说明的是，本发明不对冲压模具的反成形区域的具体结构和具体数量作任何限制，本领域技术人员可根据成型零件的不同自行设定。
[0060]
将排气孔设置在冲压模具的反成形区域，能够防止产生气孔印，进而避免产生零件表面缺陷，禁止将排气孔设置在直接与板料3接触的模具型面上。具体而言，以图1所示方向为基准方向，凸模2与板料3形成的凸模憋气空间42的下方模具型面为凸模2上的反成形区域，凸模憋气空间42所对应的凹模1的型面为直接与板料3接触的型面，则禁止将排气孔布置在凹模1与板料3接触的型面上；凹模1与板料3形成的凹模憋气空间41的上方模具型面为凹模1上的反成形区域，凹模憋气空间41所对应的凸模2的型面为直接与板料3接触的型面，则禁止将排气孔布置在凸模2与板料3接触的型面上。
[0061]
进一步地，在步骤s2中，还可以是，根据憋气空间4和憋气空间4所对应的冲压模具型面的曲率半径来确定排气孔设置区域，本领域技术人员可根据实际情况自行设定。
[0062]
在步骤s3中根据步骤s2中确定出的反成形区域来设置排气孔，需要说明的是，本发明不对排气孔的具体布置方式以及排气孔的具体设置数量作任何限制，例如，多个排气孔可采用条状分布方式，也可采用花洒状分布方式，还可以是其他分布方式，这种有关排气孔的具体布置方式以及排气孔的具体设置数量，本领域技术人员可根据实际情况自行设定。
[0063]
基于上述排气孔的设置方法，能够将憋气空间4内的空气排出，防止空气被压缩，进而避免板料在冲压时发生变形。
[0064]
接下来参阅图5，如图5所示，本发明的排气孔设置方法的详细步骤包括：
[0065]
步骤s101：在凸模和凹模闭合的过程中，获取凸模和凹模与板料形成的憋气空间；
[0066]
步骤s102：获取憋气空间所对应的冲压模具的反成形区域的曲率半径；
[0067]
步骤s103：根据憋气空间和曲率半径确定排气孔设置区域；
[0068]
步骤s104：如果憋气空间是凸模与板料所形成，则憋气空间所对应的凸模的反成形区域的曲率半径小于或等于第一预设曲率半径的区域为排气孔设置区域；
[0069]
步骤s105：如果憋气空间是凹模与板料所形成，则憋气空间所对应的凹模的反成形区域的曲率半径小于或等于第一预设曲率半径的区域为排气孔设置区域；
[0070]
步骤s106：根据曲率半径和第二预设曲率半径的比较结果，确定排气孔的直径；
[0071]
步骤s107：如果憋气空间所对应的冲压模具的反成形区域的曲率半径小于或等于第二预设曲率半径，则排气孔的直径为3-16mm；
[0072]
步骤s108：如果憋气空间所对应的冲压模具的反成形区域的曲率半径大于第二预设曲率半径，则排气孔的直径为3mm。
[0073]
进一步地，在步骤s101中，在凸模和凹模闭合的过程中，获取凸模2和凹模1与板料3形成的憋气空间4。作为一种具体实施方式，可以借助cae模拟软件进行拉延成形的cae模拟，并利用软件找出凸模2与板料3的下表面形成的全部凸模憋气空间42和凹模1与板料3的上表面形成的全部凹模憋气空间41。当然，这种获取憋气空间的方式并不是限制性的，本领域技术人员可以根据实际使用需求自行设定；例如，还可以借助检测设备手动获取。
[0074]
在步骤s101中找出的憋气空间4存在以下三种情况：只包括凹模憋气空间41；只包括凸模憋气空间42；既包括凹模憋气空间41又包括凸模憋气空间42。
[0075]
进一步地，在步骤s102中，获取憋气空间4所对应的冲压模具的反成形区域的曲率半径，通过cad或cae模拟软件自动获取型面的曲率半径，如果在步骤s101中找出的憋气空间4只包括凹模憋气空间41，则在步骤s102中获取凹模憋气空间41所对应的凹模1型面的曲率半径，如果在步骤s101中找出的憋气空间4只包括凸模憋气空间42，则在步骤s102中获取凸模憋气空间42所对应的凸模2型面的曲率半径，如果在步骤s101中找出的憋气空间4既包括凹模憋气空间41又包括凸模憋气空间42，则在步骤s102中既获取凹模憋气空间41所对应的凹模1型面的曲率半径，又获取凸模憋气空间42所对应的凸模2型面的曲率半径。
[0076]
进一步地，在步骤s104中，如果憋气空间4是凸模2与板料3所形成，即，形成的是凸模憋气空间42，则凸模憋气空间42所对应的凸模2的反成形区域的曲率半径小于或等于500mm的区域为排气孔设置区域。
