专利名称：加工具有大高宽比通孔的工业部件的方法
技术领域：
本发明涉及一种加工具有高密度大高宽比通孔的工业部件的方法，当采用通过冲切加工后处理而变形的软质材料时，尤其涉及一种工业部件的加工方法，该方法使很多大高宽比通孔形成具有预定的厚度和与薄板材料上所钻孔相同高精度的工业部件。
背景技术：
通常需要在所有的工业产品上降低成本、重量和尺寸，并且，尤其在安装有很多电子电路的工业产品上，对于在包装技术方面导致惊人进步的附加价值来说，小尺寸已经是必须的。需要在电路板上加工高精度小通孔，在电路板安装有电子元件，以便于更高密度地集成电子电路，此时需考虑冷却效果，以保证高可靠性。在工业部件上精密加工小通孔技术是必不可少的，例如对于喷墨打印机的喷墨区小于电路板通孔的通孔，需要以非常高精密被钻出。
近来，已经有了更密集集成电子电路，有必要在材料基板的预定区域内加工大量的小通孔。因此，有必要使通孔具有更小及更深的尺寸，另一方面，应使通孔的直径更小以及通孔的轴向长度(深度)更长。也就是说，有必要使其高宽比值更大。因此，需要制成具有高精密度的通孔。通常，当通孔是圆柱形时，将高宽比值解释为通孔的轴向长度与直径的比值，当通孔不是圆柱形时，将高宽比值解释为通孔表面上的相互相对边缘之间的最小距离。这里，通孔的相互相对边缘之间的最小距离是图5(a)和图5(b)中的最小距离S。也就是说，大高宽比通孔指与孔的直径或最短距离比较具有较长轴向长度的长窄孔。
由冲模成形的穿孔可以列举为一种用于在这样的薄片板材上加工大量小通孔的常用方法。上述的穿孔是一种用于制造工业部件的常用方法，该方法同时用冲头和模具完成具有预定厚度薄板材的冲切。在上述方法中，由于厚的板材从加工的初始作为冲切件处理，在冲头和模具之间需要具有较大的间隙，因此，其精度较差。另外，在冲切期间，需要大量通孔，尤其是对于模具，当制成高密度的通孔时，作用在模具上的剪切力大于薄板材的剪切力。因此，模具的强度不能够抵抗上述的剪切力，由于刚度不足而引起变形，另外，也可以发生损坏。
图3(a)和3(b)示出了由冲模冲切通孔的穿孔状态。如图3(a)所示，在冲切期间，当冲头10作用于置于冲模12上的板材13的坯料上时，在冲头10和冲模12之间的空间作为预留间隙16后，裂纹15通常是由冲头10和冲模12的边缘14引起。裂纹15通常出现在间隙16的附近，并且通孔的精度在间隙16的范围内变化。因此，按照由冲模加工通孔的方法，在冲切之后，板材的通孔的横断面在冲切方向上通常是锥形的，如图3(b)所示。
对于较厚的板材要求冲模的间隙16较大，例如按照由THE NIKKANKOGYO SHIMBUN公司出版的“基础机器(I)”，对于薄板材是其厚度的4-12％，对于厚板材是其厚度的28-26％。也就是说，如上所述，对于厚板材孔精度降低了。由于在出口侧的直径尺寸在冲切方向的不稳定，因此，上述方法不适于用于大高宽比的高密度钻孔。
在一种具有上述冲模的用于穿孔的改进的方法中，有了一种用于获得具有预定厚度的工业部件的方法，通过该方法，在薄板材经冲切后，该薄板材被输送并叠合成多层。在上述方法中，由于此时薄板材的厚度很薄，使得每个板材的孔的精度很高并减小了由冲头和冲模引起的剪切力，孔可以加工得非常密集。然而，却具有低生产效率和高成本的问题，由于输送板材需要夹具并且叠合成多层需要空间，还增加了加工步骤。另外，由于需要一些导向销用于精密地叠合，导致了除必要工业部件的通孔加工以外的消耗。另外，当采用能够在冲切后变形的软质材料并当工业部件叠置多层至预定厚度时，在输送和叠合成多层后，在孔之间产生间隙并降低了通孔的精度。因此，上述方法不适于大高宽比的高密度、小通孔的加工。
在另外一种常用的方法中，有一种采用激光束而没有采用冲模的穿孔的方法。它是采用激光束间隙加工，也就是说，在该加工方法中，在上述光束由镜头聚焦后，工件被暴露在激光束下。按照上述采用激光束的加工方法，在大高宽比通孔的情况下，由于激光束聚焦方法而引起通孔在激光束的传播方向是锥形的，因而，一个重要的问题是降低了精度。
图4(a)和4(b)示出了一种由激光加工器加工通孔的穿孔状态。如图4(a)所示，在激光加工装置中，一束平行激光束17穿过聚光透镜18并在焦点20处聚焦。距焦点较长的距离导致激光束19的宽度变得较宽，使所加工断面的通孔的直径变得较大。因此，在板材的厚度较厚的情况下，此时，在激光束传播的方向上的出口侧加工孔，通孔在沿激光束传播的方向的入口侧被加工成具有较大的直径。其结果是，制成了一个锥形通孔，如图4(b)所示。
另外，由于采用热能进行激光束加工，所加工的板材由于受热而变形，并形成一个改变层。因此，也使通孔的直径不均匀。甚至在上述问题中，由于具有较大厚度的板材需要较大能量的激光束，即产生较大的热能，因此，板材的较大厚度导致通孔的精度降低。因此，上述的激光束加工方法很难说适于作为加工大高宽比的高密度的通孔的加工方法。
如上所述，在工业领域，高密度安装技术尤其是电子元件的安装技术有了很多改进，并且，在要求以高密度加工的精密通孔的工业部件中，即使采用具有钻孔后处理可能引起尺寸或形状变形的软材料时，需要无损坏、更可靠并具有高精度的制造大高宽比通孔的方法。然而，迄今还没有提出合适的方法。
