專利名稱：：用于制造具有增大的功能面的沖壓件的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于制造具有增大的功能面的沖壓件的方法，特別是由條帶精密沖裁工件的方法，其中所述條帶在合模時被夾緊在上部件與下部件之間，所述上部分包括沖裁凸模、用于所述沖裁凸模的導(dǎo)向板/壓板、設(shè)置在所述導(dǎo)向板上的齒圈、以及退料器，所述下部件包括沖裁凹模和頂出器，所迷齒圈^入所述條帶中。本發(fā)明還涉及一種用于制造具有增大的功能面的沖壓件的裝置，特別是由條帶精密沖裁工件的裝置，所述裝置具有兩件式模具，所述模具至少包括沖裁凸模、用于所述沖裁凸模的導(dǎo)向板、設(shè)置在所述導(dǎo)向板上的齒圏、退料器、沖裁凹模和頂出器，其中所述條帶被夾緊在導(dǎo)向板和沖裁凹模之間，而所述齒團被壓入所述條帶中。
背景技術(shù)：
：在精密沖裁和變形技術(shù)中主要加工鋼材。其中涉及多種應(yīng)用材料，包括簡單的結(jié)構(gòu)鋼直至高強細(xì)晶粒鋼。"材料"資源在近年來具有重要意義。通過最優(yōu)地利用材料可顯著影響構(gòu)件的制造成本。高強度鋼實現(xiàn)了在強度性能相同的情況下的較薄壁的構(gòu)件。在大多數(shù)情況下，沖裁面/切割面在精密沖裁時起功能面的作用，因此凹縮(Einzug)是一個成本因素。精密沖裁件的典型特征是塌角(Kantendnzug)和切口毛刺。特別是在圓角處出現(xiàn)凹縮，該凹縮隨圓角半徑的變小和板厚的增加而增大。凹縮深度可約為板厚的30%，而凹縮寬度可為板厚的40%,或更多(見DIN3345,Fdnschneiden，1980年8月)。所述凹縮由此與材料厚度和材料質(zhì)量有關(guān)，使得僅可以有限地對其進行控制，并且通常例如由于使在齒部件中的棱不鋒利或者由于所引起的部件功能長度的變化而限制部件的功能。因此，沖壓凹縮減弱了部件功能，迫使制造商使用較厚的原材料。已知有很多解決方案，這些解決方案嘗試通過整修(CH665367A5)、修刮(DE19738636Al)或者在沖裁期間的材料移動(EP1815922Al)來消除塌角。根據(jù)CH665367A5和DE19738636Al的已知的解決方案不是減小塌角，而是復(fù)雜地修整部件，因此一方面附加的加工過程和模具需要提高成本，另一方面由于必需使用較厚的材料而引起相應(yīng)的材料損失。在才艮據(jù)EP1815922Al的已知的解決方案中，在單工位/級(Stufe)設(shè)備中以至少兩個時間上前后相繼的步驟順序沿不同的沖裁方向加工工件，其中在第一沖裁過程中，沿豎直的工作方向沖裁出凹縮^艮小的與工件幾何相匹配的半成品，而在至少一個另外的沖裁過程中，沿相反的工作方向?qū)Σ考軟_裁。在此，第一分步驟的凹縮至少在角區(qū)域內(nèi)會被再次填充。然而，這種已知的方法主要用于避免出現(xiàn)突出的切口毛刺。另外，在這種已知的解決方案中沒有最終消除凹縮，并且材料體積/量沿著沖裁線移動，這增大了形成裂縫的風(fēng)險。
發(fā)明內(nèi)容基于所述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的在于，在不使材料沿著沖裁線移動的情況下，有針對性地通過在部件幾何內(nèi)產(chǎn)生與體積相對應(yīng)的凹縮，同時在節(jié)省材料的情況下鐓縮較薄精密沖裁件上的功能面，來在很大程度上避免(出現(xiàn))塌角。所述目的通過開頭所述類型的具有權(quán)利要求1所述特征的方法和具有權(quán)利要求10和11所迷特征的裝置來實現(xiàn)。