一种换向器片高速冲裁工艺及装置

技术领域

本发明涉及换向器片加工领域，尤其是指一种换向器片高速冲裁工艺及装置。

背景技术

换向器广泛应用于电动工具中，换向器的关键零件是换向器片，换向片器最常见的成型方法是通过对铜带进行冲裁然后形成。如图1所示，大部分型号的换向器片不仅具有燕尾槽101，还需要在两侧加工梯形槽102，但现有的冲裁机构一次只能冲裁一个方向，其需先将连续铜条1a冲裁出燕尾槽101，然后在出料时切断成单个的铜片，之后则需要将铜片一个个放入另一台设备，冲裁出两侧的梯形槽102，如此依靠两台设备依次工作才能形成换向器片。

上述的加工方式将冲裁拆分为两次加工，由于二次冲裁时元件需要重新定位，而一次冲裁的进料是连续的铜条，因此二次冲裁的效率会低于一次冲裁，导致整体效率低下，而且重新定位也容易造成误差积累，影响产品精度。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明目的在于提供一种换向器片高速冲裁工艺及装置，可以一次性将铜条冲裁为换向器片，具有效率高、改造成本低的优点。为实现上述之目的，本发明采取如下技术方案：

(二)技术方案

一种换向器片高速冲裁装置，包括冲裁机本体，所述冲裁机本体的升降臂底部固定有压板，所述压板正下方设有工作平台，所述工作平台上设有固定座、纵向冲裁模和横向冲裁模，其中：

所述固定座上设有转块和滑动块，所述转块呈L型并可转动式设置在所述固定座一侧的顶部，所述滑动块滑动设置在所述固定座的滑槽内，并且滑动块和滑槽内壁之间设有弹簧；所述转块转动时，其一端抵靠并推动滑动块水平滑动；

所述纵向冲裁模用于冲裁燕尾槽，其从上到下依次包括纵向移动块、纵向上模、纵向下模，所述纵向移动块固定在所述压板底部，且所述纵向移动块底部设有纵向凸模，所述纵向下模内设有纵向凹模，所述纵向上模和纵向凹模均贯穿设有与所述纵向凸模相适配的纵向模孔，纵向下模和纵向凹模的顶部及纵向上模的底部均设有定位槽；

所述横向冲裁模用于冲裁梯形槽，其依次包括横向移动块、横向上模和横向下模，所述横向移动块一侧与所述滑动块相连、另一侧设有横向凸模和裁断刀，所述横向下模靠近所述横向上模的一侧设有横向凹模，所述横向上模、横向下模、横向凹模上均设有与所述横向凸模相适配的横向模孔，所述横向上模上设有与所述裁断刀相适配的裁断孔；所述裁断刀内侧与所述横向下模外侧向平齐，二者配合形成切口，所示横向下模、横向凹模及横向上模的相对侧均同样设有定位槽。

进一步，还包括出油机构，所述出油机构固定在所述工作平台上，其通过出气管与一气囊相连，所述气囊位于储油箱内，气囊膨胀后将储油箱内的油挤出并通过油管传输至若干滴油嘴，若干所述滴油嘴固定在所述压板底部并且位于所述纵向冲裁模和横向冲裁模的正上方。

进一步，所述纵向移动块上且位于滴油嘴正下方位置贯穿设有漏油孔，所述纵向上模顶部在所述纵向模孔外周设有集油槽，所述漏油孔的投影位于所述集油槽内；所述横向上模顶部且位于滴油嘴正下方位置设有漏油槽、侧面设有若干油道，所述油道将所述漏油槽与所述横向模孔、裁断孔相连通。

进一步，所述出油机构包括外壳，所述外壳顶部活动设有压柱、内部设有活塞筒，所述活塞筒顶部活动设有活塞柱；所述压柱贯穿至所述外壳内并套设有弹簧，所述压柱底端和活塞柱顶端通过二者之间的单向变速机构实现传动；所述活塞柱贯穿至所述活塞筒内并与活塞相连，且所述活塞柱与活塞筒内壁之间设有止回机构；所述活塞底部和活塞筒内底之间设有弹簧，所述活塞筒两侧分别设有进气管和出气管，所述进气管和出气管贯穿出所述外壳。