[0077]
进一步地，在步骤s105中，如果憋气空间4是凹模1与板料3所形成，即，形成的是凹模憋气空间41，则凹模憋气空间41所对应的凹模1的反成形区域的曲率半径小于或等于500mm的区域为排气孔设置区域。
[0078]
基于上述设置，在模具的反成形区域内曲率半径小于第一预设曲率半径的模具型面上设置排气孔，能够防止产生气孔印。
[0079]
进一步地，在步骤s106中，根据曲率半径和第二预设曲率半径的比较结果，确定排气孔的直径，在cad或cae模拟软件测出多个不同的曲率半径时，可通过曲率分析命令检查小于第二预设曲率半径的区域，还可以是在cae模拟软件测出多个不同的曲率半径时，通过人工的方式找出曲率半径小于第二预设曲率半径的区域。
[0080]
进一步地，在步骤s107中，如果憋气空间4所对应的冲压模具的反成形区域的曲率半径小于或等于第二预设曲率半径500mm，则排气孔的直径为3-16mm，需要说明的是，这种情况下，只要是排气孔的直径在3-16mm之间均可，在不影响零件表面品质的前提下，优先采用较大直径的排气孔，本领域技术人员可根据实际情况自行设定。
[0081]
进一步地，在步骤s108中，如果憋气空间4所对应的冲压模具的反成形区域的曲率半径大于第二预设曲率半径500mm，则排气孔的直径为3mm，这种情况下，如果采用较大直径的排气孔会影响零件的质量，所以采用较小直径的排气孔，多个排气孔的布置方式需采用花洒形式布置，以保证良好的排气效果，且不会影响零件的表面品质。
[0082]
在憋气空间4所对应的冲压模具的反成形区域的曲率半径小于或等于第二预设曲
率半径时，排气孔的直径设置在第一预设范围内，在不影响零件质量的情况下，本领域技术人员可根据实际情况自行设定多个排气孔的布置方式。
[0083]
在憋气空间4所对应的冲压模具的反成形区域的曲率半径大于第二预设曲率半径时，排气孔的直径设置在第二预设范围内，多个排气孔的布置方式优选设置为花洒形式布置，当然，这并不是限制性的，在不影响零件质量的情况下，本领域技术人员可根据实际情况自行设定多个排气孔的布置方式。
[0084]
本领域技术人员能够理解的是，虽然本优选实例中第一预设曲率半径和第二预设曲率半径均为500mm，但这仅是一种优选设定，而并不是限制性地，第一预设曲率半径和第二预设曲率半径的取值范围为450mm-500mm均可，第一预设曲率半径和第二预设曲率半径可以相同也可以不同，本领域技术人员可根据实际情况自行设定。
[0085]
需要说明的是，第一预设范围的取值为3-16mm，第二预设范围的取值为2-3mm，且3mm的临界值可以在第一预设范围内，也可以在第二预设范围内，只要能够满足第二预设范围内的直径不大于第一预设范围内的直径即可，本领域技术人员可根据实际情况自行设定。
[0086]
此外，在本优选实施例中，在排气孔设置区域或反成形区域内设置排气孔时，排气孔的径向面积相对反成形区域对应板料3的型面面积a的比值b在第三预设范围内，具体而言，例如，在凹模1上确定了三个凹模憋气空间41，则三个凹模憋气空间41所对应凹模1的型面上的区域为排气孔设置区域，三个排气孔设置区域内分别设置有多个排气孔，板料3成型后的型面面积为a，a为板料3成型后安装至车辆上后的可视型面面积(不包括冲压时的补充面)，三个排气孔设置区域内所有排气孔的径向总面积与a的比值为b，b大于0.3％，在凸模2上设置排气孔时，同理，在此不再赘述，在车辆外覆盖件的冲压模具中，优选为b大于0.3％，在不影响零件质量的情况下，本领域技术人员可根据实际情况自行设定排气孔的数量和直径，在车辆内覆盖件的冲压模具中，优选为b大于1％，在不影响零件质量的情况下，本领域技术人员可根据实际情况自行设定排气孔的数量和直径，经发明人反复实验模拟，上述设置方式排气效果较好且不易造成零件变形。
[0087]
进一步地，在本优选实施例中，每相邻两个排气孔的中心之间的距离为40-50mm，排气孔的轴线优选为竖直方向，在型面不满足此设置条件时，排气孔的轴线与排气孔设置区域的型面法线呈预设夹角，具体而言，在凹模1上设置排气孔时，排气孔的轴线与凹模1上的排气孔设置区域的型面法线呈预设夹角，在凸模2上设置排气孔时，排气孔的轴线与凸模2上的排气孔设置区域的型面法线呈预设夹角，预设夹角的取值范围为0-2.5