所述方法和裝置的有利的實施形式可由從屬權(quán)利要求得到。根據(jù)本發(fā)明的解決方案的突出之處在于，首次實現(xiàn)了在無需修整以及材料不沿著沖裁線移動的情況下，經(jīng)濟地將精密沖裁方法應(yīng)用于例如帶有鋒利棱邊的、中等和較大厚度的帶齒部件的部件。這是通過以下方式實現(xiàn)即在沖裁開始前，在被夾緊的、未處理的條帶上逆著沖裁方向利用預(yù)成型元件進行與沖裁方向相反的預(yù)成型，該預(yù)成型在大小和幾何方面與在沖裁凹模中沖裁時的預(yù)期塌角再加上一附加值相當(dāng)，并在凹縮側(cè)上產(chǎn)生鏡象形式的材料體積。隨著沖裁的開始和在沖裁期間，由預(yù)成型元件支撐被夾緊的條帶的這樣預(yù)成型的區(qū)域。特別的優(yōu)點在于，預(yù)成型的工藝參數(shù)，例如待預(yù)成型的區(qū)域的幾何和材料體積，根據(jù)工件的材料類型、形狀和幾何通過虛擬的變形模擬確定。從而快速并結(jié)合實際地設(shè)計預(yù)成型元件，特別是確定預(yù)成型元件上的預(yù)成型角。然而，預(yù)成型的工藝參數(shù)也可通過對實際制造的精密沖裁件的測量反復(fù)確定，這也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的方法可以可變地應(yīng)用。因此，在模具內(nèi)的分離的預(yù)制工位中的預(yù)成型可設(shè)計成連續(xù)沖裁/級進沖裁。然而，如果頂出器同時用作預(yù)成型元件，則預(yù)成型也可毫無問題地在復(fù)合沖裁中實施，其中根據(jù)本發(fā)明的方法的復(fù)合沖裁能特別有利地用于較薄的部件。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法涵蓋了對在寬泛的尺寸范圍內(nèi)的部件的精密沖裁，所述部件例如在復(fù)合沖裁中直至中等厚度和小至中等尺寸的部件，和在連續(xù)沖裁中直至大厚度和尺寸的部件。根據(jù)本發(fā)明的裝置具有簡單而結(jié)實的結(jié)構(gòu)。在采用連續(xù)沖裁的情況下，在凹縮側(cè)i殳有至少一個逆著沖裁方向起作用的、設(shè)置在沖裁工位上游的壓印凸模用于材料體積的相反的預(yù)成型，所述材料體積與預(yù)期的塌角相匹配，其中該壓印凸模在其作用側(cè)上具有輪廓或預(yù)成型角，該輪廓或預(yù)成型角與預(yù)期的塌角的幾何加上一附加值相當(dāng)。對于復(fù)合沖裁，在凹縮側(cè)設(shè)有至少一個逆著沖裁方向起作用的、配屬于該沖裁工位的頂出器用于材料體積的相反的預(yù)成型，所述材料體積與預(yù)期的塌角相匹配，其中該頂出器在其作用側(cè)上具有輪廓或預(yù)成型角，所述輪廓或預(yù)成型角與預(yù)期的塌角的幾何加上一附加值相當(dāng)，其中該頂出器在沖裁時支撐已預(yù)成型的區(qū)域。在連續(xù)沖裁中的壓印凸模的預(yù)成型角以及在復(fù)合沖裁中的頂出器的預(yù)成型角約為20°至40°。進一步的優(yōu)點和細(xì)節(jié)由下述參照附圖的說明得到。下面根據(jù)一實施例詳細(xì)說明本發(fā)明。