專利名稱：對精密沖裁成品件的剪切和功能面施加影響的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對帶材制成的精密沖裁的成品件(例如齒輪或類似物)上的剪切和功能面、尤其是塌角施加影響的方法，在合模時(shí)將帶材夾緊在一個(gè)至少包括沖裁凸模、用于沖裁凸模的導(dǎo)板的上模與一個(gè)至少包含沖裁凹模和頂料器的下模之間，在第一道工序中從帶材上沖切出帶塌角的毛坯件。本發(fā)明還涉及一種對帶材制成的精密沖裁的成品件(例如齒輪或類似物)上的剪切和功能面、尤其是塌角施加影響的裝置，具有一個(gè)兩部分式的模具，所述模具在第一道工序中至少包括一個(gè)沖裁凸模、一個(gè)用于沖裁凸模的導(dǎo)板、一個(gè)頂料器和一個(gè)沖裁凹模，在精密沖裁毛坯件時(shí)將帶材夾緊在導(dǎo)板和沖裁凹模之間。
背景技術(shù)：
在精密沖裁和成形技術(shù)領(lǐng)域主要對鋼材進(jìn)行加工。所使用的材料多種多樣，包括簡單的結(jié)構(gòu)鋼直至高強(qiáng)度細(xì)晶粒鋼?！安牧稀辟Y源在最近幾年極受重視，優(yōu)化利用材料對于零件的制造成本有很大影響。高強(qiáng)度鋼可用來生產(chǎn)更薄壁的、同時(shí)保持相同強(qiáng)度特性的零件。精密沖裁件的典型特征就是邊緣塌角。尤其在角部會(huì)出現(xiàn)塌角，且塌角隨著圓角半徑變小和板材厚度增大而逐漸增大。塌角深度大致為板材厚度的20%，塌角寬度大致為板材厚度的30%或更多(參見DIN 3345，精密沖裁，1980年8月)。塌角與材料厚度和材料質(zhì)量有關(guān)，只能對其進(jìn)行有限控制，而且經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致零件功能受到限制，例如齒輪零件角部缺乏尖銳性，或者導(dǎo)致明顯改變零件的作用長度。因此沖壓塌角會(huì)削弱零件功能，迫使制造商不得不使用較厚原材料。已知有一系列解決方案嘗試采用修整(CH 665367A5)、二次剃削(DE 19738636A1) 或者在沖切過程中移動(dòng)材料(EP 1815922A1)的方式來消除邊緣塌角。CH 665367A5和DE 19738636A1所述的解決方案并非減小邊緣塌角，而是很麻煩地對零件進(jìn)行再加工，因此一方面會(huì)因?yàn)楦郊拥募庸み^程和模具而顯著增加成本，另一方面也因?yàn)楸仨毷褂幂^厚的材料而產(chǎn)生相應(yīng)的材料損失。按照EP 1815922A1所述的解決方案，在一個(gè)單級裝置中按照至少兩個(gè)按時(shí)間順序執(zhí)行的步驟以不同的沖切方向?qū)ぜM(jìn)行加工，在第一個(gè)沖切過程中以垂直加工方向沖切出與工件幾何形狀相配并且具有小塌角的半成品件，然后在至少另一個(gè)沖切過程中以相反的加工方向?qū)α慵M(jìn)行精密沖裁。這時(shí)至少應(yīng)能在角部區(qū)域重新填補(bǔ)第一個(gè)步驟的塌 此外EP 203663IAl還公開了一種用帶材精密沖裁工件時(shí)有目的地減小邊緣塌角的方法，開始沖切之前在與沖切方向相反的方向利用一個(gè)預(yù)成形元件對夾緊后的未處理的帶材進(jìn)行反向預(yù)成形，預(yù)成形量等于沖切進(jìn)入沖裁凹模之中時(shí)的預(yù)期邊緣塌角大小和幾何形狀加上余量，并且在塌角側(cè)產(chǎn)生鏡像形式的材料體積。通過預(yù)成形元件支撐夾緊帶材的預(yù)成形區(qū)域。
3
