一种精密冲压机械[发明专利]

[12]发明专利申请公布说明书

[21]申请号200910026632.4

[51]Int.CI.

B21D 37/10 (2006.01)B21D 37/12 (2006.01)B21D 28/14 (2006.01)B21D 28/34 (2006.01)

[43]公开日2009年9月30日[22]申请日2009.05.07[21]申请号200910026632.4

[71]申请人戴赞荣

地址215500江苏省常熟市虞山镇南沙路95号1

幢204室

共同申请人常熟理工学院[72]发明人戴赞荣 陈启东

[11]公开号CN 1013866A

[74]专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合

伙)

代理人陈建中

权利要求书 1 页 说明书 9 页 附图 9 页

[]发明名称

一种精密冲压机械

[57]摘要

本发明提供的一种精密冲压机械，包括滑块(2)、凸模(15)、上模座(4)、压边齿圈甲板(10)、凹模(18)、凹模甲板(19)、压边齿圈(11)、脱料板(12)、反压板(16)、凸模固定板(8)和凸模垫板(5)，其特征在于，该滑块(2)上设置有凸模支承弹性元件(1)，该凸模支承弹性元件(1)通过桥板(3)连接凸模(15)。通过设置凸模支承弹性元件，并结合反压板的反压力来实现精密的压边和冲裁，实现低模具精度要求和低成本下的精密冲压，具有广泛的推广和应用空间。

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权 利 要 求 书

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1、一种精密冲压机械，包括滑块(2)、凸模(15)、上模座(4)、压边齿圈甲板(10)、凹模(18)、凹模甲板(19)、压边齿圈(11)、脱料板(12)、反压板(16)、凸模固定板(8)和凸模垫板(5)，其特征在于，该滑块(2)上设置有凸模支承弹性元件(1)，该凸模支承弹性元件(1)通过桥板(3)连接凸模(15)。

2、根据权利要求1所述的精密冲压机械，其特征在于：上述压边齿圈甲板(10)上连接有至少一个压边齿圈弹性支承元件(7)。

3、根据权利要求1所述的精密冲压机械，其特征在于：上述凸模(15)周围设置有凸模保护套(6)。

4、根据权利要求3所述的精密冲压机械，其特征在于：上述凹模(18)上设置有凹模弹性支承元件(17)。

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说 明 书

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一种精密冲压机械

技术领域

本发明涉及冲压机械，特别是涉及一种精密冲压机械。背景技术

精冲是板料精密冲裁的简称，是德国人F.Schiess 1921年瑞士工作期间，在板料普通冲裁的基础上究发明的，并申请了德国专利，精冲可直接用板料制成品零件，用于取代切削加工件的一种先进冲压工方法。精冲技术是一项由多种基础工艺组合构成庞大而复杂的系统工程，包括：金属冶炼技术、原材加工及其前处理技术、精冲模设计制造与修理技术、精冲润滑技术、精冲专用设备研试开发制造与维修技术、理化计量与精密检测技术、精冲工艺深化扩展应用技术等。精冲技术改变了传统板料冲压工艺的毛坯生产性质，可以用板、条、带、卷料在专用精冲机上用带各种开头强力压料板的精冲模一模成形冲制出尺寸与形位精度高、冲切面光洁平整、可与切削加工件相媲美的成品零件。近年来，板料的精密冲裁(Fejnschneiden)已扩展加工范围成为可以精冲深孔、沉孔、盲孔、压凸、压花、镦挤、翻边……等精密冲裁与成形的复合加工，进行各种复杂板料冲压件的精密冲压(Feinstanzen)技术。 精冲专用设备即精冲机：它是采用不同结构的强力压料板进行压边、反顶及冲裁的精密冲裁设备。包括目前普及用于生产的用V型齿圈强力压精冲技术和较少使用的带锯齿型压板、锥形压抬形压板的精冲方法等。也有采用对应的成对凸模与凹模按规定程序分次冲切的对向凹模精冲技术及设备。 目前国内企业所使用的精冲机基本上分两类：

FB强力压边精冲机：国外企业包括：德国Feitool SMG公司、瑞士FeitoolOsterwalder公司、瑞士Hydrel公司、瑞士Schmid公司、瑞士ESSA公司等生产的占绝大部分。国内企业：如武汉华夏精冲公司已开发出来，但未大规模推广。

