專利名稱：步進協調式薄板精密沖裁方法
技術領域：
本發明涉及精沖工藝，特別是涉及一種步進協調式薄板精密沖裁方法。
背景技術：
金屬板料的精密沖裁是成功應用Theodor Karman理論的結果。該理論的核心 是固體在多向受壓的情況下比在單向受壓時塑性好、變形狀態更好，更易變形。 在板料精密沖裁時，利用精沖模特殊結構，在板料的剪切分離區，三向施壓形成立 體壓應力狀態，對材料進行純剪切分離，實現精密沖裁。德國人F.Schiess于1921 年根據這個理論發明了強力壓邊精沖工藝技術(簡稱FB精沖)，于1923年3月9日 獲取德國專利。
我國開發推廣應用精沖技術始于1965年，而真正進入推廣應用的普及階段還應 該從1979年開始，目前通過技術引進、國際技術交流、合資與外資企業大量采用 FB精沖技術的拉動，國內推廣應用精沖技術開始步入迅速發展的推廣普及期。國外 精沖設備，特別是瑞士四家世界著名精沖公司Feintool、 Schmid、 ESSA、 Hydrel， 但其精沖設備價格高昂，國內多數企業不愿購買，中小企業買不起。國內雖在上世 紀70年代后就有哈爾濱和內江兩家機床廠開發生產出全液壓三動精沖機，但液壓密 封欠佳，技術性能尚待改進。
在各類機電與家電產品的結構零件中，大量采用料厚t〉0. 5 16mm的各種金屬 材質、形狀復雜的板狀零件。由于其尺寸與形位精度要求高，特別是沿料厚方向要 求光潔、平直。常規的傳統加工方法是由沖壓供坯，用車、銑、刨、磨等切削加工 達要其技術要求，不僅工藝流程長、工序多，耗用工(臺)時多，生產效率低，而 且零件互換性不好，勞動強度大，成本高，不能適應大量生產需要。實踐證明，在 料厚t>3mm的中厚板和t〉4. 75mm厚板零件大批量生產中，推廣應用精沖技術取代 有削加工，不僅可以取得很好的經濟效益，同時還可以杜絕目前普通沖壓生產中時 有發生的壓手斷指人身傷害事故，消減沖壓噪聲對環境的污染，獲取令人滿意的職 業安全與環保效益。采用現代沖壓領域中的精密沖裁高技術，也充分體現出"以人 為本，堅持可持續發展"的科學發展觀。
目前所生產的大部分精沖零件的壁厚范圍從1.5y^ 7員。對于在儀器儀表、電腦、鐘表、紡織針織機械等行業大量使用的壁厚小于l，的精沖零件，就目前廣泛 應用的強力壓邊精沖工藝，在沖裁過程中，沖裁面的粗糙度、零件的平面度等要素 很難穩定地滿足要求。產生這些問題的根本原因主要是沖裁過程中，齒圈和凸模不 能同時壓入，從而影響沖裁面的光亮面、加快沖裁的開裂時間、增大沖裁面的開裂 面積，同時沖裁的最終斷裂面在整個沖裁面中占很大的比例，影響了沖裁面的粗糙 度，并造成沖裁過程中沖裁面上的剪切變形、壓縮變形和順剪切方向的材料延伸變 形不均勻。為了解決薄板精沖所存在的上述技術問題，目前普遍采用的方法是較頻 繁地對模具進行修正。其結果是需要有技術好、經驗豐富的模具工經常為一套模具 服務。在生產任務緊張時就很難滿足生產要求。并且目前薄板精沖模具的壽命也存 在較大的問題。因此使得薄板精沖零件的生產成本很高。由于薄板零件的沖裁面一 般不適合用機床進行加工。因此薄板零件的精沖問題成為目前機械制造行業急需解 決的問題之一。
發明內容
針對上述缺陷，本發明提供的步進協調式薄板精密沖裁方法，采用齒圈和凸模同步壓 入薄板材料，從而獲得沖裁面的光亮面、延遲沖裁的開裂時間、減小沖裁面的開裂面積。 本發明提供的步進協調式薄板精密沖裁方法，包括以下步驟