所有這些已知技術(shù)解決方案的缺點(diǎn)在于，只能減小精密沖裁時(shí)產(chǎn)生的塌角，但是最終不能將其消除，也無法有目的地對其施加影響。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于這種現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的任務(wù)在于提供能夠在成品件(例如齒輪)生產(chǎn)過程中對剪切和功能面、尤其是塌角有目的地施加影響的方法和裝置，可以有目的地影響或者完全消除邊緣塌角，同時(shí)保持功能面并且節(jié)約材料。采用開頭所述類型并且具有權(quán)利要求1所述特征的方法和具有權(quán)利要求5所述特征的裝置，即可解決這個(gè)任務(wù)。關(guān)于本發(fā)明所述方法和裝置的有益實(shí)施方式，可查閱相關(guān)從屬權(quán)利要求。本發(fā)明所述的解決方案基于這樣的認(rèn)識，就是在進(jìn)行精密沖裁操作之前，通過毛坯件輪廓上的加工余量對塌角有目的地施加影響，從而使其大小達(dá)到所需的程度。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的方式為至少在塌角區(qū)域按照相對于成品件確定地選擇輪廓的加工余量沖切出毛坯件，該加工余量大小為在第一道工序之內(nèi)達(dá)到一定的材料體積，該材料體積能夠以預(yù)先設(shè)定的尺寸補(bǔ)充、平衡或者超過塌角引起的缺損體積，然后在第二道工序朝向與第一道工序沖切方向相反的方向進(jìn)行成形，使得該材料體積在毛坯件的沖切線上移動(dòng)，從而補(bǔ)足所產(chǎn)生的塌角。特別有益的是，可以根據(jù)成品件的幾何形狀、材料的強(qiáng)度和類型、成品件厚度，通過虛擬精密沖裁仿真來確定輪廓的加工余量大小，并且可在精密沖裁之前通過虛擬成形仿真來確定需要移動(dòng)的材料體積大小。按照一種優(yōu)選實(shí)施方式，可按照以下步驟執(zhí)行本發(fā)明所述的方法a)在成品件上要被施加影響的區(qū)域中執(zhí)行精密沖裁仿真，并且確定虛擬塌角，b)確定由步驟a)得出的預(yù)期塌角的形貌以及成品件上所需塌角的形貌，c)由步驟b)確定缺少的體積，以便在成品件上實(shí)現(xiàn)所需的最終塌角輪廓，d)由步驟a) C)通過用于補(bǔ)充塌角區(qū)域中缺少b)的體積的通過加工余量對于相應(yīng)的區(qū)域確定修正后的輪廓(額定輪廓)，e)對修正后的輪廓(額定輪廓)進(jìn)行再次虛擬精密沖裁，并且確定所產(chǎn)生的塌角的形貌，f)使用根據(jù)成品件最終輪廓設(shè)計(jì)的成形陰模，對精密沖裁的修正的輪廓進(jìn)行虛擬成形，并且確定所產(chǎn)生的塌角，g)重復(fù)執(zhí)行步驟d) f)，直至實(shí)現(xiàn)期望的塌角，h)根據(jù)步驟a) g)所確定的毛坯件修正輪廓(額定輪廓)設(shè)計(jì)第一道工序的沖裁凹模和沖裁凸模?？梢造`活使用本發(fā)明所述的方法，譬如可以應(yīng)用于需要補(bǔ)償塌角之處，例如用來生產(chǎn)鏈輪、齒輪、齒輪泵齒輪、扇形齒輪或者具有功能性角部的零件。還可以采用一種裝置來解決本發(fā)明的任務(wù)，即在第二道工序中模具包括一個(gè)沖頭、一個(gè)具有朝向沖頭的傾斜部且具有最終輪廓的陰模以及一個(gè)頂料器，夾緊在沖頭和頂料器之間的帶有加工余量沖切出的毛坯件壓回到陰模之中，使得加工余量沿著精密沖裁毛坯件的剪切面移動(dòng)，從而有目的地填補(bǔ)塌角。
按照本發(fā)明裝置的另一種實(shí)施方式，陰模具有約為8 15°、適宜為10°的傾斜部，該傾斜部與垂直的最終輪廓之間有一個(gè)尖銳的過渡部。本發(fā)明所述的裝置結(jié)構(gòu)簡單而且耐用，并且有能夠在一個(gè)模具之內(nèi)執(zhí)行第一道工序(精密沖裁)和第二道工序(成形)的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)于本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和詳細(xì)情況，可參閱以下說明以及附圖。


