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目錄 第一章 緒論 1 1 1 模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的作用 1 1 2 全球模具發(fā)展概況 2 1 2 1 各國產(chǎn)業(yè)形貌 2 1 2 2 各國優(yōu)劣勢分析 3 1 3 中國模具發(fā)展?fàn)顩r 4 第二章 零件工藝性分析及工藝方案的確定 7 2 1 沖壓工藝分析 7 2 1 2 沖裁件的精度與斷面粗糙度 8 2 1 3 沖裁經(jīng)濟性 8 2 2 沖壓工藝方案設(shè)計 10 2 2 1 工藝方案的確定 12 2 2 2 搭邊值的確定 12 2 2 3 料寬的計算 12 2 2 4 步距的計算 14 第三章 主要工藝計算 15 3 1 沖壓力的計算 15 3 1 1 計算原則 15 3 1 2 計算方法 15 3 1 3 沖裁力的計算 18 3 1 4 卸料力 推件力和頂出力的計算 19 3 2 翻邊模工作部分的設(shè)計計算 19 3 2 1 落料工序部分模具尺寸計算 20 3 2 2 翻邊凸 凹模的設(shè)計 21 第四章 沖模材料與壽命 23 4 1 沖模材料 23 4 1 1 沖模材料的種類 23 4 1 2 沖模常用零件的材料及熱處理要求 26 4 2 沖模壽命 27 4 2 1 沖模失效的方式與原因 27 4 2 2 提高模具壽命的措施 30 第五章 模具結(jié)構(gòu)與零 部件的設(shè)計 33 5 1 沖裁模結(jié)構(gòu)分析 33 5 1 1 簡單模 33 5 1 2 復(fù)合模 33 5 1 3 連續(xù)模 34 5 2 主要零件的結(jié)構(gòu)與設(shè)計 34 5 2 1 基本結(jié)構(gòu)形式 34 5 2 2 卸料與推 頂 件裝置設(shè)計 34 5 2 3 彈性元件的設(shè)計計算 35 5 2 4 定距機構(gòu)設(shè)計 35 5 2 5 導(dǎo)正裝置 36 5 2 6 導(dǎo)料裝置的設(shè)計 36 5 2 7 送料機構(gòu)與出件方式 37 5 2 8 模具零件的固定 37 5 2 9 固定板與墊板 37 5 2 10 安全裝置 38 5 2 11 基本尺寸 38 5 2 12 模架的選擇 39 5 2 13 沖床的選擇 39 5 2 14 模柄的選擇 39 總結(jié) 40 致謝 41 參考文獻(xiàn) 42 接觸片級進模沖壓設(shè)計 1 第 1 章 緒 論 1 1 模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的作用 模具是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的重要工藝裝備 它以特殊的形狀通過一定的方式 使原材料成型 例如 沖壓件和鍛件是通過沖壓和鍛造方式使金屬材料在模具 內(nèi)發(fā)生塑性形變而獲得的 金屬壓鑄件 粉末冶金件以及塑料 陶瓷 橡膠 玻璃等非金屬制品 絕大多數(shù)也是用模具成型的 由于模具具有優(yōu)質(zhì) 高產(chǎn) 省料和低成本等特點 現(xiàn)已經(jīng)在國民經(jīng)濟各個部門 特別是汽車 拖拉機 機 械制造 家電等行業(yè)得到及其廣泛的利用 據(jù)統(tǒng)計 利用模具制造的零件 在 飛機 汽車 拖拉機 電機 電器等產(chǎn)品中占 60 80 在電視機 計算機等 行業(yè)占到了 80 以上 在自行車 手表 洗衣機 電冰箱 電風(fēng)扇等輕工產(chǎn)品 中占到了 85 以上 據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會統(tǒng)計 到 2000 年止 機械零件粗加工 的 75 和精加工的 50 都是由模具來完成的 隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展 人們對工業(yè)產(chǎn)品數(shù)量 品種 質(zhì)量及款式都有越來 越高的要求 為了滿足人類的需要 世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)的國家都十分重視模具 技術(shù)的發(fā)展 大力發(fā)展模具工業(yè) 積極采用先進技術(shù)和設(shè)備 提高模具制造水 平 并取得了顯著的經(jīng)濟效益 美國是世界上超級的經(jīng)濟大國 也是世界模具 工業(yè)的領(lǐng)先國家 據(jù) 1989 年統(tǒng)計 美國模具行業(yè)有 12554 個企業(yè) 從業(yè)人員 17 28 萬人 模具總產(chǎn)值達(dá) 64 47 億美元 日本模具工業(yè)是從 1957 年開始發(fā)展 起來的 當(dāng)年模具中產(chǎn)值僅有 106 億日元 到了 1991 年總產(chǎn)值已超過了 17900 億日元 在 34 年中增長了 169 倍 這也是日本經(jīng)濟能飛速發(fā)展 并在國際市場 上占有一定優(yōu)勢的重要原因之一 現(xiàn)在 日本的模具工業(yè)已經(jīng)發(fā)展到了高度的 專業(yè)化 