圖中示出圖1示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的示意圖，該裝置具有用于預(yù)成型在閉合的模具中夾緊于上部件和下部件之間的條帶的凹縮幾何的分離的預(yù)制工位，圖2示出按照圖1的根據(jù)本發(fā)明的裝置的簡化示意圖，其中條帶在閉合的模具中被沖斷，圖3示出具有預(yù)成型角的壓印凸模的放大視圖，圖4a和4b(分別)示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)預(yù)成型的和根據(jù)本發(fā)明的預(yù)成型的塌角幾何的示意圖，圖5示出壓印凸模與條帶的被預(yù)成型的區(qū)域相協(xié)調(diào)的示意圖，以及圖6示出在進行和不進行預(yù)成型的情況下，根據(jù)本發(fā)明方法制造的傳動件的例子。具體實施例方式圖1示出按照本發(fā)明的裝置的原理結(jié)構(gòu)，該裝置包括上部件1和下部件2。上部件l包括具有齒圏3的導(dǎo)向板4、在該導(dǎo)向板4中引導(dǎo)的沖裁凸模5和退料器6。下部件2由沖裁凹模7和頂出器9構(gòu)成。由合金不銹鋼制成的厚度為4.5mm的條帶10—一由該條帶可根據(jù)本發(fā)明的方法制造出具有齒部12的傳動件11一一根據(jù)模具的所示位置狀態(tài)被夾緊在導(dǎo)向板4和沖裁凹模7之間，齒圏3已壓入條帶10中，這樣便通過作用的齒圈力防止了材料在沖裁期間跟隨流動(NachflieBen)。預(yù)制工位包括在下部件2中引導(dǎo)的、設(shè)計成預(yù)成型元件V的壓印凸模13,該壓印凸模在其作用側(cè)14上具有預(yù)先通過虛擬的變形模擬確定的預(yù)成型角a并配設(shè)有輪廓15，該輪廓15與預(yù)期的帶有由經(jīng)驗值得到的附加值的凹縮的幾何相對應(yīng)。夾緊在上部件1和下部件2之間的條帶的預(yù)成型通過壓印凸模13實現(xiàn)，該壓印凸模的作用方向與沖裁凸模5的沖裁方向SR相反。壓印凸模13在其進給運動時使條帶10變形到，使得壓印凸模的作用側(cè)14的輪廓15以其預(yù)成型角a運動到條帶的材料中，該運動的量與凹縮的幾何相匹配，并使條帶IO在凹縮側(cè)上變形，該變形與預(yù)期的凹縮的體積相當(dāng)。圖3示出在其作用側(cè)上具有相應(yīng)輪廓15的壓印凸模13的例子?？梢钥闯?，所述輪廓剛好與凹縮的幾何相對應(yīng)。(0025段)根據(jù)工件的材料類型、形狀和幾何，通過虛擬的變形模擬來確定用于預(yù)成型的工藝參數(shù)，例如幾何(亦即凹縮高度和凹縮寬度)以及材料體積(亦即凹縮體積)，在該變形模擬中顯示出變形過程中的材料流動，并分析應(yīng)變和等效應(yīng)力/比較應(yīng)力，以便確定是否可以改變形狀以及模具元件是否能承受載荷。然而，用于預(yù)成型的工藝參數(shù)也可以在實際的精密沖裁件上通過單獨測量凹縮高度、凹縮寬度和確定凹縮體積來得出。為此需要一系列的試驗;M目應(yīng)的分析，以便能夠在此基礎(chǔ)之上相應(yīng)地設(shè)計壓印凸模13。當(dāng)然，代替分離的、這里詳細(xì)說明的預(yù)制工位，也可以根據(jù)預(yù)期的塌角幾何使用頂出器9作為用于預(yù)成型夾緊的條帶的預(yù)成型元件。在圖4a、4b、5和6中示出用于理解才艮據(jù)本發(fā)明的方法的相關(guān)內(nèi)容。圖4a示出在精密沖裁件上形成的凹縮，該精密沖裁件是在不應(yīng)用本發(fā)明的情況下制成的。根據(jù)DIN6930和VDI規(guī)程2906，所述凹縮E由塌角高度h和塌角寬度b限定，而形成的毛刺由切口毛刺高度和切口毛刺寬度限定。確定的公識是，毛刺體積相對于凹縮體積V小數(shù)倍。因此，在一定程度上減小了體積。一方面，該體積大部分移動到部件的外輪廓的后面，另一方面，小量的體積由于材料的硬化/加強而消失。在剪切時，拉力施加到材料中，該拉力最終大于原子晶格中的結(jié)合力。