阅读说明：本技术 一种冲压模组及其工作方法 (Stamping module and working method thereof ) 是由 张永伟 李华 于 2020-04-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种冲压模组及其工作方法,包括：连接驱动机构的冲压桶,冲压桶的下方为模具型腔,型腔用于冲压制备壳体,型腔表面设有板材,冲压桶的内腔中设有通过绳索相连接的上压板和下压板,上压板和下压板能够在冲压桶内进行往复滑移；下压板的上表面设有容池,容池内装有非牛顿流体,下压板下表面连接冲压头,下压板的下表面设置至少两组泵机；当冲压头接触板材时,通过向容池中泵入或者泵出物料改变非牛顿流体的组分配比,从而调整冲压头的力度,使得板材能够在不发生断裂的情况下快速成型。本发明所涉及的一种冲压模组通过在冲压设备的部件中设置非牛顿流体来进行时效性的缓冲,从而保护了脆性板材和设备,提高了冲床的调节精度。(The invention discloses a stamping module and a working method thereof, wherein the stamping module comprises the following steps: the stamping barrel is connected with the driving mechanism, a die cavity is arranged below the stamping barrel and used for stamping the prepared shell, plates are arranged on the surface of the die cavity, an upper pressing plate and a lower pressing plate which are connected through a rope are arranged in the inner cavity of the stamping barrel, and the upper pressing plate and the lower pressing plate can slide in the stamping barrel in a reciprocating manner; the upper surface of the lower pressing plate is provided with a containing pool, non-Newtonian fluid is filled in the containing pool, the lower surface of the lower pressing plate is connected with a stamping head, and the lower surface of the lower pressing plate is provided with at least two groups of pump machines; when the punching head contacts the plate, the component proportion of the non-Newtonian fluid is changed by pumping materials into or out of the containing pool, so that the force of the punching head is adjusted, and the plate can be quickly formed without breaking. According to the stamping module, the non-Newtonian fluid is arranged in the part of the stamping equipment to buffer the stamping time effectively, so that the brittle plates and the equipment are protected, and the adjustment precision of a punch is improved.)

一种冲压模组及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种模具制造技术以及冲压模具领域，尤其涉及一种冲压模组。

背景技术

冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。冲压和锻造同属塑性加工(或称压力加工)，合称锻压。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。全世界的钢材中，有60～70％是板材，其中大部分经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包，容器的壳体，电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料(金属或非金属)批量加工成所需冲件的专用工具。

但是在冲模的实际使用中，对于加工脆性材料的过程中，常规的缓冲弹簧已经不能对脆性板材起到时效性的防护，则在冲压的过程中，会导致板材的断裂。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种冲压模组及其工作方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种冲压模组，包括：连接驱动机构的冲压桶，所述冲压桶的下方为模具型腔，所述型腔用于冲压制备壳体，所述型腔表面设有板材，所述冲压桶的内腔中设有通过绳索相连接的上压板和下压板，所述上压板和所述下压板能够在所述冲压桶内进行往复滑移；所述上压板上设有通孔，所述上压板的下表面处设有若干顶柱，顶柱的自由端端面平齐；所述下压板的上表面设有容池，所述容池内装有非牛顿流体，所述下压板下表面连接冲压头，所述下压板的下表面设置至少两组泵机；当所述冲压头接触板材时，通过向所述容池中泵入或者泵出物料改变非牛顿流体的组分配比，从而调整所述冲压头的力度，使得板材能够在不发生断裂的情况下快速成型。

本发明一个较佳实施例中，每个所述顶柱均由中部顶杆和所述顶杆外围的若干圈伸缩桶组成。

本发明一个较佳实施例中，所述顶杆外设有两圈伸缩桶，通过调整顶杆或者每圈伸缩桶的伸缩状态来调整顶柱自由端端面上的与非牛顿流体的接触面大小。

本发明一个较佳实施例中，相同直径的伸缩桶的端部均嵌设在同一套板上。

本发明一个较佳实施例中，所述套板间设有容囊，所述容囊中混有非牛顿流体，所述容囊连接外部泵机。

本发明一个较佳实施例中，所述冲压桶的侧壁呈透明状，所述顶柱上设有刻度。

本发明一个较佳实施例中，所述泵机共设有三组，一组用于泵出非牛顿流体，另外两组用于泵入非牛顿流体，其中一个泵入的非牛顿流体的浓度大于所述容池内的非牛顿流体浓度，另一个泵入的非牛顿流体的浓度小于所述容池内的非牛顿流体浓度。

