專利名稱：平面壓邊半精沖裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半精沖方法，特別涉及一種平面壓邊半精沖裝置及方法。
背景技術(shù)：
齒圈壓邊精沖工藝是目前應(yīng)用最廣泛的精沖工藝，具有優(yōu)質(zhì)、高效、低耗和使用范 圍寬的特點(diǎn)。因此，在汽車及摩托車、辦公設(shè)備、鐘表、縫紉機(jī)和照相機(jī)等產(chǎn)品的精密零部件 加工領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但是齒圈壓邊精沖工藝需要使用能夠提供主沖力、壓邊力和反 壓力三種機(jī)械力的專用壓力機(jī)，而這類專用壓力機(jī)的造價(jià)是普通壓力機(jī)的5至10倍，嚴(yán)重 影響了齒圈壓邊精沖工藝的推廣應(yīng)用。齒圈壓邊精沖工藝使用的模具需要在壓邊板上加工 三角形斷面的齒圈，用于阻擋工件毛坯材料水平流動(dòng)以產(chǎn)生三向應(yīng)力，模具加工復(fù)雜，成本 高。對(duì)于沖裁內(nèi)輪廓的零件，使用齒圈擠壓工件毛坯，必然在工件上留下齒圈壓痕，破壞工 件的表面質(zhì)量，從而影響齒圈壓邊精沖工藝的推廣和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服齒圈壓邊精沖工藝所需設(shè)備復(fù)雜、模具成本高、損傷工件毛坯表面的缺 陷，本發(fā)明提出一種平面壓邊半精沖裝置，及實(shí)現(xiàn)平面壓邊半精沖的方法，所采用的技術(shù)方案是平面壓邊半精沖裝置，在沖壓模具的軸向接合面的上側(cè)設(shè)置平面壓板，在軸向接 合面下側(cè)設(shè)置凹模，平面壓板和凹模的輪廓和尺寸均大于工件的輪廓和尺寸；平面壓板上 沿沖壓方向設(shè)置凸?；?，一柱狀凸模設(shè)置在凸?；乐?，并與凸模滑道滑動(dòng)連接；凹模上 沿沖壓方向設(shè)置反頂板滑道，一柱狀反頂板設(shè)置在反頂板滑道中，并與反頂板滑道滑動(dòng)連 接；反頂板滑道的位置與凸?；赖奈恢孟鄬?duì)應(yīng)。凸模下端外邊緣或凹模上端的內(nèi)邊緣設(shè)置圓角，圓角半徑的數(shù)值范圍是圓角半徑=(0. 05 012) X工件毛坯板料厚度。圓角半徑優(yōu)選的數(shù)值范圍是圓角半徑=0. 05 X工件毛坯板料厚度。凸模的外表面與凹模內(nèi)壁間設(shè)有模具間隙，模具間隙的數(shù)值范圍是模具間隙=(0. 01 0. 03) X工件毛坯板料厚度。模具間隙優(yōu)選的數(shù)值范圍是模具間隙=(0. 01 0. 02) X工件毛坯板料厚度。平面壓板設(shè)置彈性機(jī)構(gòu)，彈性機(jī)構(gòu)為氮?dú)鈴椈蓮椥詸C(jī)構(gòu)或聚氨酯橡膠彈性機(jī)構(gòu)。使用平面壓邊半精沖裝置的平面壓邊半精沖方法，沖裁工件時(shí)，平面壓板下行，以 壓邊力壓在工件毛坯上工件輪廓的外邊；之后凸模對(duì)工件毛坯施加向下的沖壓力，同時(shí)反 頂板對(duì)工件毛坯施加向上的反頂力。壓邊力的數(shù)值范圍是壓邊力=(0. 4 1) X工件毛坯材料的屈服極限X壓邊面積。