发明概述考虑到上述问题，提出本发明，其目的是克服现有技术的问题，有助于工业部件尤其是电子部件的增加密度集装，通过提供一定形状的具有预定厚度和多个大高宽比的小通孔的工业部件，其中，即使采用能够变形的软质材料时，可以加工精密的具有较小直径的通孔，如100□m或更小，并具有一定的轴向长度，该长度与直径的比值较大，超过预定的比值；上述加工方法具有与在一片薄板材加工通孔的精度相近，并加工成接近于直线状的圆柱形。
本发明的发明人研究过各种用冲模的板材穿孔方法和加工步骤，并发现以下的方法能够达到上述目的；在冲模方法中，采用了一个冲头和一个模具，上述材料被升起与模板紧密接触，在此，当该片板材的孔用冲头加工后，冲头不从孔拉出；冲头从模具升起返回，以便于从孔的底部断面轻微拉回；与此相似，后续的材料被升起与前一材料的下断面紧密接触，此时，彼此叠成层状，在此，当孔用冲头加工后，冲头不从孔拉出；冲头从模具升起返回，以便于从孔的底部断面轻微拉回；重复上述步骤，具有加工孔的多片板材在具有冲头和模具的装置上叠成多层。
也就是说，本发明提供了一种具有大高宽比通孔的工业部件的加工方法，该方法采用冲头和模具，包括第一步骤在第一片板材上由冲头加工第一孔；第二步骤升起与模板紧密接触的上述第一片板材，此时冲头不从第一孔拉出；第三步骤冲头升起以便于冲头的端部从升起的第一片板材底部断面拉出；第四步骤在第二片板材上由冲头加工第二孔；第五步骤升起与第一片板材紧密接触的第二片板材，在此，冲头不从第二孔拉出；第六步骤冲头升起，以便于从第二片板材的孔的底部断面轻微拉回；其中，继续重复上述第四至第六步骤，使多片板材叠合成多层并粘接在一起。
在第一和第四步骤中，最好在由冲头加工孔后，在模具和模板之间插入间隔件。该间隔件最好比位于模具和模板之间的板材的总厚度约厚5-15μm，换句话说，已经叠合在冲头上的板材和放置在模具上的待加工的板材的总厚度。
在继续重复上述第四至第六步骤使板材叠成所需要的层数后，也就是说，加工的多片板材离开冲模后，工件夹具插入模具上部的空间，从冲模上升起，叠成多片的板材被输送至工件夹具。
最好本发明的用于加工具有大高宽比通孔的工业部件的方法包括在第二和第三步骤之间，冲头的端部从升起的第一片板材的底部稍微伸出的情况下，一个去除在第一片板材的第一孔的残渣的步骤，冲头的端部从升起的第二片板材的底部稍微伸出的情况下，一个去除在第二片板材的第二孔的残渣的步骤。残渣可以通过吹气装置，其中，残渣由压缩空气流去除，或粘附转置去除，在此，残渣由粘附介质粘附去除。
在本发明中，在上述工业部件中的所加工的通孔的尺寸精度范围可以在与上述一片板材的孔的尺寸精度相近。
另外，在本发明中，制成大高宽比通孔是可能的，也就是说，通孔的直径或上述通孔一个边缘至其相对的边缘的最短距离与其轴向长度的比值接近1∶1-1∶15，并且也能够制成具有彼此相邻的通孔之间的距离与上述相应的轴向长度比值接近1∶1-1∶15的通孔。另外，制成大高宽比通孔是可能的，在此，上述通孔的直径为100μm或更小；制成大高宽比通孔是可能的，在此，通孔之间的距离为100μm或更小。
在本发明中，叠合在一起的板材可以通过采用上述板材所具有的粘接剂或在板材之间插入粘接层彼此连接在一起。另外，在上述板材加工完成后，通过采用真空吸力使每个板材可以彼此紧密接触地叠合在一起。
附图简要说明
图1(a)至1(e)是按照本发明采用一个冲头和一个模具加工具有大高宽比通孔的工业部件的方法的一个实施例的步骤说明示意图；图1(a)示出了一个第一薄板材放置在模具上的准备步骤；图1(b)示出了第一薄板材由模具冲切的冲切步骤；图1(c)示出了第二板材准备步骤；图1(d)示出了第二板材的冲切步骤；图1(e)示出了板材冲切完成步骤，其中，在冲切完成和所有板材叠合后板材叠合层与模板分离。
图2(a)和2(b)是按照本发明的具有大高宽比通孔的工业部件的示意图；图2(a)是具有大高宽比通孔的工业部件一个实施例的透视图；图2(b)是图2(a)中的大高宽比通孔的放大视图。
图3(a)和3(b)是按照现有技术的方法由冲模加工通孔的示意图；图3(a)是所产生的裂纹的状态的分解示意图；图3(b)是冲切完成后板材的通孔的剖视图。
图4(a)和4(b)是按照现有技术的方法由激光束加工通孔的示意图；图4(a)表示激光束加工状态的示意图；图4(b)是激光束加工完成后板材的通孔的剖视图。
图5(a)和5(b)是按照本发明的具有大高宽比通孔的工业部件的示意图；图5(a)是表示通孔的最短距离的一个实施例的示意图；图5(b)是表示通孔的最短距离的另一个实施例的示意图。
图6是按照本发明的大高宽比通孔的剖视图的一个实施例的示意图。
图7是表示采用冲头和模具的现有技术的冲切方法的一个实施例的步骤示意图。
图8是表示采用冲头和模具的现有技术的冲切方法的另一个实施例的步骤示意图。
图9(a)至9(c)是本发明的采用冲头和模具加工的具有大高宽比通孔的工业部件的加工方法的示意图；图9(a)表示一片板材安装在模具上的预加工步骤；图9(b)是由冲头冲切一片板材的冲切步骤；图9(c)是残渣去除步骤，在此，模板与板材一起升起以去除残渣。
图10是表示采用冲头和模具的现有技术的冲切方法的一个实施例的示意图。
图11是表示本发明的采用冲头和模具加工的具有大高宽比通孔的工业部件的加工方法的一个实施例的示意图。
图12(a)至12(c)表示本发明的采用冲头和模具加工的具有大高宽比通孔的工业部件的加工方法的一个实施例的方法的示意图；图12(a)是一个板材一冲切一完成步骤A，其中，所有需要的板材的数量n(n＝3)的板材被冲切和叠合，模板被升起；图12(b)是一个板材一冲切一完成步骤B，其中，工件夹具插入模具的上部；图12(c)是一个板材一冲切一完成步骤C，其中，叠合的板材离开模板输送至工件夹具。