进一步，所述单向变速机构包括第一齿轮、转轴、第二齿轮、第三齿轮和不完全齿轮，所述第一齿轮可转动式套设在所述转轴上并且其内侧设有棘轮，所述转轴端部设有棘爪，所述棘轮和棘爪相配合实现转轴的单向旋转；所述第二齿轮固定在所述转轴端部并且直径小于所述第一齿轮，所述第三齿轮直径大于所述第二齿轮并与其相啮合，所述不完全齿轮直径小于所述第三齿轮并与其同轴固定；所述压柱底端和活塞柱顶端的相对侧均设有齿条，二者通过齿条分别和所述第一齿轮和不完全齿轮相啮合。

进一步，所述止回机构包括固定块和止回斜块，所述固定块固定在所述外壳内壁上，所述止回斜块滑动设于所述固定块内并套设有弹簧，所述止回斜块外端为斜面且斜面朝上，所述活塞柱外壁设有若干第一斜齿，所述第一斜齿的斜面与所述止回斜块的斜面相平行。

进一步，所述止回斜块外壁和所述固定块内壁均设有限位槽，所述止回斜块上的限位槽内活动设有限位块；所述活塞柱外壁在若干所述第一斜齿的上方设有第二斜齿，所述第二斜齿大于所述第一斜齿；所述第二斜齿与所述止回斜块接触并将其压入所述固定块至最内侧时，所述限位块落入所述固定块内壁的限位槽内，此时所述限位块卡住所述止回斜块和固定块之间。

进一步，所述固定块内壁的限位槽底部贯穿设有直径较小的顶孔，所述活塞外顶部设有顶柱，所述顶柱穿过所述顶孔将所述限位块顶起。

进一步，所述出气管、进气管及储油箱的出油口内均设有单向阀，且所述单向阀具有一定的压力阈值。

本发明还提供了一种换向器片高速冲裁工艺，其采用上述任意一种换向器片高速冲裁装置制造，具体包括以下步骤：

1、送料和定位：将连续铜条从送料装置上拉出，并穿过纵向冲裁模上的定位槽；

2、冲裁燕尾槽：启动冲裁机本体，压板下降，使纵向移动块带动纵向凸模下移，使连续铜条一侧冲裁出燕尾槽，形成中间铜条；

3、冲裁梯形槽：上述中间铜条自动进入横向冲裁模的定位槽内，压板下降时使转块转动，转块使滑动块水平滑动，滑动块通过横向移动块带动横向凸模移动，使中间铜条的两侧冲裁出梯形槽；

4、切断：上述横向移动块移动时会带动裁断刀移动，裁断刀和横向下模外侧相配合，将上述中间铜条切断，形成单个的换向器片成品。

(三)有益效果

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言：

1、通过设置纵向冲裁模和横向冲裁模，利用转块将压板的升降转化为滑动块的水平运动，从而同步实现纵向冲裁模和横向冲裁模的运作，一次送料便可完成两个方向的冲裁作业，无需更换冲裁设备，避免二次定位带来的误差和生产效率延误，大大提高生产效率；

2、设有滴油嘴，能够在冲裁作业时对纵向冲裁模和横向冲裁模进行润滑和冷却，有利于降低磨损和提高冲裁速度，相比于传统的无油冲裁，相同条件下可将每分350次的冲裁频率提高至每分550-600次，大大提高了生产效率；

3、通过单向变速机构和止回机构的配合，将压板的高速往复运动转化为活塞的缓慢单向运动，避免气体压缩频率过快而导致气压变化减小，实现了出油机构的持续输出，使滴油嘴持续滴油，无需对现有设备本体进行改造，大大降低了设备改造成本，且出油的启停和速度与冲裁的启停和速度相对应，实现自动匹配，保证润滑和冷却效率；