這導(dǎo)致沖裁凸模5和沖裁凹模7的相鄰平面之間出現(xiàn)滑移/斷裂。但在實際的剪切之前已發(fā)生導(dǎo)致塌角E的塑性變形。對于待按照本發(fā)明的方法制造的部件的各種幾何，確定預(yù)期的塌角的尺寸和體積V。這可如在0025段所述的那樣，通過變形模擬或者通過對實際部件的直接測量來進行。在圖4b中示意性示出，這樣確定的塌角E沿反向以鏡象的形式形成在凹縮側(cè)上。這由利用壓印凸模13進行的相應(yīng)的預(yù)成型實現(xiàn)，該壓印凸模設(shè)有與預(yù)期的塌角E的幾何關(guān)系相匹配的、具有預(yù)成型角a的輪廓15。由圖5可見，壓印凸模13上的輪廓15與條帶10的預(yù)成型的部分特別好地協(xié)調(diào)。在頂出器側(cè)上，由壓印凸模13上的輪廓15支撐預(yù)成型的部分，而在導(dǎo)向側(cè)上產(chǎn)生空腔，這是因為沖裁凸4莫5回退了凹縮高度h。所述協(xié)調(diào)的結(jié)果是空腔H，不過該空腔由于毛刺的體積明顯小于凹縮的體積而不能完全填充。由于通過沖裁凹模4的側(cè)向限制，阻止了材料的偏移并使材料相應(yīng)地變形，這導(dǎo)致在凹縮E的范圍內(nèi)^f吏影響區(qū)附加地硬化。圖6示出根據(jù)本發(fā)明方法制成的傳動件11的例子，其中在齒頂測得的凹縮深度減小了36%。附圖標(biāo)記列表<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>權(quán)利要求1.一種用于制造具有增大的功能面的沖壓件——特別是由條帶精密沖裁工件——的方法，其中所述條帶在閉合時被夾緊在上部件與下部件之間，所述上部分包括沖裁凸模、用于所述沖裁凸模的導(dǎo)向板、設(shè)置在所述導(dǎo)向板上的齒圈、以及退料器，所述下部件包括沖裁凹模、頂出器和內(nèi)成型凸模，所述齒圈被壓入所述條帶中，其特征在于:在沖裁開始前，在被夾緊的、未處理的條帶上逆著沖裁方向利用預(yù)成型元件進行相反的預(yù)成型，該預(yù)成型在大小和幾何方面與在沖裁凹模中沖裁時的預(yù)期塌角再加上一附加值相當(dāng)，并在凹縮側(cè)上產(chǎn)生鏡象形式的材料體積；隨著沖裁的開始和在沖裁期間，由預(yù)成型元件支撐被夾緊的條帶的預(yù)成型的區(qū)域。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于根據(jù)工件的材料類型、形狀和幾何通過虛擬的變形模擬確定在待預(yù)成型的區(qū)域內(nèi)的預(yù)成型的工藝參數(shù)，例如塌角的幾何和材料體積。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于根據(jù)工件的材料類型、形狀和幾何通過對至少兩個實際的精密沖裁件的測量反復(fù)確定在待預(yù)成型的區(qū)域內(nèi)的預(yù)成型的工藝參數(shù)，例如塌角的幾何和材料體積。4.根據(jù)權(quán)利要求l至3所述的方法，其特征在于所述預(yù)成型在分離的預(yù)制工位中或者在沖裁過程之前在公共的工位中實現(xiàn)，所述工位的工藝參數(shù)分別根據(jù)求得的塌角進行調(diào)整。5.根據(jù)權(quán)利要求1和4所述的方法，其特征在于使用壓印凸模作為所述預(yù)成型元件。6.根據(jù)權(quán)利要求4和5所述的方法，其特征在于朝向?qū)虬暹M行所述預(yù)成型，并在連續(xù)沖裁中沖裁出厚度直到10mm——優(yōu)選3-5mm——的、大尺寸和小尺寸的部件。