专利名称：冲孔和矫平金属板的方法及其工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种冲孔和矫平金属板的方法，特别是在冲孔机中冲孔金属板，所述冲孔机中带有特别合适的冲头，以使得金属板的平整度得以保持。
背景技术：
当在冲孔机中将金属板冲孔时，孔被冲在金属板上。因此，金属板由冲头推入冲模孔。冲头的轮廓对应冲模的轮廓。为了提供间隙，冲模孔比冲头的尺寸沿周向大 几丝米。因此，在冲压操作的最初阶段，金属板被推入冲模，使得金属板变形，且使得金属板的上表面产生拉应力。此外，从横截面观察，冲孔的上部区域被冲头和冲模之间的剪切力切割或剪切，且最后，下部区域由于承重横截面减少而断裂。最初由变形带来的拉应力得以保持在金属板中，使得整个金属板或金属板的个别区段依据冲孔的尺寸和数量而发生变形。除了金属板被固定夹持的区域，金属板的外部区域或金属板个别区段的外部区域通过拉应力被向上弄弯。这导致进一步处理过程中的误差以及工具磨损的增加。该情况可以通过特别研磨的冲模以及通过使用强制金属板向下靠在冲模上的主动脱模板(active stripper)来改进，然而，这些方法是受限的，特别地，在使用细长的孔状工具时，其冲模上没有凸状面。此外，以凸状面方式研磨只可能在特定的圆柱研磨机中进行，这使得产品精致且昂贵。除此之外，使用以凸状面方式研磨的冲模只可能达到一定的冲孔等级(grade)。此外，为了恢复金属板的平整度，可以在特定的矫平机上加工金属板。在这些矫平机中，弯曲的金属板通过使用多辊装置反复地重新塑形而变得无应变。因此，金属板在一次又一次穿辊运动的过程中，被反向弄弯。通过多次弯曲金属板，应力从金属板中移除，且可以得到平整的、无应变的金属板。但是，该过程成本高，因为这需要附加的机器和进一步的加工步骤。此外，该处理不能在已经在冲孔机中完成重新塑形的金属板上进行。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于冲孔机的方法及其冲孔工具，以使得在冲孔的过程中矫正金属板的变形和维持金属板的平整形状成为可能。本目的通过根据权利要求I的方法和根据权利要求8的冲孔工具实现。本发明进一步的改进由从属权利要求中的主题技术方案得到。冲模和匹配冲模的冲头被安装，其中冲头包括端面和倒角，且其中倒角的预设高度在周向沿着端面的边缘且邻近端面，这样以使得金属板的平整度可以得以保持。通过提供倒角，冲头和冲模之间的间隙比传统冲头的大，其中冲孔的卷曲(rollover)半径变得更大，且附加的应力在冲头撞击金属板时被带入。由于冲头具有倒角，在冲头穿进金属板时径向力被带入金属板，径向力作为附加的应力适用于抵消金属板中的应力，特别地，抵消高冲孔等级的穿孔金属板中的应力。在本发明的一个方面中，提供了一种在冲孔机中冲孔和矫平金属板的方法，所述方法包括以下步骤在冲孔机的第一工具保持器中安装冲模；在冲孔机的第二工具保持器中安装带有冲头的上工具部，所述上工具部的冲头与冲模匹配，其中，在上工具部的与安装端部相反的端部，冲头包括具有边缘的端面，邻近端面沿着边缘设有倒角，倒角具有预设的倒角高度，所述预设的倒角高度被确定以用于维持金属板的平整度；将被冲压的金属板插入冲头和冲模之间；进行冲孔操作，其中，在冲孔操作的第一阶段，端面冲压金属板的表面，产生卷曲半径，以及在冲孔操作的第二阶段，端面的边缘切割金属板，且同时倒角将径向力带入金属 板中。根据一个优选实施例，所述方法进一步包括以下步骤移出第一工具保持器，使得金属板被冲模向上弯并且产生塑性变形。根据一个优选实施例，第一工具保持器被移出预设的路程，所述路程的长度依据冲孔的等级确定，并且所述路程的长度随冲孔等级的增加而增大。根据一个优选实施例，所述路程的长度依据冲头的端面的形状来确定。