冲压成形模具组及方法.pdf

公开了一种用于对薄金属片毛坯(30)冲压成形的模具组(10)。该模具组具有冲头(11)和毛坯保持器(20)。毛坯保持器具有用于以恒定的力约束毛坯的边缘的第一压边筋(21)。第一压边筋设置得比第二压边筋(26)更靠近内侧，第二压边筋(26)用于在对毛坯冲压期间以变化的力约束毛坯的边缘。

权利要求书
1.  一种用于对毛坯(30)冲压成形的模具组(10)，包括：
具有凹部(28)的模具(29)；
冲头(11)，以与模具成相对的关系设置并具有用于穿入到凹部中的凸部(12)；和
毛坯保持器(20)，其被设置成围绕冲头并具有第一压边筋(21)和第二压边筋(26)，第一压边筋(21)用于在对毛坯冲压期间以恒定的力约束毛坯的边缘，第二压边筋(26)比第一压边筋设置得更靠近外侧并用于在对毛坯冲压期间以变化的力约束毛坯边缘。

2.  一种使用冲压成形模具组(10)对毛坯(30)冲压成形的方法，该冲压成形的模具组(10)包括：具有凹部(28)的模具(29)；冲头(11)，以与模具成相对的关系设置并具有用于穿入到凹部中的凸部(12)；和毛坯保持器(20)，其被设置成围绕冲头并具有第一压边筋(21)和第二压边筋(26)，第一压边筋(21)用于在对毛坯冲压期间以恒定的力约束毛坯的边缘，第二压边筋(26)比第一压边筋设置得更靠近外侧，用于在对毛坯冲压期间以变化的力约束毛坯边缘，所述方法包括步骤：
在使用被控制到中等约束力的第二压边筋约束毛坯的同时成形，所述中等约束力足以防止在毛坯的成形过程中出现褶皱；
在使用被控制到较小约束力的第二压边筋约束毛坯的同时成形，所述较小约束力小于所述中等约束力并且不阻碍毛坯流入到凹部中；以及
在使用被控制到较大约束力的第二压边筋约束毛坯的同时成形，所述较大约束力大于所述中等约束力并抑制毛坯流入到凹部中。

3.  一种用于对毛坯(30)冲压成形的模具组(10)，包括：
具有凹部(28)的模具(29)；
冲头(11)，以与模具成相对的关系设置并具有用于穿入到凹部中的凸部(12)；和
第一毛坯保持器(23)，其被设置成围绕模具并具有第一压边筋(21)和第一保持器表面(22)，第一压边筋(21)用于在对毛坯冲压期间以恒定的力约束毛坯的边缘，第一保持器表面(22)邻近第一压边筋设置并用于支撑毛坯边缘；
第二毛坯保持器(25)，其被设置成比第一保持器表面更靠近外侧并具有第二压边筋(26)和第二保持器表面(27)，第二压边筋(26)用于在对毛坯冲压期间以变化的力约束毛坯边缘，第二保持器表面(27)邻近第二压边筋设置并用于支撑毛坯边缘；以及
设置在模具上的衬垫(32)，用于经由毛坯在第二保持器表面上弹性推动。

4.  根据权利要求3所述的模具组，其中，第二压边筋(26)设置在第二毛坯保持器(25)的边缘处比第二保持器表面(27)更靠近凸部(12)的位置中。

说明书冲压成形模具组及方法
技术领域
本发明涉及一种用于对薄金属片拉延成形的冲压成形技术。
背景技术
可以通过将毛坯放置在设置有凹部的模具中并将冲头的凸部牵引到凹部中来获得冲压成形件。此时，当毛坯的边缘被毛坯保持器向下保持时，可以获得没有褶皱的整洁的成形件。然而，不同于简单地向下保持毛坯的边缘，优选地根据冲压的进行，即拉延工艺的进行程度来调节约束力。
过去，例如在日本专利申请特许公布No.9-29349(JP 09-29349A)中，已经提出了能够调节约束力的冲压设备。利用这里的图9来描述所提出的冲压设备。
如图9所示，在JP 09-29349中描述的冲压设备中，通过在成形时间段的任意部分期间有效地使为点状的可变的点压边筋(bead)105位于适当的位置来防止在原材料111中出现龟裂120。
在可变的点压边筋105的外侧还设置有固定的压边筋103。当将固定的压边筋103设置到外侧时，材料切割量增加，并且当在成形之后切割掉成形件的边缘时，良品率较低。
毛坯在受到固定压边筋103的约束的同时还连同冲压一起被向中心拉延。由于固定压边筋在外侧，所以在固定压边筋103和成形部分之间出现大的距离。这个距离越大，褶皱越容易沿着这个距离出现，固定压边筋103的防褶皱效果减小。