图13(a)至13(f)是本发明的采用冲头和模具加工的具有大高宽比通孔的工业部件的加工方法的一个实施例的方法的示意图；图13(a)是一个在设置模板上的用于真空吸入的一个孔；图13(b)是一个设置在第一板材上的用于真空吸入的一个孔；图13(c)是一个设置在第二板材上的用于真空吸入的一个孔；图13(d)是一个设置在第三板材上的用于真空吸入的一个孔；图13(e)是一个设置在第四板材上的用于真空吸入的一个孔；图13(f)是一个设置在第五板材上的用于真空吸入的一个孔(无孔)。
图14是本发明的采用冲头加工具有大高宽比通孔的工业部件的方法的一个实施例的方法的侧视图。
图15(a)至15(f)是按照本发明采用冲头和模具加工具有大高宽比通孔的工业部件的方法的一个实施例的详细步骤说明图，图15(a)是第一板材的预备步骤，其中，第一薄片板材安装在模具上，图15(b)示出了在第一板材冲切步骤中，模板被推下使其靠在模具上的板材上，图15(c)示出了在第一板材冲切步骤中，由进入模具的冲头冲切第一板材的状态，图15(d)示出了冲头从被提升的板材底部略微拉回的示意图，此时，板材由模板升起，模板靠在模具上的板材上，图15(e)是在第一板材的冲切步骤中，模板被升起的示意图，图15(f)表示第二板材的预备步骤。
图16(a)至16(f)是本发明的采用冲头和模具的用于加工具有大高宽比通孔的工业部件的方法的一个实施例的步骤说明示意图，图16(a)是第一板材的预备步骤，其中，第一薄片板材安装在模具上，图16(b)是第一板材的冲切步骤，其中，第一板材由冲头冲切，图16(c)是第二板材的预备步骤，图16(d)是第二板材的冲切步骤，图16(e)是第三板材的预备步骤，图16(f)是板材一冲切一完成步骤C，其中，在所有的板材完成冲切和叠合后，叠合的板材从模板上离开。
图17(a)至17(f)是本发明的采用冲头和模具的用于加工具有大高宽比通孔的工业部件的方法的一个实施例的步骤说明示意图，图17(a)是第一板材的预备步骤，其中，第一薄板材安装在模具上，图17(b)是第一板材的冲切步骤，其中，第一板材由冲头冲切，图17(c)是第二板材的预备步骤，图17(d)是第二板材的冲切步骤，图17(e)是第三板材的预备步骤，图17(f)是板材-冲切-完成步骤C，其中，在所有的板材完成冲切和叠合后，叠合的板材从模板上离开。
图18(a)至18(f)是本发明的采用冲头和模具的用于加工具有大高宽比通孔的工业部件的方法的一个实施例的步骤说明示意图，图18(a)是第一板材的预备步骤，其中，第一薄板材安装在模具上，图18(b)是第一板材的冲切步骤，其中，第一板材由冲头冲切，图18(c)是第二板材的预备步骤，图18(d)是第二板材的冲切步骤，图18(e)是第三板材的预备步骤，图18(f)是板材-冲切-完成步骤C，其中，在所有的板材完成冲切和叠合后，叠合的板材从模板上离开。
图19是用于本发明的间隔件的垫片升起和下降机构的实施例的示意图。
图20是图16(a)至16(f)所示步骤的工业部件的加工方法中所采用的外推垫片的透视图。
具体实施例下面，按照本发明详细说明用于加工具有大高宽比通孔的工业部件的方法的一个实施例。然而，本发明并不局限于上述实施例，还包括以本领域普通技术人员的知识为基础对其进行各种不脱离本发明的实质和范围的修改、修正及改进。
在本实施例中，通孔和孔同样表示从具有一定厚度的一片板材的一个表面至另一表面穿过的孔。然而，孔是指穿过叠合的一片板材的穿孔。
本发明的特征在于在具有冲头和模具的加工装置中的薄板材叠合在一起，所采用的冲头本身作为一种类似于现有技术的方法中的导向销叠合的轴。其特征还在于当冲头的端部从升起的板材的底部略微拉回时，为防止每片薄板材上所钻孔的变形，冲头停止上升运动。
图10是采用冲头和模具的现有技术的冲切方法的一个实施例。在冲头10和模板11的孔之间的一确定的间隙是必需的，该间隙只要满足冲头在模板11的孔内移动。因此，无论如何在冲头10的中心轴和模板11的孔的中心轴之间会产生偏移。
如图10所示，通常，在冲头10的中心轴和模板11孔的中心轴之间的偏移a1、a2、a3的方向和尺寸在每次冲切板材时都是变化的。因此，如果通孔是通过叠合在一起的板材制成的，那么，通孔不能获得高精度。
按照本发明的特征，在冲头的中心轴和模板的孔的中心轴之间的偏移的方向和尺寸在每次冲切板材时都是不变化的。也就是说，由于力以所限制的方向从外圆周(径向)驱动冲头在升起的板材上冲孔，冲头能够保持这样的位置上。因此，能够在板材上加工更多精度的孔。
图11是本发明的采用冲头和模具加工的具有大高宽比通孔的工业部件的加工方法的一个实施例的示意图，示出了在三片板材3被冲切后模板11被升起的状态。在该实施例中，即使在加工三片板材3上的通孔的情况下，由于板材3以冲头10为轴叠合，冲头10的中心轴和模板11的中心轴之间具有偏移a4、a5、a6，偏移a4、a5、a6具有不同的方向和尺寸，冲头10作为轴穿过冲头10的中心轴，因此，在三片板材3的每个孔的偏移a4，a5，a6没有变化。因此，制成在叠合的三片板材3上的通孔具有较高的精度。另外，由于板材3围绕冲头10的顶部支撑冲头10，板材3还具有避免冲头10的顶部弯曲的作用。