本发明一个较佳实施例中，所述容池内铺设若干成纱网，相邻纱网间隔式排布。

为达到上述目的，本发明采用的另一种技术方案为：一种冲压模组的工作方法，包括如下步骤：(1)取待测样板进行冲压测试，将顶柱的自由端端面的面积调节至最大，并逐渐缩小其面积，直至确定模组冲压下的样板断裂时的力度的临界值；(2)将板材置于型腔上加以固定，所述冲压桶内注入一定量的非牛顿流体；(3)初始状态下，使得上压板以缓慢的速度进行冲压，根据冲压测试中的临界值调整冲压力度；(4)通过泵机调整容池内的非牛顿流体的组成配比。

本发明一个较佳实施例中，在所述上压板的速度变化或者泵机工作的同时，所述顶柱进行部分端面的凹陷或者弹起。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：

(1)本发明所提及的一种冲压模组，通过利用非牛顿流体作为缓冲介质，并通过在冲压的过程中动态的调节其内部的非牛顿流体的浓度，或者通过上压板和容池的接触时长利用非牛顿流体的特征作为缓冲、抵消部分作用力，动态的保护设备和脆性板材，防止脆性板材表面受力过大而发生断裂。

(2)通过冲压模组中的上压板上的顶柱的自由端端面的面积变化，来调整冲压模具中的下压板的冲击力度，从而改变下压板上的冲压头对模具型腔上的板材的冲压力度，本发明对应顶柱的自由端端面的变化采用泵入或者泵出非牛顿流体来控制顶柱中的伸缩桶的升降，通过对顶柱端面的微调来实现冲压力度的缓冲和调节，其次使用非牛顿流体，可以对原先无法操作的区域进行瞬时硬度较大的物质的快速填充，从而使得缓冲的效果具有时效性。

(3)本发明通过对顶柱自由端端面的面积变化和容池内的非牛顿流体的变化来进行不同精度的调节，从而测试板材的断裂所需冲压力度的临界点，从而在实际的加工过程中，通过面积和流体两者的结合运用确保板材不会断裂同时提高模组的加工精度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；

图1是本发明的优选实施例的冲压桶结构示意图；

图2是本发明的优选实施例的冲压桶内部的上压板和下压板的结构示意图；

图3是本发明的优选实施例的顶杆结构分解图；

图4是本发明的优选实施例的下压板的结构透视图；

图5是本发明的优选实施例的冲压头向模具型腔靠近时的透视图。

图中：1、上压板；2、下压板；3、通孔；4、顶柱；5、容池；6、冲压头；7、顶杆；8、伸缩桶；9、套板；10、冲压桶。

具体实施方式

现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

图1示出了本发明一种冲压桶10的结构示意图，涉及一种冲压模组，包括：连接驱动机构的冲压桶10，冲压桶10的下方为模具型腔，型腔用于冲压制备壳体，型腔表面设有板材，冲压桶10的内腔中设有通过绳索相连接的上压板1和下压板2，上压板1和下压板2能够在冲压桶10内进行往复滑移；上压板1上设有通孔3，上压板1的下表面处设有若干顶柱4，顶柱4的自由端端面平齐；下压板2的上表面设有容池5，容池5内装有非牛顿流体，下压板2下表面连接冲压头6，下压板2的下表面设置至少两组泵机；当冲压头6接触板材时，通过向容池5中泵入或者泵出物料改变非牛顿流体的组分配比，从而调整冲压头6的力度，使得板材能够在不发生断裂的情况下快速成型。

需要说明的是，冲压桶10的横截面形状图示为圆形，也可以为方形，原本以基础图形为主，主要为减少整体模组加工过程中的零件摩擦。为上压板1提供动力的组件未图示。型腔和型腔表面的板材未图示，其中型腔的形状可参考冲压头6的形状，板材并无具体的结构要求。冲压桶10中的上压板1和下压板2本文中仅考虑垂直方向上的滑移冲压，倾斜或者角度变动下的冲压，还需要对容池5进行进一步的限定。下压板2下表面连接的冲压头6负责接触样板板材，并对其冲压，板材位于模具型腔上，板材默认为方形板，具有一定的脆性，易碎，所以冲压的过程中需要充分的确保其冲压的力度。

