圆柱电池钢壳在单动冲床上的多模多出落料冲杯设计的制作方法

本发明涉及到电池钢壳冲压技术领域，具体是圆柱电池钢壳在单动冲床上的多模多出落料冲杯设计。

背景技术：

随着行业竞争加剧与劳动力成本升高，推动工业自动化的快速发展，对于圆柱电池钢壳冲压生产，目前一般的生产方式是在单动冲床上，采用复合模单机单出自动冲压，即每台冲床装备一套落料冲杯+拉伸成型的复合模具，并配备一套送料系统，一般能够实现2切(较少实现3切)宽度钢带的自动进给。

这种方式生产，遇到的技术问题是，由于采用了落料冲杯和拉伸成型复合模，安装在同台冲床上，因为冲床相对固定的工作台面尺寸的原因，致使送料不能使用多切数更宽的钢带材料，以至于无法再提高材料利用率，同样工作位置受限的原因，只能安装一套复合模具在单台冲床上，一次冲压只能实现一个落料冲杯，生产出一个产品，生产效率受限。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种圆柱电池钢壳在单动冲床上多模多出的落料冲杯设计。

所采用的技术方案是：将目前复合模的拉伸成型工位部分分离出去，在一套模架上设计多套落料冲杯模具，单排、双排甚至多排布局，安装在一台单动冲床上，实现多模多出落料冲杯。

所达到的有益效果是：

1)最大程度提高材料利用率：理论上可以按照冲床有效工作长度，最大程度加宽钢带宽度，来设计落料冲杯工艺模具布局，以某种aa电池钢壳为例，落料直径44.2mm，使用冷轧钢带宽度950mm，实现“11+10”双排21切落料冲杯工艺模具布局(图1)，相比较目前2切工艺，提高材料利用率约6％。

2)单动冲床超高效率落料冲杯：在一台单动冲床上，以aa电池钢壳为例，使用冷轧钢带宽度950mm，布局“11+10”双排21切落料冲杯，一次冲压生产出21个冲杯，且整体生产效率可达90％，实现高效的中央化供杯。

3)冲床速度设计可提高50-75％：通过另外的液压或杠杆原理设计，在单动冲床上实现冲杯凸模以2～4倍冲床滑块速度的加速动作运行，这样完成冲杯所需冲床行程为原来的1/2到1/4(50-25％)，换句话说，可以将冲床行程设计减少50-75％，理论上冲床一个冲压循环所需时间减少50-75％，冲床速度可以加快50-75％。

附图说明

图1：“11+10”双排(21套)落料冲杯冲压工艺模具布局图，以某种aa落料直径44.2mm为实例，冷轧钢带宽度950mm，采用“11+10”双排，21套落料冲杯模具结构单元模具布局在同一套模架上。

图2：单动冲床向上落料冲杯模具结构图单元：

上模部分主要部件：落料凸模/冲杯凹模，落料凸模固定板，卸料板；

下模部分主要部件：落料凹模，落料凹模固定板，冲杯凸模，冲杯凸模加长杆，冲杯凸模固定板，浮动压边圈，环形气缸。

图3：单动冲床落料冲杯模具结构图-向上冲杯杠杆原理。

图4：单动冲床落料冲杯模具结构图-向上冲杯液压原理。

图5：单动冲床向下落料冲杯模具结构图单元：

上模部分主要部件：落料凹模，落料凹模固定板，冲杯凸模，冲杯凸模加长杆，冲杯凸模固定板，浮动压边圈，环形气缸；

下模部分主要部件：落料凸模/冲杯凹模，落料凸模固定板，卸料板。

图6：单动冲床落料冲杯模具结构图-向下冲杯杠杆原理。

图7：单动冲床落料冲杯模具结构图-向下冲杯液压原理。

具体实施方式

下面以aa电池钢壳“11+10”双排21切落料冲杯实例与附图，对技术方案作进一步的说明，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定其适用范围，类似实施可以运用到圆柱电池钢壳如aaa，18650，21700，22500，26650，32650等其它更多型号上。

图3和图4，两种在单动冲床上向上冲杯的原理及技术方案，在中国专利申请号2019105289839及201920918913x的说明书第2-3页里做了阐述，以下是引用内容：