反頂力的數(shù)值范圍是反頂力=(04 1) X工件毛坯材料的屈服極限X沖壓面積。壓邊力優(yōu)選的數(shù)值范圍是壓邊力=(0. 6 0. 85) X工件毛坯材料的屈服極限X壓邊面積。反頂力優(yōu)選的數(shù)值范圍是反頂力=(0. 5 08) X工件毛坯材料的屈服極限X沖壓面積。本發(fā)明的平面壓邊半精沖方法，采用上述技術(shù)方案所能取得的技術(shù)效果是使用平面壓板代替齒圈，可以在不損傷工件毛坯表面的情況下，將工件毛坯擠壓 在平面壓板和凹模之間，利用強(qiáng)大的摩擦力阻止工件毛坯材料沿水平方向流出工件輪廓的 范圍。凸模和反頂板對(duì)工件毛坯的擠壓會(huì)使工件輪廓內(nèi)的工件毛坯材料產(chǎn)生強(qiáng)大的壓應(yīng) 力，在工件毛坯材料無法沿水平方向流出工件輪廓范圍的情況下，變形區(qū)內(nèi)的工件毛坯材 料內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生三維方向的壓應(yīng)力，變形區(qū)內(nèi)的工件毛坯材料在強(qiáng)大的壓應(yīng)力作用下不可避 免地產(chǎn)生塑性流動(dòng)，使變形區(qū)內(nèi)工件毛坯材料承受的三維方向壓應(yīng)力的數(shù)值趨向一致而處 于靜水壓力狀態(tài)，并具有最大的塑性變形范圍，以有效地減小沖裁過程中拉應(yīng)力產(chǎn)生的區(qū) 域，抑制裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)大，明顯提高工件斷面的質(zhì)量。模具端面的圓角設(shè)置在凸模或凹模與工件毛坯接觸的端面的邊緣，可以提高工件 的斷面質(zhì)量。推薦的模具端面的圓角半徑數(shù)值，可以有效減小模具刃口處工件毛坯材料剪 切區(qū)的應(yīng)力集中現(xiàn)象，增強(qiáng)對(duì)工件斷面的擠壓作用，減小拉應(yīng)力的產(chǎn)生，明顯提高工件斷面 的質(zhì)量。其中優(yōu)選的圓角半徑=0. 05X工件毛坯板料厚度，一般情況下可以取得最好的工 件質(zhì)量。本發(fā)明推薦的模具間隙小于普通沖壓工藝的模具間隙，可以減小沖壓過程中拉 應(yīng)力產(chǎn)生的區(qū)域，減少裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)大，提高工件斷面質(zhì)量。其中優(yōu)選的模具間隙= (0. 01 0. 02) X工件毛坯板料厚度，一般情況下可以取得最好的工件質(zhì)量。平面壓板由彈性機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)提供壓邊力，可以簡化沖壓設(shè)備的結(jié)構(gòu)，降低成本，便于 本發(fā)明的平面壓邊半精沖裝置的推廣和應(yīng)用。彈性機(jī)構(gòu)為氮?dú)鈴椈蓮椥詸C(jī)構(gòu)，便于壓邊力 的操作和控制，便于設(shè)置和調(diào)整壓邊力的大小和分布狀況。彈性機(jī)構(gòu)為聚氨酯橡膠彈性機(jī) 構(gòu)，可以使用最簡單、成本最低的機(jī)構(gòu)提供穩(wěn)定可靠的壓邊力。將工件毛坯擠壓在平面壓板和凹模之間，可以利用強(qiáng)大的摩擦力阻止工件毛坯材 料沿水平方向流出工件輪廓的范圍。在工件的沖裁過程中，凸模和反頂板對(duì)工件毛坯的擠 壓會(huì)使工件輪廓內(nèi)的工件毛坯材料產(chǎn)生強(qiáng)大的壓應(yīng)力，在工件毛坯材料無法沿水平方向流 出工件輪廓范圍的情況下，變形區(qū)內(nèi)的工件毛坯材料內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生三維方向的壓應(yīng)力，變形 區(qū)內(nèi)的工件毛坯材料在強(qiáng)大的壓應(yīng)力作用下不可避免地產(chǎn)生塑性流動(dòng)，使變形區(qū)內(nèi)工件毛 坯材料承受的三維方向壓應(yīng)力的數(shù)值趨向一致而處于靜水壓力狀態(tài)，并具有最大的塑性變 形范圍，以有效地減小沖裁過程中拉應(yīng)力產(chǎn)生的區(qū)域，抑制裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)大，明顯提高工 件斷面的質(zhì)量。