標(biāo)準(zhǔn)化和商品化 現(xiàn)在 大家都意識到 研究和發(fā)展模具技術(shù) 對于促進國民經(jīng)濟的發(fā)展具 有特別重要的意義 模具技術(shù)已經(jīng)成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平的重要標(biāo)志 之一 模具工業(yè)能促進工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的發(fā)展和質(zhì)量的提高 并能獲得極大的經(jīng) 濟效益 因而引起了各國家的高度重視和贊賞 模具也被譽為 進入富裕社會 的原動力 金屬加工業(yè)中的帝王 等 因此可以斷言 隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速 發(fā)展 模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位將日益提高 模具技術(shù)也會不段的發(fā)展 并在國民經(jīng)濟發(fā)展過程中發(fā)揮越來越重要的作用 接觸片級進模沖壓設(shè)計 2 1 2 全球模具發(fā)展概況 全球主要模具生產(chǎn)國包括亞洲地區(qū)的日本 韓國與中國 以及美洲地區(qū)的美 國 歐洲地區(qū)的德國 1 2 1 各國產(chǎn)業(yè)形貌 在全球主要模具產(chǎn)銷國家當(dāng)中 中國模具企業(yè)及從業(yè)人數(shù)最多 近七成屬 于國有企業(yè) 外資企業(yè)亦占多數(shù) 大型模具廠員工約 600 700 人 更有規(guī)模達(dá) 上千人的公司 臺商投資的富士康集團 Foxconn 員工人數(shù)將近 6 000 人最具代 表性 中型模具廠則 150 300 人之間 小型模具廠也至少有 50 人左右 其他 國家的模具業(yè)則多以中小型企業(yè)型態(tài)經(jīng)營 在產(chǎn)品類別上 2002 年日本與中國偏重生產(chǎn)沖壓模及塑料模 兩者產(chǎn)值合 計比重高達(dá)八成 南韓則以其他模具產(chǎn)值比重最大 占總產(chǎn)值四成七 在應(yīng)用市場方面 日本 韓國 美國與德國以汽車模具為最大宗產(chǎn)品 而 我國則以電子通訊產(chǎn)品用模具為主 依照 2002 年各國出入差狀況來看 日本 南韓及德國的模具屬與出口大國 中國與美國的模具則因國內(nèi)需求市場大 本國廠商無法完整供應(yīng) 須借進口模 具以滿足下游市場的產(chǎn)品制造 由 2002 年各國主要進出口國別分析 與地域分 布有極大的關(guān)聯(lián)性 進出口地區(qū)多屬鄰近國家 而日本較特別的是出口地區(qū)以 美國為主 但隨著中國近年各下由游產(chǎn)業(yè)快速的發(fā)展 已有漸漸轉(zhuǎn)向拓展中國 市場的趨勢 在各國工資方面 根據(jù)美國國貿(mào)局 2002 年所作模具產(chǎn)業(yè)白皮書的調(diào)查結(jié)果 以德國時薪最高 技術(shù)人員時薪水平為 12 13 19 28 設(shè)計人員則為 16 91 25 26 日本與美國則介于中中間 中國工資最低 技術(shù)人員年薪僅 732 5 853 設(shè)計人員僅為 2 927 5 853 若以最高年薪為基準(zhǔn)與德國比 較 則僅能僱用德國技術(shù)人員約 38 天左右 由此可看出先進國家與中國低廉的 工資成本差距如此之大 各國模具產(chǎn)業(yè)概況詳如表 1 1 所示 表 1 1 全球主要模具生產(chǎn)國家產(chǎn)業(yè)概況 國別 日本 中國 韓國 美國 德國 企業(yè)家數(shù) 12 000 家 18 000 家 4 000 家 7 000 家 5 000 家 從業(yè)人數(shù) 11 萬 3 千人 50 萬人 3 萬 5 千人 12 萬 9 千人 3 萬 4 千人 企業(yè)類型 小型企業(yè) 大中型企業(yè) 小型企業(yè) 中小型 中小型 接觸片級進模沖壓設(shè)計 3 產(chǎn)品類別 沖壓模與塑料模占八成 沖壓模與塑料模占八成 其他模具占 四成七 沖壓模 塑料模為 主 沖壓模 塑料模為 主 出入超狀況 強出超國 強入超國 強出超國 準(zhǔn)入超國 準(zhǔn)出超國 主要進口國 韓國 日本 日本 加拿大 瑞士 主要出口國 美國 香港 日本 加拿大 捷克 平均工資 美元 時薪 8 22 年薪 585 10 24 3 時薪 18 4 時薪 12 5 2001 年 13 131 5 3 817 8 1 722 6 13 204 0 3 248 8 產(chǎn)值 百萬 美元 2002 年 11 985 8 4 349 0 2 400 0 資料來源 海關(guān)進出口月報 美國國貿(mào)局模具產(chǎn)業(yè)白皮書 金屬中心 IT IS 計劃 整理 1 2 2 各國優(yōu)劣勢分析 技術(shù)先進國家如日本 美國 德國等 對于高精度與復(fù)合性模具開發(fā) 不 論在設(shè)計能力或制造技術(shù)上 均有領(lǐng)先的地位 同時也擁有訓(xùn)練精良的技術(shù)研 發(fā)人才 其中 日本模具廠商在技術(shù)上較重視拋光與研磨加工制程 德國模具 