箔板锥形件变压边力拉深-冲裁复合成形装置及方法

摘要

箔板锥形件变压边力拉深-冲裁复合成形装置及方法，它涉及一种箔板锥形件精密微冲压成形装置及方法，以解决现有箔板锥形壳体零件采用电镀方法，存在工艺稳定性不足、容易污染环境及材料种类受限制的问题。装置：上模与下模上下设置，上凹模与下凸模上、下正对设置，下凸模上端的下凸模圆锥面与上凹模上的第二锥孔段的圆锥面相吻合，下凸模上端的环形下法兰边与上凹模上的环形上法兰边相吻合，环形下法兰边和环形上法兰边的长度为30微米，导柱设置在上模导套、下模导套和下导柱孔中。方法：一、无压边拉深；二、有压边拉深及校形；三、中心微孔冲裁；四、落料锥形件底部外圆；五、脱模，即得到箔板锥形件。本发明用于箔板锥形壳体零件成形。

说明书

技术领域

本发明涉及一种箔板锥形件精密微冲压成形装置及方法，具体涉及一种箔板锥形件变 压边力拉深-冲裁复合成形装置及方法。

背景技术

箔板锥形(板厚小于50微米)壳体零件在微电子行业有广泛的应用。然而，由于板 厚小、形状较复杂，制造非常困难。现有的加工箔板壳体零件：首先加工一个胎具，然后 采用电镀工艺将材料镀到胎具上，材料成形后将胎具腐蚀掉，即完成箔板壳体零件成形； 该方法也仅局限于镍合金或纯金材料，该方法不仅存在工艺稳定性不足、加工周期长、成 本高的问题，还容易污染环境，最重要的是电镀制备该类零件的材料种类受到很大的限制， 因而难以广泛应用。

发明内容

本发明为解决现有箔板锥形壳体零件采用电镀方法，存在加工周期长、成本高、工艺 稳定性不足、容易污染环境及材料种类受限制的问题，而提出了一种箔板锥形件变压边力 拉深-冲裁复合成形装置及方法。

本发明的箔板锥形件变压边力拉深-冲裁复合成形装置包括上模、下模、导柱、上限 位体、下限位体、上螺栓和下螺栓，上模包括上凹模、上凹模固定块、上压边圈、上凹模 固定板、上模板、上模座、冲头、第一弹簧和上模导套，上压边圈上沿上下端面设有上凹 模固定块安装孔和导套一孔，上凹模固定块内嵌在上凹模固定块安装孔内，上凹模固定块 上沿上下端面设有上凹模安装孔，上凹模设置在上凹模安装孔中，上凹模沿上下端面设有 冲头孔，冲头孔由上至下依次为第一直孔段、第一锥孔段、第二直孔段和第二锥孔段，第 二直孔段的孔径小于第一直孔段的孔径，第二直孔段孔径小于第二锥孔段的上端面直径， 上凹模的下端面加工有环形上法兰边，上凹模固定板、上模板和上模座由下至上依次设置 在上压边圈的上端面上，上凹模固定板上设有过孔和导套二孔，过孔与冲头孔正对设置， 导套二孔与导套一孔正对设置，导套二孔的直径与导套一孔的直径相等，上模板上设有与 导套二孔正对的上导柱孔，冲头设置在过孔和冲头孔中，第一弹簧设置在上凹模与上凹模 固定板之间，且第一弹簧套装在上凹模上端的凸缘上，上模导套设置在导套一孔和导套二 孔中，下模包括下凸模、下凸模固定块、下压边圈、下凸模固定板、下模座、连接柱和下 模导套，下压边圈上设有下凸模安装孔、下凸模固定块连接孔和导套三孔，下凸模安装孔 与下凸模固定块连接孔沿同一轴线设置且二者相通，下凸模安装孔与上凹模安装孔正对设 置，导套三孔与导套一孔正对设置，下凸模固定板上设有下凸模固定块安装孔和下导柱孔， 下凸模固定块安装孔与下凸模固定块连接孔正对设置，下导柱孔与导套三孔正对设置，下 压边圈、下凸模固定板和下模座由上至下依次设置，下凸模固定块设置在下凸模固定块连 接孔和下凸模固定块安装孔中，下凸模固定块上设有下凸模连接孔和连接柱安装孔，下凸 模连接孔和连接柱安装孔沿同一轴线设置且二者相通，下凸模连接孔与下凸模安装孔正对 设置，下凸模设置在下凸模安装孔和下凸模连接孔中，下凸模上设有与第二直孔段正对的 落料孔，下凸模的上端设有下凸模圆锥面和环形下法兰边，下凸模圆锥面与第二锥孔段的 圆锥面相吻合，环形下法兰边与环形上法兰边相吻合，环形下法兰边和环形上法兰边的长 度为30微米，连接柱设置在连接柱安装孔中，下模导套设置在导套三孔中，上模与下模 上下设置，导柱设置在上模导套、下模导套和下导柱孔中，上限位体和下限位体上下设 置在上模座与下模座之间，上螺栓穿过限位体与上模座螺纹连接，下螺栓穿过下限位体与 下模座螺纹连接。