在本发明中，通过上述配置能够在薄板材上以具有相近精度的高密度的加工成大高宽比的通孔，当采用通过冲切后处理能够变形的软质材料时，在加工具有预定厚度的工业部件的现有技术的方法的情况下，较大的厚度导致通孔精度的降低。
图2(a)和2(b)示出了用于电子电路的电路板和用于打印机的喷墨部件等所需的高密度大高宽比通孔，并在下面进行说明图2示出了按照本发明的具有大高宽比通孔的工业部件1。图2(a)是具有大高宽比通孔的工业部件1的一个实施例的示意图；图2(b)是上述的通孔的放大视图。在工业部件1中，最好制成一个具有直径D与其轴向长度的比值接近为1∶1-1∶15的细长通孔。并且，在工业部件1中，需要以具有邻近通孔之间的距离N与其轴向长度的比直为1∶1-1∶15的高密度制成通孔。通孔的上述直径D和上述距离N为数十个微米。在工业部件1中，需要在100μm或更小的间隔加工很多这样具有100μm或更小的尺寸的具有高精度的小孔，并且，通过按照本发明的具有大高宽比通孔的工业部件的方法，可以获得上述部件。
具有高精度的通孔被设想为对于所有通孔的长度L的通孔的直径D接近一个常量。另一方面，它们是穿过板材厚度的孔，也就是说，当通孔2的横断面被设想为是圆形时，通孔2被加工成几乎为圆柱形。通孔的横断面不必为圆柱形，如如图6所示，可以是椭圆形。也就是说，任何形状的横断面可以用于通孔。当通孔的精度较低并以高密度制成通孔2时，两个或更多的通孔由于消除了相邻通孔间的距离N而连接在一起和/或由于上述距离的减小使强度不足。因此，将导致变形、如弯曲和/或相邻通孔间的壁部W的损坏，并且工业部件1的可靠性可以大大降低。然而，按照本发明的具有大高宽比通孔的工业部件的方法，不会发生这样的问题，加工具有高精度形状、甚至当上述壁部W的厚度较薄时的工业部件是可能的。
一种由按照本发明的具有大高宽比通孔的工业部件的方法加工的具有一定尺寸和形状的软质材料，其中存在由穿孔后处理引起的变形是下列软质材料，如杨氏模量小于3000kgf/mm2，聚乙烯(杨氏模量为310kgf/mm2)，聚酰亚胺(杨氏模量为430kgf/mm2)，强化塑料(杨氏模量为2500kgf/mm2)，半成品板材(杨氏模量为4kgf/mm2)。另外，当杨氏模量为300kgf/mm2或更大时，一片非常薄的具有一定尺寸和形状的板材在穿孔后处理引起变形，这样的材料可以作为用于本发明的工件。
而后，将说明按照本发明的具有大高宽比通孔的工业部件的方法的一个首先，说明由图1(a)至1(e)示意加工方法。
一种冲切机器，主要包括一个冲头10，一个模具12和一个模板11，并且，每片薄板材3逐一地置于模具12上由冲头10冲切。板材3的质量、尺寸和厚度不受特殊限制，如可以采用具有40μm厚的半成品板材。
图1(a)示出了准备冲切的第一薄板材3放置在模具上的状态，而后，第一薄板材由冲头10冲切，如图1(b)所示。而后，第二板材的冲切准备开始，如图1(c)所示，但与现有技术的方法的方式不同，第一薄板材3未移至其它位置叠合，上述第一薄板材向上移动与模板11靠紧，此时，冲头10已插入。真空吸入装置8采用一个贯穿模板11的吸入口，如图1(c)所示，该吸入口可以用于使板材3与模板11靠紧，也可以采用该方法与模板11粘接，如在第一薄板材3的表面上应用粘合剂。
在这里，如图1(c)所示，当用于上述第二板材的冲切准备开始、冲头10和模板11从模具12上升起时，最好冲头10不返回至与之一同升起的第一薄板材3的孔。当冲头从薄板材3的底部略微拉回时，停止冲头10的升起是重要的。这里”…略微拉回…”指“…总是至少在不伸出的状态下…”。当采用软质材料时，板材3的孔变形，当用于工业部件的板材3被叠合时，如果冲头10返回至板材3的孔或完全放入模板11内，孔的精度可能降低。
尽管采用了一种用于薄板材的叠合方法，此时，冲头10本身类似于现有技术的导向销，用于薄板材的叠合，由上述冲头10本身防止了所加工的通孔的变形，用于输送板材3和叠合间隔的夹具不需要了，另外，加工步骤减少了。具有大高宽比通孔的工业部件1以及在薄板材上加工的具有类似加工精度的通孔可以降低加工成本。
图1(d)示出了第二板材的冲切步骤。而后，进行图1(c)所示冲切预备步骤，并且，上述工作对于后续的在冲切机器上的叠合的多片板材3重复进行。
如图1(e)所示，在所有的板材3叠合并冲切完成后叠合的板材3与模板11分离。
下面，详细说明从第一片板材3的冲切准备步骤(图1(a))至第二片板材3的冲切准备步骤，也就是说，参照图15(a)-15(e)，详细说明第一片板材的冲切过程。
图15(a)示出了第一薄片板材放置在图1(a)所示的模具12上。而后，如图15(b)所示，模板11被推下使其靠在模具12上的板材3上。此时，冲头10静止在模板上。当模板11推下时，在模板11靠在模具12上的板材3之前，最好不要由冲头10冲切板材3。当模板11推下时，模板11起夹紧冲头和压紧板材3的作用。如果板材3没有被压紧，当板材3具有较差的平整度并且表面不平整时，冲头10变得不稳定，板材3不能够被精确冲切。另外，除冲切引起的板材3的变形外，尤其是翘曲类的变形能够由模板11的压紧而避免。如果变形没有被防止，板材3不能够被精确冲切。
随后，如图15(c)所示，由冲头10冲切的板材3处于以下状态，模板11靠在模具12上的板材3上，冲头10插入模具12。如图15(d)所示，首先，冲头10由模板11从板材3的底部升起略微拉回，模板11保持靠在模具12上的板材3上。最好模板11不与拉回的冲头10一同升起或先于拉入的冲头10升起。这是由于能够通过升起冲头10保持由模板11、模具12和冲头10所围绕的这些配置，确保了板材3的冲切精度。