廠商則由提高機械加工與放電加工的精度與效率著手 以降低手工加工的時間 在市場規(guī)模上 不論產(chǎn)值或國內(nèi)需求以日本衰退最為明顯 在運營成本上 常面臨高工資 高福利的問題 因此下游產(chǎn)業(yè)或模具廠商逐漸將生產(chǎn)據(jù)點移往 鄰近的新興工業(yè)國或技術(shù)后進國家 以降低勞工成本 增強價格競爭力 但是 這樣的趨勢往往會造成技術(shù)無形中外流的疑慮 使得本身更須投入大筆研發(fā)費 用 以加速提升加工技術(shù)與高速機械性能 拉大彼此間的差異 以韓國及中國來看 我國在技術(shù)上落后于日 美 德 但仍優(yōu)于南韓 同 時在生產(chǎn)速度上也遙遙領(lǐng)先 韓國與中國最近幾年的市場生產(chǎn)與需求規(guī)模呈現(xiàn) 成長走勢 尤其中國模具業(yè)正在快速發(fā)展中 各國知名大廠進駐生產(chǎn)設(shè)備 無 形中提升模具開發(fā)實力與設(shè)計能力 成本方面 中國特別是大陸與韓國因擁有 相對低的人力成本優(yōu)勢 故對于模具售價上 往往采取低價行銷打入市場 也 因此在全球景氣欠佳的局勢中 成功拓取市場買家的青睞 最明顯的例子就是 出口值的漲勢 綜合上述全球主要模具生產(chǎn)國家的相對優(yōu)劣勢分析 整合如表 1 2 所示 接觸片級進模沖壓設(shè)計 4 表 1 2 全球主要模具生產(chǎn)國家優(yōu)劣勢分析 相對優(yōu)勢 相對劣勢 日 本 1 擁有技術(shù)精良的技術(shù)人才 2 產(chǎn)品具有高品質(zhì)保證 3 生產(chǎn)前置期短 快速 4 擁有高精密度 高復(fù)合度模具的制 造能力 1 相對高的勞工成本 2 產(chǎn)業(yè)空洞化問題嚴(yán)重 3 在 CAD CAM 及 3D 電腦軟件自主能 力及運用上 與技術(shù)先進國相比 仍嫌不足 韓 國 1 因 1998 年經(jīng)濟危機 韓元大幅貶 值人事費用降低 模具價格下跌 有利于出口成長 2 小型模具廠的背后多有大企業(yè)財力 及物力的支持 1 模具設(shè)計能力與開發(fā)技術(shù)仍待加 強 中 國 1 具有高度成長的國內(nèi)市場并擁有國 際級下游客戶群聚效應(yīng) 2 擁有低工資的技術(shù)與設(shè)計人員 3 成立模具專區(qū) 吸引國外廠商形成 產(chǎn)業(yè)聚落 1 缺乏靈活與創(chuàng)意的模具設(shè)計能力 2 尚無生產(chǎn)高精度與復(fù)雜度高的技 術(shù)能力 3 須以高成本進口模具 以彌補國 內(nèi)產(chǎn)品低品質(zhì)的供應(yīng)缺口 美 國 l 高品質(zhì)產(chǎn)品 2 擁有研發(fā)實力與創(chuàng)新性的生產(chǎn)技術(shù) 3 產(chǎn)品設(shè)計能力強 4 擁有廣大應(yīng)用市場及多樣化的下游 客戶基礎(chǔ) 1 勞工成本高 2 市場價格高 3 相關(guān)員工福利 訓(xùn)練 保險費用 負(fù)擔(dān)重 德 國 1 擁有優(yōu)良傳統(tǒng)模具的生產(chǎn)工藝技術(shù) 2 堅實的師徒制習(xí)藝計劃 3 在生產(chǎn)高精密度和復(fù)合度的模具上 擁有相當(dāng)好的技術(shù)基礎(chǔ) 1 勞工成本高 2 下游客戶移至生產(chǎn)成本較低的國 外據(jù)點 包括東歐和中國 3 模具制造廠也隨著下游客戶外移 資料來源 美國國貿(mào)局模具產(chǎn)業(yè)白皮書 金屬中心 IT IS 計劃整理 整體而言 由于各國模具業(yè)者 多以中小企業(yè)型態(tài)經(jīng)營 因此 在營運資 金籌措上常遭遇困難 若無政府政策支持與稅務(wù)的優(yōu)惠措施 模具業(yè)者將形成 單打獨斗與孤軍奮戰(zhàn)的狀況 更不論與國際市場的競爭 除了中國與韓國外 各國均面臨勞工成本高的壓力 因此唯有提高產(chǎn)品附加價值才能擺脫低成本的 競爭壓力 1 3 中國模具發(fā)展?fàn)顩r 接觸片級進模沖壓設(shè)計 5 目前 中國 17000 多個模具生產(chǎn)廠點 從業(yè)人數(shù)約 50 多萬 1999 年中 國模具工業(yè)總產(chǎn)值已達(dá) 245 億元人民幣 工業(yè)總產(chǎn)值中企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三 分之二 作為商品銷售的約占三分之一 在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中 沖壓模具約 占 50 塑料模具約占 33 壓鑄模具約占 6 其它各類模具約占 11 鑒于模具作為包括機床工具 汽車制造 食品包裝等在內(nèi)的機械行業(yè)中機 械基礎(chǔ)件產(chǎn)業(yè) 以及電工電器 電子及信息行業(yè)的支持產(chǎn)業(yè) 在發(fā)展先進生產(chǎn) 力當(dāng)中 處于非常關(guān)鍵并服務(wù)全行業(yè)的地位 其發(fā)展對產(chǎn)業(yè)配套能力的提升和 促進產(chǎn)業(yè)聚集優(yōu)勢的形成將起到重要作用 改革開放以來 中國模具工業(yè)企業(yè) 的所有制成分也發(fā)生了巨大變化 