本发明的箔板锥形件变压边力拉深-冲裁复合成形的方法是通过以下步骤实现的：

步骤一、无压边拉深：初始时，下凸模的上端面高出下压边圈的上端面位移量为 0.2mm～0.4mm，箔板放在下凸模的上端面上，上凹模在压力机带动下向下运动，运动速 度为0.1mm/s～50mm/s，上凹模的第二锥孔段首先与箔板接触，箔板在上凹模和下凸模 的作用下进行无压边拉深；

步骤二、有压边拉深及校形：上凹模继续向下运动，运动速度为0.1mm/s～50mm/s， 上压边圈与下压边圈逐渐接触，其压边力从零开始逐渐增大，此时，变为有压边力拉深， 并且压边力是逐渐增大，最大压边力为100N～500N；上凹模与下凸模合模后，零件外轮 廓与第二锥孔段一致，拉深结束，上凹模和下凸模在第一弹簧的作用力下进行校形；

步骤三、中心微孔冲裁：校形后期，上凹模继续向下运动，运动速度为0.1mm/s～ 50mm/s，上冲头开始作用于箔板，并与下凸模的落料孔形成凸、凹模配合，进行锥形件 中心微孔冲裁，孔直径为φ0.3mm～φ0.4mm；该过程中，上凹模和下凸模受第一弹簧作 用，第一弹簧的压力为200N～600N；

步骤四、落料锥形件底部外圆：冲孔结束后，上模座继续向下运动，运动速度为 0.1mm/s～50mm/s，下凸模上端的外轮廓为冲裁刃口，该冲裁刃口与上凹模固定块的上凹 模安装孔边缘刃口形成落料时的凸、凹模配合，开始进行锥形壳体的底部外圆落料工步， 其直径为φ0.6mm～φ0.8mm；

步骤五、脱模：上凹模在压力机带动下返程，返程速度为0.1mm/s～50mm/s，第一弹 簧作用于上凹模将成形箔板锥形件推出，完成脱模工步，即得到箔板锥形件。

本发明与现有方法相比具有以下有益效果：

一、本发明针对箔板壳体零件，设计了无压边拉深-压边拉深-校形-冲孔-落料复合成 形模具及工艺。通过无压边-变压边工艺设计，利于提高箔板的拉深比，降低壁厚减薄， 提高成形件壁厚均匀性。同时，能够满足不同成形性能箔板成形需要。并且，将校形和冲 孔复合在一起，在提供冲孔压边力的同时完成校形。最后，进行微小法兰边(法兰边仅有 30微米)的落料。整个成形过程在一套模具装置内完成，不仅提高了工作效率，而且能 够保证成形精度，避免了污染环境的现象发生，更重要的是本发明对任何金属材料均能成 形。

