冲切金属板的模具和具有该模具的金属板冲切装置.pdf

金属板冲切装置(1)包括上模固定装置(2)，其由液压凸轮和诸如此类的部件提升和下降；固定至上模固定装置(2)的压板(3)；通过弹性构件(4)从上模固定装置(2)悬挂下的加压垫(5)；冲头固定装置(7)，其构造成为借助于螺栓(6)等固定到加压垫(5)的冲头单元；下模(9)，待经受冲切的薄金属板(8)放置在该下模上；以及嵌入在下模(9)内的模具(10)。

1.  一种用于冲切金属板的模具，包括：
与待冲切的金属板相对的端面；在所述端面上敞开的通孔，冲头穿过所述端面内的开口插入到所述通孔内；以及限定所述通孔的内周缘表面，其中，所述端面和所述内周缘表面在所述端面中的所述通孔的所述开口处以锐角θ彼此毗邻地连接。

2.  如权利要求1所述的用于冲切金属板的模具，其特征在于，所述端面延伸成相对于所述冲头的轴线倾斜，而所述内周缘表面平行于所述冲头轴线延伸，其中，以倾斜方式延伸的所述端面和平行地延伸的所述内周缘表面在所述端面中的所述通孔的所述开口处以锐角θ彼此毗邻地连接。

3.  如权利要求1或2所述的用于冲切金属板的模具，其特征在于，所述端面垂直于所述冲头的轴线延伸，所述内周缘表面相对于所述冲头的轴线倾斜地延伸，其中，垂直地延伸的所述端面和以倾斜方式延伸的所述内周缘表面在所述端面中的所述通孔的所述开口处以锐角θ彼此毗邻地连接。

4.  如权利要求1至3中任何一项所述的用于冲切金属板的模具，其特征在于，所述锐角θ是45°至87°。

5.  如权利要求1至3中任何一项所述的用于冲切金属板的模具，其特征在于，所述锐角θ是65°至85°。

6.  如权利要求1至3中任何一项所述的用于冲切金属板的模具，其特征在于，所述锐角θ是75°至83°。

7.  如权利要求1至6中任何一项所述的用于冲切金属板的模具，其特征在于，所述开口形成为圆形、椭圆形、长圆形、三角形、矩形或多边形。

8.  一种金属板冲切装置，包括：如权利要求1至7中任何一项所述的用于冲切金属板的模具；以及插入所述模具的所述通孔内的所述冲头，其中，所述冲头包括柱形冲头体和突出部，所述冲头体具有平行于所述轴线延伸的管状表面，所述突出部在插入到所述模具的所述通孔内的一侧上一体地设置在所述冲头体的一个端面上，所述冲头体的设置有所述突出部的所述一个端面包括环形表面和弧形表面，所述环形表面包围所述突出部的底平面并垂直于所述轴线延伸，所述弧形表面从所述环形表面的环形外边缘延伸到所述管状表面的环形边缘，由此，一方面在与所述模具的以锐角θ彼此毗邻地连接的所述端面和所述内周缘表面合作下，另一方面在与所述冲头体的所述弧形表面合作下，所述金属板被冲切。

