CN113634657B - 汽车铝板冲裁工艺评估装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车铝板冲裁工艺评估装置，包括相对设置的上模组件和下模组件；上模刀（14）包括上刀板（141）和剪切刀体（142），上刀板的中心设有嵌装部（143），若干块剪切刀体沿嵌装部边缘处依次拼装在上刀板内，形成环形剪切刀，剪切刀体带有凹形和凸形的曲率变径刃口（1421）；下模刀（24）为环形结构，下模刀的外轮廓上设有若干个与曲率变径刃口相匹配的凸形和凹形的曲率变径结构（241），使下模刀的外轮廓形状与环形剪切刀的内轮廓形状完全相同。本发明通过带有不同曲率半径的剪切刀体拼装构成环形剪切刀，能与冲压零部件的复杂外轮廓完全匹配，与实际冲裁过程保持一致，有效评估不同冲裁工艺参数的适用性。

Description

汽车铝板冲裁工艺评估装置

技术领域

本发明涉及一种金属塑性加工设备，尤其涉及一种汽车铝板冲裁工艺评估装置。

背景技术

铝合金板在落料、修边和冲孔等冲裁过程中非常容易产生碎屑、毛刺等问题，碎屑附着在模具表面，在冲压成型过程中导致零件表面出现划伤、麻点、凹坑等缺陷，影响冲压件的表面质量和生产效率，尤其是在汽车铝板的冲裁工艺中，若不能有效地抑制冲裁过程毛刺和铝屑的产生，无法满足汽车生产的要求。因此，在冲裁工艺前需要对冲裁工艺参数（包括冲裁角度、冲裁角度、刀口圆角半径等）进行合理调整和评估，但对于汽车铝板等复杂外形的零部件，还没有有效的冲裁评估设备。

中国发明专利申请CN201711304783.2公开了一种快速获取汽车铝板冲裁工艺参数的优化装置，该优化装置能够在一套装置上实现汽车铝板在不同工艺条件（包括冲裁角度、冲裁间隙以及上模圆角半径）下的冲裁实验，并确定各工艺参数对汽车铝板冲裁断面的影响规律，为不同规格不同牌号的铝板确定出最佳冲裁工艺参数，但在轮廓曲率变化较复杂的汽车铝板的冲裁工艺中，该优化装置无法避免由于剪切轮廓的曲率多变而导致的汽车铝板剪切冲裁质量下降的问题，从而无法进一步对确定出的冲裁工艺参数进行综合评估。

中国发明专利ZL201010215682.X公开了一种金属板料无毛刺冲裁工艺，该工艺方法首先对金属板料背面进行冷挤压，在冲裁切口位置上形成辅助压线，产生凹形压痕；再使用冲裁模具进行冲裁，冲裁间隙为板料厚度的0.04-0.06倍。汽车冲压零件往往有着较为复杂的形状，不同剪切位置由于轮廓曲率半径的不同，在相同冲裁工艺条件下，剪切断面差异较大。因此该冲裁工艺不适用于复杂外形板料的冲裁剪切，从而无法进一步对冲裁工艺参数进行评估。

中国实用新型专利ZL201720642294.7公开了一种铝板修边模，通过上模修边刀的吹屑模块将附着在上模修边刀上的碎屑吹下，并通过下模修边刀的吸屑模块吸走排出，避免铝板剪切修边后碎屑残留。但由于需要添加吹屑模块和吸屑模块，提高了修边模具的设计难度，增加了模具制造成本，且无法适应复杂轮廓外形零部件的冲裁，从而无法进一步对冲裁工艺参数进行评估。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车铝板冲裁工艺评估装置，通过带有不同曲率半径的剪切刀体拼装构成环形剪切刀，能与冲压零部件的复杂外轮廓完全匹配，与实际冲裁过程保持一致，有效评估不同冲裁工艺参数的适用性。

本发明是这样实现的：

一种汽车铝板冲裁工艺评估装置，包括相对设置的上模组件和下模组件；上模组件包括安装在压力机上的上模固定板、安装在上模固定板上的上模安装板和导套以及安装在上模安装板上的上模刀；下模组件包括安装在压力机上的下模固定板、安装在下模固定板上的下模安装板和导柱以及安装在下模安装板上的下模刀；导柱能在上模组件下行时对应插入导套内；

