CN111151650A - 一种面向微零件加工的级进式模具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向微零件加工的级进式模具及方法，包括依次设置的上夹具、夹板和下夹具，所述上夹具上设有依次布置的多个冲头，多个冲头上分别对应设有多个上模，所述下夹具相对上夹具的一侧设有多个下模，所述上夹具带动冲头靠近或远离下夹具，使上模穿过夹板后与下模一一对应配合或脱离；所述夹板与下夹具之间形成容纳并夹持物料的成型通道，将工件的成形过程进行拆分，使各个加工步骤分别进行并排布在同一组模具上，利用物料的进给过程实现加工过程的递进，对物料的不同加工位置依次进行多级加工，实现级进式加工成型的目的，相较于传统的复杂模具结构的成型方式，大大降低了模具的复杂程度和制作难度，提高了工件的加工效率。

Description

一种面向微零件加工的级进式模具及方法

技术领域

本申请涉及微成形领域，具体的说是一种面向微零件加工的级进式模具及方法。

背景技术

电子消费品、医疗、精密仪器、环境能源、电子信息、航空航天与武器装备等行业中，越来越多的微型零件及产品进行了广泛应用，与各个行业的技术开发和产品输出紧密相关。微型产品的制造具有重要的科学意义和应用潜力，微零件的制造有很多种，比如基于机械的制造工艺，包括微加工，微注塑、粉末注射成型和微成形。在这些加工工艺之中，微加工技术具有加工简单、成本低、成形效率高的优点。

发明人发现，虽然微成形的优势较大，微成形技术的为关键之一是模具的设计，一套好的模具能够高效加工出精度高的零件，但是由于微零件精度要求高，需要通过精密加工得到，传统的宏观模具在制作时无法达到所需精度，并不适合微零件的加工，难以满足现有对微零件的精度需求；部分微零件专用模具虽然能够进行冲压加工，但是其生产效率较低，对于一些带有特征的工件，需要复杂的模具进行组合，并对模具各部分分时、分步进行处理，导致加工过程中模具动作复杂，控制困难。

发明内容

本申请的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种面向微零件加工的级进式模具及方法，将工件的成形过程进行拆分，使各个加工步骤分别进行并排布在同一组模具上，利用物料的进给过程实现加工过程的递进，对物料的不同加工位置依次进行多级加工，实现级进式加工成型的目的，相较于传统的复杂模具结构的成型方式，大大降低了模具的复杂程度和制作难度，提高了工件的加工效率。

本申请的第一目的是提供一种面向微零件加工的级进式模具及方法，采用以下技术方案：

包括依次设置的上夹具、夹板和下夹具，所述上夹具上设有依次布置的多个冲头，多个冲头上分别对应设有多个上模，所述下夹具相对上夹具的一侧设有多个下模，所述上夹具带动冲头靠近或远离下夹具，用于使多个上模穿过夹板后与多个下模一一对应配合或脱离；所述夹板与下夹具之间形成容纳并夹持物料的成型通道，在物料进给方向上，不同上模和其对应下模对物料进行逐级加工成型。

进一步地，所述冲头有三个，其上分别对应设有第一上模、第二上模和第三上模，所述下夹具上对应设有第一下模、第二下模和第三下模，用于分别对物料进行不同的加工。

进一步地，随着物料的进给，同一上模和下模对物料的不同位置进行同样的加工。

进一步地，所述下夹具上设有对应下模的多个通孔，用于排出加工时的废料或产品。

进一步地，所述上夹具与夹板之间、夹板与下夹具之间分别设有第一弹性机构和第二弹性机构，所述第一弹性机构辅助上夹具带动冲头移动，所述第二弹性机构推动夹板远离下夹具。

进一步地，所述第一弹性机构包括多个分布在上夹具底面上的第一弹簧，所述第二弹性机构包括多个分布在下夹具顶面上的第二弹簧，所述上夹具上设有多个导向杆，所述导向杆穿过夹板上预设的通孔与下夹具上预设的导向孔配合滑动。