°
，基于上述设置，能够保证排气孔的排气效果。
[0088]
优选地，排气孔设置方法还包括：将冲压模具的反成形区域增加预设深度。具体而言，在凹模1和板料3形成的凹模憋气空间41所对应的凹模1的反成形区域向上增加预设深度，在凸模2和板料3形成凸模憋气空间42所对应的凸模2的反成形区域向下增加预设深度，预设深度的取值范围为0.3-0.5mm，基于上述设置，能够加大排气孔接触板料3的安全裕度，防止排气孔和板料3接触而造成板料3冲压后的表面质量不合格。
[0089]
本领域技术人员能够理解的是，进行建模模拟和憋气空间检查时，可通过cae(computer aided engineering)模拟软件，例如autoform、pamstamp、dyanform等来实现，在进行曲率分析时，可用过cad(computer aided design)软件，例如catia、ug、solidworks
或think3等来实现，也可以利用cae软件如autoform来实现。
[0090]
本发明的排气孔设置方法，可应用在车辆外覆盖件冲压模具中，车辆外覆盖件可以是侧围外板、车顶、前翼子板、前/后车门外板或前/后盖外板等，对于要求较高的内覆盖件如前/后车门内板、前/后盖内板等同样适用，还可以应用在其他类型的冲压模具中，来解决冲压模具的密闭空间造成板料变形或损坏的问题，关于排气孔设置方法应用的冲压模具，本领域技术人员可根据实际情况自行设定。
[0091]
接下来，以冲压车辆前车门外板的冲压模具为例，作为一种示例来详细介绍排气孔设置方法：
[0092]
步骤s201：在autoform中完成前车门外板拉延成形的cae模拟，然后打模拟开结果；
[0093]
步骤s202：选取接触距离(contact distance)命令；
[0094]
步骤s203：选择上下层(top/bottom layer)，检查凹模1看上表面，检查凸模2看下表面；
[0095]
步骤s204：下接触值设置为0.22；
[0096]
步骤s205：在右侧色标条上右键选取超出范围(out of range)。
[0097]
步骤s206：从板料接触开始，将时间步一直往到底走，检查过程中被白色(图中未示出)包围的区域，就是气体无法排出区域，即憋气空间4；
[0098]
步骤s207：找出凹模憋气空间41和凸模憋气空间42分别如图2和图3所示；
[0099]
步骤s208：在catia v5的gsd模块下，通过面曲率分析命令检查，蓝色(图中未示出)的曲面曲率半径都小于450mm；
[0100]
步骤s209：按照下表外覆盖件冲压模具排气孔布置要求设置排气孔：
[0101]
进一步地，在步骤s204中，下接触值为板料型面与模具型面的距离，如果板料型面和模具型面的接触距离超过0.22mm，则超出部分为憋气空间。
[0102]
需要说明的是，本发明不对下接触值的具体取值作任何限制，只要是下接触值的取值在0-0.22mm内即可，本领域技术人员可根据实际情况自行设定。
[0103]
接下来参阅图6和图7，图6为前车门外板的冲压模具没有设置排气孔板料3冲压后
的尺寸，图7为前车门内板冲压模具按照上述排气孔设置方法设置排气孔后板料3冲压后的尺寸，图6和图7中深色区域表示零件尺寸偏差在﹣2.5mm-﹣2mm之间，或者是零件尺寸偏差在2mm-2.5mm，多个较浅色区域表示零件尺寸偏差在﹣2mm-2mm之间，图7中示出了零件表面多个测试点的具体尺寸偏差，通过对比可以看出，图7的深色区域明显少于图6的深色区域，即，图6中尺寸误差大，图7中整体尺寸误差较小，证明冲压模具开排气孔前后，零件实际尺寸变化巨大，开排气孔后零件实际尺寸理论模拟计算值更优，且排气效果较佳，不易产生变形，取得了比较好的效果。
[0104]
进一步地，冲压内覆盖件的冲压模具排气孔的布置要求如下表：
[0105]
另外，排气孔的设置需避开模具上有筋结构的位置，防止影响排气效果。
[0106]
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。