专利名称：确保冲压件精度的加工方法
技术领域：
本发明涉及冲压加工方法，更具体地说，涉及一种确保冲压件精度的加工方法。
背景技术：
冲压是金属料板加工中一种常用的加工工艺，依靠冲床(或压力机)和模具对板状条料施加外力，使条料产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的冲压件。冲压包括变形工序和分离工序两种，分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从条料上分离，同时保证分离断面的质量要求；成形工序的目的是使条料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的坯料件，坯料件经后续磨削、抛光等工序，制成最终成品的冲压件。对于经历过变形工序产生的冲压件，由于在零件成型过程中，条料变形的不均勻性，给冲压件留下较大的残余应力。分离工序后产生的冲压件，由于其受到很大的剪切应力才从料板上分离，冲压件上也留下较大的残余应力。而以落料的冲压件为例，其接触冲压模具的凸模端面的一面边缘向与凸模运动方向相反的方向伸出有毛刺(俗称毛刺面)，冲压件面向凹模的一面边缘则向凸模塌陷形成塌角(俗称塌角面)，通常毛刺面所在局部的硬度要比塌角面所在局部的硬度大一倍，这样的硬度分布对冲压件的整体性能是不利的。当冲压件还需要进行热处理例如渗碳、淬火等时，残余应力将导致处理后的工件存在应力分布和变形不均勻的缺陷，而热处理过程中形成的热应力也会进一步扩大变形不均的问题。这种应力分布不均和变形不均勻，会造成冲压件的几何精度、位置精度大大低于零件的使用精度要求，严重时可能导致冲压件批量报废。这种缺陷是由冲压加工工序本身的工艺特点所决定的。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述冲压加工得到的冲压件，热处理后变形不均勻而致产品零件不符合精度要求的缺陷，提供一种对冲压加工工艺进行改进，使得冲压件经热处理后变形均勻、确保冲压件精度的加工方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种确保冲压件精度的加工方法，用以将冲压条料通过冲压工艺得到产品零件，所述加工方法包括以下步骤SO、准备冲压条料和对所述冲压条料进行冲压的冲压设备；Si、利用冲压设备对冲压条料进行冲压，将所述冲压条料分割成与所需产品零件形状、尺寸相当的冲压件和最终作为废料的工艺余料，所述冲压件边缘与所述工艺余料之间通过环形的刚性环连接而未切断；S2、将通过刚性环连接的冲压件和工艺余料一并进行热处理；S3、切除刚性环，则冲压件与工艺余料分离。在本发明所述的确保冲压件精度的加工方法中，所述步骤S3后还有步骤S4 S4、将冲压件的边缘切削或磨削加工，制成成品的产品零件。
在本发明所述的确保冲压件精度的加工方法中，所述产品零件为环形零件或者饼形零件。在本发明所述的确保冲压件精度的加工方法中，所述冲压设备包括冲床和装在所述冲床上的模具。在本发明所述的确保冲压件精度的加工方法中，所述步骤S2中的热处理为人工时效处理。在本发明所述的确保冲压件精度的加工方法中，所述步骤S2中的热处理还包括退火、正火、淬火、回火、冷处理、火焰加热表面淬火、感应加热表面淬火、渗碳、碳氮共渗中的一种或几种。在本发明所述的确保冲压件精度的加工方法中，所述步骤Sl中，所述冲压件自所述冲压条料上被冲压而轴向位移的距离不小于所述冲压条料的厚度。在本发明所述的确保冲压件精度的加工方法中，所述工艺余料与冲压件之间的刚性环的轴向宽度大于0. 10mm，设计刚性环的径向厚度的经验公式为t彡δ彡6300⑶/ Vt Gb，其中t为冲压条料的厚度，单位为mm; δ为刚性环的径向厚度，单位为mm ;C为刚性环的形状系数，D为刚性环的内壁直径，单位为mm，V为冲压条料冲压前的布氏硬度，σ b为冲压条料的抗拉极限，单位为MPa。在本发明所述的确保冲压件精度的加工方法中，当刚性环为圆形环时，形状系数C 为1. 0 ；当刚性环为正η边形时，形状系数C为l+1/n ；刚性环为其他形状时，形状系数C为 1. 5。