推薦的壓邊力的數(shù)值，可以使平面壓板和凹模擠壓工件毛坯產(chǎn)生足夠大的摩擦 力。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，超出推薦范圍的壓邊力不會(huì)降低沖裁斷面的質(zhì)量，因此壓邊力只要不低于推 薦的壓邊力的低值，即可保證沖裁加工的質(zhì)量，極大地方便了壓邊力的調(diào)整和控制。推薦的反頂力的數(shù)值范圍，可以使擠壓區(qū)內(nèi)的工件毛坯材料產(chǎn)生適宜的壓應(yīng)力，并在壓邊力的配合下，促使擠壓區(qū)內(nèi)的工件毛坯材料處于三維壓應(yīng)力的狀態(tài)，具有較大的 塑性變形范圍和剪切變形區(qū)內(nèi)較小的拉應(yīng)力區(qū)域。當(dāng)優(yōu)選的壓邊力=(0. 6 0. 85) X工件毛坯材料的屈服極限X壓邊面積，一般 情況下可以取得最好的沖裁質(zhì)量。當(dāng)優(yōu)選的反頂力=(0. 5 0. 8) X工件毛坯材料的屈服極限X沖壓面積，可以促 使擠壓區(qū)內(nèi)的工件毛坯材料處于最理想的三維壓應(yīng)力的狀態(tài)，具有最大的塑性變形范圍和 剪切變形區(qū)內(nèi)最小的拉應(yīng)力區(qū)域，從而取得最好的沖裁質(zhì)量。使用本發(fā)明的平面壓邊半精沖裝置及方法，可以使用普通沖壓機(jī)實(shí)現(xiàn)半精沖加 工，所用模具的加工工藝簡單，工件毛坯上施加壓邊力的區(qū)域不會(huì)產(chǎn)生損傷，加工成本低， 工件質(zhì)量高，便于在沖壓行業(yè)推廣應(yīng)用。


附圖1是本發(fā)明的平面壓邊半精沖裝置沖壓過程的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是本發(fā)明的平面壓邊半精沖裝置沖壓過程中剪切區(qū)域的結(jié)構(gòu)示意放大圖。附圖中的標(biāo)示含義如下1-平面壓板，2-凹模，21-圓角，3-凸模，31-模具間隙，32-凸?；?，4_反頂板， 41-反頂板滑道，5-工件，6-工件毛坯廢料。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的平面壓邊半精沖裝置及方法，采用普通壓力機(jī)和沖壓模具進(jìn)行沖壓加 工，沖壓模具的結(jié)構(gòu)如附圖1所示。在沖壓模具的軸向接合面的上側(cè)，設(shè)有平面壓板1，平面壓板1的輪廓和尺寸大于 工件5的輪廓和尺寸，平面壓板1上沿沖壓方向設(shè)置凸?；?2，凸?；?2內(nèi)設(shè)置柱狀 的凸模3，凸模3的斷面形狀和尺寸與工件5的形狀和尺寸相適應(yīng)，凸?；?2斷面的形狀 和尺寸，與凸模3斷面的形狀和尺寸相適應(yīng)，凸模3與凸?；?2滑動(dòng)連接，在沖壓模具的 軸向接合面的下側(cè)，設(shè)有凹模2，凹模2的輪廓和尺寸與平面壓板1的輪廓和尺寸相適應(yīng)， 凹模2上沿沖壓方向設(shè)置反頂板滑道41，反頂板滑道41的位置與凸?；?2的位置相對(duì) 應(yīng)，反頂板滑道41內(nèi)設(shè)置柱狀的反頂板4，反頂板滑道41斷面的形狀和尺寸與凸模3的形 狀和尺寸相適應(yīng)，反頂板4斷面的形狀和尺寸與反頂板滑道41斷面的形狀和尺寸相適應(yīng)， 反頂板4與反頂板滑道41滑動(dòng)連接。