除了國有專業(yè)模具廠外 其他所有制形式的 模具廠家 包括集體企業(yè) 合資企業(yè) 獨資企業(yè)和私營企業(yè) 都得到了快速發(fā) 展 集體和私營的模具企業(yè)在廣東和浙江等省發(fā)展得最為迅速 目前 國內(nèi)已 能生產(chǎn)精度達(dá) 2 微米的精密多工位級進模 工位數(shù)最多已達(dá) 160 個 壽命 1 2 億次 在大型塑料模具方面 現(xiàn)在已能生產(chǎn) 48 英寸電視的塑殼模具 6 5K 大容量洗衣機的塑料模具 以及汽車保險杠 整體儀表板等模具 在精 密塑料模具方面 國內(nèi)已能生產(chǎn)照相機塑料模具 多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑 封模具等 在大型精密復(fù)雜壓鑄模方面 國內(nèi)已能生產(chǎn)自動扶梯整體踏板壓鑄 模及汽車后橋齒輪箱壓鑄模 在汽車模具方面 現(xiàn)已能制造新轎車的部分覆蓋 件模具 其他類型的模具 例如子午線輪胎活絡(luò)模具 鋁合金和塑料門窗異型 材擠出模等 也都達(dá)到了較高的水平 并可替代進口模具 在中國 人們已經(jīng)越來越認(rèn)識到模具在制造中的重要基礎(chǔ)地位 認(rèn)識到模 具技術(shù)水平的高低 已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志 并在很 大程度上決定著產(chǎn)品質(zhì)量 效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力 許多模具企業(yè)十分重視 技術(shù)發(fā)展 加大了用于技術(shù)進步的投資力度 將技術(shù)進步視為企業(yè)發(fā)展的重要 動力 此外 許多研究機構(gòu)和大專院校開展模具技術(shù)的研究和開發(fā) 目前 從 事模具技術(shù)研究的機構(gòu)和院校已達(dá) 30 余家 從事模具技術(shù)教育的培訓(xùn)的院校 已超過 50 余家 其中 獲得國家重點資助建設(shè)的有華中理工大學(xué)模具技術(shù)國 家重點實驗室 上海交通大學(xué) CAD 國家工程研究中心 北京機電研究所精沖技 術(shù)國家工程研究中心和鄭州工業(yè)大學(xué)橡塑模具國家工程研究中心等 經(jīng)過多年 的努力 在模具 CAD CAE CAM 技術(shù) 模具的電加工和數(shù)控加工技術(shù) 快速成 型與快速制模技術(shù) 新型模具材料等方面取得了顯著進步 在提高模具質(zhì)量和 縮短模具設(shè)計制造周期等方面做出了貢獻(xiàn) 接觸片級進模沖壓設(shè)計 6 雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展 但許多方面與 工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍有較大的差距 根據(jù) 十一五 模具行業(yè)發(fā)展的任務(wù)與目 標(biāo) 我國模具行業(yè)要努力解決發(fā)展中存在的諸如總量供不應(yīng)求 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不夠 合理 工藝裝備水平低 配套性不好 利用率低 技術(shù)人才嚴(yán)重不足 專業(yè)化 程度低 高檔產(chǎn)品市場缺席 特別在大型 精密 復(fù)雜和長壽命模具技術(shù)上存 在明顯差距 這些類型模具的生產(chǎn)能力也不能滿足國內(nèi)需求 因而需要大量從 國外進口等問題 使我國模具行業(yè)向大型 精密 復(fù)雜 高效 長壽命和多功 能方向發(fā)展 在良好的市場環(huán)境中穩(wěn)步前進 接觸片級進模沖壓設(shè)計 7 第 2 章 零件工藝性分析及工藝方案的確定 2 1 沖壓工藝分析 沖裁件的工藝性是指沖裁件對沖壓工藝的適應(yīng)性 即沖裁件的結(jié)構(gòu)形狀 尺寸大小 精度等級等是否符合沖裁加工的工藝要求 良好的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)保 證材料消耗少 工序數(shù)目少 模具結(jié)構(gòu)簡單而壽命高 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定 操作簡 單 等等 通常對沖裁件的工藝性影響最大的是幾何形狀尺寸和精度要求 2 1 1 沖裁件的形狀和尺寸要求 沖裁件的形狀應(yīng)盡可能簡單 對稱 最好采用圓形 矩形等規(guī)則的幾何 形狀或由這些形狀所組成 使排樣時廢料最少 沖裁件的凸出懸臂和凹槽的寬度不宜太小 以免凸模折斷 其合理間隙 如表 表 2 1 沖裁件的凸出懸臂和凹槽的最小寬度 B 沖裁件的外形或內(nèi)形的轉(zhuǎn)角處 要避免夾角出現(xiàn) 應(yīng)以圓弧過渡 以便 于模具加工 減少熱處理或沖壓時在尖角處開裂的現(xiàn)象 同時可以防止尖角部 位的刃口磨損過快而使模具壽命降低 其圓角半徑的最小值見表 1 2 表 2 2 沖裁件圓角半徑 r 的最小值 接觸片級進模沖壓設(shè)計 8 沖孔時 由于受到?jīng)_孔凸模強度的限制 