冲切金属板的模具和具有该模具的金属板冲切装置
技术领域
本发明涉及冲切金属板的模具和具有该模具的金属板冲切装置。
背景技术
[专利文献1]JP-A-2005-262263
[专利文献2]JP-A-2002-153920
人们提出了一种冲切装置，其中，冲头包括其外直径小于模具孔直径的圆柱形的冲头体，以及一体地形成在该圆柱形冲头体上的锥形突出部，该冲头压靠在金属板上，以便通过该冲头的突出部预先在金属板内形成穿孔。在金属板的运动受到插入穿孔内的突出部的限制的状态中，随着冲头体穿过模具圆形孔的开口而进一步插入模具的圆形孔，金属板与围绕模具内周缘表面的环形边缘的冲头体合作而破裂，由此，在金属板内形成通孔(参照专利文献1和2)。
发明内容
本发明要解决的问题
根据如此一个冲切装置，金属板由突出部定位，通过冲头体和模具对金属板主要施加拉力而不是剪切力，来形成一对应于冲头体外周缘表面形状的通孔，由此，撕裂冲头体和模具之间的金属板，于是，通孔可精确地形成在金属板上而不产生毛刺。然而，在板厚度为0.8mm或以上的金属板的情形中，例如，基于剪切力的切割而不是基于拉伸(撕开)力的切割构成了主要力。其结果，存在着这样的可能性：由于剪切力的缘故，大毛刺不理想地形成在通孔周围的金属板的一个表面上。
因此，在板厚度不超过0.8mm的金属板的情形中，专利文献1和2所提出的冲切装置特别地有效，但对于板厚为0.8mm或以上的金属板来说，由于出现大的(高的)毛刺，就非常地不令人满意。
鉴于以上所述的方面，提出了本发明，本发明的目的是提供用于冲切金属板的模具和具有该模具的金属板冲切装置，该装置不仅对不超过0.8mm的金属板而且对0.8mm或以上的金属板可实现冲切，同时能够充分地避免毛刺的发生。
克服这些问题的方法
根据本发明的用于冲切金属板的模具包括：与待冲切的金属板相对的端面；在端面上敞开的通孔，冲头穿过该端面内的开口插入到所述通孔内；以及限定所述通孔的内周缘表面，其中，端面和内周缘表面在端面中的通孔的开口处以锐角θ彼此毗邻地连接。
根据上述冲切金属板的模具，由于端面和内周缘表面以锐角θ互相毗邻连接，即，由于构成模具的模具边缘的、端面和内周缘表面之间的互相毗邻连接部分具有锐角θ，所以，当与冲头合作对金属板进行冲切时，金属板在端面和内周缘表面之间以锐角θ互相毗邻连接的部分处可产生极其大的集中应力。其结果，可尽可能地抑制金属板的拉长，金属板可在端面和内周缘表面之间互相毗邻连接部分处被冲切。因此，该装置不仅对板厚不超过0.8mm的金属板而且对板厚0.8mm或以上的金属板可实现冲切，同时能够充分地避免毛刺的发生。
在一优选实例中，端面延伸成相对于冲头的轴线倾斜，而内周缘表面平行于冲头轴线延伸，其中，以倾斜方式延伸的端面和平行地延伸的内周缘表面在端面中的通孔的开口处以锐角θ彼此毗邻地连接。在另一优选实例中，端面垂直于冲头轴线延伸，内周缘表面相对于冲头轴线倾斜地延伸，其中，垂直地延伸的端面和以倾斜方式延伸的内周缘表面在端面中的通孔的开口处以锐角θ彼此毗邻地连接。
锐角θ可以尽可能地小，但如果太小的话，则机械强度就减小，可能导致模具边缘过早地劣化和损坏。从此观点来看，锐角θ较佳地在45°至87°，更佳地在65°至85°，或还为更佳地在75°至83°。
构成冲切金属板内孔的形状的开口不局限于圆形，可以形成为椭圆形、长圆形、三角形、包括正方形和长矩形在内的矩形、多边形或其它形状。在具有角部的形状的情形中，诸如包括正方形和长矩形在内的矩形、多边形等，可以根据需要对角部进行倒圆。