如图15(e)所示，模板11由贯穿板材3完成第一片板材的冲切的冲头升起。图15(f)示出了图1(c)所示的第二片板材的预备步骤。
下一步，参照图16(a)-16(f)、17(a)-17(f)、18(a)-18(f)和图20，说明在容易变形的材料上精密冲切的方法。图16(a)-16(f)、17(a)-17(f)、18(a)-18(f)是本发明的采用冲头和模具加工具有大高宽比通孔的工业部件的方法的一个实施例的步骤的示意图，并示出了在模具和模板之间具有间隔件的冲切方法。
如上所述，孔由具有叠合的板材通过重复冲切步骤加工更精密，在此，通孔在冲头上加工。然而，当采用容易变形的材料时，孔精度有时较低。
当冲切时，在冲头加工孔前，模板靠在模具上的板材上，板材夹在模板和模具之间，并且一个压紧力作用在板材上，在此，孔已经加工并叠合在模板上，板材放置在模具上并将进行加工。此时，板材叠合在模板上被压紧并变形，在这种情况下，该容易变形的材料被施加压紧力。然而，作为叠合轴线的冲头被固定，板材发生相对的变形，并且已加工的孔的形状精度有时较低。另一方面，在放置在模具上的板材中，由冲头在以下状态下加工孔，模板靠在板材上，板材被压紧。因此，按照在冲切后引起的由弹性变形恢复至原始形状的情况，孔的位置和尺寸精度有时降低。
如图16(a)-16(f)、17(a)-17(f)、18(a)-18(f)所示，为了在软质板材上加工更精密的孔，最好通过在模具和模板之间的间隔件进行冲切。模板通过在模具和模板之间采用间隔件直接靠在板材上，这样，防止了压力作用在板材上。
图16(a)-16(f)是加工步骤的示意图，如外推垫片6作为间隔件被采用。
图16(a)示出了准备冲切的放置在模具12上的第一薄板材。另外，外推垫片6具有一定的形状，例如，如图20所示，也安装在模具12上。最好外推垫片6具有较模具上的板材3厚的约5-15μm的厚度。随后，首先，第一板材由冲头10冲切，如图16(b)所示。与此同时，模板11靠在比板材3略厚的外推垫片6上，而不直接靠在板材3上。因此，如果板材3很软，也不会在冲切时变形，并且冲切在板材3上的孔是精密的。而后，在图16(c)所示的第二片板材的预备步骤中，已冲切的第一片板材3与模板11靠紧并与贯穿第一片板材3的冲头10一起升起。外推垫片6安装在模具上。最好外推垫片6具有较与贯穿第一片板材3的冲头10一起升起的板材3和放置在模具12上待冲切的板材3的总厚度约厚5-15μm。
图16(d)是第二片板材3的冲切步骤。以与第一片板材的图16(b)相同的方式，模板11靠在外推垫片6上，而不直接靠在板材3上，防止了板材3的变形。以同样的方式，冲切在板材3上的孔是精密的。而后，如图16(e)所示，准备冲切第三片板材。最好外推垫片6具有较已冲切的与贯穿第一片板材3的冲头10一起升起的板材3和放置在模具12上待冲切的板材3的总厚度约厚5-15μm。外推垫片6防止了模板11直接靠在板材3上。这样，以一定顺序重复叠合冲切机器上的多片板材3。如图16(f)所示，当所有的板材3被冲切完全叠合时，叠合的板材3离开模板11完成冲切。
当由冲头10冲切板材3时，安装在模具12上的外推垫片6具有较已冲切的与贯穿板材3的冲头10一起升起的板材3和放置在模具12上待冲切的板材3的总厚度约厚5-15μm，如上所述，以便于防止由于板材3的厚度变化和在冲切时所引起模板11和模具12的变形而使模板11压在板材3上。当外推垫片6具有比与贯穿板材3的冲头10一起升起的板材3和放置在模具12上待冲切的板材3的总厚度薄的厚度时或当其偏差小于约5□m、甚至如果外推垫片6薄于其总厚度时，模板11有时压向板材3，这不是最好的。当其偏差反向大于约15□m时，不能有效地排除板材3的弯曲，这不是最好的。
只要满足上述条件，每当板材3的叠合层数增加时，需要较厚的外推垫片6，所采用的外推垫片6总是可以由具有不同厚度的外推垫片6替换。相应地，外推垫片可以叠放在一起。
间隔件，例如上述外推垫片6在冲切期间位于模具和模板之间，能防止模板直接压在板材上对板材施加压力。间隔件的形状不受限制，只要其比与贯穿板材的冲头一起升起的板材和放置在模具上待冲切的板材的总厚度约厚5-15μm。
例如，在上述外推垫片6的情况下，间隔件可以是多个布置在板材3的四个角部正方形条、平板或细圆柱体或棱柱体。然而，由于框架形间隔件能够容易加工成具有相同厚度(高度)并容易消除模具12和模板11的倾斜，因此，图20所示的框架形间隔件是最好的。
采用升降的垫片作为间隔件的另外一个例子的加工步骤如图17(a)-17(f)所示。
图17(a)-17(f)所示的升降垫片5在模具12上向上和向下移动，调节从模具12的上表面的伸出高度，在由冲头10冲切时，在模具12和模板11之间形成一个空间，以防止模板11直接靠在板材3上，而使压力作用在板材3上。