在本发明的另一个方面中，提供了一种冲孔工具，其具有冲模和带有冲头的上工具部，冲模包括冲头可以冲入的孔，且上工具部包括具有轴的端部，上工具部通过轴被安装，在上工具部的与被安装的端部相反的端部，冲头包括端面，端面具有边缘并且沿周向包括倒角，倒角具有倒角高度和在15°和45°范围之间的倒角角度a。根据一个优选实施例，所述倒角角度a在25°和35°范围之间。根据一个优选实施例，所述倒角角度a是30°。根据一个优选实施例，所述倒角高度依据金属板的厚度被确定，且金属板的厚度越大，所述倒角高度越高。根据一个优选实施例，所述倒角高度依据金属板的抗拉强度被确定，且所述倒角高度随着金属板的抗拉强度的增加而增大。根据一个优选实施例，所述倒角高度依据冲头的端面的形状被确定。
本发明通过参考附图的实施例来描述。特别地，图I示出了用于实现根据本发明的方法的带有根据本发明的冲孔工具的冲孔机；图2示出了根据本发明的冲孔工具；图3a示出了根据本发明的冲孔机的冲头；且图3b示出了图3a的冲头的侧视图的部分放大图。
具体实施例方式图I示出了带有根据本发明的冲孔工具的冲孔机I。C型构架2是冲孔机I的基本部件。C型构架2包括难以扭转的刚性钢焊接结构。可选地，构架可以以另一种方式构成。在C型构架2的后端，液压动力装置3被提供，所述液压动力装置3通过冲杆(plunger)控制器5液压地驱动冲杆4。冲孔机包括轴线6，所述轴线6构成下部第一工具保持器7的中央轴线和带有上部第二工具保持器30的冲杆4的中央轴线。第一工具保持器7设在C型构架2的下部内侦牝用于容纳冲孔工具的下工具部17。第一工具保持器7借助于旋转式驱动器(未示出)可旋转，且可锁定在任何随意的角位置。此外，第一工具保持器7包括驱动器8，所述驱动器8将第一工具保持器7沿着轴线6向上和向下移动。驱动器8可以被控制，以使得第一工具保持器7可以在行程范围内的任意位置停止，其可以向前或向后移动。冲杆4设在C型构架2的上部内侧。带有第二工具保持器30的冲杆4以形配和无间隙的方式容纳着冲孔工具的上工具部16。冲杆4也是可旋转的，且也 可以在任意角位置被锁定。因此，具有第二旋转式驱动器(未示出)。冲杆4被冲杆控制器5控制，所述冲杆4也可以沿着轴线6在其行程范围内的任意位置停止，且可以随后进一步被向上或向下移动。所有的致动器，如旋转式驱动器、冲杆控制器5以及第一工具保持器7的驱动器8都被设在单独的电控箱(未示出)中的机器控制装置(未示出)控制。此外，所有用于移动金属板15的驱动器和用作特定功能的致动器都被机器控制装置控制。控制装置包括键盘和监视器作为输入和输出装置。控制功能借助于微控制器完成。加工程序和操作参数被储存在控制装置的储存部分中。在C型构架2的下部内侧设置有工作台9，所述工作台9包括带有工具盒11的横导轨10。在横导轨10上，设置有用于夹持金属板15的夹持爪12。夹持爪12可以被固定在横导轨上合适的位置，且夹持爪的位置可以被重新布置，以使得金属板15虽被安全地固定但在加工位置不会被夹持。在工具盒11中，有用于多个(本示例2个)冲孔工具14的多个(本示例3个)工具保持器13。操作过程中，工作台9与横导轨10 —起沿Y方向移动至编程位置，所述横导轨10上的夹持爪12被固定且夹持着金属板，横导轨10沿X方向移动至编程位置，此时金属板15滑过工作台9。然后，冲杆4执行冲孔行程。随后，根据同样原理，下一个冲孔位置被靠近。图2示出了冲孔工具14，其包括作为下工具部的冲模17和上工具部16。上工具部16包括轴18，所述轴18被成形得可以以形配和无间隙的方式被安装在第二工具保持器30中。在上工具部16的与轴18相反的端部，上工具部16包括冲头19。冲模17被成形得可以以形配和无间隙的形式安装在下部第一工具保持器7中。冲模17包括孔20，所述孔20被成形得可以将被期望的冲孔冲在金属板15上。孔20与冲头19是相匹配的。上工具部16和冲模17有公共轴线29。