4、模具可更换，重点磨损部件采用独立模块化设计，后期磨损后无需更换整个模具，降低维护成本，也降低了整体更换带来的调试工作量，有利于提高生产效率。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。

图1是本发明产品工艺步骤示意图；

图2是本发明整体外形示意图；

图3是工作平台上各部件的布置示意图；

图4是纵向冲裁模的爆炸示意图；

图5是纵向下模的外形结构示意图；

图6是横向冲裁模一侧的爆炸示意图；

图7是横向下模的外形结构示意图；

图8是横向冲裁模另一侧的爆炸示意图；

图9是横向上模的放大图；

图10是出油机构未出气时的内部结构示意图；

图11是图10中Ⅰ处的局部放大示意图；

图12是图10中Ⅱ处的局部放大示意图；

图13是出油机构出气后的内部结构示意图；

图14是图10中Ⅲ处的局部放大示意图；

图15是储油箱的内部结构示意图。

附图标号说明：

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具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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装置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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，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，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或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中的具体含义。

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步描述。

请参阅图1-图3所示，一种换向器片高速冲裁装置，包括冲裁机本体2，冲裁机本体2的升降臂底部固定有压板3，压板3正下方设有工作平台4，工作平台4上设有固定座5、纵向冲裁模6和横向冲裁模7，其中：

固定座5上设有转块8和滑动块9，转块8呈L型并可转动式设置在固定座5一侧的顶部，滑动块9滑动设置在固定座5的滑槽内，并且滑动块9和滑槽内壁之间设有弹簧；压板3在升降臂的作用下下降，当其与转块8顶部接触时，转块8会发生转动，其另一端抵靠并推动滑动块9水平滑动；当压板3上升时，滑动块9在弹簧的作用下往回滑动并使转块8回转，以此循环，实现滑动块9的往复移动；

纵向冲裁模6用于冲裁燕尾槽101，如图4和图5，其从上到下依次包括纵向移动块61、纵向上模62、纵向下模63，纵向移动块61固定在压板3底部，且纵向移动块61底部设有纵向凸模65，纵向下模63内设有纵向凹模66，纵向上模62和纵向凹模66均贯穿设有与纵向凸模65相适配的纵向模孔67，纵向下模63和纵向凹模66的顶部及纵向上模62的底部均设有定位槽10；压板3向下移动时，带动纵向移动块61下移，进而纵向移动块61底部的纵向凸模65穿过纵向模孔67，将定位槽10内的连续铜条1a冲裁出燕尾槽101，形成中间铜条1b；这个过程中，纵向上模62上的纵向模孔67对纵向凸模65起到导向定位作用，使其轨迹固定，而纵向凹模66上的纵向模孔67则与纵向凸模65相配合，形成切口，将燕尾槽101对应部分铜料冲裁去；

横向冲裁模7用于冲裁梯形槽102，如图6-图9所示，其依次包括横向移动块71、横向上模72和横向下模73，横向移动块71一侧与滑动块9相连、另一侧设有横向凸模74和裁断刀75，横向下模73靠近横向上模72的一侧设有横向凹模76，横向上模72、横向下模73、横向凹模76上均设有与横向凸模74相适配的横向模孔77，横向上模72上设有与裁断刀75相适配的裁断孔722；裁断刀75内侧与横向下模73外侧相平齐，二者配合形成切口；横向下模73、横向凹模76及横向上模72的相对侧均同样设有定位槽10；滑动块9滑动时会带动横向移动块71移动，从而使横向移动块71一侧的横向凸模74和裁断刀75分别穿过横向模孔77和裁断孔722，以此在将中间铜条1b两侧冲压出梯形槽102后将其切断，直接形成换向器片1c成品。