本申请的第二目的是提供一种面向微零件加工的方法，利用如上所述的面向微零件加工的级进式模具，包括以下步骤：

将物料从成型通道一端进给，使物料的第一位置位于第一个下模处；

上夹具带动所有冲头靠近下夹具，并推动夹板将物料夹紧；

第一个上模向下挤压物料配合下模对第一位置进行第一加工；

上夹具和夹板抬起，推动物料进给一个单位长度，使第一位置位于第二个下模处、第二位置位于第一个下模处；

上夹具向下动作，带动夹板重新将物料压紧，并使第二个上模向下挤压物料配合下模对第一位置处进行第二加工，同时，第一个上模向下挤压物料对第二位置进行第一加工；

上夹具和夹板抬起，依次重复进给、压紧和加工动作，直至第一位置位于最后一个下模处；

最后一个上模向下挤压物料配合下模对第一位置进行最后加工，并排出加工得到的工件。

进一步地，多个上模沿物料进给方向等间距分布，多个下模与多个下模对应布置。

进一步地，物料上的加工位置呈直线分布，对应上模和下模分布。

进一步地，所述上模和下模共同对物料的加工位置进行冲孔、特征成型、切断加工。

与现有技术相比，本申请具有的优点和积极效果是：

(1)传统的冲压模具时采用固定式冲头，只能进行单一零件的制造，并且传统的微型齿轮制造一般依托于微加工机床以及LIGA等技术，制造成本高，生产效率低；而本申请采用可更换冲头的夹具设计，配合利用材料的塑性成形的特性进行零件的微成形加工，可以进行多种零件的加工、通用性高，节省了零件加工工时，降低了零件的生产成本；

(2)用于传统微成形加工的模具只能进行单一工序，若将多个工序进行组合则大大增加了模具的复杂程度，而本申请通过将加工流程进行拆分，并分别配以对应的加工模具，能同时进行多个工序并实现级进生产增大了生产效率；

(3)作为优选的，在生产法兰齿轮零件的同时可以生产微圆柱零件，提高了坯料的利用率；对整个加工过程进行配置，有效提高了加工过程中的定位精度，从而提高整体的加工效率和精度；

(4)夹板采用了回位弹簧设计不仅增大了零件生产时的压紧力，并且在回程的过程中自动回位方便了进料提高了生产效率与精度；优选的，在成型通道一端设置配料固定机构，在夹板回位的同时带动坯料离开下模配合送料机构提高生产效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本申请实施例1的模具的整体结构示意图；

图2为本申请实施例1的物料加工过程示意图；

图3为本申请实施例1的第一冲头的结构示意图；

图4为本申请实施例1的第二冲头的结构示意图；

图5为本申请实施例1的第三冲头的结构示意图；

图6为本申请实施例1的上夹具、夹板和下夹具的配合示意图；

图7为本申请实施例1的上夹具、夹板和弹簧的配合示意图；

图8为本申请实施例1的下夹具的结构示意图；

图9为本申请实施例1的上夹具的结构示意图；

图10为本申请实施例1的加工后得到产品的结构示意图。

其中：1、第一弹簧；2、第二弹簧；3、导料槽；4、第一下模；5、第二下模；6、第三下模；7、下夹具；8、导向孔；9、夹板；10、第三上模；11、上夹具；12、第二上模；13、第一上模；14、导向杆。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本申请中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

术语解释部分:本申请中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术中所介绍的，现有技术在制作微零件时，传统的宏观模具在制作时无法达到所需精度，并不适合微零件的加工，难以满足现有对微零件的精度需求；部分微零件专用模具虽然能够进行冲压加工，但是其生产效率较低，对于一些带有特征的工件，需要复杂的模具进行组合，并对模具各部分分时、分步进行处理，导致加工过程中模具动作复杂，控制困难，针对上述技术问题，本申请提出了一种面向微零件加工的级进式模具及方法。

实施例1

本申请的一种典型的实施方式中，如图1-图10所示，提出了一种面向微零件加工的级进式模具。

所述模具整体分为上、中、下三部分的结构：

其中，上模具部分安装在外部冲压机的执行机构上，在机构的作用下沿竖直方向做往复运动；

主体部分为上夹具11，上夹具的底面上设有依次布置的多个冲头，多个冲头上分别对应设有多个上模，所述的冲头末端的上模可以进行更换，不同的上模具有不同的结构，从而对物料进行不同类型的加工；

在本实施例中，所述冲头有三个，分别为第一冲头、第二冲头和第三冲头，其上分别对应设有第一上模13、第二上模12和第三上模10，第一上模对物料加工位置进行冲孔处理，得到一定位孔，所述第二上模上设有阶梯轴结构，对物料的加工位置进行冲压形成阶梯孔结构，所述第三上模上设有外齿轮结构，对物料加工位置进行冲压切断形成外齿轮结构；

在选料时，所述上夹具可以选用铝合金材质，从而减轻上模具的重量；所述的冲头结构和上模结构选用高速钢材料，作为冲压元件用于良好的硬度。

可以理解的是，上述三个冲头对应带有阶梯孔的齿轮的加工过程，对其他微零件的加工过程，可以根据实际需求配置相应的冲头结构，或调整冲头的数目，从而通过加工获取所需结构的微零件。

其中，下模具部分主体为下夹具7，下夹具底部安装在外部冲压机的工作台上，承载各个元件的重量以及对板料形成支撑结构；所述下夹具相对上夹具的一侧设有多个下模，所述上夹具带动冲头靠近或远离下夹具，用于使多个上模穿过夹板9后与多个下模一一对应配合或脱离；所述夹板与下夹具之间形成容纳并夹持物料的成型通道；