在冲头19和孔20之间，沿径向圆周设有几丝米的缝隙，表示为间隙。在可选的实施例中，上工具部16可以被容纳在下部第一工具保持器7中，且冲模17可以被容纳在上部第二工具保持器30中。图3a显示了上工具部16的透视图，且图3b示出了从A向看过去的冲头19的部分放大图。在与轴18相反的端部，上工具部16包括端面21。靠近端面21，倒角22沿边缘28圆周地设置。倒角22之后，冲头19包括侧面23。侧面23和倒角22之间形成倾角a。形成倒角22和侧面23之间的过渡部的端面21和边沿24之间的距离限定出倒角的高度H。在朝向轴18的方向上的冲头19后面，设有领部，在冲头19和领部26之间形成具有半径的过渡段25。领部26包括槽27。依据本实施例，领部26的设计被选择成使上工具部16可被容纳在第一工具保持器7或第二工具保持器30中。在与轴线29相同的方向上，由于有倒角22，轴线29和边缘28之间的径向距离比轴线29和侧面23之间的径向距离小。轴线29和侧面23之间的距离在圆周方向上被选择成在侧面23和冲模17的孔20 (图2所示)之间产生合适的第二间隙。相较于冲头19端部的第一间隙，倒角22和孔20之间的第二间隙由于存在斜面而被扩大了。操作过程中，冲模17被容纳在第一工具保持器7中。上工具部16被容纳在第二工具保持器30中。依据应用情况，也可以可选地将冲模安装在第二工具保持器30中，而将上工具部16安装在第一工具保持器7中。随后，通过合适的装置将金属板15插入冲头19和冲模17之间。金属板15被定位成可以使预期的孔被制造于金属板上设想的位置。随后，上工具部16向下移动，且在金属板15中制出预期的孔。如上所描述，由于外加应力，金属板15产生变形。由于在冲头19和冲模17之间存在相较于第一间隙扩大了的第二间隙，当金属板15被通过端面21推入冲模17时，金属板沿着将被冲压的孔的卷曲半径变得更大。在冲头19穿进金属板15的过程中，金属板由边缘28切割，然后金属板被分离，且因为存在带有角度a的斜面，径向力被同时地施加到金属板15上。由于有径向力，在冲孔的附近产生压应力。因此，在金属板中产生更有利的应力分布。通过平衡金属板中的应力，几乎平整的带有冲孔的金属板被制出。因此，在冲孔过程中有效地进行了矫平。外加径向力的大小可以通过调整冲头19被改变。斜角的角度越大，外加的径向力越大。在本实施例中，斜角角度a是30°。从金属板平整度方面来讲，斜角角度a在15°和45°之间的范围内时实现较好的结果。可选地，冲孔工具14的斜角角度a在25°和35°之间是更有利的。对加工结果会产生一些影响的另一个参数是倒角的高度H。倒角高度H产生于倒 角角度ct以及轴线29与边缘28之间的距离。倒角角度a沿周向不变。倒角的高度依据不同的操作参数确定。所述参数是金属板15的抗拉强度、金属板的厚度、以及端面21的形状或边缘28的轮廓，即冲孔的形状。原则上，倒角高度H在金属板的厚度增加时被确定得较高。通常，在金属板材料的抗拉强度较高时，必须选择较高的倒角高度H。至于端面21的形状，倒角高度H会根据金属板的良好平整度来确定。在可选的实施例中，除使用带有倒角22的冲头19之外，容纳冲模17的第一工具保持器7也被向上移动，由此金属板15被冲模17向上弯曲且发生塑性变形。在另一个可选的实施例中，金属板被推压至具有刚性外部区域和弹性内部区域的脱模板上。由此，在脱模板的弹性区域，金属板向上产生塑性变形。冲孔的等级表示某一部分中被冲孔的面积和金属板15的剩余材料面积之间的关系。冲得孔越多或孔越大，金属板的某一部分中的冲孔等级越高。冲孔等级越高，冲模17需要被移出越远，例如，为了改进金属板15的平整度，冲模移出的长度变大。
端面21的形状也影响了冲模移出的路程。路程依据端面21的形状决定。
通过这些措施，金属板的平整度在冲孔等级大约是40%到50%时也可以得到维持，用传统的冲孔方法这是根本不可能的。