本方案中，纵向凹模66和横向凹模76的设置有利于增加模具的整体使用寿命，由于上述两个部件是磨损的发生处，因此磨损后只需将纵向凹模66或横向凹模76进行更换即可，模具其他部件无需更换，提高使用寿命；同样的，横向上模72上嵌设有上模块721，横向模孔77开设在该上模块721上，以便于后期更换；进一步地，由于燕尾槽101只在铜条的一侧进行冲裁，如图5，可令纵向凹模66上对称设置两个定位槽10，并使其上的纵向模孔67对称设置，如此可在纵向凹模66一侧磨损后，将其调转180°后使用，进一步提高纵向凹模66的使用寿命，降低维护周期，提高生产效率。

值得一提的是，由于横向冲裁模7为横向设置，横向下模73的外侧并不会有遮挡，因此废料能够直接排出，而纵向冲裁模6需要固定在工作平台4上，因此需要设置相关结构以排出废料；如图4，纵向下模63下方还设有一底座64，底座64顶部设有卸料槽641，该卸料槽641位于纵向模孔67的正下方并呈倾斜设置，从而使废料混着油液顺利排出。

一种换向器片高速冲裁工艺，采用上述换向器片高速冲裁装置制造，具体包括以下步骤：

1、送料和定位：将连续铜条1a从送料装置上拉出，并穿过纵向冲裁模6上的定位槽10；

2、冲裁燕尾槽：启动冲裁机本体2，压板3下降，使纵向移动块61带动纵向凸模65下移，使连续铜条1a一侧冲裁出燕尾槽101，形成中间铜条1b；

3、冲裁梯形槽：上述中间铜条1b自动进入横向冲裁模7的定位槽10内，压板3下降时使转块8转动，转块8使滑动块9水平滑动，滑动块9通过横向移动块71带动横向凸模74移动，使中间铜条1b的两侧冲裁出梯形槽102；

4、切断：上述横向移动块71移动时会带动裁断刀75移动，裁断刀75和横向下模73外侧相配合，将上述中间铜条1b切断，形成单个的换向器片1c成品。

通过上述工艺，可一次性完成换向器片的冲裁，相比于传统的分步式工艺，减少了第二次的送料和定位，大大提高了生产效率，避免了二次误差，提高了产品质量。

如图2和图3所示，上述换向器片高速冲裁装置中还包括有出油机构12，所述出油机构12固定在工作平台4上，其通过出气管129与一气囊131相连，气囊131位于储油箱13内，气囊131膨胀后将储油箱13内的油挤出并通过油管传输至若干滴油嘴11，若干滴油嘴11固定在压板3底部并且位于纵向冲裁模6和横向冲裁模7的正上方；通过滴油嘴11将润滑冷却用油滴落在纵向冲裁模6和横向冲裁模7上，减小纵向冲裁模6和横向冲裁模7快速运动时的摩擦和发热，从而有利于提高运行频率和使用寿命。

上述结构中，为使油顺利流至冲裁模内部，如图4，所述纵向移动块61上且位于滴油嘴11正下方位置贯穿设有漏油孔611，纵向上模62顶部在纵向模孔67外周设有集油槽621，漏油孔611的投影位于集油槽621内；从而使油从滴油嘴11中滴落时能够通过漏油孔611滴落在集油槽621内，进而流入纵向模孔67，实现纵向冲裁模6的润滑和冷却。

同样的，如图8和图9，横向上模72顶部且位于滴油嘴11正下方位置设有漏油槽723、侧面设有若干油道724，所述油道724将漏油槽723与横向模孔77、裁断孔722相连通，从而实现横向冲裁模7的润滑和冷却；该方案中，漏油槽723底部呈梳齿状并倾斜设置，梳齿状可利用油的表面张力使油扩散至整个漏油槽723的底部，倾斜设置可使油顺利流入油道724中。