1) 模具閉合，齒圈首先壓入薄板材料0.01-0.03mm，頂件器支撐薄板材料，然后凸 模壓入薄板材料同樣行程，保持齒圈與凸模在同一位置；
2) 凸模與齒圈繼續以不同的速度壓入薄板，并且凸模的壓入行程比齒圈的壓入行程 大，直至凸模的壓入行程達到薄板厚度的1/4至1/3之間時結束；
3) 齒圈和凸模同步繼續壓入薄板材料，直至凸模到達薄板材料還剩余l/3至l/5厚 度處。
優選地，在上述步驟3)之后還進一步包括以下步驟
4) 齒圈保持不動，凸模繼續壓入直至零件從薄板材料完全分離。 優選地，在上述步驟4)之后還進一步包括以下步驟
5) 齒圈少量回程使凸模與薄板間松弛；
6) 頂件器解除對零件的壓力，同時齒圈和凸模回程，并且凸模的回程比齒圈的回程
大；
優選地，上述步驟3)中齒圈和凸模同步壓入薄板材料直至凸模到達薄板材料還剩余1/4厚度處。
優選地，上述步驟2)中凸模壓入的行程比齒圈壓入的行程大，其差值約為板厚的 1/3 1/4。
發明提供的步進協調式薄板精密沖裁方法，具體的工作過程如下 步驟l)模具閉合，齒圈首先壓入薄板材料0. 01-0. 03mm，頂件器支撐薄板材料， 然后凸模壓入薄板材料同樣行程，保持齒圈與凸模在同一位置(將齒圈壓緊、頂件 器反壓力與凸模的初始壓力分成兩步執行，其時間差僅有0.5 1毫秒，其目的是使 材料開始進入沖裁準備階段，同時所預壓的深度量起到了減少沖裁面的毛刺的作 用。)；
步驟2)凸模與齒圈繼續以不同的速度壓入薄板，并且凸模的壓入行程比齒圈的 壓入行程大，直至凸模的壓入行程達到薄板厚度的l/4至l/3之間時結束(為下一 步同步壓入做準備)；
步驟3)齒圈和凸模同步繼續壓入薄板材料，直至凸模到達薄板材料還剩余1/3 至l/5厚度處(為了獲得沖裁面的光亮面、延遲沖裁的開裂時間、減小沖裁面的開 裂面積，齒圈和凸模同步壓下一定行程，行程大小與材料厚度和性能有關，在凸模 行程達到薄板厚度的1/3至1/5時同步動作結束。)；
步驟4)齒圈保持不動，凸模繼續壓入直至零件從薄板材料完全分離(齒圈保持 原有壓力和位置不動，凸模繼續沖裁行程，直到沖裁行程結束。因此壓邊齒圈的作 用是在很大程度上限制了沖裁面外的材料向沖裁面的位移。整個沖裁過程中純剪切 變形只發生在凸模與齒圈間的區域內。斷裂只發生在材料的很小剪切面上。通過凹 凸模的間隙、圓角足可保證該部分斷裂面的粗糙度。因此也就保證了整個沖裁面的 粗糙度要求。)；
步驟5)齒圈少量回程使凸模與薄板間松弛(先將齒圈從薄板上松開，使薄板沖裁面 上的應力和變形得以釋放，避免了沖裁面上材料與凸模在回程時產生較大的摩擦，同時也 減少了凸模的磨損，延長了模具的壽命。)；
步驟6)頂件器解除對零件的壓力，同時齒圈和凸模回程，并且凸模的回程比齒 圈的回程大；
上述步驟2)中凸模壓入的行程比齒圈壓入的行程大(齒圈繼續加大壓力壓緊薄 板，凸模繼續沖裁行程，凸模的行程大于齒圈的行程，在沖裁面局部區域內產生了三向受壓的應力狀態，在剪切面上纖維產生沿凸模運動方向的拉伸，為保證沖裁面 的粗糙度要求，齒圈必須壓下一定的行程。行程的大小與材料的厚度和性能有關。 凸模與齒圈的行程差由材料的厚度決定。)。