经济型精冲机：国内部分企业自己开发制造。适合于中、小批量中、小零件的单工位精冲加工。其缺点是导向精度和抗偏载能力差，不适于采用多工位连续精冲模生产。

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FB强力压边精冲机不能大规模推广的主要问题有：

FB强力压边精冲机的价格很高，一般企业买不起。如一台4000KN精冲机的价格达到600多万元人民币。

与FB强力压边精冲机相配套的精冲模具的精度要求很高。如其凹凸模间隙一般为板料厚度的1％。而反压板与凹模的间隙有时甚至比这还要小。因此必须有高精度的生产设备与之相匹配。

对模具设计、模具制造技术人员的要求也很高。高精度的模具需要高登记的模具技术人员来设计、制造和维护。发明内容

针对上述缺陷，本发明提供的精密冲压机械，通过设置凸模支承弹性元件，并结合反压板的反压力来实现精密的压边和冲裁，实现低模具精度要求和低成本下的精密冲压，具有广泛的推广和应用空间。

一种精密冲压机械，包括滑块(2)、凸模(15)、上模座(4)、压边齿圈甲板(10)、凹模(18)、凹模甲板(19)、压边齿圈(11)、脱料板(12)、反压板(16)、凸模固定板(8)和凸模垫板(5)，该滑块(2)上设置有凸模支承弹性元件(1)，该凸模支承弹性元件(1)通过桥板(3)连接凸模(15)。 优选地，上述压边齿圈甲板(10)上连接有至少一个压边齿圈弹性支承元件(7)。

优选地，上述凸模(15)周围设置有凸模保护套(6)。

优选地，上述凹模(18)上设置有凹模弹性支承元件(17)。 当压边齿圈与板料接触时，凸模与板料有δ1的距离(此距离等同于凸模与压边齿圈的初始位置差)，滑块继续向下运动，凸模则也继续向下运动。此时，由滑块将压边力传给上模座，上模座将运动传给压边齿圈弹性支承元件，压边齿圈弹性支承元则将力传给甲板，再通过压边齿圈垫板将力传给压边齿圈，压边齿圈则在压边齿圈弹性支承元件的弹性力作用下开始压入板料中。当凸模开始与板料接触时，压边齿圈上所产生的压边力已达到了kδ1(k为压边齿圈弹性支承元件的刚度)，因此可以通过选择不同的压边齿圈垫板来调整k、δ1可以获得所需的压边力。当压边齿圈压紧冲压板料并压入板料中

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一定深度，凸模开始冲裁板料。反压板开始产生反压力。凸模固定板与压边齿圈之间的间隙δ2减小。其减少量为δ1。此时压边齿圈与凸模固定板间的间隙变为δ2—δ1。

滑块继续冲裁行程，凸模和压边齿圈压入板料中，直到凸模固定板与压边齿圈之间的间隙δ2为零，压边力通过垫块、凸模固定板和压边齿圈弹性支承元件一起传给压边齿圈，此时压边力为kδ2。凸模支承弹性元件因受压缩而使凸模相对于固定板上移。凸模支承弹性元件的压缩量δ3的大小与其刚度、板料剩余冲裁量、板料强度等因素有关(δ3等同于凸模保护套与凸模垫板的初始间隙)。在此过程中，凸模的冲裁力先是由凸模支承弹性元件提供，由滑块经凸模支承弹性元件传给桥板，由桥板将冲裁力传给凸模保护套，凸模保护套将冲裁力传给凸模。在冲裁力达到某一数值后，垫板与凸模保护套直接接触，冲裁力由滑块经上模座、垫板传给凸模保护套，再将冲裁力传给凸模。凸模与压边齿圈同步向下运动。直到滑块的向下行程接近结束。 当滑块2的冲裁行程接近结束，凸模已切入板料中相当深度。此时压边齿圈的运动接近停止，凸模由滑块所驱动的运动也基本停止，但板料冲裁面上的剩余冲裁面的抗力和反压板的反压力已不足以抵抗由凸模凸模支承弹性元件所产生的弹性恢复力，凸模在凸模支承弹性元件的弹性力作用下将零件冲裁下来。由于在整个冲裁过程中，冲裁变形区始终处于三向受压应力状态，且其静水压力比FB精冲还大，因此足以保证得到完整的冲裁光亮面。 为保证凸模的正常工作，凸模保护套与凸模垫板之间的间隙δ3应为板料的剩余冲裁厚度加1~1.5mm。当滑块开始向上运动时，带动上模座4，凸模支承弹性元件处于从压缩状态到自由状态的转变过程中，而弹性元件7则开始恢复，因此压边齿圈在弹性元件带动向上运动最先脱离板料。凸模5则由滑块经上模座、凸模垫板、凸模固定板、凸模保护套挡板将力传给凸模，凸模开始向上移动。