5)国内单动双曲轴冲床：

吨位建议120吨以上，台面尺寸不小于1600*350，上模架及模具部分固定在滑块上，负责落料冲孔，下模架及模具部分固定在冲床工作台面，由于单动冲床没有双动凸轮冲床的特点(其凸轮设计让外滑块带动落料凸模落料后，在下死点能停留一段时间，在这段时间，内滑块带动拉伸凸模，完成冲杯)，那么，针对单动冲床，将拉伸凸模及固定板安装在下面，相对下模架可以上下滑动，在冲床滑块带动上模架下行，距离下死点7mm时，落料凸模(同时也是拉伸凹模)完成落料，此时安装在下模架的活动压边圈一直在气缸或液压相对固定力的作用下，把冲切下的料片压紧在拉伸凹模上(也就是落料凸模)，同在此时刻，拉伸凸模及固定板在另外设计的机械或液压装置推动下，以4倍冲床滑块移动的速度，向上推动料片，开始进入拉伸凹模，在冲床带动拉伸凹模继续下行7mm，到达下死点时，拉伸凸模相对进入拉伸凹模的距离是：7+4*7＝35mm，实现向上冲杯。

其中，另外设计的机械装置，在工作台面两端预留空余位置安装，其原理是利用杠杆长短臂成正比放大位移原理，冲床滑块下行至下死点还有7mm时，开始压两边杠杆短臂端，因短臂长度是长臂的1/4，所以长臂端将实现位移是短臂端位移的4倍，也就是冲床滑块继续下行的7mm的4倍，进而推动拉伸凸模及固定板向上冲杯。

而液压装置则是：在工作台面两端预留空余位置安装，原理是利用液油体积不变大小小活塞移动位移按其面积成反比的原理，冲床滑块下行至下死点还有7mm时，完成落料时开始，冲床滑块下压左右两个大油缸活塞，活塞直径120mm，推出液压油经液压管道进入6个小油缸，每个活塞直径34.65mm，小油缸因液压油进入，活塞被快速推出，以4倍冲床速度快速向上，再推动拉伸凸模及固定板快速向上冲杯。

(以上是引用内容)

图3和图4，两种在单动冲床上向上冲杯结构实例，如果我们取消图3的杠杆或图4的液压设计，也是可以实现向上冲杯，同样在距离下死点7mm时，落料凸模(同时也是冲杯凹模)进入落料凹模完成落料，然后落料凸模(同时也是冲杯凹模)继续下行7mm至下死点，因为没有了杠杆或液压推动冲杯凸模的快速向上的动作，冲杯凸模相对落料凹模是保持不动的状态，冲杯凸模在冲床滑块直接驱动下，进入冲杯凹模的距离也就是7mm，若要达到35mm，需要在距离下死点35mm时，落料凸模(同时也是拉伸凹模)就要完成落料，继续下行35mm至下死点而实现。

图6和图7，两种在单动冲床上向下冲杯的原理及技术方案，说明如下：

将图2：单动冲床向上落料冲杯模具结构图单元，旋转180度，上下模交换位置，即变成图5：单动冲床向下落料冲杯模具结构图单元。将21套图5的结构单元，按照图1，排布形成“11+10”双排(21套)落料冲杯冲压工艺模具布局图，即为整套向下落料冲杯模具，值得注意的是，虽然落料冲杯结构单元越多、排数越多及钢带越宽，理论上材料利用率和生产效率都会越高，但实际运用中，多少套结构单元，单排、双排甚至是多排布局，首先考虑的是冲床吨位及工作台面长宽度，冷轧钢带可利用最大宽度，电池钢壳落料直径尺寸，这四者的配合设计考虑，其次必须结合考虑实际需要的产能，配套多少拉伸成型冲床数量，不会无限度地增加落料冲杯结构单元套数，去加宽加大整套模具设计，反而形成浪费。

单动冲床吨位一般建议100吨以上，台面尺寸不小于1600*350，一般考虑双排多套落料冲杯设计，上模架及模具部分固定在滑块上，负责向下落料及冲杯，下模架及模具部分固定在冲床工作台面。冲杯凸模及固定板安装在上面，相对上模架板可以上下滑动。比如，在冲床滑块距离下死点7mm时，落料凹模和落料凸模闭合，完成落料，此时活动压边圈一直在气缸相对固定力的作用下，把切下来的料片压紧在冲杯凹模(也就是落料凸模)上，同时，冲杯凸模及固定板在另外设计的机械或液压装置推动下，以2～4倍冲床滑块速度，快速向下推动料片，进入冲杯凹模，在冲床滑块完成7mm行程，到达下死点时，冲杯凸模进入冲杯凹模的深度是：(2～4)*7mm＝14～28mm，完成向下冲杯。