本發明提供的步進協調式薄板精密沖裁方法成功地解決了薄板精沖零件的光亮 沖裁面、毛刺和薄板零件的平面度、模具壽命、模具間隙和圓角參數確定等一系列 問題。同時凹凸模之間的間隙比FB精沖模具大得多，凹模圓角又遠小于FB精沖模 具的圓角值。因此精沖模具制造成本可大大降低、精沖模具的安裝和調試也變得較 容易。且在生產過程中不需要修正凹模的圓角，避免了需要配備高技術模具工專門 為一套模具服務的問題。由于在沖裁工藝中使用了松弛步驟，使該精沖模具的壽命 比FB精沖模具大大提高。為薄板精沖零件持續穩定地大批量生產創造了條件。同時 步進協調式薄板精沖工藝可在普通機械式沖壓機上實現。因此與原精沖工藝相比， 可大大降低設備投資。這也使得該精沖工藝可在機械制造企業中大面積推廣應用。 對薄板零件的生產方式產生革命性地改變。
圖1是本發明實施例的動作及結構示意圖2是本發明實施例的動作示意圖3是本發明實施例的動作示意圖4是本發明實施例的動作示意圖5是本發明實施例的動作示意圖6是本發明實施例的動作示意圖7是本發明實施例的動作示意圖8是本發明實施例的動作示意圖9是本發明實施例的動作示意圖IO是本發明實施例的動作示意圖11是本發明實施例的動作示意圖。
具體實施例方式
本發明實施例提供的步進協調式薄板精密沖裁方法，包括以下步驟如圖l所 示，步驟l)模具開啟，送入薄板材料，(該精密沖裁裝置 包括凸模(1)、凹模(2)、壓邊齒圈(3)、頂件器(4)和薄板材料(5);如圖2和圖3所示，步驟l)模具閉合，齒圈首先壓入薄板材料0. 01-0. 03mra， 頂件器支撐薄板材料，然后凸模壓入薄板材料同樣行程，保持齒圈與凸模在同一位 置(將齒圈壓緊、頂件器反壓力與凸模的初始壓力分成兩步執行，其時間差僅有0. 5 1 毫秒，其目的是使材料開始進入沖裁準備階段，同時所預壓的深度量起到了減少沖 裁面的毛刺的作用。齒圈繼續加大壓力壓緊薄板，凸模繼續沖裁行程，凸模的行程 大于齒圈的行程，在沖裁面局部區域內產生了三向受壓的應力狀態，在剪切面上纖 維產生沿凸模運動方向的拉伸，為保證沖裁面的粗糙度要求，齒圈必須壓下一定的 行程。行程的大小與材料的厚度和性能有關。凸模與齒圈的行程差由材料的厚度決 定。)；
如圖4所示，步驟2)凸模與齒圈繼續以不同的速度壓入薄板，并且凸模的壓入 行程比齒圈的壓入行程大，直至凸模的壓入行程達到薄板厚度的1/4至1/3之間時 結束(為下一步同步壓入做準備)；
如圖5所示，步驟3)齒圈和凸模同步繼續壓入薄板材料，直至凸模到達薄板材 料還剩余1/3至1/5厚度處(為了獲得沖裁面的光亮面、延遲沖裁的開裂時間、減 小沖裁面的開裂面積，齒圈和凸模同步壓下一定行程，行程大小與材料厚度和性能 有關，在凸模行程達到薄板厚度的1/3至1/5時同步動作結束。)；
如圖6所示，步驟4)齒圈保持不動，凸模繼續壓入直至零件從薄板材料完全分 離(齒圈保持原有壓力和位置不動，凸模繼續沖裁行程，直到沖裁行程結束。因此 壓邊齒圈的作用是在很大程度上限制了沖裁面外的材料向沖裁面的位移。整個沖裁 過程中純剪切變形只發生在凸模與齒圈間的區域內。斷裂只發生在材料的很小剪切 面上。通過凹凸模的間隙、圓角足可保證該部分斷裂面的粗糙度。因此也就保證了 整個沖裁面的粗糙度要求。)；
如圖7所示，步驟5)齒圈少量回程使凸模與薄板間松弛(先將齒圈從薄板上松開， 使薄板沖裁面上的應力和變形得以釋放，避免了沖裁面上材料與凸模在回程時產生較大的 摩擦，同時也減少了凸模的磨損，延長了模具的壽命。)；
如圖8所示，步驟6)頂件器解除對零件的壓力，同時齒圈和凸模回程，并且凸 模的回程比齒圈的回程大；