此外，由于可变的点压边筋105比固定压边筋103设置得更靠近里面，所以用于使可变的点压边筋105运动的运动机构被设置到固定压边筋103的内侧。然而，固定压边筋103的内侧空间是有限的，因此运动机构受到空间限制，并且不可避免地具有复杂结构。复杂的运动机构不是优选的，因为增加冲压设备的成本。
具体地，JP 09-29349A的冲压设备具有关于良品率、褶皱和结构的缺点，存在对具有好的良品率、不出现褶皱、并且结构简单的冲压成形模具的需求。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种用于对毛坯冲压成形的模具组，包括：具有凹部的模具；冲头，以与模具相对的关系设置并具有用于穿入到凹部中的凸部；和毛坯保持器，其被设置成围绕冲头并具有第一压边筋和第二压边筋，第一压边筋用于在对毛坯冲压期间以恒定的力约束毛坯的边缘，第二压边筋比第一压边筋设置得更靠近外侧并用于在对毛坯冲压期间以变化的力约束毛坯边缘。
在这种布置中，作为固定压边筋的第一压边筋设置在内侧，作为可动压边筋的第二压边筋设置在外侧。由于固定压边筋设置在内侧，所以材料的切割量减少，当成形之后切掉边缘时良品率是令人满意的。
由于固定压边筋设置在内侧，所以固定压边筋和成形部分也是相邻的。结果，不易发生褶皱，并且可以获得具有令人满意的形状的成形件。
根据本发明的第二方面，提供了一种使用冲压成形模具组对毛坯冲压成形的方法，该冲压成形模具组包括：具有凹部的模具；冲头，以与模具相对的关系设置并具有用于穿入到凹部中的凸部；和毛坯保持器，其被设置成围绕冲头并具有第一压边筋和第二压边筋，第一压边筋用于在对毛坯冲压期间以恒定的力约束毛坯的边缘，第二压边筋比第一压边筋设置得更靠近外侧并用于在对毛坯冲压期间以变化的力约束毛坯边缘，所述方法包括步骤：在使用被控制成中等约束力的第二压边筋约束毛坯的同时对毛坯成形，所述中等约束力足以防止在毛坯的成形过程中出现褶皱；在使用被控制成较小约束力的第二压边筋约束毛坯的同时对毛坯成形，所述较小约束力小于所述中等约束力并且不阻碍毛坯流入到凹部中；以及在使用被控制成较大约束力的第二压边筋约束毛坯的同时对毛坯成形，所述较大约束力大于所述中等约束力并抑制毛坯流入到凹部中。
在该方法中，由于在以中等约束力约束毛坯的同时执行成形初期的成形，所以可以防止褶皱发生。由于在以较小的约束力约束毛坯的同时执行成形中期的成形，所以可以防止龟裂发生。由于在以较大的约束力约束毛坯的同时执行成形终期的成形，所以可以满意地调节成形件的形状。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于对毛坯冲压成形的模具组，包括：具有凹部的模具；冲头，以与模具相对的关系设置并具有用于穿入到凹部中的凸部；和第一毛坯保持器，其被设置成围绕冲头并具有第一压边筋和第一保持器表面，第一压边筋用于在对毛坯冲压期间以恒定的力约束毛坯的边缘，第一保持器表面邻近第一压边筋设置并用于支撑毛坯边缘；第二毛坯保持器，其被设置成比第一保持器表面更靠近外侧并具有第二压边筋和第二保持器表面，第二压边筋用于在对毛坯冲压期间以变化的力约束毛坯边缘，第二保持器表面邻近第二压边筋设置并用于支撑毛坯边缘；以及设置在模具上的衬垫，用于经由毛坯在第二保持器表面上弹性挤压。
在这种布置中，由于第二压边筋与第二保持器表面一起运动，所以在第二压边筋和第二保持器表面之间共享第二毛坯保持器的约束力。结果，没有约束力集中在第二压边筋处的风险，并可以显著减小第二压边筋上的摩擦力的大小。
由于第二压边筋由第二毛坯保持器的一部分形成，所以没有第二压边筋单独地相对于其它构件改变位置的风险。结果，稳定了第二压边筋提供的约束力。
此外，毛坯保持器被划分成第一毛坯保持器和第二毛坯保持器，因此第二压边筋没有必要被容纳在毛坯保持器中。结果，冲压成形模具可以具有简单的结构。
优选地，第二压边筋设置在第二毛坯保持器的边缘处比第二保持器表面更靠近凸部的位置。由于第二压边筋与凸部相邻地设置，所以毛坯尺寸可以减小，并可以降低材料成本。