图1中的冲压模组整体的冲压桶10位于模具型腔的正上方，冲压桶10的侧壁被套环固定并进行支撑，冲压桶10内的上压板由其顶部的驱动机构(形状与冲床结构相近似)提供动力从而能够在冲压桶10内进行往复上下移动。图中的顶部驱动装置以及套环等均连接至支撑板，可根据实际的设备类型对支撑板进行替换。同时利用连接支撑板的杆体可以进行对冲压模组上的电力或者非牛顿流体的输送。模组下方设有模具型腔，模具的边缘周向设有限位夹，在脆性板材置于模具型腔表面时，通过限位夹对板材进行固定，并在板材被逐渐冲压型变得过程中，板材由于限位夹的卡阻，整体的移动幅度不会过于明显，则板材能够相对稳定被冲压形变。

上压板1和下压板2均位于冲压桶10内，上压板1上表面连接的传动杆和下压板2下表面连接的杆体可部分伸出冲压桶10，上压板1和下压板2在冲压桶10内移动的范围有限，通过在上压板1和下压板2的侧壁边缘与冲压桶10的内腔侧壁上设置相应的滑槽和凸块，从而限定上压板1和下压板2的移动范围，上压板1和下压板2的边缘周向设有绳索，当上压板1在外部驱动机构的提升下向上移动时，上压板1会通过绳索将下压板2上提，且下压板2在滑槽的边缘处设有缓冲垫等弹性组件，使得下压板2与活动范围的最底部还有一段距离，此时上压板1进行下压，从而对下压板2造成冲击，依次重复该过程从而形成本模组的冲压。上压板1、下压板2以及部分组件均尽量与冲压桶10同轴设置，能够与减少移动过程中的相互摩擦。

图2示出了冲压桶10内腔的上压板1和下压板2的结构示意图，如图2所示，上压板1上设有通孔3，上压板1的下表面设有顶柱4，顶柱4的自由端端面平齐，下压板2的上表面设有容池5，容池5内装有非牛顿流体，下压板2下表面连接冲压头6，下压板2的下表面设有至少两组泵机，此处的泵机并不一定固定在下压板2上，可仅由输送管连接。

冲压头6处的结构与模具型腔的结构如图5所示，冲压头下方正对板材，板材覆盖在模具型腔的正上方，模具的边缘处设有限位夹，用于在板材受到冲压时，板材发生明显的位移，致使原本已经被冲压过的区域进入其他型腔区域被再次冲压，则此时的板材有较大概率成为次品被直接处理掉。冲压头底部端面设置的凸块形状与模具型腔的形状相对吻合匹配。

上压板1在驱动机构的带动下进行下压的过程中，自由端端面平齐的顶柱4接触到容池5内的非牛顿流体，由于冲击的速度较快，非牛顿流体的“硬度”上升，从而能够对上压板1提供的冲压力进行一定程度上的刚性缓冲。容池5处的冲量，即动量增量ΔP＝Ft，其中F为由驱动机构带动下进行急速下落上压板1形成的瞬时压力，t为上压板1作用的具体时长，初始状态下容池5中的非牛顿流体，即尚未进行其余浓度的非牛顿流体的引入情况下，有如下参数：

接触时长t(s)	容池5形变程度L(％)
		0.1-0.2	1-5
0.2-0.4	6-15
		0.4-0.6	15-35
>0.6	>40

由于顶柱4的自由端端面相对齐平，所有端面的面积S_D＝S_d*N，其中S_d为单个顶柱4端面的表面积，N为顶柱4的个数。即接触的时长越长容池5形变程度越大，则对应冲压的力度的缓冲越小，即可以通过调节驱动机构的运行功率和冲压速度来控制相应的顶柱与非牛顿流体的接触时长。容池5中的非牛顿流体的量和浓度是通过下压板2下表面外接的泵机进行调节，至少有一组泵机负责泵出，另外负责泵入，由于非牛顿流体需要一定的搅拌时间，所以对于泵出或者泵入的过程相对缓慢。本发明的一个较佳实施例中，泵机共设有三组，一组用于泵出非牛顿流体，另外两组用于泵入非牛顿流体，其中一个泵入的非牛顿流体的浓度大于容池5内的非牛顿流体浓度，另一个泵入的非牛顿流体的浓度小于容池5内的非牛顿流体浓度，浓度的调节是个相对缓慢且幅度变化较小调节，可用于微调。本发明中提及的非牛顿流体为玉米淀粉和水的混合，非牛顿流体，是指不满足牛顿黏性实验定律的流体，即其剪应力与剪切应变率之间不是线性关系的流体。非牛顿流体广泛存在于生活、生产和大自然之中。绝大多数生物流体都属于现在所定义的非牛顿流体。人身上血液、淋巴液、囊液等多种体液，以及像细胞质那样的“半流体”都属于非牛顿流体。