以下將依據(jù)實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)解釋。相關(guān)附圖如下附圖1傳統(tǒng)精密沖裁法制成的鏈輪的塌角側(cè)，附圖2具有所需沖壓塌角的鏈輪的一個(gè)齒上的幾何關(guān)系圖，附圖3鏈輪的一個(gè)齒上的最終輪廓和額定輪廓示意圖，附圖4虛擬精密沖裁的具有預(yù)期塌角的鏈輪示意圖，附圖5所確定塌角形貌示意圖，附圖6按照本發(fā)明所述方法精密沖裁的具有銳邊齒的鏈輪，附圖7第一道工序的剖視圖，附圖8第二道工序的剖視圖，以及附圖9附圖7中的細(xì)節(jié)詳圖X，第二道工序的陰模放大視圖。
具體實(shí)施例方式附圖1所示為傳統(tǒng)精密沖裁法制成的鏈輪1的塌角側(cè)A的視圖。在鏈輪1的各個(gè)齒2上可以看見隨著圓角半徑變小和板材厚度增大而逐漸增大的塌角3。塌角深度t大致為板材厚度的20%，塌角寬度b大約為板材厚度的30% (參見附圖2)，從而顯著減小了鏈輪齒上的功能面，并且必須使用比較厚的原材料，才能保證零件功能，例如傳遞力矩。利用本發(fā)明所述的方法可以在很大范圍內(nèi)靈活控制塌角3，也就是實(shí)現(xiàn)足以使成品件發(fā)揮作用的塌角。換句話說，應(yīng)可在正常值和零(沒有塌角)之間調(diào)整成品件上的塌以下將以材料厚度s為7mm的冷擠壓鋼16MnCr5/l. 7131制成的鏈輪1為例，詳細(xì)
解釋本發(fā)明所述方法的流程。附圖2所示為鏈輪1的一個(gè)齒2上所需塌角4的幾何關(guān)系，塌角深度t應(yīng)為0. 8mm, 兩個(gè)齒面上的塌角寬度b應(yīng)為2. 3mm。齒上的作用寬度FB應(yīng)達(dá)到5. 4mm。在以兩步法真正制造鏈輪之前，首先分多個(gè)步驟執(zhí)行本發(fā)明所述的方法。在第一個(gè)步驟中通過對鏈輪1的要被施加影響的區(qū)域進(jìn)行通常的精密沖裁來虛擬確定預(yù)期的塌角5，附圖4所示即為這種仿真的結(jié)果?？梢詫⑺嵌x為成品件也就是鏈輪1上的缺損體積，這樣就能根據(jù)期望的塌角 4和第二個(gè)步驟中的預(yù)期塌角5，確定用以在鏈輪上實(shí)現(xiàn)所需最終輪廓所需的缺失體積。接著在第三個(gè)步驟中確定預(yù)期塌角5的形態(tài)(TopographidT以及成品件上所需塌角4的形態(tài)(參見附圖幻，然后執(zhí)行第四個(gè)步驟，在鏈輪1的相應(yīng)區(qū)域中通過能夠補(bǔ)充塌角區(qū)域內(nèi)缺失體積的加工余量來確定額定輪廓SK(參見附圖幻。這樣即可產(chǎn)生具有額定輪廓SK的毛坯件6。在第五個(gè)步驟中對修正后的輪廓(額定輪廓)再次進(jìn)行虛擬精密沖裁，為虛擬成形準(zhǔn)備對毛坯件。然后在第六個(gè)步驟中對毛坯件進(jìn)行虛擬成形，并且檢查所產(chǎn)生的塌角。如此反復(fù)，直至實(shí)現(xiàn)期望的塌角。完成這些步驟之后，即可在最后一個(gè)步驟中根據(jù)所確定的毛坯件6的額定輪廓SK 設(shè)計(jì)用于第一道工序的沖裁凸模和沖裁凹模，并且根據(jù)成品件上確定的最終輪廓EK設(shè)計(jì)陰模。鏈輪1的實(shí)際制造過程分為在一個(gè)模具中合并的兩道工序，即精密沖裁工序和隨后的成形工序。這種精密沖裁與傳統(tǒng)精密沖裁的不同之處在于，至少在塌角區(qū)域按照相對于成品件確定地選擇的最終輪廓的加工余量沖切出毛坯件6，該加工余量大小達(dá)到一定的材料體積，該材料體積能夠以預(yù)先設(shè)定的程度補(bǔ)充、平衡或者超過由塌角引起的缺損體積。 