如图10-图14，出油机构12包括外壳121，外壳121顶部活动设有压柱122、内部设有活塞筒123，活塞筒123顶部活动设有活塞柱124；压柱122贯穿至外壳121内并套设有弹簧，压柱122底端和活塞柱124顶端通过二者之间的单向变速机构126实现传动；活塞柱124贯穿至活塞筒123内并与活塞125相连，且活塞柱124与活塞筒123内壁之间设有止回机构127；活塞125底部和活塞筒123内底之间设有弹簧，活塞筒123两侧分别设有进气管128和出气管129，进气管128和出气管129贯穿出外壳121；当然，出气管129、进气管128及储油箱13的出油口内均设有单向阀，且单向阀具有一定的压力阈值，避免空气或油在无压情况下泄漏。

由于出油机构12固定在工作平台4上，因此当压板3向下移动时会带动压柱122下移，压柱122下移时通过单向变速机构126使活塞柱124向下移动，进而推动活塞125下移，从而将活塞筒123内的空气通过出气管129挤入气囊131中，实现出油。

上述结构中，所述单向变速机构126的作用是将压板3的高速往复移动转变为活塞的慢速单向运动，单向运动可保证气囊131能够持续膨胀，实现出油，而慢速运动可避免气压变化过快而气囊131来不及变化；为了实现上述目的，如图10和图11，单向变速机构126包括第一齿轮1261、转轴1263、第二齿轮1265、第三齿轮1266和不完全齿轮1267，第一齿轮1261可转动式套设在转轴1263上并且其内侧设有棘轮1262，转轴1263端部设有棘爪1264，棘轮1262和棘爪1264相配合实现转轴1263的单向旋转；第二齿轮1265固定在转轴1263端部并且直径小于第一齿轮1261，第三齿轮1266直径大于第二齿轮1265并与其相啮合，不完全齿轮1267直径小于第三齿轮1266并与其同轴固定；所述压柱122底端和活塞柱124顶端的相对侧均设有齿条，二者通过齿条分别和第一齿轮1261和不完全齿轮1267相啮合；所述止回机构127包括固定块1271和止回斜块1272，所述固定块1271固定在外壳121内壁上，止回斜块1272滑动设于固定块1271内并套设有弹簧，止回斜块1272外端为斜面且斜面朝上，活塞柱124外壁设有若干第一斜齿1241，第一斜齿1241的斜面与止回斜块1272的斜面相平行。

上述结构的运行原理是：压柱122在压板3的作用下下移时，会使其上套设的弹簧拉伸，并通过其一侧的齿条带动第一齿轮1261逆时针转动，此时棘爪1264顶在棘轮1262内壁，因此第一齿轮1261会带动转轴1263逆时针转动，进而带动转轴1263上的第二齿轮1265逆时针转动，第二齿轮1265与第三齿轮1266啮合并带动其顺时针转动，第三齿轮1266带动与其同轴的不完全齿轮1267顺时针转动，不完全齿轮1267顺时针转动便会带动活塞柱124下移，从而使活塞125向下挤压活塞筒123内的空气，将空气挤入气囊131，使其膨胀，挤出储油箱13内的油；当压板3上移时，压柱122上的弹簧回弹，使压柱122上移，压柱122通过齿条带动第一齿轮1261顺时针转动，而由于此时棘爪1264不再对棘轮1262造成阻挡，因此转轴1263并不会随着第一齿轮1261转动，同时活塞柱124下移时其外壁的第一斜齿1241会不断挤压止回斜块1272，实现止回，从而活塞125不会上升，实现单向运动；而各齿轮的比例实现了减速功能，通过以上结构，使活塞125在冲裁时自动缓慢向下移动挤压空气。