图17(a)示出了准备冲切的第一片板材放置在模具12上。此时，升降垫片5向上移动，以便于从模具12的上表面伸出5-15μm，高于模具12上的板材3的厚度。而后，如图17(b)所示，第一片板材由冲头10冲切。此时，模具11靠在略微高于板材3的厚度的升降垫片5上，而不直接靠在板材3上。因此，即便板材3很软的材料，在冲切时也不会变形，通过冲切在板材3上形成的孔很精密。而后，在如图17(c)所示的第二板材的冲切准备步骤中，已冲切的由冲头10贯穿的第一片板材3紧密靠在模板11上并向上移动。升降垫片5从模具12的上表面的伸出高度被调节至比与贯穿板材3的冲头10一起升起的已冲切的板材和放置在模具12上的待冲切板材3的总厚度约高5-15□m。
图17(d)示出了第二片板材的冲切步骤，如用于第一片板材的图17(b)所示，模具11靠在升降垫片5上，而不直接靠在板材3上以防止板材3的变形。以相同的方法，在板材3上制成的孔很精密。而后，如图17(e)所示，是第三板材的冲切准备步骤。以相同的方法，升降垫片5从模具12的上表面的伸出高度被调节至比与贯穿板材3的冲头10一起升起的已冲切的板材和放置在模具12上的待冲切板材3的总厚度约高5-15μm，因此，防止模板11在冲切时直接靠在板材3上。该过程重复进行在冲切机器上顺序叠合多片板材3。如图17(f)所示，在所有的板材3完成冲切叠合后，叠合的板材3从模板11上离开，完成冲切。
如上所述，间隔件的形状并不受限制。因此，当升降垫片5作为间隔件被采用时，升降垫片5的水平断面的形状可以是夹在板材3之间的细长的的形状、或放置在板材3的四个角部的外侧的圆形或长方形、或围绕板材3的框架形状，尽管没有图示出。
作为间隔件的升降垫片不限于如图17(a)-17(b)所示的在模具12上上下移动的升降垫片5，也可以是如图18(a)-18(f)所示的在模板11上上下移动的升降垫片4。采用升降垫片4的加工步骤如图18(a)-18(f)所示。
图18(a)-18(f)所示的升降垫片4在模板11上上下移动，调节升降垫片4从模板11的下表面伸出的高度，在由冲头10冲切时，在模具12和模板11之间形成一个空间，防止模板11直接靠在板材3上，并施加一个压力于板材3。
顺便提及，作为间隔件的升降垫片4的加工工序和功用与图17(a)-17(f)所示的升降垫片5相同。因此，省略关于加工工序的说明。
通常，在冲切机器中，具有模具的下部与上部相比具有较少的部件，能够确保升降机构上下移动垫片的空间。在这一方面，升降垫片5比升降垫片4更优先采用。图16(a)-16(f)所示的外推垫片6与升降垫片4、5相比较，当板材的厚度改变时，外推垫片6在所需的初始成本和改装成本上是有利的。然而，升降垫片4、5是自动化的、具有高加工速度，因此，尤其有助于生产率的提高，同样又有助于工业部件的加工成本的降低。
用于移动垫片升降的一种升降机构的例子如图19所示，图19是升降机构32的示意图，其中，在模具12上的上下移动的升降垫片5与升降机构连接。升降机构32能够将精密伺服电机33产生的转动转变为直线运动，例如，该机构包括一个由伺服电机33转动的螺杆34和一个与螺杆34配合的螺孔35，并向上和向下精密移动升降垫片5。
而后，防止残渣堵塞加工在板材3上的孔的去除残渣的工序参照图9(a)-9(c)说明。
图9(a)示出了板材3放置在模具12上的冲切前的准备状态。而后，如图9(b)所示，板材3由冲头10冲切，此时，产生了由冲切形成并源于板材的孔的残渣。所有的残渣几乎都落进了模具的镗孔21内。然而，一部分残渣粘在冲头10上并被向上升起。如果残渣向上升起粘在板材3上，便得到了一件残次的冲切产品。因此，如图9(c)所示，在模板11与板材3一同升起、冲头10的端部通过从升起的板材3的下表面略微伸出的条件下，残渣被去除。这里，“…略微伸出”指“至少…没有拉回”。
由于冲头10没有与通过冲切的板材3的孔分离，因此，没有残渣残留在板材3的孔中的情况。完全可以去除粘附在模具12或冲头10的下表面或板材3上的残渣。残渣的去除是容易的，也没有残渣残留在板材3的孔中的情况，因此，提供进一步的改进方法。
由于在板材以现有技术的方法冲切后没有采用以紧密靠在模板上的方式升起板材，板材承受真空吸力，在气压的反向吹动下，粘接在粘合介质或类似物上，从在模具上的板材的下侧即从镗孔的侧面去除残渣，使得残渣不能残留在板材的孔。
在冲切机器具有较大冲距的情况下，其具有一个大直径端部的冲头10，并且在相邻冲头之间能够给出一个较宽间隔，其冲切步骤如图7所示；模具的镗孔21具有足够的空间。因此，残渣能够以上述的方法去除。然而，在冲切机器具有较小的冲距的情况下，冲切机器具有一个冲头10，冲头10具有一个较小的顶部直径，并在相邻冲头间具有较小的间隔，以上述的方法去除残渣是困难的。
如图8所示，近年来经常采用一部冲切的具有高密度通孔的改进的一种冲切机器。在这样的冲切机器中，冲头10的直径较小，尤其在端部a8的直径较小，并且端部a8的长度尽可能短，使其能够防止端部a8弯曲。由于冲头10需要伸入模具的镗孔21，模具的镗孔21的上表面的厚度变薄，并且模具12的强度降低。另外，由于较小的冲距，冲头10的剪切力变大，模具12上的载荷变大。因此，为改善模具12的强度的目的，在镗孔21处提供了加强筋或类似物以增加模具12的强度。然而，这样的加强方式使模具12的结构复杂化并且去除残渣困难。其结果是，残渣不能够充分去除并残留在板材3的孔中，因此，其效率较低。
在本发明中，残渣能够从模具12中去除，残渣能够容易去除而与模具12的结构无关。另外，由于直至冲切和叠合完成，板材3不与冲头分离，因此，很少发生残渣进入板材3的孔中的情况。