孔的尺寸不宜過小 沖孔的孔徑 尺寸與孔的形狀 材料的機械性能 材料厚度等有關(guān) 見表 1 3 表 2 3 沖孔的最小尺寸 沖裁件的孔與孔之間 孔與邊緣之間的距離不應(yīng)過小 否則模具的強度 和沖裁件的質(zhì)所量不能保證 其許可值如圖 2 1 所示 圖 2 1 孔邊距 在彎曲件或拉延件上沖孔時 為了避免沖孔時凸模受水平推力而折斷 孔邊與零件直邊間應(yīng)保持一定距離 一般取 C R 0 5t 2 1 2 沖裁件的精度與斷面粗糙度 沖裁件的經(jīng)濟精度一般不高一 IT11 級 最高精度可達(dá) IT8 9 級 沖孔 比落料的精度要高一級 沖裁件的斷面粗糙度一般為 R 12 5 50nm 最高可達(dá) R 6 3 nm 2 1 3 沖裁的經(jīng)濟性 所謂經(jīng)濟性 就是以最小的耗費取得最大的經(jīng)濟效果 即生產(chǎn)中的 最小 最大 原則 1 沖裁件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸 沖裁件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸 應(yīng)該有良好的工藝性 以便于沖裁 便于模具 接觸片級進模沖壓設(shè)計 9 的制造 降低成本 在設(shè)計沖裁件時 在不改變使用性能的前提下 可以直線代曲線 以圓 形代矩形 使凸 凹模制造與維修方便 減少鉗工工作量 降低成本 盡量采用通用尺寸和標(biāo)準(zhǔn)直徑 充分利用現(xiàn)成的工藝裝備 尺寸標(biāo)注要靈活 以擴大沖裁工藝的靈活性 2 合理利用材料 在滿足零件強度和使用要求的情況下 減少材料厚度 沖裁件的結(jié)構(gòu)形狀符合少 無廢料排樣時 能提高材料的利用率 從而 減少材料消耗 降低成本 采用套料排樣沖裁 充分利用結(jié)構(gòu)廢料 既省料又省工序 經(jīng)濟效果顯 著 如圖所示 圖 2 2 套料連續(xù)沖裁的排樣 合理選用沖裁件材料 在保證使用和工藝性能的同時 盡量采用 廉價 代貴重 薄料代厚料 黑色代有色 和統(tǒng)一及減少品種規(guī)格等一系列降低成本 的措施 綜上所述 如圖 2 3 為零件圖 此零件為接觸片 滿足沖裁工藝性各方面 的要求 也可以保證足夠的剛度和強度 由資料 2 表 4 1 查出其精度等級為 IT12 級 接觸片級進模沖壓設(shè)計 10 圖 2 3 零件圖 此零件經(jīng)過幾何形狀的分析可以看出 它是由兩個半圓和中間的矩形部分 組成 圓形部位的成型是拉深 中間矩形部位的成型很象是彎曲 但實際上它 是側(cè)壁的材料在凸模的壓力作用下沿凹模的圓角流進去的 屬于拉深 底部的 三個孔是由沖孔工序完成 兩翼的 U 形部分既可以由反拉深完成 也可以由翻 邊完成 但此零件的尺寸較小 如果采用反拉深凸模的制造精度和強度要求都 比較高 凸 凹模的安裝空間狹小 難以實現(xiàn) 所以選擇翻邊完成 2 2 沖壓工藝方案設(shè)計 制定沖裁工藝方案就是要確定沖裁件的工藝路線 工藝路線不但影響產(chǎn)品 的質(zhì)量和效率 而且影響生產(chǎn)成本 勞動強度 設(shè)備投資等 因此制定工藝路 線時 需要提出幾個方案 進行分析對比 尋求最經(jīng)濟合理的方案 2 2 1 工藝方案的分析 零件的形狀表明 在拉深前該零件展開毛坯面積計算 將其分為直線和彎 曲部分進行展開計算 由參考文獻(xiàn) 3 上表 2 7 用插值法取的該零件的中性層系 數(shù)為 x0 0 345 則由參考文獻(xiàn) 1 公式 3 12 可以得出該零件的展開長度為 接觸片級進模沖壓設(shè)計 11 2 1 0 18iiiLlrxt 16 5 0 675 2 1 275 2 0 5 0 345 0 3 3 14 0 45 2 0 345 0 3 3 14 2 23 35 同理 零件的展開寬度為 L 寬 3 3 0 45 2 0 345 0 3 1800 1800 3 14 2 0 5 0 345 0 3 3 14 10 16 工件的形狀是翻邊以后的形狀 在翻邊以前應(yīng)該按翻邊工序計算展開 其展 開圖為 圖中示的 為零件在翻邊時落料凸模的直徑 d 凸 3 07240 534 6052dL 凸 寬 10 16 3 3 1 4 3 79 4 6 1 7 28 該零件的主要工序拉深工序按下列順序進行計算 2 2 1 1 計算毛坯直徑 單工序拉深模的毛坯是單個的 級進模的坯料則是條料 計算毛坯直徑是 根據(jù)拉深成型以后 工件的表面積與毛坯面積相等的原理 進行毛坯直徑的計 算 按參考文獻(xiàn) 3 表 4 7 中序號 4 的公式計算 既 2 2 2Dd 凸 H 3 rd 將圖 1 5 與表中圖相對應(yīng) d 凸 7 27 d 4 3 H 1 7 r 0 5 代入 上式 則 Di 2 7 4 3 405 3 m 8 94mm 上述計算的 Di 是 計算毛坯直徑 還要加上修邊余量 而得出實際毛坯 直徑 D 修邊余量由參考文獻(xiàn) 2 表 7 1 查出 其值 1 0mm 故實際毛坯直徑 D Di 8 94 1 0 9 94mm 2 4 1 2 計算能否一次拉成 由寬凸緣件第一次拉深最大相對高度 h1 d 確定能否一次拉深成形 判斷的 接觸片級進模沖壓設(shè)計 12 原則是 寬凸緣件的拉深系數(shù)大于該零件的第一次拉深系數(shù)極限值 