其特征在于：所述的上模刀包括上刀板和剪切刀体，上刀板的中心设有嵌装部，若干块剪切刀体的外壁沿嵌装部边缘处依次拼装在上刀板内，形成环形剪切刀，且剪切刀体带有凹形和凸形的曲率变径刃口；下模刀为环形结构，下模刀的外轮廓上设有若干个与曲率变径刃口相匹配的凸形和凹形的曲率变径结构，使下模刀的外轮廓形状与环形剪切刀的内轮廓形状完全相同，且下模刀的外轮廓与环形剪切刀的内轮廓之间留有冲裁间隙。

所述的剪切刀体的曲率变径刃口的曲率半径包括5mm、20mm、30mm和60mm。

所述的剪切刀体的外侧厚度大于内侧厚度，使环形剪切刀形成下表面带有周圈斜面的凹模结构，且周圈斜面的倾斜角度与所需评估的冲裁角度相同。

所述的若干块剪切刀体的端部厚度相当，使若干块首尾连接的剪切刀体的端部能无缝拼装且圆滑过渡。

所述的上模组件还包括卸料块和卸料弹簧，卸料块通过若干根卸料弹簧安装在上模安装板的下表面上，且卸料块能通过卸料弹簧在上刀板的嵌装部内上下弹动。

所述的下模刀的内侧厚度大于外侧厚度，使下模刀形成边部带有斜面结构的凸模结构，且斜面结构的倾斜角度与所需评估的冲裁角度相同。

所述的下模组件还包括压料板和压料弹簧，压料板通过若干根压料弹簧安装在下模安装板的上表面上并能上下弹动，压料板的中部设有与环形剪切刀的内轮廓完全匹配的镂空部，下模刀设置在镂空部内。

所述的压料板的上表面上设有若干条凹陷设置的拉延槽，若干条拉延槽环绕设置在镂空部的外侧，上刀板的下表面上设有若干条凸起设置的拉延筋，若干条拉延筋环绕设置在环形剪切刀的外侧，且若干条拉延筋随上模刀下行时能一一对应嵌入在若干条拉延槽内。

所述的压料板的上表面与下模刀的上表面齐平。

所述的压料板的上表面上设有若干根内侧导柱，上刀板内设有若干个定位孔，压料板随上模刀下行时，若干根内侧导柱能一一对应插入在若干个定位孔内。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明的环形剪切刀由于采用带有不同曲率半径的剪切刀体的拼装而成，能在一套装置上实现板料多曲率带角度的封闭轮廓冲裁，并快速确定具体工艺条件下冲裁曲率对汽车铝板冲裁质量及冲裁断面的影响规律，从而有效地评估不同冲裁工艺参数的适用性。

2、本发明的剪切刀体由于带有凹形和/或凸形的不同半径曲率的刃口，使环形剪切刀的曲率半径可变，与实际汽车冲压零件的复杂外轮廓匹配性高，具有较好的代表性，使评估结果对实际生产有着很好的借鉴意义。

3、本发明通过环形剪切刀上不同曲率半径的凹形和/或凸形结构的灵活组合，可以满足各种冲裁工艺的要求，也可以用于研究剪切轮廓曲率对冲裁断面质量的影响，对不同系列以及不同规格的汽车铝板均具有很好的适用性。

4、本发明由于设有相互配合的拉延筋和拉延槽，能顺利实现平板坯料带角度的封闭轮廓剪切，冲压裁剪时有效避免板料起皱而导致冲裁缺陷。

综上所述，本发明通过带有不同曲率半径的剪切刀体拼装构成环形剪切刀，能与冲压零部件的复杂外轮廓完全匹配，结合冲裁角度、冲裁间隙和冲裁刀具圆角半径等工艺参数，确保了与实际冲裁过程的一致性，从而有效评估不同冲裁工艺参数的适用性，具有操作简单、评估成本低等优点。