根据本发明的金属板冲切装置包括：根据上述方面的任何一个方面的用于冲切金属板的模具；插入模具通孔内的冲头，其中，冲头包括柱形冲头体和突出部，冲头体具有平行于轴线延伸的管状表面，突出部在插入到模具通孔内的一侧上一体地设置在冲头体的一个端面上，该冲头体的设有突出部的所述一个端面包括环形表面和弧形表面，该环形表面包围突出部的底平面并垂直于轴线延伸，该弧形表面从环形表面的环形外边缘延伸到管状表面的环形边缘，由此，一方面在与模具的以锐角θ彼此毗邻地连接的端面和内周缘表面合作下，另一方面在与冲头体的弧形表面合作下，金属板被冲切。
根据本发明的模具和根据本发明的使用该模具的金属板冲切装置，并不局限于用来冲切板厚超过0.8mm的金属板，但也可用来冲切板厚为0.8mm或不到的金属板。如果它们用于冲切如此的金属板，则就有可能制造出没有毛刺的冲切金属板，与传统的相比，可以是极其令人满意的。
在本发明中，冲头的弧形表面最好具有0.1mm至5mm的曲率半径，以使金属板更加令人满意地经受拉伸破裂，同时减小造成毛刺原因的剪切效应。
如果假定金属板的厚度为t，则冲头体和在模具边缘部分处限定通孔的模具内周缘表面之间的距离、即间隙如果不小于0.15t和不大于2mm的话就是足够的。
就用根据本发明的金属板冲切装置冲切的金属板来说，其厚度是0.4mm至2.0mm或相当厚度就可获得满意结果。然而，为了获得更加满意结果，其厚度是0.6mm至1.6mm或相当厚度。
本发明的优点
根据本发明，能够提供冲切金属板的模具和具有该模具的金属板冲切装置，其不仅能对不超过0.8mm的金属板而且对0.8mm或以上的金属板实现冲切，同时，能够充分地避免毛刺的发生。
下面将根据附图中所示的优选实施例对本发明给出详细的描述。应该指出的是，本发明不局限于如此的实施例。
附图说明
图1是本发明一优选实施例的剖视图；
图2是图1中所示实施例中使用的冲头一部分的解释性视图；
图3是图2中所示冲头的前视图；
图4是图1中所示实施例中使用的冲头和模具的解释性图；
图5是图1中所示实施例中使用的模具的前视图；
图6是解释图1中所示实施例的操作的图；
图7是解释图1中所示实施例的操作的图；
图8是解释图1中所示实施例的操作的图；
图9是解释图1中所示实施例的操作的图；
图10是根据本发明模具的另一优选实施例的剖视图；
图11是根据本发明模具的另一优选实施例的前视图；
图12是根据本发明模具的还有另一优选实施例的前视图；
图13是根据本发明模具的还有另一优选实施例的剖视图。
具体实施方式
在图1至5中，根据该实施例的金属板冲切装置1包括上模固定装置2，其由液压凸轮和诸如此类的部件提升和下降；固定至上模固定装置2的压板3；通过弹性构件4从上模固定装置2悬挂下的加压垫5；冲头固定装置7，其构造成为借助于螺栓6等固定到加压垫5的冲头单元；下模9，待经受冲切的薄金属板8放置在该下模上；以及嵌入在下模9内的模具10。
冲头固定装置7包括借助于螺栓6等固定到加压垫5的中空圆柱形外壳11；垂直可滑动地配装到外壳11的中空圆柱形滑动件12；垂直可滑动地配装到滑动件12中的冲头13；具有螺旋弹簧14的复位装置，螺旋弹簧设置在滑动件12内，并适于借助于冲头13通过弹性地上推滑动件12使冲头13和滑动件12返回到其原始位置；以及滑动导向构件15，其设置在外壳11内以便导向冲头13的垂直运动。
滑动件12具有凹陷21，并适于在凹陷21处配合一固定到外壳11的棘爪销22，以使滑动件12不因螺旋弹簧14的弹力而脱离外壳11。当上模固定装置2下降时，滑动件12适于通过压板3被下压。
用来冲切金属板8的冲头13包括形成为圆柱形的冲头体25；一体地形成在冲头体25的圆形端面26——即，一个端面——上的突出部27；以及一体地设置在冲头体25的圆形端面28——即，另一端面——上的轴环29。