或者零件 的相對高度小于其第一次拉深的最大相對高度值 則該零件可以一次拉成 如 圖 2 3 所示 拉深高度 h1 2mm 拉深筒直徑 d1 4 3mm 則 h1 d1 0 46524 3 計算 d 凸 d 其中對應(yīng)值 d 1 4 3 則 7 2 凸 1694 3dm凸 計算毛坯相對厚度 0 13 02 9tD 根據(jù)以上參數(shù) 按資料 2 表 4 8 中查出 1 的最大值為 0 70 0 58 前面算出的本工件的最大相對高度值為 0 465 故的出結(jié)論 該工件可以一次 拉深完成 2 2 2 搭邊值的確定 排樣中相鄰兩工件間的余料或條料與工件邊緣間的余料為搭邊 其作用是 補償定位誤差 防止由于條料的寬度誤差 送料步距誤差 送料歪斜誤差等原 因而沖裁出殘缺的廢品 搭邊值要合理 過大材料的利用率低 值過小 就不 能發(fā)揮搭邊的作用 在沖裁的過程中會被拉斷 造成送料困難 使工件產(chǎn)生毛 刺 有時還會被拉入凸模和凹模間隙 損壞模具刃口 降低模具的壽命 搭邊 值過小 會使作用在凸模側(cè)表面上的法向應(yīng)力沿著落料毛坯周長的均勻分布不 均勻 引起模具刃口的磨損 為了避免這一現(xiàn)象 搭邊的最小寬度大約取為毛 坯的厚度 使之大于塑變區(qū)的寬度 本工件的材料塑性較好 工件本身的外形比較復(fù)雜 圓角半徑比較小 所 以起搭邊值要取的大一點 2 2 4 料寬的計算 條料寬度的確定原則是 最小條料寬度要保證沖裁時工件周邊有足夠的搭邊 值 最大條料的寬度要能在沖裁時順利地在導(dǎo)料板之間進送 并與導(dǎo)料板之間 有一定的間隙 因此 在確定條料寬度時必需考慮到模具的結(jié)構(gòu)中是否采用側(cè) 壓裝置和側(cè)刃 根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)分別進行計算 接觸片級進模沖壓設(shè)計 13 圖 2 7 有側(cè)刃時的條料寬度 當(dāng)模具有側(cè)刃的時候 條料寬度按下式進行計算 2 3 001 BDanC 式中 B 條料的標(biāo)稱寬度 D 工件垂直于送料方向的最大尺寸 1 側(cè)搭邊 條料寬度公差 見表 2 5 側(cè)刃數(shù) C 側(cè)刃沖切的料邊寬度 見表 2 6 表 2 5 剪切條料寬度公差 表 2 6 1和 C 的值 則根據(jù)上述要求 本零件條料的寬度為 001 2 BDanC 接觸片級進模沖壓設(shè)計 14 0 4 2 94215 m 0 經(jīng)圓整尺寸后 條料寬度取為 30 2 2 5 步距的計算 步距是指條料在模具上每次送進的距離 步距的計算與排樣的方式有關(guān) 每個步距可以沖出一個零件 也可以沖出幾個零件 每次只沖出一個零件的進距 A 的計算公式為 A B 2 4 式中 B 平行于送料方向工件的寬度 沖件間的搭邊值 由零件的排樣圖可以看出 每一個進距只沖一個零件 即該零件的進距采 用上式 A B 9 94 1 8 11 74 經(jīng)圓整尺寸后 A 取值為 12 接觸片級進模沖壓設(shè)計 15 第 3 章 主要工藝計算 3 1 沖壓力的計算 3 1 1 計算原則 由于凸 凹模之間存在間隙 所以沖裁件斷面都是帶有錐度的 且落料 件的大端尺才等于凹摸尺寸 沖孔件的小端尺寸等丁凸模尺寸 在測量與使用 中 落料件是以大端尺寸為基準(zhǔn) 沖孔件孔徑是以小端尺寸為基準(zhǔn) 沖裁過程 中 凸 凹模要與沖裁零件或廢料發(fā)生摩擦 凸模越磨越小 凹模越磨越大 結(jié)果使間隙越用越大 因此 在確定凸 凹模刃口尺寸時 必須遵循下述原則 落料模先確定凹模刃口尺寸 其標(biāo)稱尺寸應(yīng)取接近或等于制件的最小極 限尺寸 以保證凹模磨損到一定尺寸范圍內(nèi) 也能沖出合格制件 凸模刃口的 標(biāo)稱尺寸比凹模小一個最小合理間隙 沖孔模先確定凸橫刃口尺寸 其標(biāo)稱尺寸應(yīng)取接近或等于制件的員大 極限尺令保證凸模磨損到一定尺寸范圍內(nèi) 也能沖出合格的孔 凹橫刃口的標(biāo) 稱尺寸應(yīng)比凸模大最小合理間隙 選擇模具刃口制造公差時 要考慮工件精度與模具精度的關(guān)系 既要 保證工件的精度要求 又要保證有合理的間隙值 一般沖模精度較工件精度高 2 3 級 若零件沒有標(biāo)注公差 則對于非圓形件按國家標(biāo)準(zhǔn)非配合尺寸的 ITl4 級精度來處理 圓形件一般可按 IT10 級精度來處理 工件尺寸公差應(yīng)技 入體 原則標(biāo)注為單向公差 所謂 人體 原則是指標(biāo)注工件尺寸公差時應(yīng)向材料實 體方向單向標(biāo)注 即 落料件正公差為零 只標(biāo)注負(fù)公差 沖孔件負(fù)公差為零 只標(biāo)注正公差 3 1 2 計算方法 模具工作部分尺寸及公差的計算方法與加工方法有關(guān) 基本上可分為兩類 3 1 2 1 凸模與凹模分開加 凸 凹摸分開加工 是指凸模和凹模分別按圖樣加工至尺寸 此種方法適 用于圓形或形狀簡單的工件 為了保證凸 凹模間初始間隙小于最大合理間隙 Z 不僅凸 凹模分別標(biāo)注公差 凸模 凹模 而且要求有較高的制造p d 精度 以滿足如下條件 maxinZ 凸 凹 接觸片級進模沖壓設(shè)計 16 或取 maxin0 4 Z 凸 i6凹 也就是說 新制造的模具應(yīng)該是 