附图说明
下面，将参照附图只以示例的方式详细描述本发明的某些优选实施例。
图1是示出根据本发明的冲压成形模具的毛坯保持器和冲头的俯视图；
图2是沿着图1中的线2-2截取的剖视图；
图3A和图3B是示出根据本发明的毛坯冲压成形方法的第一阶段的剖视图；
图4A和图4B是示出毛坯成形方法的第二阶段的剖视图；
图5A和图5B是示出毛坯成形方法的第三阶段的剖视图；
图6是示出约束力和冲压冲程之间的关系的曲线图；
图7A至图7C是示出图1中的配置的操作的示意图；
图8A是示出公知的比较例的示意性局部视图，其中模具是分开的；
图8B和图8C是示出根据本发明的实施例的示意性视图，其中模具被分割；
图9是示出传统的冲压设备的示意性透视图。
优选实施方式
如图1所示，冲压成形模具组10的冲头11设置有凸部12、12。还设置毛坯保持器20以包围冲头11。
毛坯保持器20由第一毛坯保持器23和第二毛坯保持器25、25、25构成，第一毛坯保持器23具有用作固定压边筋的第一压边筋21、21、21、21和为口形平坦表面的第一保持器表面22，第二毛坯保持器25、25、25位于第一毛坯保持器23内，使得能够在图中在前后方向上运动。
第二毛坯保持器25具有用作可动压边筋的第二压边筋26以及为I形平坦表面的第二保持器表面27。第二压边筋26设置得比第二保持器表面27更靠近凸部12，即更靠内部。
具体地，第二压边筋26设置到第二保持器25的边缘，使得比第二保持器表面27更靠近凸部12。
由于毛坯保持器20被划分成第一毛坯保持器23和第二毛坯保持器25，所以第二压边筋26没有必要被第一毛坯保持器23围住。与第二压边筋26和第一毛坯保持器23分开设置的情况相比，可以简化冲压成形模具组10的结构。
下面将基于图2来描述冲压成形模具组10的相关部分，图2是沿着图1中的线2-2截取的剖视图。
如图2所示，冲压成形模具组10设置有：模具29，凹部28设置到模具29上；面对模具29设置的冲头11，凸部12设置到冲头11上用于穿入到凹部28中；第一毛坯保持器23，其设置有用于在冲压过程中以恒定的力约束毛坯30的边缘的第一压边筋21和用于支撑毛坯30的边缘的第一保持器表面22，第一压边筋21被设置成围绕冲头11，第一保持器表面22邻近第一压边筋21设置；第二毛坯保持器25，其设置有用于在冲压过程中以变化的力约束毛坯30的边缘的第二压边筋26和用于支撑毛坯30的边缘的第二保持器表面27，第二压边筋26设置得比第一保持器表面22更靠外侧(在附图中更靠右边)，第二保持器表面27邻近第二压边筋26设置；设置到模具29上的衬垫32，其用于通过毛坯30弹性地在第二保持器表面27上冲压。
衬垫32由衬垫主体34和弹性体35构成，衬垫主体34在其底部具有突出部分33，弹性体35连接到衬垫主体34的项部。突出部分33的下表面与毛坯30接触。块状硬铸铁或铸钢适于用作突出部分33和衬垫主体34。
弹性体35优选地由聚氨酯橡胶或弹簧构成。当较大的向上的外力施加到突出部分33上时，弹性体35收缩，并且衬垫主体34向上运动。当向上的外力较小时，弹性体35膨胀，并且衬垫主体34向下运动。结果，突出部分33根据向上的外力而上下运动。
第二毛坯保持器25由下面描述的凸轮驱动机构37驱动。凸轮驱动机构37由以下部件构成：倾斜的表面38，设置到第二毛坯保持器25的底部；锥形构件39，其与倾斜的表面38相邻并能够在图中左右运动；压缩弹簧41，从第一毛坯保持器23向锥形构件39延伸，以在图中向左推进锥形构件39；驱动凸轮42，其连接到冲头11的侧表面，从而在图中向右驱动锥形构件39。驱动凸轮42具有在图中向右突出的第一脊43、高于第一脊43的第二脊44、以及设置在脊43和44之间的槽45。
接着将描述如上所述构造的冲压成形模具的操作。将按三个阶段来描述冲头11以较流行的方式从上死点向下死点运动的过程，所述三个阶段包括成形初期、成形中期和成形终期。这三个阶段由第一步骤、第二步骤和第三步骤构成。
将基于图3A和图3B来描述与成形初期相对应的第一步骤。