如圖9和圖10所示，步驟7)模具開啟，頂件器從凹模中頂出零件； 如圖11所示，步驟8)吹除零件，完成精沖過程。本發明實施例提供的步進協調式薄板精密沖裁方法成功地解決了薄板精沖零件 的光亮沖裁面、毛刺和薄板零件的平面度、模具壽命、模具間隙和圓角參數確定等 一系列問題。同時凹凸模之間的間隙比FB精沖模具大得多，凹模圓角又遠小于FB 精沖模具的圓角值。因此精沖模具制造成本可大大降低、精沖模具的安裝和調試也 變得較容易。且在生產過程中不需要修正凹模的圓角，避免了需要配備高技術模具 工專門為一套模具服務的問題。由于在沖裁工藝中使用了松弛步驟，使該精沖模具 的壽命比FB精沖模具大大提高。為薄板精沖零件持續穩定地大批量生產創造了條 件。同時步進協調式薄板精沖工藝可在普通機械式沖壓機上實現。因此與原精沖工 藝相比，可大大降低設備投資。這也使得該精沖工藝可在機械制造企業中大面積推 廣應用。對薄板零件的生產方式產生革命性地改變。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來 說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視 為本發明的保護范圍。
權利要求
1、一種步進協調式薄板精密沖裁方法，其特征在于包括以下步驟1)模具閉合，齒圈首先壓入薄板材料0.01-0.03mm，頂件器支撐薄板材料，然后凸模壓入薄板材料同樣行程，保持齒圈與凸模在同一位置；2)凸模與齒圈繼續以不同的速度壓入薄板，并且凸模的壓入行程比齒圈的壓入行程大，直至凸模的壓入行程達到薄板厚度的1/4至1/3之間時結束；3)齒圈和凸模同步繼續壓入薄板材料，直至凸模到達薄板材料還剩余1/3至1/5厚度處。
2、 根據權利要求1所述的步進協調式薄板精密沖裁方法，其特征在于，在上述步驟3) 之后還進一步包括以下步驟4) 齒圈保持不動，凸模繼續壓入直至零件從薄板材料完全分離。
3、 根據權利要求2所述的步進協調式薄板精密沖裁方法，其特征在于，在上述步驟4) 之后還進一步包括以下步驟5) 齒圈少量回程使凸模與薄板間松弛;6) 頂件器解除對零件的壓力，同時齒圈和凸模回程，并且凸模的回程比齒圈的回程大。
4、 根據權利要求3所述的步進協調式薄板精密沖裁方法，其特征在于，上述步驟3) 中齒圈和凸模同步壓入薄板材料直至凸模到達薄板材料還剩余1/4厚度處。
5、 根據權利要求1所述的步進協調式薄板精密沖裁方法，其特征在于，上述步驟2) 中凸模壓入的行程比齒圈壓入的行程大，其差值約為板厚的1/3 1/4。
全文摘要
本發明提供的步進協調式薄板精密沖裁方法，包括以下步驟1)模具閉合，齒圈首先壓入薄板材料0.01-0.03mm，頂件器支撐薄板材料，然后凸模壓入薄板材料同樣行程，保持齒圈與凸模在同一位置；2)凸模與齒圈繼續以不同的速度壓入薄板，并且凸模的壓入行程比齒圈的壓入行程大，直至凸模的壓入行程達到薄板厚度的1/4至1/3之間時結束；3)齒圈和凸模同步繼續壓入薄板材料，直至凸模到達薄板材料還剩余1/3至1/5厚度處。
文檔編號B21D28/02GK101444807SQ200910028649
公開日2009年6月3日 申請日期2009年1月4日 優先權日2009年1月4日
發明者戴贊榮, 陳啟東 申請人:戴贊榮;陳啟東