顺便提及，在本发明中的用于去除残渣的装置与现有技术的装置相同，可以选择如由压缩空气吹除残渣，将残渣粘接在粘合介质或类似物上，采用这种方法使装置简单化。
下面，描述从模板上分离叠合板材的方法。
再如图1(e)所示，作为一种从模板11上取下叠合的板材3的方法，可以是这样的方法，例如一种方法，其中，停止用于升起板材3的真空吸力，真空消失，由模板夹具7连续工作进行机械分离。此时，该方法不是使板材3从冲头10上取出，并且，在板材3放置在模具12上后，模板11被取出。最好将叠合的板材输送至工件夹具并送至下一工序以改善生产率。由于几乎不发生变形，这种方法适于软质板材的情况。
图12(a)-12(c)是板材输送至夹具的步骤的示意图，并示出了在板材被冲切和叠合后，三片板材从冲头和模板上分离的一个例子。如图12(a)所示，当升起的模板11与已冲切并叠合的板材3保持紧密接触时，如图12(b)所示，工件夹具23插入模具12的上部空间，如图12(c)所示，冲头10由相应的模板11升起，因此，从冲头10上分离板材3，并由此而停止真空吸力8，板材3被升起，传导真空中断9，由模板夹具7从模板11上机械地取出叠合的并安装在工件夹具23上的板材3。
需要用于板材3的彼此粘接，通过板材3的叠合而获得用于工业部件1，并且，作为一种粘接方法，以往的用于板材3的表面的粘合剂可以采用，粘接片可以插入两片板材3之间用于粘接彼此相邻的板材。然而，最好采用以往所提供的在板材的表面具有一种粘合剂的板材，当采用粘接的板材时，增加了用于冲切的工序的步骤。
另一方面，能够由真空吸入的孔预先加工在叠合的板材上。图13(a)-13(f)示出了在板材由真空吸力叠合的情况下，开在板材上的用于真空吸力的孔的布置的例子。
图13(a)示出了设置在模板11上的用于真空吸力的孔24的例子，图13(b)示出了设置在第一片板材3上的用于真空吸力的孔24的例子。首先，当真空吸力起作用时，第一片板材3通过图13(a)而不是13(b)所示的孔24受真空吸力的支配，从而使第一片板材3与模板11紧密接触。第二片板材3通过图13(b)而不是13(c)所示的孔24受真空吸力的支配，从而使第一片板材3与第一片板材3紧密接触。以相同的方式，图13(d)示出了用于真空吸力的设置在第三片板材3上的孔24，图13(e)示出了用于真空吸力的设置在第四片板材3上的孔24。如图13(f)所示，最后一片(第五)板材后面没有板材叠合在其上部，不需要具有用于真空吸力的孔24。
用于真空吸力的孔的位置不受限制。然而，由于最后一片板材是由真空力升起的，而不需要用于真空吸力的孔，最好除最后一片板材外用于真空吸力的孔围绕四个侧面等距的设置。
另外，所有真空吸力是由所采用的一种真空装置产生。在这种情况下，由于存在用于真空吸力的开孔，除支配最后一片板材的真空吸力时，可以说不产生真空压力。作为一种用于这些的测量装置，真空压力可以由固定位置的每片板材所支配的真空吸力、可识别的管线以及由控制阀或类似物提供的路径保证安全。顺便提及，吸力升起板材的程度能够通过制成在用于真空吸力的孔上的节流阀显示。
作为另外一种用于叠合的板材的方法，最好采用这样一种方法，其中，冲头的表面光洁度是粗糙的，以增加冲头和板材之间的摩擦力，通过该摩擦力，板材被夹持在冲头上。板材由冲头夹持，其结果是，已冲切的板材顺序与模板紧密接触并被叠合。通常，冲切的孔受在一定方向上的弹性变形影响，冲头变细，由于在冲切工序中所产生的内部应力，每个孔的直径变小。尤其是较大弹性的材料具有较大的变形。由此，用于在冲头上夹持板材的冲头的粗糙的表面光洁度是足够的。
在采用具有高弹性材料作为板材的情况下，最好采用如图14所示的在冲头的表面上具有类似与竹笋的台阶部31的冲头30，以便于更牢固地在冲头上夹持板材。在板材由冲头30冲切的时刻，板材越过台阶部31没有发生塑性变形并被顺序叠合。如果制成的冲头30的高度H与板材的厚度相等，板材能够被紧密接触地叠合。另外，由于弹性变形，板材由台阶部31提起。因此，板材不从冲头30落下。
上面已经对用于加工具有大高宽比通孔的工业部件的方法进行了详细说明，按照本发明，下面说明精密冲切机器。
例如当在具有50μm厚的半成品板材加工孔时，作为板材，以便于得到具有98μm直径D的通孔，上述作为工业部件相邻的通孔之间的距离N为50μm，冲头和模具之间在板材处的间隙可以接近约2μm，为板材厚度的4％。这里，在一片板材上的上的孔的直径与轴向长度的比值，即高宽比接近于2∶1，在相邻的孔之间的距离与孔的轴向长度的比值1∶1。当十二片板材被叠合以获得工业部件时，其厚度为0.6mm，工业部件1的通孔的直径D与轴向长度L的比值，即高宽比为1∶6，在相邻的通孔之间的距离N与通孔的轴向长度的比值变为1∶12。可以在外形上对于一片板材，提供具有这样大高宽比的通孔，另一方面，对于通孔的直径D，其精度的变化在4μm内。
而后，将说明用于证明本发明的优点的实施例。
(实施例)一种电路板由包括冲头和模具的冲切机器加工，采用一种具有杨氏模量为4kgf/mm2d的半成品板材作为材料，以便具有80μm直径和0.8mm轴向长度的通孔以彼此间隔为70μm制成。
在上述情况下，一片半成品材料的厚度设置为40μm，二十片板材由冲头沿其轴向叠合。在所获得的电路板的通孔直径测量后，发现在上述电路板的表面处的直径为80μm、在背面处的直径为80-83μm。另外，通过光学显微镜对上述电路板的表面和背面的观察，进一步确认没有裂纹及其它问题。