如图3A所示，为了方便起见，冲头11被固定，模具29和毛坯保持器20向下运动。当从上死点到下死点的冲压滑动冲程为100％时，在成形初期的冲压滑动冲程是0至60％(从下死点的滑动高度是100％至40％)。
在成形初期，通过第一毛坯保持器23将毛坯30推压到模具29中。此外，锥形构件39在图中向右移动，第二毛坯保持器25被第一脊43升起。从而将毛坯30保持在第二保持器表面27和衬垫32之间。
如图3B所示，图3B是图3A中字母b表示的区域的放大视图，毛坯30在被第一压边筋21和第一保持器表面22折弯的同时受到恒定的约束力F1的约束。
第二压边筋26适当地穿入到毛坯30中。假定在第二压边筋26开始使毛坯30向上弯曲的位置(第二压边筋26与毛坯30的下表面进入接触的位置)，压边筋高度为零，在第二压边筋26达到上限的位置，压边筋高度为100％，则处于中等穿入的压边筋高度被设为80％至100％。
从而，毛坯30在被第二压边筋26折弯的同时受到力F2的约束。
此外，由于毛坯30被保持在第二保持器表面27和衬垫32之间，所以毛坯30受到力F3的限制。
结果，毛坯30受到与F1+F2+F3成比例的约束力FF1的限制。这个约束力FF1与足以防止毛坯30褶皱的约束力相对应。
接着，将基于图4A和图4B描述与成形中期相对应的第二步骤。
如图4A所示，在成形中期，通过第一毛坯保持器23将毛坯30压到模具29中。此外，锥形构件39通过槽45在图中向左运动，第二毛坯保持器25向下运动。在成形中期的冲压滑动冲程为30％至50％(离下死点的滑动高度为70％至0)。
如图4B所示，图4B是图4A中的字母b所示区域的放大视图，毛坯30在被第一压边筋21和第一保持器表面22折弯的同时受到恒定的约束力F1的约束。
第二压边筋26稍微穿入毛坯30中。在稍微穿入部分中，压边筋高度被设置成10％至80％。从而毛坯30在被第二压边筋26小比例地弯曲的同时受到较弱的力f2的约束。
此外，由于毛坯30被第二保持器表面27和衬垫32夹住，所以毛坯30受到较弱的力f3的约束。
结果，毛坯30受到与F1+f2+f3成比例的约束力FF2约束，但是约束力FF2小于约束力FF1。因此，没有阻止毛坯30在图中向左运动。具体地，发生毛坯30的流入。
接着将基于图5A和图5B描述与成形终期相对应的第三步骤。
如图5A所示，成形终期，毛坯30通过第一毛坯保持器被压到模具29中。此外，第二脊44使锥形构件39在图中显著向右运动，第二毛坯保持器25显著向上运动。因而，毛坯30被稳固地保持在第二保持器表面27和衬垫32之间。在成形终期，冲压滑动冲程为80％至100％(离下死点的滑动高度为20％至0)。
如图5B所示，图5B是图5A中字母b所表示的区域的放大视图，毛坯30在被第一压边筋21和第一保持器表面22折弯的同时受到恒定的约束力F1约束。
第二压边筋26强烈地穿入毛坯30中。在强烈穿入部分，压边筋高度被设为90％到100％。从而毛坯30在被第二压边筋26强烈折弯的同时受到力F4约束。
此外，由于毛坯30被第二保持器表面27和衬垫32夹住，所以毛坯30被力F5约束。
结果，毛坯30受到与F1+F4+F5成比例的约束力FF3的约束，但是由于F4大于F2，F5大于F3，所以约束力FF3大于约束力FF1，毛坯30的边缘被强烈约束。
将描述毛坯良品率和压边筋位置之间的关系。
如图5B所示，第二压边筋26必须连续挤压毛坯30，即使在成形终期。因此，基于第二压边筋26的位置确定成形之前准备的毛坯30的尺寸。具体地，毛坯30扩大，使得第二压边筋26进一步在图中向右运动。考虑到这一点，当可以将第二压边筋26设置到第二毛坯保持器25的左边缘时，毛坯30的尺寸可以为最小，可以获得满意的良品率。
如图6所示，可以总结出约束力FF1至FF3和上述的冲压冲程之间的关系。
如图6所示，由水平轴表示的从成形开始到成形结束的过程被划分成成形初期、成形中期和成形终期。由驱动凸轮42(图2)的形状来确定成形初期、成形中期和成形终期的时间段(沿着水平轴线的长度)。