凸模3的外表面與反頂板滑道41的內(nèi)壁間設(shè)有模具間隙31，模具間隙31推薦的 數(shù)值范圍是模具間隙=(0. 01 0. 03) X工件毛坯板料厚度，通常工件毛坯材料的屈服極限 較高時(shí)，括號(hào)內(nèi)的系數(shù)取值較大，其中當(dāng)優(yōu)選的模具間隙=(0.01 002) X工件毛坯板料 厚度時(shí)，一般情況下可以取得最好的沖裁質(zhì)量。沖壓孔壁的凸模3或沖壓外輪廓的凹模2與工件毛坯接觸的端面的邊緣設(shè)置圓角 21，圓角半徑21推薦的數(shù)值范圍是圓角半徑=(0. 05 0. 12) X工件毛坯板料厚度，通常工件毛坯材料的屈服極限 較高時(shí)，括號(hào)內(nèi)的系數(shù)取值較大，其中當(dāng)優(yōu)選的圓角半徑=0. 05X工件毛坯板料厚度時(shí)，一般情況下可以取得最好的沖裁質(zhì)量。平面壓板設(shè)置彈性機(jī)構(gòu)，彈性機(jī)構(gòu)可以是氮?dú)鈴椈蓮椥詸C(jī)構(gòu)或聚氨酯橡膠彈性機(jī) 構(gòu)。沖壓工件5時(shí)，平面壓板1下行，以壓邊力壓在工件毛坯上工件5輪廓的外邊，壓 邊力推薦的數(shù)值范圍是壓邊力=(0. 4 1) X工件毛坯材料的屈服極限X壓邊面積，通常工件毛坯材料 的屈服極限較高時(shí)，括號(hào)內(nèi)的系數(shù)取值較大。其中當(dāng)優(yōu)選的壓邊力=(0. 6 0. 85) X工件 毛坯材料的屈服極限X壓邊面積時(shí)，一般情況下可以取得最好的沖裁質(zhì)量。當(dāng)凸模3對(duì)工件5輪廓內(nèi)的工件毛坯材料施加沖壓力的壓力進(jìn)行沖壓時(shí)，反頂板 4對(duì)工件5輪廓內(nèi)的工件毛坯材料施加相反方向的反頂力的壓力，反頂力推薦的數(shù)值范圍 是反頂力=(0. 4 1) X工件毛坯材料的屈服極限X沖壓面積，通常工件毛坯材料 的屈服極限較高時(shí)，括號(hào)內(nèi)的系數(shù)取值較大，其中當(dāng)優(yōu)選的反頂力=(0. 5 0. 8) X工件毛 坯材料的屈服極限X沖壓面積時(shí)，一般情況下可以取得最好的沖裁質(zhì)量。本發(fā)明的平面壓邊半精沖裝置及方法，不受上述實(shí)施例的限制，凡是利用本發(fā)明 的原理和結(jié)構(gòu)，經(jīng)過變換和代換所形成的技術(shù)方案，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.平面壓邊半精沖裝置，其特征在于在沖壓模具的軸向接合面的上側(cè)設(shè)置平面壓 板，在所述軸向接合面下側(cè)設(shè)置凹模，所述平面壓板和凹模的輪廓和尺寸均大于工件的輪 廓和尺寸；所述平面壓板上沿沖壓方向設(shè)置凸?；?，一柱狀凸模設(shè)置在所述凸模滑道中， 并與所述凸?；阑瑒?dòng)連接；所述凹模上沿沖壓方向設(shè)置反頂板滑道，一柱狀反頂板設(shè)置 在所述反頂板滑道中，并與所述反頂板滑道滑動(dòng)連接；所述反頂板滑道的位置與所述凸模 滑道的位置相對(duì)應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面壓邊半精沖裝置，其特征在于所述凸模下端外邊緣或 凹模中反頂板滑道上端的內(nèi)邊緣設(shè)置圓角，所述圓角半徑的數(shù)值范圍是圓角半徑=(0. 05-0. 