权利要求
1.一种在冲孔机(I)中冲孔和矫平金属板(15)的方法，所述方法包括以下步骤 在冲孔机(I)的第一工具保持器(7)中安装冲模(17)； 在冲孔机(I)的第二工具保持器(30)中安装带有冲头(19)的上工具部(16)，所述上工具部(16)的冲头(19)与冲模(17)匹配，其中，在上工具部(16)的与安装端部相反的端部，冲头(19)包括具有边缘(28)的端面(21)，邻近端面(21)沿着边缘(28)设有倒角(22)，倒角(22)具有预设的倒角高度(H)，所述预设的倒角高度(H)被确定以用于维持金属板的平整度； 将被冲压的金属板(15)插入冲头(19)和冲模(17)之间； 进行冲孔操作， 其中，在冲孔操作的第一阶段，端面(21)冲压金属板(15)的表面，产生卷曲半径，以及 在冲孔操作的第二阶段，端面(21)的边缘(28)切割金属板(15)，且同时倒角(22)将径向力带入金属板(15)中。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述方法进一步包括以下步骤 移出第一工具保持器(7)，使得金属板(15)被冲模(17)向上弯并且产生塑性变形。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于第一工具保持器(7)被移出预设的路程，所述路程的长度依据冲孔的等级确定，并且所述路程的长度随冲孔等级的增加而增大。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于所述路程的长度依据冲头(19)的端面(21)的形状来确定。
5.一种冲孔工具(14)，其具有冲模(17)和带有冲头(19)的上工具部(16)，其特征在于冲模(17)包括冲头(19)可以冲入的孔(20)，且上工具部(16)包括具有轴(18)的端部，上工具部(16)通过轴(18)被安装，在上工具部(16)的与被安装的端部相反的端部，冲头(19)包括端面(21)，端面(21)具有边缘(28)并且沿周向包括倒角，倒角具有倒角高度(H)和在15°和45°范围之间的倒角角度α。
6.根据权利要求5所述的冲孔工具(14)，其特征在于所述倒角角度α在25°和35°范围之间。
7.根据权利要求6所述的冲孔工具(14)，其特征在于所述倒角角度α是30°。
8.根据前述权利要求5至7之一所述的冲孔工具(14)，其特征在于所述倒角高度(H)依据金属板的厚度被确定，且金属板的厚度越大，所述倒角高度(H)越高。
9.根据前述权利要求5至8之一所述的冲孔工具(14)，其特征在于所述倒角高度(H)依据金属板(15)的抗拉强度被确定，且所述倒角高度(H)随着金属板(15)的抗拉强度的增加而增大。
10.根据前述权利要求5至9之一所述的冲孔工具(14)，其特征在于所述倒角高度(H)依据冲头(19)的端面(21)的形状被确定。
全文摘要
一种在冲孔机中冲孔和矫平金属板的方法包括下述步骤在冲孔机(1)的第一工具保持器(7)中安装冲模(17)，在第二工具保持器(30)中安装带有冲头(19)的上工具部(16)，以及将金属板(15)置于冲头(19)和冲模(17)之间的加工位置。在上工具部(16)的与安装端部相反的端部，冲头(19)包括端面，其中，带有倒角角度α和倒角高度H的倒角沿着端面(21)的边缘(28)靠近端面(21)设置。冲孔操作通过冲头(19)完成，在切割过程中径向力被同时施加在金属板(15)上，使得即使在高冲孔等级的条件下，金属板的平整度仍得以保持。
文档编号B21D28/00GK102814382SQ20121018508
公开日2012年12月12日 申请日期2012年6月6日 优先权日2011年6月10日
发明者A·塔塔尔奇克 申请人:通快机床两合公司