随着滑块的继续上行，凸模和压边齿圈同时向上运动，反压板与凹模弹性支撑元件将零件从凹模中顶出，取出零件，送料机送料就位，凸模和压边齿圈继续上行直到滑块运动到最高点。准备下一冲裁行程。

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本发明的工作原理是利用传统冲压机械的滑块的运动，通过选择不同的压边齿圈垫板调整压边齿圈与凸模的初始位置差δ1；调整凸模固定板与压边齿圈的初始间隙δ2；调整桥板与垫块的初始间隙δ3以及凸模支承弹性元件1的刚度K、弹性元件7的刚度k，并辅以反压板的反压力来实现压边、冲裁。最终获得全光亮冲裁面，并符合相应的尺寸精度。同时，导柱、导柱的引入，也使得导向精度得以成功解决(在工作过程中的冲裁力除了由滑块2提供以外，凸模支承弹性元件1、7和间隙δ1、δ2δ3的选择也非常重要。它们决定着精冲件的精冲工艺和毛刺、塌角等问题的处理，也直接影响凸凹模间隙、凹模圆角等重要模具参数。而间隙δ3则是凸模支承弹性元件1是精冲过程中的最大压缩量。一般取板料剩余冲裁行程的2~3倍)。

由于弹性精冲机的冲裁力、压边力是分两阶段分别由滑块经弹性元件提供和滑块直接提供。因此其压边力、冲裁力的变化与强力压边精冲机的较大的差别。首先是压边力，强力压边精冲机的压边力通过油缸经传力杆施加到压边齿圈后，在凸模冲裁行程内基本保持不变。其次是冲裁力，其变化是随冲裁行程的发展增大，当其达到一定数值后(即冲裁到达一定行程后)突然减小。

本发明中，压边力首先是由压边齿圈弹性元件在变形达到δ1时产生的压力，其数值基本达到可大大减小毛刺尺寸的数值；然后随着压边齿圈弹性元件的进一步变形，压边力PG增大，但由于压边齿圈弹性支承弹性元件的刚度小于凸模支承弹性元件1的刚度，因此压边齿圈的行程小于凸模的行程。当间隙δ2变为零时，压边齿圈弹性支承元件的变形达到δ2，而凸模支承弹性元件产生了δ3的压缩量，此后压边齿圈几乎与凸模同时向下运动，直到滑块的下降到死点。此后滑块带动压边齿圈向上运动，而凸模5在凸模支承弹性元件的弹性恢复力的作用下继续向下运动，直到凸模支承弹性元件完全恢复。此时凸模也完成了冲裁。因此凸模比压边齿圈滞后一段时间向上回程。所以压边齿圈首先从材料上退回。从而使凸模周围材料的变形得到释放，减少了材料与凸模在回程过程中产生的摩擦。有利于提高模具的寿命。反压板的反压力PR是在凸模开始接触材料时产生的，它由液压油缸通过触发开关产

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生。并随着冲裁力PS的增大而增大。最终达到设计值。在凸模开始回程时液压油缸的压力部分释放，零件在反压板退料力的作用下被顶出，然后被吹出。 本发明的优点是成功解决了导向精度、压边力和反压力、抗偏载能力等问题。且可以采用多工位连续模配合自动送料机工作。由于弹性精冲机是由普通压力机改造而来，所以其价格便宜。一般情况下是同吨位FB强力压边精冲机的1/2~1/3。由于弹性精冲机在工作过程中都其剪切区均能保持较高的静水压力，所以弹性精冲机的精冲模具的凹凸模间隙可达板料厚度的2％左右，即弹性精冲机相配套的精冲模具的制造精度也比FB精冲模具低。因此对模具制造的要求也相应可降低要求。附图说明

图1是本发明结构示意图； 图2是本发明的动作示意图； 图3是本发明的动作示意图； 图4是本发明的动作示意图； 图5是本发明的动作示意图； 图6是本发明的动作示意图； 图7是本发明的动作示意图； 图8是本发明的动作示意图； 图9是本发明的动作示意图； 图10是本发明的动作示意图；