可以理解的是，所述的下模与上模的数量相同，且与上模一一对应形成整个成型模结构，物料在上模的压力下在下模上成型，对物料进行开设通孔或其他加工方式；

在本实施例中，所述的下模有三个，分别为第一下模4、第二下模5和第三下模6，第一下模配合第一上模对加工位置进行冲孔处理，得到定位孔，第二下模配合第二上模对上一过程得到的定位孔进行阶梯孔加工处理，第三下模配合配合第三上模对应上一过程得到的阶梯孔外部进行挤压切割处理，形成外齿轮结构；

需要特别指出的是，所述下夹具上设有对应下模的多个通孔，用于排出加工时的废料或产品；比如第一下模下方的通孔排出挤压形成通孔后得到的圆柱零件，第三下模的下方的通孔排出成形后的零件。

下夹具作为整个***的主要工作部分，通过与上夹具配合进行生产，含有落料通孔使零件加工完成时落在固定位置。同时为了增大模具的使用寿命，夹具采用高速钢材料制造；

作为优选的，在生产法兰齿轮零件的同时可以生产微圆柱零件，提高了胚料的利用率；对整个加工过程进行配置，有效提高了加工过程中的定位精度，从而提高整体的加工效率和精度。

其中，夹板结构为模具的中间部分，主要功能是在模具工作时固定住物料，防止物料在挤压成型过程中造成生产误差；

另外，对于夹板下方与下夹具构成的成型通道，一端设有导料槽3，引导物料在成型通道内的进给，并辅助夹板对物料进行稳定夹持。

进一步地，在物料进给方向上，不同上模和其对应下模对物料进行逐级加工成型；

所述坯料支撑沿轴线方向设有与配合孔配合且走向一致的延伸孔9，所述通孔的内壁与沿轴向移动的上冲头外壁相配合；不同的上模对物料加工位置进行不同的加工，随着物料的进给，同一上模和下模对物料的不同位置进行同样的加工，从而实现整个流水加工过程。

传统微成形加工的模具只能进行单一工序，若将多个工序进行组合则大大增加了模具的复杂程度，而本申请通过将加工流程进行拆分，并分别配以对应的加工模具，能同时进行多个工序并实现流水线生产增大了生产效率。

进一步地，所述上夹具与夹板之间、夹板与下夹具之间分别设有第一弹性机构和第二弹性机构，所述第一弹性机构辅助上夹具带动冲头移动，所述第二弹性机构推动夹板远离下夹具；

所述第一弹性机构包括多个分布在上夹具底面上的第一弹簧1，所述第二弹性机构包括多个分布在下夹具顶面上的第二弹簧2，所述上夹具上设有多个导向杆14，所述导向杆穿过夹板上预设的通孔与下夹具上预设的导向孔8配合滑动；

所述的第一弹簧分布在上夹具底面的四个角上，所述第二弹簧分布在下夹具顶面的四个角上，形成稳定的回弹结构。

夹板采用了回位弹簧设计不仅增大了零件生产时的压紧力，并且在回程的过程中自动回位方便了进料提高了生产效率与精度；优选的，在成型通道一端设置配料固定机构，在夹板回位的同时带动胚料离开下模配合送料机构提高生产效率。

实施例2

本申请的另一典型实施例中，如图1-图10所示，提供一种面向微零件加工的方法，利用实施例1中所述的面向微零件加工的级进式模具。

加工方法主要由冲孔、挤压、剪切成形三个工艺组成。

在第一步冲孔中，板件物料经历冲压剪切变形。板料被圆形冲头加工冲孔，板料的第一加工位置得一个通孔，用于后续操作中的定位。

在第二步挤压中，将通孔位置处沿厚度方向挤出以形成法兰特征，然后将一部分材料进一步压入模孔中，形成阶梯孔结构。

需要指出的是，在前两个阶段的成形零件被附接到金属物料板上，这使得更易于处理，定位和转移到下一步骤。

在第三步剪切成型中，通过剪切操作形成齿轮外形并将带凸缘的齿轮零件从板材上移除，从下方落料通孔排出。

考虑到每次成形操作的机器容量和机械特性，通过调整每个操作的打孔长度，可以在一冲程中安排不同的工作速度。在生产过程中，首先夹板接触导料槽和物料后压紧后保持不动，导向杆继续下移进入导向孔内，同时冲头跟着下移接触板料进行生产。在冲孔的过程中，同时进行具有相同冲头长度的挤压过程以及成形落料过程，实现级进式多层法兰零件或阶梯孔的生产。