二、现有箔板锥形壳体零件没有法兰边，由于该零件是锥形的，落料时难以保证成形 精度，现设计很小的法兰边以保证落料成形精度和断面质量。

三、利用的装置无须二次定位。

四、本发明的工作效率相比电镀方法提高了三倍以上。

附图说明

图1是箔板锥形件变压边力拉深-冲裁复合成形装置的整体结构主剖视图；

图2是上凹模1、上凹模固定块2、上压边圈3、上凹模固定板4、冲头7和第一弹簧 8的位置关系主剖视图；

图3是上凹模固定块2的主剖视图；

图4是上凹模1的主剖视图；

图5是下模的主剖视图；

图6是下压边圈13的主剖视图；

图7是下凸模固定板14的主剖视图；

图8是下凸模11的主剖视图；

图9是下凸模固定块12的主剖视图；

图10是图4的I局部放大图；

图11是图8的Ⅱ局部放大图；

图12是具体实施方式五中步骤一无压边拉深初始时，下凸模11与下压边圈13的位 置示意图；

图13是具体实施方式五中步骤一上凹模1与下凸模11共同作用下进行无压边拉深的 示意图；

图14是具体实施方式五中步骤二有压边拉深的示意图；

图15是具体实施方式五中步骤三和步骤四冲孔和落料的示意图；

图16是具体实施方式五中步骤五脱模后得到箔板锥形件20的示意图；

图17是图16的Ⅲ局部放大图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图11说明本实施方式，本实施方式包括上模、下模、 导柱A、上限位体B、下限位体C、上螺栓D和下螺栓E，上模包括上凹模1、上凹模固 定块2、上压边圈3、上凹模固定板4、上模板5、上模座6、冲头7、第一弹簧8和上模 导套9，上压边圈3上沿上下端面设有上凹模固定块安装孔3-1和导套一孔3-2，上凹模 固定块2内嵌在上凹模固定块安装孔3-1内，上凹模固定块2上沿上下端面设有上凹模安 装孔2-1，见图3，上凹模1设置在上凹模安装孔2-1中，上凹模1沿上下端面设有冲头 孔1-1，见图4，冲头孔1-1由上至下依次为第一直孔段1-1-1、第一锥孔段1-1-2、第二直 孔段1-1-3和第二锥孔段1-1-4，第二直孔段1-1-3的孔径小于第一直孔段1-1-1的孔径， 第二直孔段1-1-3的孔径小于第二锥孔段1-1-4的上端面直径，上凹模1的下端面加工有 环形上法兰边1-2，见图5，上凹模固定板4、上模板5和上模座6由下至上依次设置在 上压边圈3的上端面上，上凹模固定板4上设有过孔4-1和导套二孔4-2，见图2，过孔 4-1与冲头孔1-1正对设置，导套二孔4-2与导套一孔3-2正对设置，导套二孔4-2的直径 与导套一孔3-2的直径相等，上模板5上设有与导套二孔4-2正对的上导柱孔5-1，冲头7 设置在过孔4-1和冲头孔1-1中，第一弹簧8设置在上凹模1与上凹模固定板4之间，且 第一弹簧8套装在上凹模1上端的凸缘上，见图2，上模导套9设置在导套一孔3-2和导 套二孔4-2中，下模包括下凸模11、下凸模固定块12、下压边圈13、下凸模固定板14、 下模座15、连接柱16和下模导套17，下压边圈13上设有下凸模安装孔13-1、下凸模固 定块连接孔13-2和导套三孔13-3，下凸模安装孔13-1与下凸模固定块连接孔13-2沿同 一轴线设置且二者相通，下凸模安装孔13-1与上凹模安装孔2-1正对设置，导套三孔13-3 与导套一孔3-2正对设置，下凸模固定板14上设有下凸模固定块安装孔14-1和下导柱孔 14-2，下凸模固定块安装孔14-1与下凸模固定块连接孔13-2正对设置，下导柱孔14-2与 导套三孔13-3正对设置，下压边圈13、下凸模固定板14和下模座15由上至下依次设置， 下凸模固定块12设置在下凸模固定块连接孔13-2和下凸模固定块安装孔14-1中，下凸 模固定块12上设有下凸模连接孔12-1和连接柱安装孔12-2，下凸模连接孔12-1和连接 柱安装孔12-2沿同一轴线设置且二者相通，下凸模连接孔12-1与下凸模安装孔13-1正对 设置，下凸模11设置在下凸模安装孔13-1和下凸模连接孔12-1中，下凸模11上设有与 第二直孔段1-1-3正对的落料孔11-1，下凸模11的上端设有下凸模圆锥面11-2和环形下 法兰边11-3，下凸模圆锥面11-2与第二锥孔段1-1-4的圆锥面相吻合，环形下法兰边11-3 与环形上法兰边1-2相吻合，环形下法兰边11-3和环形上法兰边1-2的长度w为30微米， 连接柱16设置在连接柱安装孔12-2中，下模导套17设置在导套三孔13-3中，上模与下 模上下设置，导柱A设置在上模导套9、下模导套17和下导柱孔14-2中，上限位体B 和下限位体C上下设置在上模座6与下模座15之间，上螺栓D穿过限位体B与上模座6 螺纹连接，下螺栓E穿过下限位体C与下模座15螺纹连接。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同的是 它还增加有数个滚珠F，数个滚珠F设置在导柱A与上模导套9之间。滚珠E起到支撑 作用。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一或二不同 的是它还增加有第二弹簧18，下压边圈13的下端面设有盲孔13-4，下凸模固定板14上 设有与盲孔13-4正对的第二弹簧安装孔14-3，第二弹簧18安装在盲孔13-4和第二弹簧 安装孔14-3中。第二弹簧18在拉深成形的后期，起到为压边提供力，此外，在落料中为 压边提供力。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式三不同的是 它还增加有支撑套19，下模座15的上端面设有支撑套安装孔15-1，支撑套19内嵌在支 撑套安装孔15-1中。支撑套19给连接柱16提供支撑。其它组成及连接关系与具体实施 方式三相同。