在第二道工序中朝向與第一道工序沖切方向相反的方向進(jìn)行成形過程，使得該材料體積在毛坯件的沖切線上移動(dòng)，從而有目的地填補(bǔ)所產(chǎn)生的塌角，在成品件上獲得期望的塌角。附圖6所示即為成品件上的這種狀態(tài)，可以看出各個(gè)齒呈銳邊狀。附圖7所示為第一道工序的原理構(gòu)造，包括一個(gè)上模7和一個(gè)下模8。上模7主要包括一個(gè)在導(dǎo)板10上引導(dǎo)的沖裁凸模9和一個(gè)用于沖裁凸模9的壓板11。下模8包括一個(gè)沖裁凹模12、一個(gè)沖孔沖頭13和一個(gè)頂料器14。圖中沒有繪出按照本發(fā)明所述方法用來制造鏈輪1、厚度為7mm的滲碳鋼帶材，按照圖中所示的模具調(diào)節(jié)狀態(tài)，將帶材夾緊在導(dǎo)板10和沖裁凹模12之間。附圖8所示為同樣也劃分為上模和下模的第二道工序。上模的主要部件包括一個(gè)導(dǎo)板15、一個(gè)沖頭16以及一個(gè)用于沖頭16的壓板17。下模主要包括一個(gè)陰模18和一個(gè)頂料器19。第一道工序沖切出的毛坯件6被夾緊在沖頭16和頂料器19之間。沖裁凸模9和沖裁凹模12經(jīng)過適當(dāng)設(shè)計(jì)，從而能夠以預(yù)先確定的比鏈輪1上最終輪廓EK略大的額定輪廓SK沖切出毛坯件6。這尤其適用于那些預(yù)期有較大塌角的區(qū)域。 若要使塌角減小幅度越多，則額定輪廓SK與最終輪廓EK之差就必須越大。在第二道工序中通過沖頭16將比最終輪廓EK略大的沖切的毛坯件6壓入陰模18 之中。陰模18具有鏈輪1(成品件)的最終輪廓EK。陰模入口 20具有約為10°的傾斜部，該傾斜部利用銳角過渡部22過渡到垂直的最終輪廓EK之中。附圖9所示即為這些關(guān)系。可以看出，由于加工余量而從毛坯件6凸出的材料在高度方向移動(dòng)，從而部分或完全填補(bǔ)塌角區(qū)域，或者在極端情況下也可以在該區(qū)域產(chǎn)生隆起。這取決于加工余量的大小，可以按照功能需要對具有角部、銳角過渡部、齒等等的成品件上的塌角進(jìn)行調(diào)整，或者也可以完全補(bǔ)償塌角。附圖標(biāo)記列表鏈輪1鏈輪的齒2齒的塌角3預(yù)期的塌角4需要的塌角5
毛坯件6
上模7
下模8
沖裁凸模9
沖裁凸模的導(dǎo)板10
沖裁凸模的壓板11
沖裁凹模12
沖孔沖頭13
頂料器14
沖頭的導(dǎo)板15
沖頭16
沖頭的壓板17
陰模18
頂料器19
陰模入口20
陰模入口的傾斜部21
過渡部22
塌角寬度b
最終輪廓EK
作用寬度FB
額定輪廓SK
材料厚度S
塌角深度t
形貌T
說明書
5/5頁
權(quán)利要求
1.對在由帶材制成的精密沖裁的成品件、例如齒輪上的剪切和功能面、尤其是塌角施加影響的方法，其中，在合模時(shí)將帶材夾緊在一個(gè)至少包括沖裁凸模和用于沖裁凸模的導(dǎo)板的上模與一個(gè)至少包含沖裁凹模和頂料器的下模之間，并且在第一道工序中從帶材上帶有塌角地沖切出毛坯件，其特征在于，至少在塌角區(qū)域中，帶有相對于成品件的輪廓確定地選擇的加工余量，沖切出毛坯件，該加工余量的大小在第一道工序之內(nèi)達(dá)到一定的材料體積，該材料體積以預(yù)先設(shè)定的程度補(bǔ)充、平衡或者超過由塌角引起的缺損體積，然后在第二道工序中使得該材料體積通過在與第一道工序沖切方向相反的方向的成形過程中在毛坯件的沖切線上移動(dòng)，用于有目的地填補(bǔ)所產(chǎn)生的塌角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)成品件的幾何形狀、材料的強(qiáng)度和類型、成品件的厚度，通過虛擬精密沖裁仿真來確定