具体步骤如下：

将物料从成型通道一端进给，使物料的第一加工位置位于第一下模处；

上夹具带动所有冲头靠近下夹具，并推动夹板将物料夹紧；

第一上模向下挤压物料配合第一下模对第一加工位置进行冲孔加工，得到定位孔，此时第二冲头和第三冲头处没有物料；

上夹具和夹板抬起，推动物料进给一个单位长度，使第一加工位置位于第二下模处、第二加工位置位于第一个下模处；

上夹具带动所有冲头向下靠近下夹具，并推动夹板将物料夹紧；

第二上模向下挤压物料配合第二下模对第一加工位置处进行挤压加工，得到阶梯孔结构，同时，第一上模向下挤压物料对第二加工位置进行冲孔加工；

上夹具和夹板抬起，推动物料进给一个单位长度，使第一加工位置位于第三下模处、第二加工位置位于第二下模处、第三加工位置位于第一下模处；

上夹具带动所有冲头向下靠近下夹具，并推动夹板将物料夹紧；

第三下模向下挤压物料配合第三下模对第一位置进行剪切成型加工，并排出加工得到的工件，同时，第二上模向下挤压物料配合第二下模对第二加工位置处进行挤压加工，得到阶梯孔结构，第一上模向下挤压物料对第三加工位置进行冲孔加工，得到定位孔结构。

重复上述过程，不断排出加工后的工件，形成级进式加工过程。

优选的，多个上模沿物料进给方向等间距分布，多个下模与多个下模(这是不是写错了)对应布置；进给过程中每步的进给长度均相等，从而有效控制加工精度；

物料上的加工位置呈直线分布，对应上模和下模分布；适用于长条形的板状物料；将加工流程进行拆分，并分别配以对应的加工模具，能同时进行多个工序并实现流水线生产增大了生产效率。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种面向微零件加工的级进式模具，其特征在于，包括依次设置的上夹具、夹板和下夹具，所述上夹具上设有依次布置的多个冲头，多个冲头上分别对应设有多个上模，所述下夹具相对上夹具的一侧设有多个下模，所述上夹具带动冲头靠近或远离下夹具，用于使多个上模穿过夹板后与多个下模一一对应配合或脱离；所述夹板与下夹具之间形成容纳并夹持物料的成型通道，在物料进给方向上，不同上模和其对应下模对物料进行逐级加工成型。

2.如权利要求1所述的面向微零件加工的级进式模具，其特征在于，所述冲头有三个，其上分别对应设有第一上模、第二上模和第三上模，所述下夹具上对应设有第一下模、第二下模和第三下模，用于分别对物料进行不同工序的加工。

3.如权利要求2所述的面向微零件加工的级进式模具，其特征在于，随着物料的进给，同一上模和下模对物料的不同位置进行同样的加工。

4.如权利要求3所述的面向微零件加工的级进式模具，其特征在于，所述下夹具上设有对应下模的多个通孔，用于排出加工时的废料或产品。

5.如权利要求1所述的面向微零件加工的级进式模具，其特征在于，所述上夹具与夹板之间、夹板与下夹具之间分别设有第一弹性机构和第二弹性机构，所述第一弹性机构辅助上夹具带动冲头移动，所述第二弹性机构推动夹板远离下夹具。

6.如权利要求5所述的面向微零件加工的级进式模具，其特征在于，所述第一弹性机构包括多个分布在上夹具底面上的第一弹簧，所述第二弹性机构包括多个分布在下夹具顶面上的第二弹簧，所述上夹具上设有多个导向杆，所述导向杆穿过夹板上预设的通孔与下夹具上预设的导向孔配合滑动。

7.一种面向微零件加工的方法，其特征在于，利用如权利要求1-6任一项所述的面向微零件加工的级进式模具，包括以下步骤：

将物料从成型通道一端进给，使物料的第一位置位于第一个下模处；

上夹具带动所有冲头靠近下夹具，并推动夹板将物料夹紧；

第一个上模向下挤压物料配合下模对第一位置进行第一加工；

上夹具和夹板抬起，推动物料进给一个单位长度，使第一位置位于第二个下模处、第二位置位于第一个下模处；

上夹具向下动作，带动夹板重新将物料压紧，并使第二个上模向下挤压物料配合下模对第一位置处进行第二加工，同时，第一个上模向下挤压物料对第二位置进行第一加工；

上夹具和夹板抬起，依次重复进给、压紧和加工动作，直至第一位置位于最后一个下模处；

最后一个上模向下挤压物料配合下模对第一位置进行最后加工，并排出加工得到的工件。

8.如权利要求7所述的面向微零件加工的方法，其特征在于，多个上模沿物料进给方向等间距分布，多个下模与多个下模对应布置。

9.如权利要求7所述的面向微零件加工的方法，其特征在于，物料上的加工位置呈直线分布，对应上模和下模分布。

10.如权利要求7所述的面向微零件加工的方法，其特征在于，所述上模和下模共同对物料的加工位置进行冲孔、特征成型、切断加工。

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