(比较的实施例1)一种以相似的方法制成的电路板，除半成品材料的厚度为0.8mm外，而仅仅采用没有叠合的一片半成品材料。在所获得的电路板的通孔直径测量后，发现在上述电路板的表面处的直径为80μm、在背面处的直径为115-130μm。另外，通过光学显微镜对上述电路板的表面和背面的观察，确认孔发生了变形并在一些通孔的边缘有裂纹没有裂纹。
(比较的实施例2)一种具有与上述实施例的通孔相似的电路板的加工方法，采用一种激光器装置，采用一种具有杨氏模量为4kgf/mm2d的半成品板材作为材料。以与比较实施例1相似的方法，仅仅采用一片板材，所采用材料的厚度为0.8mm。在所获得的电路板的通孔直径测量后，发现在上述电路板的表面处的直径为80μm、在背面处的直径为40-69μm。另外，通过光学显微镜对上述电路板的表面和背面的观察，确认孔发生了变形圆周减小，并在一些通孔的边缘有毛刺和碎屑。
因此，按照本发明，可以加工这样的工业部件，其中，以高密度制成了没有变形和裂纹的大高宽比的小通孔，该通孔比现有技术的方法精度更高。
如上所述，按照本发明，可以加工这样的工业部件，在此，细密的通孔，其中，该通孔的直径很小(100μm或更小)，由预定比值确定的的轴向长度较长，或与其直径比较该长度更长，即在一片薄板材上，甚至当采用能够变形的软质材料时，以高密度提供了具有相似精度的大高宽比的小通孔。因此，用于加工具有大高宽比通孔的工业部件的方法可以使这样的加工成为可能，例如，电路板和用于释放液体的喷嘴。另外，在改进用于工业部件的集装技术方面、在更紧凑的更方便的用于社会的产品方面具有很多优点。
权利要求
1.一种采用冲头和模具的用于加工具有大高宽比通孔的工业部件的方法，包括第一步骤由所述冲头在第一片板材上加工第一孔；第二步骤升起与模板紧密接触的所述第一片板材，此时，冲头不从第一孔拉出；第三步骤所述冲头升起，以便于所述冲头的端部从升起的所述第一片板材底部断面略微拉回；第四步骤由所述冲头在第二片板材上加工第二孔；第五步骤升起与所述第一片板材紧密接触的所述第二片板材，此时，所述冲头不从第二孔拉出；和第六步骤所述冲头升起，以便于冲头的端部从升起的所述第二片板材的底部轻微拉回；其中，随后继续重复上述第四至第六步骤，使多片板材叠成多层。
2.按照权利要求1所述的具有大高宽比通孔的工业部件的加工方法，其特征在于当通孔由冲头在第一和第四步骤加工时，在模具和所述模板之间置入间隔件。
3.按照权利要求2所述的具有大高宽比通孔的工业部件的加工方法，其特征在于间隔件比位于模具和模板之间的板材的总厚度约厚5-15□m。
4.按照权利要求1所述的具有大高宽比通孔的工业部件的加工方法，其特征在于在重复上述第四至第六步骤使板材叠成所需要的层数后，一个工件夹具插入模具上部的空间，叠合的板材被输送至工件夹具。
5.按照权利要求1所述的具有大高宽比通孔的工业部件的加工方法，其中，该方法包括在第二和第三步骤之间，冲头的端部从第一片板材的底部稍微伸出的情况下，一个去除在第一片板材的第一孔中的残渣的步骤，以及冲头的端部从第二片板材的底部稍微伸出的情况下，一个去除在第二片板材的第二孔的残渣的步骤。
6.按照权利要求5所述的具有大高宽比通孔的工业部件的加工方法，其特征在于残渣可以通过吹气装置去除，在此，残渣由压缩空气流或粘附装置去除，其中通过将残渣粘附在粘合介质上面去除。
7.按照权利要求1所述的具有大高宽比通孔的工业部件的加工方法，其特征在于在上述工业部件上加工的通孔的尺寸精度范围可以与在所述一片板材上加工的孔的尺寸精度相近。
8.按照权利要求1-7之一所述的具有大高宽比通孔的工业部件的加工方法，其特征在于所述通孔的直径或所述通孔一个边缘至其相对的边缘的最短距离与其轴向长度的比值接近1∶1-1∶15。
9.按照权利要求1-8之一所述的具有大高宽比通孔的工业部件的加工方法，其特征在于彼此相邻的所述通孔之间的距离与所述相应通孔的轴向长度比值接近1∶1-1∶15。
10.按照权利要求1-9之一所述的具有大高宽比通孔的工业部件的加工方法，其特征在于所述通孔的直径为100□m或更小。
11.按照权利要求1-10之一所述的具有大高宽比通孔的工业部件的加工方法，其特征在于彼此相邻的通孔之间的距离为100□m或更小。
12.按照权利要求1-11之一所述的具有大高宽比通孔的工业部件的加工方法，其特征在于所采用的所述板材带有以往所应用粘合剂。
13.按照权利要求1-11之一所述的具有大高宽比通孔的工业部件的加工方法，还包括一个在第一板材和第二板材之间插入一个粘合层的步骤。
全文摘要
一种采用冲头和模具的用于加工具有大高宽比通孔的工业部件的方法,包括:由所述冲头在第一片板材上加工第一孔的第一步骤;第一片板材与模板紧密接触的第二步骤,此时,冲头不从第一孔拉出;所述冲头升起第三步骤,以便于所述冲头的端部从升起的所述第一片板材底部断面略微拉回;由所述冲头在第二片板材上加工第二孔的第四步骤;升起与所述第一片板材紧密接触的第二片板材第五步骤,此时,所述冲头不从第二孔拉出;所述冲头升起的第六步骤,以便于冲头的端部从升起的所述第二片板材的底部轻微拉回;随后继续重复上述第四至第六步骤,使多片板材叠成多层。
文档编号H05K3/00GK1336260SQ01132849
公开日2002年2月20日 申请日期2001年7月19日 优先权日2000年7月19日
发明者武内幸久, 辻裕之, 北村和正, 山口良则 申请人:日本碍子株式会社