可以理解的是，上述方案中，由于活塞柱124的长度有限，因此需要使其回弹后再次下移推动活塞125，从而持续出油。具体的，参照图10-14，着重参照图14，止回斜块1272外壁和固定块1271内壁均设有限位槽1274，止回斜块1272上的限位槽1274内活动设有限位块1273；活塞柱124外壁在若干第一斜齿1241的上方设有第二斜齿1242，第二斜齿1242大于第一斜齿1241；当活塞柱124移动至最底部时，第二斜齿1242与止回斜块1272接触并将其压入固定块1271至最内侧，此时止回斜块1272外壁的限位槽1274和固定块1271内壁的限位槽1274重叠，限位块1273落入固定块1271内壁的限位槽1274内并卡在止回斜块1272和固定块1271之间，实现止回斜块1272的固定，避免止回斜块1272对活塞柱124向上回弹造成阻挡；随后活塞125底部的弹簧回弹，使活塞125上移，并且此时不完全齿轮1267的空缺处正好位于活塞柱124一侧(可通过各齿轮比例、齿条长度进行控制，从而实现不完全齿轮1267的旋转周期与止回斜块1272的运动周期相同)，不对活塞柱124上移造成阻挡，从而实现活塞125的复位，使活塞筒123能够持续出气。

需要说明的是，上述方案中，为使止回斜块1272在活塞125复位后再次具有止回作用，需将限位块1273顶回至止回斜块1272外壁的限位槽1274内，具体方案如图12和图14，固定块1271内壁的限位槽1274底部贯穿设有直径较小的顶孔1275，活塞125外顶部设有顶柱1251，当活塞125向上复位时，顶柱1251便会穿过顶孔1275将限位块1273顶起，使其重新进入止回斜块1272外壁的限位槽1274内，不再卡在止回斜块1272和固定块1271之间，从而使止回斜块1272上的弹簧将其顶出，重新具备止回功能。

值得一提的是，若要使限位块1273不再卡在止回斜块1272和固定块1271之间，则需要使顶柱1251将限位块1273完全顶起，但又不能使顶柱1251伸入至止回斜块1272外壁的限位槽1274内，一般情况下只能精确控制顶柱1251的长度和活塞125与固定块1271之间的距离；本方案中，可令限位块1273的底部和顶柱1251顶部具有相同的磁性，如此一来，当顶柱1251接近限位块1273时，磁力使二者相斥，限位块1273便会在接触到顶柱1251前向上移动，从而降低相关精度要求，使整体方案更加容易实现。

如图15，储油箱13内设有推板132，推板132两侧分别为储油仓和膨胀仓，储油仓内储存有油并与出油管相连通，且储油仓顶部设有加油口，膨胀仓内则设有气囊131；以此，当气囊131接收到活塞筒123内的空气时便会发生膨胀，使推板向左移动，从而将储油仓内的油挤入至出油管，再通过分流器分散至各个滴油嘴11，对纵向冲裁模6和横向冲裁模7进行润滑和冷却。

在另一个实施例中，为判断换向器片1c是否顺利出料，获取出料数量，从而将其与冲裁次数进行核对，如图3，固定座5在横向冲裁模7的出料端设有感应块14，该感应块14与横向下模73外侧之间的距离正好为单个换向器片1c的长度，感应块14通过电路与控制器和显示器相连，同时冲裁机本体2也通过电路与控制器和显示器相连；冲裁时，换向器片1c先会顶在感应块14上，再被裁断刀75切断，因此感应块14的被顶次数便为换向器片1c的出料次数；控制器获取感应块14的被顶次数与频率以及冲裁机本体2的冲裁次数与频率，将上述信息显示在显示器上；当感应块14的数据和冲裁机本体2的数据不一致时，便会通过闪烁进行提醒，而当感应块14的被顶频率发生变化时，表明发生了卡料，此时会通过蜂鸣器进行提醒，令操作人员及时查看并清理，避免原料的浪费和模具的损坏。

本发明的设计要点在于通过设置纵向冲裁模和横向冲裁模，利用转块将压板的升降转化为滑动块的水平运动，从而同步实现纵向冲裁模和横向冲裁模的运作，一次送料便可完成两个方向的冲裁作业，无需更换冲裁设备，避免二次定位带来的误差和生产效率延误，大大提高生产效率。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。