7.根據(jù)權(quán)利要求1和4所述的方法，其特征在于使用精密沖裁模具的頂出器作為所述預(yù)成型元件。8.根據(jù)權(quán)利要求4和7所述的方法，其特征在于所述預(yù)成型朝向凸模進行，并在復(fù)合沖裁中沖裁出中等厚度的--優(yōu)選3至7mm—一的、小尺寸和中等尺寸的部件。9.根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于沒有材料沿著由沖裁凹才莫和沖裁凸模確定的沖裁線移動。10.—種用來執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法的、用于制造具有增大的功能面的沖壓件一一特別是由條帶精密沖裁工件一一的裝置，所述裝置具有兩件式模具，所述模具至少包括沖裁凸模(5)、用于所述沖裁凸模(5)的導(dǎo)向板(4)、設(shè)置在所述導(dǎo)向板上的齒圏(3)、退料器(6)、沖裁凹模(7)和頂出器(9)，其中所述條帶被夾緊在導(dǎo)向板(4)和沖裁凹模(7)之間，而所述齒圏被壓入所述條帶中，其特征在于在凹縮側(cè)設(shè)有至少一個逆著沖裁方向(SR)起作用的、設(shè)置在沖裁工位上游的壓印凸模(13)用于材料體積(V)的相反的預(yù)成型，所述材料體積與預(yù)期的塌角(E)相匹配，其中所述壓印凸模(13)和在沖裁工位中的所述頂出器分別在其作用側(cè)上具有輪廓(15)或預(yù)成型角(a)，所述輪廓或預(yù)成型角與預(yù)期的塌角的幾何加上一附加值相當(dāng)，其中所述頂出器(9)在沖裁時支撐已預(yù)成型的區(qū)域。11.一種用來執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法的、用于制造具有增大的功能面的沖壓件一一特別是由條帶精密沖裁工件一一的裝置，所述裝置具有兩件式模具，所述模具至少包括沖裁凸模(5)、用于所述沖裁凸模(5)的導(dǎo)向板(4)、設(shè)置在所述導(dǎo)向板上的齒圏(3)、退料器(6)、沖裁凹模(7)和頂出器(9)，其中所述條帶被夾緊在導(dǎo)向板(4)和沖裁凹模(7)之間，而所述齒圏被壓入所述條帶中，其特征在于在凹縮側(cè)設(shè)有至少一個逆著沖裁方向(SR)起作用的、配屬于該沖裁工位的頂出器(13)用于材料體積(V)的相反的預(yù)成型，所述材料體積與預(yù)期的塌角(E)相匹配，其中所述頂出器(13)在其作用側(cè)上具有輪廓(15)或預(yù)成型角(a)，所述輪廓或預(yù)成型角與預(yù)期的塌角的幾何加上一附加值相當(dāng)，其中所述頂出器在沖裁時支撐已預(yù)成型的區(qū)域。12.根據(jù)權(quán)利要求9和10所述的裝置，其特征在于在所述壓印凸才莫上的和頂出器(l3)上的預(yù)成型角(a)為200至400，優(yōu)選為300。全文摘要本發(fā)明涉及一種用于制造具有增大的功能面的沖壓件的方法和裝置，特別是由條帶精密沖裁工件，其中所述條帶在閉合時被夾緊在上部件與下部件之間，所述上部分包括沖裁凸模、用于所述沖裁凸模的導(dǎo)向板、設(shè)置在所述導(dǎo)向板上的齒圈和退料器，所述下部件包括沖裁凹模、頂出器和內(nèi)輪廓凸模，并將所述齒圈被壓入所述條帶中。文檔編號B21D28/16GK101386045SQ20081021358公開日2009年3月18日申請日期2008年9月16日優(yōu)先權(quán)日2007年9月14日發(fā)明者A·馬特爾,U·施拉特申請人:法因圖爾知識產(chǎn)權(quán)股份公司