实施本发明的确保冲压件精度的加工方法，具有以下有益效果在热处理之前，冲压件与工艺余料不切断而是通过刚性环连接，使得在热处理过程中冲压件的变形受限制从而减少变形，有效确保最终的冲压件的精度。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中图1是制造饼形零件时、本发明的确保冲压件精度的加工方法的流程示意图；图2a是采用图1所示方法制得的饼形零件的结构示意图；图2b是在制造图2a所示饼形零件的过程中经过步骤Sl时的整体结构图；图2c是图2b的局部A的放大图；图3是制造环形零件时、本发明的确保冲压件精度的加工方法的流程示意图；图4a是采用图3所示方法制得的第一环形零件的结构示意图；图4b是在制造图4a所示第一环形零件的过程中经过步骤Sl时的整体结构图；图4c是图2b的局部B的放大图；图5a是采用图3所示方法制得的第二环形零件的结构示意图；图5b是在制造图5a所示第二环形零件的过程中经过步骤Sl时的整体结构图；图5c是图3b的局部C的放大图。附图中各标号对应的名称为1凸模，17上压板，2冲压条料，3工艺余料，4冲压件，5刚性环，6废料，7凹模，8冲孔凸模，78凸凹模，100饼形零件，200第一环形零件，300第二环形零件。
具体实施例方式常规冲压工艺中的变形工序通常是冲压条料的体积成型，而分离工序分为三种， 一种是冲孔，另一种是落料，以及冲孔、落料的复合。对于饼形零件，即沿板厚方向没有通孔、只具有外边缘轮廓的零件，只需要从冲压条料上冲裁出与零件相同的外边缘即可获得零件，一般采用落料工序。对于环形零件，即沿板厚方向设有通孔、因而同时具有外边缘和通孔内边缘的零件，需要在冲压条料上同时裁切出内、外边缘，因此通常采用冲孔、落料复合工序。当前一道工序已经从冲压条料上裁切出环形零件的外边缘轮廓，则在本道冲压工序中只需裁切出内边缘即可获得环形零件的情况下，则所采用的是冲孔工序。下文所述的冲压条料，是指即将在本道冲压工序上使用的条料，其可以是之前未经过加工的板状条料，也可以是已经经过前一道工序、成型为一定形状结构的平面或非平面条料，例如下文的冲压条料可以是已经冲裁出环形零件外轮廓的条料，在本道冲压工序中进行冲孔，又或者，下文的冲压条料可以是已经在前一道工序中经过拉深的筒形工件，等寸。为了减少甚至避免前文所述的残余应力、变形不均的问题，本发明对传统冲压工艺做了改进，提出一种确保冲压件精度的加工方法，下文就制造的产品零件为饼形零件和环形零件两种情况时分别论述。1)制造饼形零件其流程示意图如图1所示，其包括以下步骤，步骤先后顺序如图中箭头指向所示步骤SO、准备冲压条料2和对所述冲压条料2进行冲压的冲压设备，冲压设备包括冲床和单工序模具，图1只示出了单工序模具上的凸模1、将冲压条料2夹紧的上压板17 和凹模7 ；凸模1的轮廓形状与饼形零件的外边缘轮廓相当。步骤Si、冲床动作，驱动凸模1向下运动，凸模1的运动方向定义为轴向。凸模1继续轴向移动，迫使所正对着的冲压条料局部剪切变形并随凸模1 一起移动，直到此冲压条料局部移动至整体离开冲压条料其它部分，即其轴向位移的距离大于等于冲压条料2的厚度。此时，与凸模1端面正对着的冲压条料局部与凸模外部的冲压条料之间有了明显的界限，从而将冲压条料2分割成与饼形零件形状相同的冲压件4和将作为废料的工艺余料3两部分，且二者之间未被完全切断，而是在二者的剪切面上通过环形的刚性环5连接。步骤S2、上述冲压动作完成后，将通过刚性环5连接的冲压件4和工艺余料3 —并进行热处理；热处理主要有两种情况，一种是由于产品零件需要具有一定的性能而进行的热处理，例如产品零件表面要求耐磨，因此对上述冲压件4和工艺余料3整体进行表面渗碳处理，其他类似的热处理还包括退火、正火、淬火、回火、冷处理、火焰加热表面淬火、感应加热表面淬火、碳氮共渗中的一种或多种；另一种是由于为了消除冲压造成的残余应力而进行的热处理，例如人工时效处理，常用的人工时效处理为去应力退火和振动时效。对于上述两种情况，使用本发明的步骤S2，都将有利于减小冲压件4的变形，提高其成品精度。这是因为，传统工艺中冲压件4被冲压后与其他部分的冲压条料分离，单独的冲压件4直接进行热处理，因剪切造成的应力不均勻和加热、冷却过程中热应力不均勻都直接导致热处理后变形的不均，影响最终产品零件的精度。