那么，如何决定“以2～4倍冲床滑块移动的速度”中的具体倍数呢，我们用字母t来表示，其计算公式是：t＝(h+3)/l，其中t代表倍数，h为冲杯高度，l为落料凸凹模闭合进入最大深度，比如某种圆柱电池钢壳型号，冲杯的高度h＝25mm，落料凸凹模最大进入深度l＝7mm，那么其倍数t＝(25+3)/7＝4。

其中，本实例另外设计的机械装置，是图6中的转动臂装置，在冲床工作台面两端预留空余位置安装，其原理是利用转动臂不同长度点发生的位移与其臂长成正比，比如，设定转动长臂臂长是短臂的4倍，在冲床滑块在距离下死点7mm时，开始压下短臂点，短臂点发生7mm位移，长臂端将实现7mm*4倍＝28mm位移，推动固定板及冲杯凸模，实现向下冲杯。

其中，本实例的液压装置，是图7中示意的两边相同的大小油缸封闭装置，在冲床工作台面两端预留空余位置安装大油缸，工作原理是：当面积为s1的大油缸活塞被冲床下压距离l，液压油进入总面积为s2的小油缸，小油缸活塞将被推出距离为h+3，液压油体积不能被压缩，得到s1*l＝s2*(h+3)，推出公式t＝s1/s2＝(h+3)/l＝2-4倍，其中h表示冲杯高度。比如，取左右两个大油缸的活塞直径120mm，6个小油缸的活塞直径34.65mm，大小油缸活塞面积为4倍关系，即t＝4，在冲床滑块离下死点7mm时，l＝7，落料凸凹模闭合，落料完成，同时冲床滑块向下压左右大油缸活塞，液压油经液压管道进入6个小油缸，小油缸活塞以4倍速度被快速推出，下死点大油缸活塞被下压7mm，小油缸活塞杆将实现7mm*4倍＝28mm位移，推动固定板及冲杯凸模，实现向下冲杯。

特别注意，向下冲杯结构的送料装置，钢带平面所处的高度，要低于落料凸模和卸料板端面一定的尺寸(一般落料凸模和卸料板端面齐平)，其具体数据是不小于，最佳状态是等于落料凸凹闭合进入模最大深度的一半，本实例为7mm/2＝3.5mm，其目的是在落料冲杯过程中，上模将压低钢带7mm，避免钢带在送料方向上被拉扯，以及减少钢带的弯曲变形。

向下冲杯的主要好处是：冲杯冲向下冲出，方便传送，不需另外制作装置连接到到传送带。

向下冲杯的不利因素是：在机械或液压同样放大4倍位移的实例，落料凸凹模闭合同样进入深度7mm的情况下，向下冲杯跟向上冲杯相比，冲杯凸模进入冲杯凹模深度减少了1/5，即前者是28mm，后者是35mm。图6和图7，两种在单动冲床上向下冲杯结构实例，如果取消机械或液压设计，可以实现不被放大距离的向下冲杯，同样在距离下死点7mm时，落料凹模与落料凸模(同时也是冲杯凹模)闭合完成落料后，落料凹模和冲杯凸将同在冲床滑块直接驱动下下行7mm至下死点，冲杯凸模进入冲杯凹模的距离也就是7mm，可以冲杯的高度没有放大，若要达到35mm，需要在距离下死点35mm时，落料凹模(同时也是冲杯凹模)就要完成落料，继续下行35mm至下死点而实现。

需要说明的是：即使同型号圆柱电池钢壳产品，因落料尺寸的不同导致冲杯高度h也有一定差别，向上或向下冲杯的杠杆的长短臂倍数，或者大小液压缸活塞面积比的选择，即t的大小也会有所不同。

另外，值得特别注意：若使用t＝4倍参数，冲床滑块传递给冲杯凸模的力，不管是杠杆还是液压原理，都将减少到1/4，其他倍数也是以此类推，所以倍数是不能过分放大，不然会导致冲压力的不足。

上述aa电池钢壳实施例为本发明较典型的实现方案之一，除此之外，本发明对圆柱电池钢壳其他型号aaa，18650，21700，22650，26650，32650等等，同样可以类似的方式实施，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围之内。