12) X工件毛坯板料厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的平面壓邊半精沖裝置，其特征在于所述圓角半徑優(yōu)選的數(shù) 值范圍是圓角半徑=0. 05X工件毛坯板料厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面壓邊半精沖裝置，其特征在于所述凸模的外表面與所 述反頂板滑道的內(nèi)壁間設(shè)有模具間隙，所述模具間隙的數(shù)值范圍是模具間隙=(0. 01-0. 04) X工件毛坯板料厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的平面壓邊半精沖裝置，其特征在于所述模具間隙優(yōu)選的數(shù) 值范圍是模具間隙=(0.01-0. 02) X工件毛坯板料厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的平面壓邊半精沖裝置，其特征在于所述平面壓板設(shè) 置彈性機(jī)構(gòu)，所述彈性機(jī)構(gòu)為氮?dú)鈴椈蓮椥詸C(jī)構(gòu)或聚氨酯橡膠彈性機(jī)構(gòu)。
7.使用如權(quán)利要求1 6所述的平面壓邊半精沖裝置的平面壓邊半精沖方法，其特征 在于沖裁工件時(shí)，平面壓板下行，以壓邊力壓在工件毛坯上工件輪廓的外邊；之后凸模對(duì) 所述工件毛坯施加向下的沖壓力，同時(shí)反頂板對(duì)所述工件毛坯施加向上的反頂力。
8.如權(quán)利要求7所述的平面壓邊半精沖方法，其特征在于所述壓邊力的數(shù)值范圍是壓邊力=(0. 4-1) X工件毛坯材料的屈服極限X壓邊面積，所述反頂力的數(shù)值范圍是反頂力=(0. 4-1) X工件毛坯材料的屈服極限X沖壓面積。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的平面壓邊半精沖方法，其特征在于所述壓邊力優(yōu)選的數(shù)值 范圍是壓邊力=(0. 6-0. 85) X工件毛坯材料的屈服極限X壓邊面積。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的平面壓邊半精沖方法，其特征在于所述反頂力優(yōu)選的數(shù)值 范圍是反頂力=(0. 5-0. 8) X工件毛坯材料的屈服極限X沖壓面積。
全文摘要
平面壓邊半精沖裝置及方法，設(shè)有平面壓板和凹模，沖壓工件時(shí)，平面壓板以壓邊力壓在工件毛坯上工件輪廓的外邊，壓邊力使工件毛坯表面與平面壓板和凹模間產(chǎn)生很大的摩擦力，阻止工件毛坯材料流出工件輪廓以外。與沖壓力相配合，擠壓區(qū)內(nèi)的工件毛坯材料內(nèi)部產(chǎn)生三維壓應(yīng)力并產(chǎn)生塑性流動(dòng)，促使三維方向的壓應(yīng)力數(shù)值趨向一致，工件輪廓內(nèi)的工件毛坯材料處于靜水壓力狀態(tài)并具有最大的塑性變形范圍，減小了剪切變形區(qū)拉應(yīng)力產(chǎn)生的區(qū)域，防止了工件的斷面表面出現(xiàn)裂紋。使用本發(fā)明的平面壓邊半精沖裝置及方法，可以使用普通沖壓機(jī)，模具的加工簡單，工件毛坯上的加壓區(qū)域不會(huì)產(chǎn)生損傷，加工成本低，工件質(zhì)量高，便于在沖壓行業(yè)推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)B21D28/00GK102049444SQ20101051277
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月20日
發(fā)明者呂琳, 孫成亮, 鄧明 申請(qǐng)人:重慶理工大學(xué)