附图说明

图1是本发明汽车铝板冲裁工艺评估装置的立体图；

图2是本发明汽车铝板冲裁工艺评估装置的剖视图；

图3是本发明汽车铝板冲裁工艺评估装置中上模刀的立体图；

图4是本发明汽车铝板冲裁工艺评估装置中上模刀的主视图；

图5是本发明汽车铝板冲裁工艺评估装置中下模刀的主视图；

图6是本发明汽车铝板冲裁工艺评估装置中下模刀的侧视图；

图7是本发明汽车铝板冲裁工艺评估装置中压料板的主视图；

图8是本发明汽车铝板冲裁工艺评估装置中实施例1的断面评估示意图。

图中，11上模固定板，12上模安装板，13导套，14上模刀，141上刀板，142剪切刀体，1421曲率变径刃口，143嵌装部，144周圈斜面，145拉延筋，146定位孔，15卸料块，16卸料弹簧，21下模固定板，22下模安装板，23导柱，24下模刀，241曲率变径结构，242斜面结构，25压料板，251镂空部，252拉延槽，253内侧导柱，26压料弹簧。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

请参见附图1和附图2，一种汽车铝板冲裁工艺评估装置，包括相对设置的上模组件和下模组件；上模组件包括上模固定板11、上模安装板12、导套13和上模刀14，上模固定板11通过螺栓固定连接在现有技术的压力机上并通过压力机上下运动，上模安装板12通过螺栓固定安装在上模固定板11的下表面上，上模刀14通过螺栓固定安装在上模固定板11的下表面上，若干个导套13分别通过螺栓固定安装在上模固定板11的边角处；下模组件包括下模固定板21、下模安装板22、导柱23和下模刀24，下模固定板21通过螺栓固定安装在压力机上，下模安装板22通过螺栓固定安装在下模固定板21的上表面上，下模刀24通过螺栓固定安装在下模安装板22的上表面上，若干根导柱23的下端分别通过螺栓固定安装在下模固定板21的边角处，导柱23的外径略小于导套13的内径，若干根导柱23的上端能在上模组件下行时一一对应插入若干个导套13内。

请参见附图3和附图4，所述的上模刀14包括上刀板141和剪切刀体142，上刀板141的中心设有嵌装部143，若干块剪切刀体142的外壁沿嵌装部143边缘处依次拼装在上刀板141内，形成环形剪切刀，且剪切刀体142带有凹形和凸形的曲率变径刃口1421；请参见附图5和附图6，下模刀24为环形结构，下模刀24的外轮廓上设有若干个与曲率变径刃口1421相匹配的凸形和凹形的曲率变径结构241，使下模刀24的外轮廓形状与环形剪切刀的内轮廓形状完全相同，且下模刀24的外轮廓与环形剪切刀的内轮廓之间留有冲裁间隙，该冲裁间隙与所需评估的冲裁间隙相同，可根据冲裁要求选择合适尺寸的下模刀24和环形剪切刀进行冲裁操作。

所述的剪切刀体142的曲率变径刃口1421的曲率半径包括5mm、20mm、30mm和60mm，通过曲率半径、凸形、凸形的不同组合，能适用于目前大部分汽车铝板的轮廓形状，也可根据板料的特殊形状选择其他曲率半径的刃口。使用时，根据板料的外轮廓变化选择带有相应曲率半径刃口1421的剪切刀体142拼装成环形剪切刀，能适应外轮廓形状复杂的板料的冲裁

所述的剪切刀体142的外侧厚度大于内侧厚度，使环形剪切刀形成下表面带有周圈斜面144的凹模结构，且周圈斜面144的倾斜角度与所需评估的冲裁角度相同，可根据冲裁要求选择具有相应倾斜角度的剪切刀体142拼装成环形剪切刀。

所述的若干块剪切刀体142的端部厚度相当，使若干块首尾连接的剪切刀体142的端部能无缝拼装且圆滑过渡，确保环形剪切刀的连续性且能与零部件轮廓完全吻合。

所述的上模组件还包括卸料块15和卸料弹簧16，卸料块15通过若干根卸料弹簧16安装在上模安装板12的下表面上，且卸料块15能通过卸料弹簧16在上刀板141的嵌装部143内上下弹动，便于卸料。

所述的下模刀24的内侧厚度大于外侧厚度，使下模刀24形成边部带有斜面结构242的凸模结构，且斜面结构242的倾斜角度与所需评估的冲裁角度相同，也与周圈斜面144的倾斜角度相同，可根据冲裁要求选择带有相应倾斜角度的下模刀24。

所述的下模组件还包括压料板25和压料弹簧26，压料板25通过若干根压料弹簧26安装在下模安装板22的上表面上并能上下弹动，压料板25的中部设有与环形剪切刀的内轮廓完全匹配的镂空部251，即镂空部251边缘处的曲率变径位置和尺寸与环形剪切刀上的曲率变径刃口1421保持完全一致，下模刀24匹配设置在镂空部251内，使上模刀14能与压料板25配合压紧冲裁板料。