文中所提及的非牛顿流体的浓度为玉米淀粉占水和玉米淀粉总物质的量的百分比。虽然玉米淀粉和水为其原料，但并不适合直接注入，待其经过冲压的过程中，需要进行反复的杂糅方能够进行相应的浓度调节，并使得整体的浓度变得均一，显然直接冲入玉米淀粉或者水并不合适，因而直接注入浓度不同的非牛顿流体，组分相同，但组分的比例存在一定的差异，由外部混合后再泵入，减少容池5内的非牛顿流体的浓度变化时间，提高冲压时的工作效率。在容池5中的非牛顿流体受到来自上压板1上的顶柱4撞击后，其撞击的速度越快，撞击的接触面积越小，则形成的缓冲程度越小，则冲压头6以及型腔、板材等受到的冲击力的力度越大。

当冲压头6接触板材时，通过向容池5中泵入或者泵出物料改变非牛顿流体的组分配比，从而调整冲压头6的力度，使得板材能够在不发生断裂的情况下快速成型。需要说明的是，每个顶柱4均由中部的顶杆7和顶杆7外围的若干个伸缩桶8组成，此处的伸缩桶8的数量为两圈。通过调整顶杆7或者每圈伸缩桶8的伸缩状态来调整顶柱4自由端端面上的与非牛顿流体的接触面大小。

需要说明的是，此处的面积调节主要利用套板9，套板9本身可以与上压板1完全贴合，套板9上对应上压板1上的通孔3位置也设有同等数量和直径的通孔3，通孔3用于保证上压板1和下压板2之间的空间处于非密封的状态。每个顶杆的尺寸相同，所有顶杆的自由端端部的面积为S1，所有顶杆外第一圈伸缩桶8的自由端端面的面积为S2，所有顶杆外的第二圈(即第一圈的外侧)伸缩桶8的自由端端面的面积为S3，第一圈伸缩桶8均固定在最接近上压板1下表面的第一块套板9上，第二圈伸缩桶8均固定在距离上压板1下表面的第二块(仅次于第一块)套板9上。两块套板9相互贴合，套板9间设有容囊(容囊也可嵌设于套板9表面)，随着容囊内混入的非牛顿流体的量越多，各套板9间的距离、套板9与上压板1间的距离会增大。在此做以下设置，即当容囊内非牛顿流体的注入孔的封堵畅通时，容囊中几乎没有非牛顿流体时，确保杆体、第一圈伸缩桶8、第二圈伸缩桶8三者自由端端面平齐，即此时的顶杆的自由端端面面积S1+S2+S3，此时的端面面积最大，在同等功率驱动下的形成的冲压力，传导至冲压头6处的冲击力度则最小。当向不同的套板9上容囊中冲入不同量的非牛顿流体时，则会导致各伸缩桶8发生升降，从而端面面积开始减小，传导至冲压头6处的冲击力度逐渐增大。

可通过调节不同套板9上的容囊的非牛顿流体存量，从而使得顶柱4自由端端面的面积发生变化。容囊的注入孔默认为单向阀，需开启相应的通路方能够排出容囊内的非牛顿流体。整个装置中的非牛顿流体只要内部的不发生理化性质的剧烈变化，可通过注水后重新调整其浓度。可以理解的是，为了确保内部的上压板1和下压板2的运作顺利进行，需要对内部进行可视化处理，即冲压桶10的侧壁呈透明状，顶柱4上设有刻度(未图示)，方便从冲压桶10外围观察内部的形变情况。当非牛顿流体混合不均匀或者未混合至能够承受相应的冲击时，则容池5中的流体可能会飞溅至冲压桶10侧壁上，从而导致外界对内部的容池5的错误估算，所以在容池5内可铺设若干纱网，相邻的纱网间隔式排布，可以是垂直方向上的平行分布，即每层纱网的附着或者阻碍作用，会使得容池5内的非牛顿流体不易大量的溅出，起到了缓冲和对“固定”非牛顿流体的作用。锁住绝大部分的非牛顿流体。需要注意的是，冲压桶10侧壁透明可以确保对容池5中的非牛顿流体的观察，同时掌握侧壁飞溅的非牛顿流体的量，从而反推出非牛顿流体的混合程度，反馈至模组外接泵机内的搅拌装置，确保泵入模组的非牛顿流体的浓度相对均一。