具体实施方式五：结合图12～图17说明本实施方式，本实施方式是通过以下步骤实 现的：

步骤一、无压边拉深：初始时，下凸模11的上端面高出下压边圈13的上端面位移量 t为0.2mm～0.4mm，箔板10放在下凸模11的上端面上，见图12，上凹模1在压力机带 动下向下运动，运动速度为0.1mm/s～50mm/s，上凹模1的第二锥孔段1-1-4首先与箔板 10接触，箔板10在上凹模1和下凸模11的作用下(即在没有上压边圈3和下压边圈13 作用)进行无压边拉深，见图13，无压边拉深为提高拉深比和成形件板厚均匀性；

步骤二、有压边拉深及校形：上凹模1继续向下运动，运动速度为0.1mm/s～50mm/s， 上压边圈3与下压边圈13逐渐接触，其压边力从零开始逐渐增大，此时，变为有压边力 拉深，见图14，并且压边力是逐渐增大，最大压边力为100N～500N；上凹模1与下凸模 11合模后，零件外轮廓与第二锥孔段1-1-4一致，拉深结束，上凹模1和下凸模11在第 一弹簧8的作用力下进行校形，以提高成形件形状精度；

步骤三、中心微孔冲裁：校形后期，上凹模1继续向下运动，运动速度为0.1mm/s～ 50mm/s，上冲头7开始作用于箔板10，并与下凸模11的落料孔11-1形成凸、凹模配合， 进行锥形件中心微孔冲裁，见图15，孔直径为φ0.3mm～φ0.4mm；该过程中，上凹模1 和下凸模11受第一弹簧8作用，第一弹簧8的压力为200N～600N，上凹模1和下凸模 11在进行校形的同时还起到为冲孔提供压边的作用；

步骤四、落料锥形件20底部外圆：冲孔结束后，上模座6继续向下运动，运动速度 为0.1mm/s～50mm/s，下凸模11上端的外轮廓为冲裁刃口，该冲裁刃口与上凹模固定块 2的上凹模安装孔2-1边缘刃口形成落料时的凸、凹模配合，开始进行锥形壳体的底部外 圆落料工步(即落料锥形件法兰边)，其直径为φ0.6mm～φ0.8mm，见图15；

步骤五、脱模：上凹模1在压力机带动下返程，返程速度为0.1mm/s～50mm/s，第一 弹簧8作用于上凹模1将成形箔板锥形件15推出，完成脱模工步，即得到箔板锥形件20， 见图16。

具体实施方式六：结合图12说明本实施方式，本实施方式是步骤一中下凸模11的上 端面高出下压边圈13的上端面位移量t为0.3mm，上凹模1向下运动速度为10mm/s～ 20mm/s。其它步骤与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图14说明本实施方式，本实施方式是步骤二中上凹模1向下 运动速度为10mm/s～20mm/s，上压边圈3与下压边圈13的最大压边力为200N～300N。 其它步骤与具体实施方式五或六相同。

具体实施方式八：结合图15说明本实施方式，本实施方式是步骤三中上凹模1向下 运动速度为10mm/s～20mm/s，第一弹簧8的压力为300N～500N。其它步骤与具体实施 方式五相同。

具体实施方式九：结合图15说明本实施方式，本实施方式是步骤四中上模座6向下 运动速度为10mm/s～20mm/s，锥形壳体的底部外圆直径为φ0.7mm。其它步骤与具体实 施方式五相同。

具体实施方式十：结合图16说明本实施方式，本实施方式是步骤五中上凹模1的返 程速度为20mm/s～30mm/s。其它步骤与具体实施方式五相同。