图11是本发明加工零件的结构示意图。 具体实施方式

如图1所示，本发明提供的精密冲压机械，包括滑块(2)、凸模(15)、上模座(4)、压边齿圈甲板(10)、凹模(18)、凹模甲板(19)、压边齿圈(11)、脱料板(12)、反压板(16)、凸模固定板(8)和凸模垫板(5)，该滑块(2)上设置有凸模支承弹性元件(1)，该凸模支承弹性元件(1)通过桥板(3)连接凸模(15)，上述压边齿圈甲板(10)上连接有至少一个压边齿圈弹性支承元件(7)，上述凸模(15)周围设置有凸模保护套(6)，上述凹模(18)

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上设置有凹模弹性支承元件(17)。

如图2所示，当滑块2向下运动，带动上模座4、凸模垫板5、凸模固定板8和压边齿圈弹性支承元件7向下运动，同时压边齿圈11和凸模15也一起向下运动。当压边齿圈与板料13接触时，凸模与板料13有δ1的距离(此距离等同于凸模15与压边齿圈11的初始位置差)，滑块2继续向下运动，凸模15则也继续向下运动。此时，由滑块2将压边力传给上模座4，上模座4将运动传给压边齿圈弹性支承元件7，压边齿圈弹性支承元件7则将力传给甲板10，再通过压边齿圈垫板12将力传给压边齿圈11，压边齿圈11则在压边齿圈弹性支承元件7的弹性力作用下开始压入板料中。当凸模15开始与板料13接触时，压边齿圈11上所产生的压边力已达到了kδ1(k为压边齿圈弹性支承元件7的刚度)，因此可以通过选择不同的压边齿圈垫板12来调整k、δ1可以获得所需的压边力。当压边齿圈11压紧冲压板料13并压入板料13中一定深度，凸模15开始冲裁板料13。反压板16开始产生反压力。凸模固定板8与压边齿圈11之间的间隙δ2减小。其减少量为δ1。此时压边齿圈11与凸模固定板8间的间隙变为δ2—δ1。

如图3所示，滑块2继续冲裁行程，凸模15和压边齿圈11压入板料中，直到凸模固定板8与压边齿圈11之间的间隙δ2为零，压边力由上模座4同时还通过凸模垫板5、凸模固定板8，和压边齿圈弹性支承元件7一起传给压边齿圈11，此时压边力为kδ2。凸模支承弹性元件1因受压缩而使凸模15相对于凸模固定板8上移。凸模支承弹性元件1的压缩量δ3的大小与其刚度K、板料剩余冲裁量、板料强度等因素有关(δ3等同于凸模保护套6与凸模垫板5的初始间隙)。在此过程中，凸模15的冲裁力先是由凸模支承弹性元件1提供，由滑块2经凸模支承弹性元件1传给桥板3，由桥板3将冲裁力传给凸模保护套6，凸模保护套6将冲裁力传给凸模15。在冲裁力达到某一数值后，垫板5与凸模保护套6直接接触，冲裁力由滑块2经上模座4、垫板5传给凸模保护套6，再将冲裁力传给凸模15。凸模15与压边齿圈11同步向下运动。直到滑块2的向下行程接近结束。

如图4所示，当滑块2的冲裁行程接近结束，凸模15已切入板料13中

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相当深度。此时压边齿圈11的运动接近停止，凸模15由滑块所驱动的运动也基本停止，但板料13冲裁面上的剩余冲裁面的抗力和反压板的反压力已不足以抵抗由凸模支承弹性元件1所产生的弹性恢复力，凸模15在凸模支承弹性元件1的弹性力作用下将零件冲裁下来。由于在整个冲裁过程中，冲裁变形区始终处于三向受压应力状态(压边力、冲裁力、反压力)，且其静水压力比FB精冲还大，因此足以保证得到完整的冲裁光亮面。

如图5所示，为保证凸模15的正常工作，凸模保护套6与凸模垫板5之间的间隙δ3应为板料的剩余冲裁厚度加4.0~5.0mm。当滑块2开始向上运动时，带动上模座4，凸模支承弹性元件1处于从压缩状态到自由状态的转变过程中，而压边齿圈弹性支承元件7则开始恢复，因此压边齿圈7在压边齿圈弹性支承元件7带动向上运动最先脱离板料。凸模5则由滑块2经上模座4、凸模垫板5、凸模固定板8、凸模保护套挡板9将力传给凸模15，凸模15开始向上移动。