如圖 3 1 所示 否則 maxinZ 凸 凹 制造的模具間隙已超過了允許的變動范圍 影響模具的使用壽命 in 圖 3 1 凸 凹模分別加工時的間隙變動范圍 3 1 2 2 凸模和凹模配合加工 對于沖制形狀復(fù)雜或薄板制件的模具 其凸 凹模往往采用配合加工的方 法 此方法是先加工好凸模 或凹模 作為基準(zhǔn)件 然后根據(jù)此基準(zhǔn)件的實際尺 寸 配做凹模 或凸模 使它們保持一定的間隙 因此 只需在基準(zhǔn)件上標(biāo)注 尺寸及公差 另一件只標(biāo)注標(biāo)稱尺寸 并注明 尺寸按凸模 或凹模 配作 保證雙面間隙 這樣 可放大基準(zhǔn)件的制造公差 其公差不再受凸 凹模 間隙大小的限制 制造容易并容易保證凸 凹模間的間隙 本工件的此道工序為沖孔 沖孔應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)件 然后配做凹模 先做 凸模 凸模磨損后 刃口的尺寸的變化有增大 減小 不變?nèi)N情況 如圖 1 9 所示 應(yīng)按三種不同的情況分別進行計算 接觸片級進模沖壓設(shè)計 17 a 沖孔件 凸模尺寸 圖 3 2 沖孔件和凸模尺寸 1 磨損后凸模尺寸變小 A 類 設(shè)工件尺寸為 則0A 3 4 凸 0 Ax 凸 2 磨損后凸模尺寸變大 B 類 設(shè)工件尺寸為 則0B 3 5 0 Bx 凸凸 3 磨損后凸模尺寸不變 C 類 按制件標(biāo)注尺寸不同分為 制件尺寸為 時0 3 6 0 5 2 凸凸 制件尺寸為 時0C 3 7 3 凸凸 制件尺寸為 時 3 8 2 凸凸 式中 A 凸 B 凸 C 凸 凸模刃口尺寸 凸模尺寸制造偏差 凸 4 凸 工件制造偏差 對稱偏差時 制件公差 本工件屬于磨損后凸模尺寸變小 A 類 則其尺寸按 3 4 式計算 接觸片級進模沖壓設(shè)計 18 A凸 0 px 0 253 71 0 25 3 1 3 沖裁力的計算 采用平刃口凸模和凹模沖裁時 其沖裁力的計算見下式 3 9 0FLt 式中 沖裁力 N 0 L 沖裁件周長 材料厚度 材料抗剪強度 MPa 考慮到凸 凹模刃口的磨損 模具間間隙的波動 材料力學(xué)性能的變化以 及材料厚度偏差等因素 實際所需的沖裁力還需增加 30 故選擇沖床時的沖 裁力 N 應(yīng)為 3 10 01 3bFLt 式中 材料的抗拉強度b 則沖工件底部三個孔工件的沖裁力 F2為 F2 3 3bt 3 3 0 3 700 N 3 1978 2N 5934 6N 沖兩個切口用的工藝孔 時的沖壓力 F3為 2 F3 2 Lt b 2 2 0 3 700 N 2637 6N 沖兩工藝孔間切口用的沖壓力 F4為 4bLt 23 0 3 700N 4830N 側(cè)刃切邊力的計算 F7 Lt b 接觸片級進模沖壓設(shè)計 19 24 0 3 700N 5040N 3 1 4 卸料力 推件力和頂出力的計算 由于沖裁中材料的彈性變形及摩擦的存在 沖裁后帶孔的部分會緊箍在凸 模上 而落下的部分會緊卡在凹模的洞口中 從凸模上卸下緊箍著的材料所需 的力稱為卸料力 把落料件從凹模洞口順著沖裁方向推出去的力成為推件力 反向頂出來的力為頂出力 F 卸 F 推 F 頂 是由壓力機和模具卸料 頂件裝置獲得的 影響這些力的因 素主要有材料的力學(xué)性能 材料厚度 模具間隙 凸 凹模表面精度 零件形 狀和尺寸以及潤滑情況等 要準(zhǔn)確計算這些力比較困難 實際生產(chǎn)中采用下列 經(jīng)驗公式進行計算 FK 卸 卸 3 11 n推 推 頂 頂 由 2 表 2 15 可以查出 0 04 0 07 0 065 0 08 則工件在各卸 推 K頂 工位的總的卸料力 為 F卸 總 F 2 F 3 卸 總 K卸 5 0 065 5934 6 2637 6 11757 27 N 0 05 20329 47N 1016 47N 總的頂料力 為 F頂 總 F 1 F 6 F 8 頂 總 K頂 0 08 5807 5807 2739 87 N 0 08 14354N 1148N 總壓力 F 為 F F1 F 2 F 3 F 4 F 5 F 6 F 7 卸 總 F頂 總 5807 5934 6 2637 6 4830 11757 27 5807 5040 1016 47 1148N 43978N 接觸片級進模沖壓設(shè)計 20 3 2 翻邊模工作部分的設(shè)計計算 進入翻邊工序 工件先與帶料脫離 由壓桿壓在凹模上 此時工件的外緣 為平面 這時進行的翻邊為外緣翻邊 在兩端 凸緣的材料在翻邊模的作用下 橫向產(chǎn)生壓縮的變形 周長被壓短而形成工件最后的形狀 對于這種翻邊工序 需要計算翻邊部位的變形量 如果變形量超過允許的數(shù)值 工件將產(chǎn)生褶皺 甚至把模具撐裂 3 2 1 落料工序部分模具尺寸計算 前面已經(jīng)敘述過對于薄板制件的模具其凸 凹模采取配合加工的方法 落 件以凹模為基準(zhǔn)件 然后配做凸模 刃口尺寸的變化有增大 減小 不變?nèi)N 情況因此凹模刃口尺寸應(yīng)按不同情況分別計算 1 凹模磨損后尺寸變大 計算這類尺寸 按落料凹模公式進行計算 3 12 0 A 凹凹 2 凹模磨損后尺寸變小 計算這類尺寸 按沖孔凸模公式進行計算 3 13 B 凹凹 3 凹模磨損后尺寸不變 計算這類尺寸應(yīng)按下述三科情況進行計算 制件尺寸為 時0C 3 14 5 2 