请参见附图7，所述的压料板25的上表面上设有若干条凹陷设置的拉延槽252，上刀板141的下表面上设有若干条凸起设置的拉延筋145，若干条拉延筋145随上模刀14下行时能一一对应嵌入在若干条拉延槽252内，确保冲裁过程中上模刀14和压料板25能一起压紧板料，从而限制板料的流动，防止冲裁时起皱。

所述的若干条拉延槽252环绕设置在镂空部251的外侧，若干条拉延筋145环绕设置在环形剪切刀的外侧，确保拉延筋145和拉延槽252的设置位置相匹配。

所述的压料板25的上表面与下模刀24的上表面齐平，便于板料的稳定置放。

所述的压料板25的上表面上设有若干根内侧导柱253，上刀板141内设有若干个定位孔146，压料板25随上模刀14下行时，若干根内侧导柱253能一一对应插入在若干个定位孔146内，提高定位精度和冲裁时的稳定性。

实施例1：

被冲裁的板料是1mm厚、380mm宽的6016正方形铝板样片，铝板样片的四个边角处设有宽90mm的45°倒角，需冲裁零部件的外轮廓带有一个曲率半径为5mm凸形结构、一个曲率半径为5mm的凹形结构、一个曲率半径为20mm的凸形结构、一个曲率半径为20mm的凹形结构、一个曲率半径为30mm的凸形结构、一个曲率半径为30mm的凹形结构、一个曲率半径为60mm的凸形结构和一个曲率半径为60mm的凹形结构。冲裁要求为：冲裁间隙0.15mm，冲裁角度10°，冲裁刀具圆角半径为0.05mm。

选择一块带有曲率半径5mm凸形、曲率半径30mm凸形和曲率半径30mm凹形的剪切刀体142、一块带有曲率半径5mm凹形、曲率半径20mm凸形和曲率半径20mm凹形的剪切刀体142、一块带有曲率半径60mm凸形的剪切刀体142和一块带有曲率半径60mm凹形的剪切刀体142和四块圆弧过渡的剪切刀体142，四块带有曲率变径剪切刀体142之间分别通过四块圆弧过渡的剪切刀体142在正方形的上刀板141的嵌装部143内拼装形成环形剪切刀。环形剪切刀的周圈斜面144和下模刀24的斜面结构242的倾斜角度均为10°，下模刀24的外轮廓与环形剪切刀的内轮廓之间的间隙为0.15mm。

对板料进行试冲，从原始坯料上取一块铝板样片置于压料板25和下模刀24上，压力机上模刀14下行至与板料接触，内侧导柱253一一对应插入在定位孔146内，板料被上模刀14和压料板25夹紧；上模刀14继续下行，压料弹簧26和卸料弹簧16被压缩，板料被拉延筋145和拉延槽252压紧限制了流动，板料中间区域发生塑性变形，直至板料与下模刀24边部完全贴合；之后，在上模刀14的环形剪切刀和下模刀24的共同作用下，板料被冲剪成特定的形状；在上模刀14回程时，在卸料弹簧16的作用下板料被卸料板15推出。