而采用本发明的方法，冲压件4与工艺余料3的边缘通过刚性环5连接，热处理时二者均受热并存在变形的倾向，而刚性环5的连接使得二者的变形受到彼此的牵制和制衡，从而大大降低变形量，确保冲压件4的成形精度；另一方面，经过热处理后，冲压件的残余应力和热应力得到了充分释放，而冲压件的形状和精度则得到了很好的保持。步骤S3、热处理后，切除环形的刚性环5，则冲压件4与工艺余料3分离；步骤S4、将冲压件4的边缘切削(割)或磨削加工，制成成品的饼形零件。在以上步骤SO之前，需要根据产品零件设计模具，同时设定刚性环5的工艺参数， 包括其沿轴向的宽度和径向厚度。对于刚性环5沿轴向宽度——也即被冲出的冲压条料局部的轴向总位移减去冲压条料2厚度得到的距离——其大小主要受制于冲压件的形位公差的大小，与形位公差成反比但至少大于0. 10mm，轴向宽度值还与冲压件热处理后工艺余量除去的方法有关。而刚性环5的径向厚度(或称为刚性环壁厚δ )与冲压条料的热处理状态(硬度 V)、机械性能(抗拉极限ob)、厚度(t)和刚性环的形状(圆形或正方形)及周长(L)的大小的有关。S的最大值由经验公式1-1确定t 彡 δ 彡 6300CD/Vt σ b1-1式中t——冲压条料的厚度，单位为mmδ——刚性环径向厚度，单位为mmC——刚性环的形状系数(圆形为1. 0，正多η边形为l+1/n，其它形状为1. 5)D——刚性环的内壁直径(或当量直径，即内壁周长除以圆周率的值)，单位为mmV——冲压条料冲压前的布氏(HB)硬度值σ b——冲压条料的抗拉极限，单位为MPa根据以上方法制得的饼形零件100如图2a所示，其外轮廓为圆形齿圈，齿圈分度圆直径为200mm。图2b、2c为与饼形零件100形状相当的冲压件4和将被切掉的工艺余料 3通过刚性环5连接时的结构图，所采用的冲压条料为球化退火状态的45钢，硬度HB160， 抗拉极限ob = 600MPa，板厚为7mm，设计的刚性环5的形状系数C为1.0，其轴向宽度为 0. 5mm，径向厚度为2. 00mm。2)制造环形零件采用本发明的加工方法制造环形零件的工艺流程图如图3所示，各步骤先后如图中箭头指向所示，其中步骤SO、准备冲压条料2和对所述冲压条料2进行冲压的冲压设备，由于将要制造的产品零件为环形零件，需要同时裁切环形零件内、外边缘轮廓，这里的冲压设备除了冲床外还包括复合模具，图3只示出了复合模具上的凸凹模78、凹模7、冲孔凸模8 ；步骤Si、冲压条料2置于凹模7上，具有中心孔的凸凹模78向下移动，直至接触冲压条料2。凸凹模1具有与环形零件相同的轮廓形状，其中心孔的截面形状与冲孔凸模7 的截面形状相同。同样，凸凹模78的位移方向定义为轴向。凸凹模78继续下移，迫使所正对着的冲压条料局部剪切变形并随凸凹模78 —起向下移动，其中心孔所对应的冲压条料局部受冲孔凸模8的冲切。凸凹模78轴向移动，直到其外边缘轮廓以外的外部冲压条料与凸凹模78端面所正对应的环形条料局部分离从而形成废料6，而凸凹模78所对应的环形条料局部相对于冲孔凸模8所对应的条料局部向下轴向位移的距离大于等于冲压条料2的厚度。此时，环形的凸凹模78端面所对应的条料局部和冲孔凸模8端面所对应的条料局部，二者之间有了明显的界限，分别形成将要构成环形零件的冲压件4和将要成为废料的工艺余料3，虽然二者被分割成两部分，但是二者之间没有完全断开，同样通过被剪切的断面处塑性变形形成的刚性环5连接。同样，将上述通过刚性环5连接着的工艺余料3和冲压件4进行热处理、切割分离以及后期精加工，其步骤S2、S3、S4与上述制造饼形零件时的相应步骤相同。刚性环5的设计参数也如前所述。还需说明的是，当环形零件的外边缘轮廓已在前一道工序中冲切成型、在进入本道冲压工序中仅需冲孔即可得到环形的冲压件、或者冲压件对外边缘轮廓没有要求时，其工艺流程图与图1所示的相同，只是在这种情况下，图1中的标号3所指代的是将成为环形零件的冲压件，而标号4所指代的是将作为废料的工艺余料。采用以上方法制得的第一环形零件、第二环形零件分别如图4、图5所示。其中，图4a、4b和4c示出的是具有内齿圈的第一环形零件200及其制造过程中的结构示意图和局部放大图，内齿圈分度圆直径200mm。