如图6所示，随着滑块2的继续上行，凸模15和压边齿圈11同时向上运动，反压板16与凹模弹性支撑元件17将零件从凹模18中顶出，取出零件，送料机送料就位，凸模15和压边齿圈11继续上行直到滑块2运动到最高点，准备下一冲裁行程。

本发明的工作原理是利用传统冲压机械的滑块的运动，通过选择不同的压边齿圈垫板12调整压边齿圈11与凸模15的初始位置差δ1；调整凸模固定板8与压边齿圈11的初始间隙δ2；调整凸模保护套6与凸模垫板5的初始间隙δ3以及凸模支承弹性元件1的刚度K、压边齿圈弹性支承元件7的刚度k，并辅以反压板16的反压力来实现压边、冲裁。最终获得全光亮冲裁面，并符合相应的尺寸精度。同时，导柱20、导柱21的引入，也使得导向精度得以成功解决。

在工作过程中的冲裁力除了由滑块2提供以外，凸模支承弹性元件1的刚度K，压边齿圈弹性元件7的刚度k遗迹间隙δ1、δ2、δ3的选择也非常重要。它们决定着精冲件的精冲工艺和毛刺、塌角等问题的处理，也直接影响凸凹模间隙、凹模圆角等重要模具参数。而间隙δ3则是凸模支承弹性元件

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1是精冲过程中的最大压缩量。一般取板料的剩余冲裁厚度加4.0~5.0mm。如图7、8、9所示。

由于弹性精冲机的冲裁力、压边力是分两阶段分别由滑块经压边齿圈弹性元件7提供和滑块2直接提供。因此其压边力、冲裁力的变化与强力压边精冲机的较大的差别。首先是压边力，强力压边精冲机的压边力通过油缸经传力杆施加到压边齿圈后，在凸模冲裁行程内基本保持不变。其次是冲裁力，其变化是随冲裁行程的发展增大，当其达到一定数值后(即冲裁到达一定行程后)突然减小。

如图10所示，PG为压边力，PS为冲裁力，PR为反压力，本发明中，压边力PG首先是由压边齿圈弹性支承元件7在变形达到δ1时产生的压力，其数值基本达到可大大减小毛刺尺寸的数值；然后随着压边齿圈弹性支承元件7的进一步变形，压边力PG增大，但由于压边齿圈弹性支承元件7的刚度小于凸模支承弹性元件1的刚度，因此压边齿圈11的行程小于凸模15的行程。当间隙δ2变为零时，压边齿圈弹性支承元件7的变形达到δ2，而凸模15支承弹性元件1产生了δ3的压缩量，此后压边齿圈11几乎与凸模15同时向下运动，直到滑块2的下降到死点。此后滑2块带动压边齿圈向上运动，而凸模15则在凸模支承弹性元件1的弹性恢复力的作用下继续向下运动，直到凸模支承弹性元件1完全恢复。此时凸模15也完成了冲裁。因此凸模15比压边齿圈11滞后一段时间向上回程。所以压边齿圈11首先从板料13上退回。从而使凸模15周围板料13的变形得到释放，减少了板料13与凸模在回程过程中产生的摩擦。有利于提高模具的寿命。反压板16的反压力PR是在凸模15开始接触板料13时产生的，它由液压油缸通过触发开关产生。并随着冲裁力PS的增大而增大。最终达到设计值。在凸模15开始回程时液压油缸的压力部分释放，零件在反压板16退料力的作用下被顶出，然后被吹出。 本发明实施例的优点是成功解决了导向精度、压边力和反压力、抗偏载能力等问题。且可以采用多工位连续模配合自动送料机工作。由于弹性精冲机是由普通压力机改造而来，所以其价格便宜。一般情况下是同吨位FB强力压边精冲机的1/2~1/3。由于弹性精冲机在工作过程中都其剪切区均能保持

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较高的静水压力，所以弹性精冲机的精冲模具的凹凸模间隙可达板料厚度的2％左右，即弹性精冲机相配套的精冲模具的制造精度也比FB精冲模具低。因此对模具制造的要求也相应可降低要求。

应用实施例：电脑针织横机用系列选针片，零件板厚0.72mm。材料：Q235A。要求全光亮面、无毛刺、倒圆。平面度为0.001/1.000。

使用本发明提供的精密冲压机械，并选用如下间隙：δ1＝0.12mm，δ2＝2mm，δ3＝1mm。目前已试生产6千万多件。如图11所示。

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图10

图11

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