冲头体25具有用作平行于轴线31延伸的管形表面的圆柱形表面32、垂直于轴线31延伸的环形表面33，以及从环形表面33的外边缘延伸到圆柱形表面32外边缘的弧形表面34。冲头体25的直径D1(＝2×r1)在1mm至25mm、1mm至10mm或1mm至5mm的范围内，而弧形表面34的曲率半径r2在0.1mm至5mm范围内。
突出部27包括高度h的圆柱形部分43和锥形部分45，圆柱形部分43具有圆形底平面41和圆形顶平面42，顶平面的直径D3(＝2×r3)小于圆形端面26的直径D1，圆形底平面41和圆形顶平面42与圆形端面26同心地设置，圆柱形部分43一体地在圆形底平面41处设置在冲头体25的一个圆形端面26上；以及具有圆形底平面44的锥形部分45，圆形底平面44的直径与圆形顶平面42的直径D3相同，圆形底平面44与圆形顶平面42同心地设置，锥形部分45一体地在圆形底平面44处设置在圆柱形部分43的圆形顶平面42上。圆柱形部分43的圆形底平面41被冲头体25的环形表面33包围。
在上述冲头13中，如果假定冲头体25的半径为r1(＝D1×1/2)，弧形表面34的曲率半径是r2，圆柱形部分43的半径是r3(＝D3×1/2)，圆柱形部分43的长度是h，待冲切金属板8的厚度是t，则r3＜r1-r2，且h＞t+r3。
螺旋弹簧14在其一端邻接抵靠轴环29，而在其另一端邻接抵靠滑动导向构件15的凸缘部分51。滑动导向构件15除了凸缘部分51之外还具有圆柱形部分53，该圆柱形部分53与凸缘部分51一体地形成并配装在外壳11内的孔52中，滑动导向构件15通过圆柱形部分53的内周缘表面滑动地导向和支承冲头13的冲头体25的下端部。
模具10具有与待冲切的金属板8相对的环形端面60；在端面60处敞开的圆形孔62，圆形孔62用作为一通孔，冲头13的冲头体25通过端面60内的开口61插入穿过该通孔；限定圆形孔62的内周缘表面63；与圆形孔62相连续的圆形孔65，圆形孔65的直径大于圆形孔62的直径，以便排出冲切废料64(见图9)；以及圆柱形外周缘表面66。
构成截头锥外表面的端面60延伸成相对于冲头13的轴线31倾斜，构成圆柱形表面的内周缘表面63平行于冲头13的轴线31延伸。以倾斜方式延伸的端面60和平行延伸的内周缘表面63彼此毗邻地连接，在端面60的圆形孔62的开口61处形成锐角θ。因此，模具10具有模具边缘67，其在开口61处具有锐角θ。
圆形端面26的直径D1对圆形孔62的直径D4之比D1/D4不小于0.8，，如果待冲切的金属板8的厚度假定为t，则圆形端面26的半径r1(＝D1×1/2)和模具10的圆形孔62的半径r4(＝D4×1/2)之间的差(间隙)f不小于0.15t，且不大于2mm。通过配装和固定在外周缘表面66处，使模具10嵌入在下模9内。
在上述冲切装置1中，当压板3、加压垫5和冲头固定装置7随着上模固定装置2的下降而下降，放置在下模9上的金属板8被加压垫5加压，并通过下模9和加压垫5之间的夹紧而被固定。同时，滑动件12被压板3加压，冲头13结合滑动件12的下压而下降。当冲头13下降时，如图6所示，通过突出部27的锥形部分45，其后，通过圆柱形部分43，使穿孔71形成在金属板8内。在这样的情形中，其中，金属板8的运动受到插入在穿孔71内的突出部27的圆柱形部分43限制，冲头13继续下降，冲头13的冲头体25插入到模具10的圆形孔62内，如图7所示，由此，与圆形端面26的环形表面33接触的金属板8被环形表面33加压，并结合冲头体25的下降而下降。在此下降中，金属板8在其位于圆形端面26的弧形表面34和模具10的模具边缘67之间的那部分，被圆形端面26的弧形表面34和模具10的模具边缘67曳拉和拉长，而其后金属板8结合剪切力，在模具10的模具边缘67侧上被撕裂和破裂，如图8所示。金属板8在模具10的模具边缘67侧上破裂之后，冲头13上升，同时冲切废料64通过圆形孔65排出，如图9所示；因此，通孔72形成在金属箔8内。