所采用的冲压条料2为球化退火状态的45钢，硬度为HB160，抗拉极限σ b = 600MPa，其厚度也即冲压件4和工艺余料3的厚度为7mm，刚性环5的轴向宽度为0. 5mm，垂直于轴向的径向厚度为2. 00mm。图5a、5b和5c示出的是具有外齿圈的第二环形零件300及其制造过程中的结构示意图和局部放大图，外齿圈分度圆直径202mm，内径158mm，同样可以采用上述加工方法制造。所采用的冲压条料2与第一环形零件200所使用的相同，刚性环5的尺寸与第一环形零件200的刚性环5基本相同。上述图2、图4、图5的产品零件，如果采用常规的冲压分离工艺，其精度只能达到圆度0. 50mm、平面度0. 75mm左右；而采用本发明的加工方法制造这些产品零件，精度可达到圆度0. 20mm、平面度0. 40mm。上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
权利要求
1.一种确保冲压件精度的加工方法，用以将冲压条料(2)通过冲压工艺得到产品零件，其特征在于，所述加工方法包括以下步骤50、准备冲压条料(2)和对所述冲压条料(2)进行冲压的冲压设备；51、利用冲压设备对冲压条料(2)进行冲压，将所述冲压条料(2)分割成与所需产品零件形状、尺寸相当的冲压件⑷和最终作为废料的工艺余料(3)，所述冲压件⑷边缘与所述工艺余料(3)之间通过环形的刚性环(5)连接而未切断；52、将通过刚性环(5)连接的冲压件⑷和工艺余料(3)—并进行热处理；53、切除刚性环(5)，则冲压件(4)与工艺余料(3)分离。
2.根据权利要求1所述的确保冲压件精度的加工方法，其特征在于，所述步骤S3后，还有步骤S4 54、将冲压件(4)的边缘切削或磨削加工，制成成品的产品零件。
3.根据权利要求1所述的确保冲压件精度的加工方法，其特征在于，所述产品零件为环形零件或者饼形零件。
4.根据权利要求1所述的确保冲压件精度的加工方法，其特征在于，所述冲压设备包括冲床和装在所述冲床上的模具。
5.根据权利要求1所述的确保冲压件精度的加工方法，其特征在于，所述步骤S2中的热处理为人工时效处理。
6.根据权利要求5所述的确保冲压件精度的加工方法，其特征在于，所述步骤S2中的热处理还包括退火、正火、淬火、回火、冷处理、火焰加热表面淬火、感应加热表面淬火、渗碳、碳氮共渗中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的确保冲压件精度的加工方法，其特征在于，所述步骤Sl中， 所述冲压件(4)自所述冲压条料(2)上被冲压而轴向位移的距离不小于所述冲压条料(2) 的厚度。
8.根据权利要求7所述的确保冲压件精度的加工方法，其特征在于，所述工艺余料(3) 与冲压件⑷之间的刚性环(5)的轴向宽度大于0. 10mm，设计刚性环(5)的径向厚度的经验公式为t彡δ彡6300⑶/Vt σ b，其中t为冲压条料的厚度，单位为mm ； δ为刚性环的径向厚度，单位为mm ；C为刚性环的形状系数，D为刚性环的内壁直径，单位为mm，V为冲压条料冲压前的布氏硬度，σ b为冲压条料的抗拉极限，单位为MPa。
9.根据权利要求8所述的确保冲压件精度的加工方法，其特征在于，当刚性环为圆形环时，形状系数C为1. 0 ；当刚性环为正η边形时，形状系数C为l+1/n ；刚性环为其他形状时，形状系数C为1.5。
全文摘要
本发明涉及一种确保冲压件精度的加工方法，包括以下步骤S0、准备冲压条料(2)和对冲压条料(2)进行冲压的冲压设备；S1、利用冲压设备对冲压条料(2)进行冲压，将冲压条料(2)分割成与所需产品零件形状、尺寸相当的冲压件(4)和最终作为废料的工艺余料(3)，冲压件(4)边缘与工艺余料(3)之间通过环形的刚性环(5)连接而未切断；S2、将通过刚性环(5)连接的冲压件(4)和工艺余料(3)一并进行热处理；S3、切除环形的刚性环(5)，则冲压件(4)与工艺余料(3)分离。在热处理之前，冲压件与工艺余料不切断而是通过刚性环连接，使得在热处理过程中，冲压件的变形受限制从而减少变形，有效确保最终的产品零件精度。
文档编号B21D28/02GK102485369SQ20101057028
公开日2012年6月6日 申请日期2010年12月2日 优先权日2010年12月2日
发明者孙昌清 申请人:孙昌清