当成形初期约束力不足时，毛坯流动过渡，发生褶皱。这个区域在图中用“褶皱区域”表示。由于拉延处理在成形中期有效地进行，所以当约束力大时毛坯的流入不充分，并发生龟裂，这个区域在图中用“龟裂区域”表示。
在本发明中，成形初期的约束力被设置成中等程度FF1，成形中期的约束力被设置成较小的力FF2，成形终期的约束力被设置成较大的力FF3，由此，不出现褶皱区域和龟裂区域。由于在成形终期毛坯延展微小，所以即使当约束力大时也没有龟裂的风险。
基于上面描述的图3至图5中的剖视图来描述约束力的设置。并将基于图7A至图7C的平面图来描述操作。
在成形初期(第一步骤)，第二压边筋26、26、26和第二保持器表面27、27、27的中等程度的约束作用添加到第一压边筋21、21、21、21和第一保持器表面22的约束作用上，因此毛坯的边缘可以被如图7A中所示的六个箭头指示的中等程度的约束力约束。可以在约束毛坯使得不发生褶皱的同时执行成形初期的拉延处理。
在成形中期(第二步骤)，第一压边筋21、21、21、21和第一保持器表面22的约束作用是主要力，因此，毛坯的边缘受到图7B中两个箭头所示的较小的力约束。具体地，在成形中期的拉延处理中，材料的流入被加速以防止龟裂，并且毛坯被第二保持器表面27、27、27保持，由此抑制褶皱的出现。由于如果毛坯的周边不被约束就会出现褶皱，所以第二保持器表面27、27、27的作用是重要的。
在成形终期(第三步骤)，由四个空心箭头表示的第二压边筋26、26、26和第二保持器表面27、27、27的较大的约束作用被添加到由两个箭头表示的第一压边筋21、21、21、21和第一保持器表面22的约束作用，因此毛坯的边缘可以由较大的约束力约束，如图7C所示。从而可以调节成品件的最终形状，可以获得具有满意的形状的成品件。
由于采用可运动的压边筋，由于其它的原因，将基于图8A至图8C为模具必须被分割的情况研究分割位置。
如图8A所示，图8A示出了比较例，分割48设置在压边筋47的左边(或右边)的位置，模具被分割成第一模具51和第二模具52。第一模具51的下表面和第二模具的下表面必须对齐。然而，在第一模具51的下表面和第二模具52的下表面之间不可避免地出现高度差。这个高度差导致在毛坯30中出现瑕疵和烧伤。因此不能采用图8A所示的构造。
如示出了该实施例的图8B所示，分割48设置到与压边筋47相对应的凹部。由于凹部53具有曲表面，所以与毛坯30接触的程度是适度的。因此，即使当第一模具51和第二模具52之间存在高度差时也不出现问题。分割48可以设置在间隔V内的任何位置。
如示出该实施例的图8C中的图4B的再现所示，但存在衬垫32时，衬垫32可以垂直地运动，并且对毛坯30没有负作用。因此，衬垫32和模具29之间的分割48可以被设置到与第二压边筋26相对应的凹部53，以及与第二保持器表面27相对应的部分，如间隔W所示。
具体地，建议将其它模具或该模具的分割48设置到凹部53或者压边筋47的凸部，当存在衬垫时，可以扩展这个范围。
接着，将基于图1和图2来描述第一压边筋21和第二压边筋26之间的位置关系。
如图1所示，第一压边筋21、21、21、21基本上围绕冲头11。另一方面，第二压边筋26、26、26局部围绕冲头11。第一压边筋21、21、21、21从成形初期至成形终期以恒定的力约束毛坯，并用于确定成品件的形状。
因而，第一压边筋21、21、21、21越靠近冲头11，重要的第一压边筋21、21、21、21就越影响形状控制。因此，在本发明中，比第二压边筋26、26、26更稳定且具有较大波动因子的第一压边筋21、21、21、21被靠近冲头11放置。
具体地，第一压边筋21、21、21、21被朝内部设置，第二压边筋26、26、26被朝外部设置。
结果，第二毛坯保持器25、25、25能够被设置到具有第一压边筋21、21、21、21的第一毛坯保持器23。具体地，如图2所示，采用这样的构造：衬里54、55附于第一毛坯保持器23，通过衬里54、55引导第二毛坯保持器25使得能够上下运动。
除了本实施例中描述的凸轮驱动机构之外，包括第二压边筋26的用于升降第二毛坯保持器25的装置可以是其中压力可以控制的液压缸或者由伺服电机驱动的机械缸。