取出冲裁后的板料并进行评估：评估装置的内部、上模刀14和下模刀24上未粘有铝屑，说明冲裁时无铝屑掉落，板料的冲裁轮廓上无毛刺产生；在板料的冲裁轮廓上间隔设置27个检测点，27个检测点包括：位于圆弧过渡的剪切刀体142的两端和中部的过渡检测点、剪切刀体142的曲率变径刃口142两端的过渡检测点及其变径位置的变径检测点；通过便携式显微设备采集板料剪切轮廓上27个检测点的断面图像，各检测点处的光亮带图像及其对应的光亮带所占百分比如附图8所示，图中，实心点1-3、5、7、9-11、13-15、17、20-24和27均为过渡检测点，空心点为变径检测点，空心点4为曲率半径5mm的凸形刃口的变径检测点，空心点6为曲率半径20mm的凹形刃口的变径检测点，空心点8为曲率半径20mm的凸形刃口的变径检测点，空心点12为曲率半径60mm的凹形刃口的变径检测点，空心点16为曲率半径30mm的凹形刃口的变径检测点，空心点18为曲率半径30mm的凸形刃口的变径检测点，空心点19为曲率半径5mm的凹形刃口的变径检测点，空心点25和26为曲率半径60mm的凸形刃口的变径检测点，从附图8可知，27个检测点处的光亮带所占百分比为15-38%，端面处无明显刮擦痕迹，该冲裁工艺合格；反之则不合格。因此，带有上述曲率变径刃口1421组合的环形剪切刀适用于该板料零部件的冲裁工序。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种汽车铝板冲裁工艺评估装置，包括相对设置的上模组件和下模组件；上模组件包括安装在压力机上的上模固定板（11）、安装在上模固定板（11）上的上模安装板（12）和导套（13）以及安装在上模安装板（12）上的上模刀（14）；下模组件包括安装在压力机上的下模固定板（21）、安装在下模固定板（21）上的下模安装板（22）和导柱（23）以及安装在下模安装板（22）上的下模刀（24）；导柱（23）能在上模组件下行时对应插入导套（13）内；

其特征是：所述的上模刀（14）包括上刀板（141）和剪切刀体（142），上刀板（141）的中心设有嵌装部（143），若干块剪切刀体（142）的外壁沿嵌装部（143）边缘处依次拼装在上刀板（141）内，形成环形剪切刀，且剪切刀体（142）带有凹形和凸形的曲率变径刃口（1421）；下模刀（24）为环形结构，下模刀（24）的外轮廓上设有若干个与曲率变径刃口（1421）相匹配的凸形和凹形的曲率变径结构（241），使下模刀（24）的外轮廓形状与环形剪切刀的内轮廓形状完全相同，且下模刀（24）的外轮廓与环形剪切刀的内轮廓之间留有冲裁间隙；

所述的剪切刀体（142）的外侧厚度大于内侧厚度，使环形剪切刀形成下表面带有周圈斜面（144）的凹模结构，且周圈斜面（144）的倾斜角度与所需评估的冲裁角度相同；

所述的下模刀（24）的内侧厚度大于外侧厚度，使下模刀（24）形成边部带有斜面结构（242）的凸模结构，且斜面结构（242）的倾斜角度与所需评估的冲裁角度相同；

所述的下模组件还包括压料板（25）和压料弹簧（26），压料板（25）通过若干根压料弹簧（26）安装在下模安装板（22）的上表面上并能上下弹动，压料板（25）的中部设有与环形剪切刀的内轮廓完全匹配的镂空部（251），下模刀（24）设置在镂空部（251）内；

所述的压料板（25）的上表面上设有若干条凹陷设置的拉延槽（252），若干条拉延槽（252）环绕设置在镂空部（251）的外侧，上刀板（141）的下表面上设有若干条凸起设置的拉延筋（145），若干条拉延筋（145）环绕设置在环形剪切刀的外侧，且若干条拉延筋（145）随上模刀（14）下行时能一一对应嵌入在若干条拉延槽（252）内。

2.根据权利要求1所述的汽车铝板冲裁工艺评估装置，其特征是：所述的剪切刀体（142）的曲率变径刃口（1421）的曲率半径包括5mm、20mm、30mm和60mm。

3.根据权利要求1或2所述的汽车铝板冲裁工艺评估装置，其特征是：所述的若干块剪切刀体（142）的端部厚度相当，使若干块首尾连接的剪切刀体（142）的端部能无缝拼装且圆滑过渡。

4.根据权利要求1所述的汽车铝板冲裁工艺评估装置，其特征是：所述的上模组件还包括卸料块（15）和卸料弹簧（16），卸料块（15）通过若干根卸料弹簧（16）安装在上模安装板（12）的下表面上，且卸料块（15）能通过卸料弹簧（16）在上刀板（141）的嵌装部（143）内上下弹动。

5.根据权利要求1所述的汽车铝板冲裁工艺评估装置，其特征是：所述的压料板（25）的上表面与下模刀（24）的上表面齐平。

6.根据权利要求1所述的汽车铝板冲裁工艺评估装置，其特征是：所述的压料板（25）的上表面上设有若干根内侧导柱（253），上刀板（141）内设有若干个定位孔（146），压料板（25）随上模刀（14）下行时，若干根内侧导柱（253）能一一对应插入在若干个定位孔（146）内。