顺便提及的是，在模具10中，由于端面60和内周缘表面63互相毗邻连接实现为锐角θ，即，由于模具10的模具边缘67具有锐角θ，所以在金属板8与冲头13的冲头体25合作下被冲切时，在端面60和内周缘表面63之间具有锐角θ的互相毗邻连接的部分处，极大的集中应力形成在金属板8内。其结果，可尽可能地抑制模具边缘67附近的金属板8的拉长，在端面60和内周缘表面63之间的互相毗邻连接的部分处，可精确地冲切下金属板8。因此，不仅对于板厚不超过0.8mm的金属板而且对于板厚为0.8mm或以上的金属板，可实现金属板的冲切，同时，足以避免毛刺的发生。
此外，对于适于在金属板8中实现冲切的冲切装置1，该金属板8与彼此毗邻地连接而具有锐角θ的端面60和内周缘表面63合作，且与弧形表面34合作，突出部27具有圆柱形部分43，圆柱形部分43一体地设置在冲头体25的一个环形表面33上，并具有圆形底平面41和圆形顶平面42。因此，即使突出部27的锥形部分45的远端的锥角做得很大而可能获得足够的强度和耐用性，而且即使全部的突出部27做得很高而能够防止突出部27在由突出部27形成穿孔71之后脱离穿孔71，则包围突出部27的圆柱形部分43的圆形底平面41并垂直于轴线31延伸的环形表面33，也可固定在具有足够宽度的冲头体25的圆端面26上。因此，通过与冲头体25合作而围绕模具10的模具边缘67可靠地破裂金属板8，可在金属板8中高精度地形成通孔72。此外，由于弧形表面34具有0.1mm至5mm的曲率半径r2，所以，金属板8可更令人满意地经受拉伸破裂，同时，减小造成毛刺原因的剪切效应。此外，由于比值D1/D4不小于0.80，且差值f不小于0.15t，所以，除了某些剪切力之外，可主要地造成拉伸破裂，由此，能够有效地在金属板8内形成通孔72。
根据具有倾斜端面60的模具10，不必根据金属板8的形状进一步处理端面60，由此，能够降低成本。
对于冲切装置1，通过垂直地移动冲头13来形成通孔72，但通孔72也可通过倾斜地移动冲头13来形成在金属板8的倾斜部分内。
对于上述模具10，尽管用端面60来实现具有锐角θ的模具边缘67，所述端面60相对于冲头13的轴线31倾斜地延伸，但也可提供一种结构进行取代，或与其相结合，如图10所示，通过相对于冲头13的轴线31倾斜地延伸，使内周缘表面63形成为截头锥的内表面，端面60和内周缘表面63彼此毗邻地连接，在端面60的圆形孔62的开口61处形成锐角θ。在此情形中，端面60可垂直于冲头13的轴线31延伸。
尽管上述实施例中的开口61形成为圆形，但也可提供一结构来代替它，开口61可形成为如图11所示的角部倒圆的四边形，或如图12所示的长圆形，或是诸如椭圆、三角形、矩形或多边形的其它形状。
此外，对于上述实施例中的模具10，圆形孔65形成为与圆形孔62连续，但也可提供一种结构，如图13所示，以使直径仅略小于圆形孔62直径的圆形孔75与圆形孔62同心，并具有比冲头体25直径大的一个直径，圆形孔75插设在圆形孔62和圆形孔65之间。在此情形中，在通孔72形成之后冲头13下降时，冲切废料64被推出圆形孔75，在冲切废料64被推出圆形孔75之后、冲头13提升时，冲切废料64被模具10的限定圆形孔75的内周缘表面76擒获，于是，冲切废料64可以可靠地排出圆形孔75，而不会由于冲头13的曳拉而提升。