輪廓的加工余量的大小，并且在真正精密沖裁之前通過虛擬成形仿真來確定需要移動(dòng)的材料體積的大小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，特征在于以下步驟a)在成品件上要被施加影響的區(qū)域中執(zhí)行精密沖裁仿真，并且確定虛擬塌角，b)確定由步驟a)得到的預(yù)期塌角的形貌以及成品件上所需塌角的形貌，c)為了在成品件上實(shí)現(xiàn)所需的最終塌角輪廓，由步驟b)確定缺少的體積，d)由步驟a) c)通過用于補(bǔ)充塌角區(qū)域中缺少b)的體積的加工余量對于相應(yīng)的區(qū)域確定修正后的輪廓即額定輪廓，e)對修正后的輪廓即額定輪廓再次進(jìn)行虛擬精密沖裁，并且確定所產(chǎn)生的塌角的形貌，f)使用根據(jù)成品件最終輪廓設(shè)計(jì)的成形陰模，對經(jīng)過精密沖裁的修正的輪廓進(jìn)行虛擬成形，并且確定所產(chǎn)生的修正后的塌角，g)重復(fù)執(zhí)行步驟d) f)，直至實(shí)現(xiàn)期望的塌角，h)根據(jù)步驟a) g)所確定的毛坯件修正輪廓即額定輪廓設(shè)計(jì)第一道工序的沖裁凹模和沖裁凸模。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使用具有傾斜部的陰模對精密沖裁毛坯件進(jìn)行成形。
5.用于執(zhí)行權(quán)利要求1所述方法、對帶材制成的精密沖裁的成品件、例如齒輪上的剪切和功能面、尤其是塌角施加影響的裝置，具有一個(gè)兩部分式的模具，所述模具在第一道工序中至少包括一個(gè)沖裁凸模(9)、一個(gè)用于沖裁凸模的導(dǎo)板(10)、一個(gè)頂料器(14)和一個(gè)沖裁凹模(12)，帶材在精密沖裁毛坯件(6)時(shí)夾緊在導(dǎo)板(10)和沖裁凹模(1 之間，其特征在于，模具在第二道工序中包括一個(gè)沖頭(16)、一個(gè)具有朝向沖頭(16)的傾斜部且具有最終輪廓(EK)的陰模(18)以及一個(gè)頂料器(19)，夾緊在沖頭(16)和頂料器(19) 之間的帶有加工余量沖切出的毛坯件(6)被壓回到陰模(18)之中，使得加工余量沿著精密沖裁毛坯件(6)的剪切面移動(dòng)，用于有目的地填補(bǔ)塌角。
6.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，陰模(18)的傾斜部角度大約在8 15°之間，優(yōu)選為10°。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對在由帶材制成的精密沖裁的成品件上的剪切和功能面、尤其是塌角施加影響的方法和裝置，其中，在合模時(shí)將帶材夾緊在一個(gè)至少包括沖裁凸模和用于沖裁凸模的導(dǎo)板的上模與一個(gè)至少包含沖裁凹模和頂料器的下模之間，并且在第一道工序中從帶材上帶有塌角地沖切出毛坯件，至少在塌角區(qū)域中，帶有輪廓的相對于成品件確定地選擇的加工余量，沖切出毛坯件，該加工余量的大小在第一道工序之內(nèi)達(dá)到一定的材料體積，該材料體積以預(yù)先設(shè)定的程度補(bǔ)充、平衡或者超過由塌角引起的缺損體積，然后在第二道工序中使得該材料體積通過在與第一道工序沖切方向相反的方向的成形過程中在毛坯件的沖切線上移動(dòng)，用于有目的地填補(bǔ)所產(chǎn)生的塌角。
文檔編號B21D28/02GK102189168SQ20111008156
公開日2011年9月21日 申請日期2011年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月10日
發(fā)明者A·德利斯, U·施拉特 申請人:法因圖爾知識產(chǎn)權(quán)股份公司