如图3所示，每个套板9均设有与上压板1上位置相对应的通孔3和伸缩桶8，每个套板9可以依次套接在上压板1的下表面上，通过伸缩桶8套接在顶杆上，需要说明的是，第一套板9上表面与上压板1的下表面相连接固定，第一套板9自身的膨胀和伸缩并不使得套板9从上压板1上脱落，其余套板9间作同样设置。本发明中的顶杆和伸缩桶8之间的间隙可忽略，实际上顶杆和伸缩桶8两者的端面距离不超过5cm，即整体的端面面积为瞬时值，在接触一段后，顶杆还是会部分的陷入到非牛顿流体中，如果顶柱4已经部分陷入到非牛顿流体中，则在上压板1上升的过程中可能会由于部分顶柱4陷在非牛顿流体中而减缓冲压模组所需的速度和频率，则在冲压的过程中，在端面在撞击的过程中，可以周期性的调整伸缩桶8的升降，从而加速其从非牛顿流体中的脱离。

需要注意的是，整个装置中对模具型腔的冲击力度影响的顺序为：功率变化>容池5浓度变化>顶柱4端面面积变化。即在整体的调试过程中的较大范围的调可以直接对驱动机构进行输出功率调整，在输出功率的大致范围确定后，再进一步确地调试容池5浓度变化和顶柱4端面面积的变化。板材在固定的同时对板材上或者板材所在区域进行检测，确保对板材发生的断裂的程度进行实时的监控，冲压是一个相对连续的过程，所以采集相应的断裂时的需要多个同规格的样板进行同步测试，在一定时间内进行压板的校验，并逐步确定断裂的准确时间、功率等各项参数，即同一下压板2上可连接多个冲压头6，

本发明所提及的冲压模组的工作方法，包括如下步骤：

(1)取待测样板进行冲压测试，将顶柱4的自由端端面的面积调节至最大，并逐渐缩小其面积，直至确定模组冲压下的样板断裂时的力度的临界值；

(2)将板材置于型腔上加以固定，冲压桶10内注入一定量的非牛顿流体；

(3)初始状态下，使得上压板1以缓慢的速度进行冲压，根据冲压测试中的临界值调整冲压力度；

(4)通过泵机调整容池5内的非牛顿流体的组成配比。

指的注意的是，此处所使用的测试用板材，其脆性与结构强度等与本申请的所要加工的板材相近似。将顶柱4的自由端端面的面积调节至最大，即上述的套板9中的容囊均不通入非牛顿流体，此时确保下压板2的容池5中的非牛顿流体保持初始浓度不变，暂不进行容池5中非牛顿流体的浓度调整。确保在一定功率下，冲压桶10下方的模具型腔上的模板处于部分断裂，部分未断裂的情况，则可以确定在顶柱4的自由端端面面积变化的过程中，模组接近并获得了相应样板断裂时的力度的临界值，经过多次调试，如开始调整容池5内的非牛顿流体的浓度或者调整功率等，收集相应的临界值，获得当前模组各处的参数。完成初步的样板断裂与非断裂时的冲击力度的临界值。

如图4所示，下压板的上表面的容池中的内腔底部设有通路，通路直接连接至下压板下表面挂设的泵机和储液机构，图4中的泵机和储液机构以单个方块表示，默认容池的通路上设有阻件，则在泵机处于非工作状态状态下，容池中的非牛顿流体无法自行流入到泵机内。

冲压测试后，将板材置于型腔上，利用机械臂等加以固定，在冲压桶10中注入与测试阶段同等浓度的非牛顿流体。驱动机构开始逐渐加大功率输出，并根据记录的临界值调整冲压力度，如功率调整、顶柱4的表面积以及容池5内的非牛顿流体的浓度。在上压板1的速度变化或者泵机工作的同时，顶柱4进行部分端面的凹陷或者弹起，虽然功率变化和浓度变化进行的同时，还可以借助顶柱4上的伸缩桶8的升降变化，对容池5内的流体进行一定程度的冲击，促进容池5内的非牛顿流体的匀质化。

本发明主要通过前期压力测试所获得的板材断裂时的冲压力度临界点，从而确定相应的参数，并通过调整驱动机构功率确定初步的运行功率，再通过微调容池5内非牛顿流体或上压板1上的顶柱4的自由端端面的面积来控制上压板1撞击非牛顿流体的缓冲程度，相较于常规的减震缓冲组件，本发明冲压模组能够通过设置填充非牛顿流体，来时效性的针对冲压力度进行调整，确保脆性板材能够顺利被加工，同时减少设备的内部磨损。

以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。