凹凹 制件的尺寸為 時 0 3 15 C 凹凹 制件尺寸為 時 3 16 2凹凹 Ad B d C d 凹模刃口尺寸 mm A B C 工件標(biāo)稱尺寸 mm 工件公差 mm 工件偏差 對稱偏差時 2 凹模制造偏差 mm 4 凹 凹 本工件在凹模磨損后尺寸變大 應(yīng)按 1 12 式進行計算 0 A 凹凹 0 257 28 341 506 接觸片級進模沖壓設(shè)計 21 凸模尺寸的計算公式 3 17 0A 凸凸 凹 min Z 式中 Zmin為凸 凹模最小合理間隙 雙邊 由 1 表 2 6 可以取出 Zmin 0 03 則 凸 0 25 7 63 3 2 2 翻邊凸 凹模的設(shè)計 此工件的尺寸比較小 其凸模的尺寸應(yīng)在拉深凸模的尺寸的基礎(chǔ)上進行計 算加工 則其配合圖形如下 圖 3 3 翻邊凸模計算示意圖 由于此翻邊凸模的形狀比較特殊為一環(huán)狀零件 則其內(nèi)徑按拉深凸模尺寸 加上工件厚度再取適當(dāng)?shù)拈g隙值進行計算 公差按 入體原則 進行標(biāo)注 則 凸模工作部分刃口內(nèi)徑尺寸為 0 25 dt 凸 拉 深 凸 內(nèi) 4 3 6 0 259 翻邊凸模工作部分刃口外徑的尺寸是在翻邊凸模內(nèi)徑的尺寸上再加上工件 U 形空間允許的尺寸厚度 公差按照 入體原則 進行標(biāo)注 由工件圖可以看 出工件 U 形空間允許的尺寸厚度值為 18 4 17 5 0 9 則翻邊凸模外徑的t 尺寸為 0 25 dt 凸 外 凸 內(nèi) 4 9 0 258 凸模工作部分的高度 H 取為 2 翻邊凹模的刃口尺寸是在翻邊凸模外刃口尺寸的基礎(chǔ)上加上工件材料厚度 而得到 公差按照 入體原則進行標(biāo)注 則翻邊凹模的刃口尺寸為 接觸片級進模沖壓設(shè)計 22 D 0凹 0 25凸 外 d t 25843 0 256 則由圖 1 10 可以看出 凹 凸模的工作部分厚度 L 是由落料凸模的刃口 尺寸和翻邊凹模的刃口尺寸決定的 L 7 28 6 44 0 84 兩面的 dD凸 凹 落 公差按相關(guān)凸 凹模作用面公差標(biāo)注 翻邊的變形程度用 1 18 式計算 3 18 cEbR 按照上述 工件的對應(yīng)值 1 485 R 1 4 則翻邊變形量 Ec為 E 1 484 1 4 1 485 0 51 與參考文獻(xiàn) 2 表 5 10 中數(shù)值對照 變形量在允許范圍之內(nèi) 翻邊力 F8的大小采用下式計算 F 3 19 1 2bLtK 式中 L 翻邊周邊長度 K 因數(shù) 一般取 0 2 0 3 F8 1 25bt 1 25 2 8 13 2 0 3 700MP 0 3 2739 87N 接觸片級進模沖壓設(shè)計 23 第 4 章 沖模材料與壽命 為了延長沖模壽命 提高經(jīng)濟效益 合理選用模具材料成為模具設(shè)計的關(guān) 鍵因素 因在選用制造模具中的主要羅件材料時 必須滿足下列基本要求 1 根據(jù)模具的工作特點相失效形式 確定模具的失效抗力指標(biāo) 尤其是對 韌性的要求 2 考慮其冷加工工藝性能和熱加工工藝性能是否良好 3 分析模具的使用價值 盡可能采用質(zhì)量好的鋼種 但也要考慮到其經(jīng)濟 性 模材料費用占整個模具制造費用的 6 一 10 4 為了降低生產(chǎn)成本 注意采用微變形模具鋼 以降低機械加工費用 5 對于特種要求的模具 應(yīng)開發(fā)應(yīng)用具有專門性能的模具鋼 選擇材料要根據(jù)模具零件的使用條件來決定 做到在滿足主要條件的前提 下 選擇價格低的材料 使成本最低 如多工位級進模應(yīng)是高效 精密 長壽 命的三高模具 凸模 凹模的材料應(yīng)具有高強度 高硬度 高耐磨性和足夠的 韌性 故必須選用優(yōu)質(zhì)合金鋼和硬質(zhì)臺金材料 在拉深不銹鋼制件則 所選用 的材料應(yīng)有較高的抗粘附性 對于固定板 卸料板類零件 不但要有足夠的強 度 而且要求模具在工作過程中變形小 另外還可以采用冷處理和深冷處理 真空處理和表面強化的方法提高模 4 1 沖模材料 4 1 1 沖模材料的種類 制造中小型沖模的材料有 鑄鐵 碳鋼 合金鋼 硬質(zhì)合金 鋼結(jié)硬質(zhì)合 金以及鋅合金 低熔點合金 塑料 環(huán)氧村脂 聚氨酯橡膠 層壓樺木板等 凸 凹模所使用的模具鋼有 碳素工具鋼 低合金工具鋼 高碳高鉻工具 鋼 高碳中鉻工具鋼 高速鋼 基體鋼 硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金等 現(xiàn)將常 用模具鋼的特點和應(yīng)用范圍簡介如下 1 碳素工具鋼 在模具中應(yīng)用較多的碳素工具鋼是 T10A 其優(yōu)點是加工 性好 價格便宜 但淬透性和紅硬性差 熱處理變形大 它適用于制造工作負(fù) 荷不大 形狀簡單的凸 凹模和要求耐磨的其他模具零件 2 低合金工具鋼 用于模具的低合金工具鋼有 CrWMn 9CrSi GCrl5 9Mn2V 等 這類鋼具有高的淬透性 熱處理變形小 有較高的硬度和耐磨性 常用作 形狀復(fù)雜的中小型沖裁模和彎曲模的成形零件 其中 9Mn2v 是適合我國資源的 接觸片級進模沖壓設(shè)計 24 鋼種 可以用它宋代替其他低合金工具鋼用作模具 3 高碳高鉻工具鋼 常用的高碳高鉻工具鋼有 Cfl2 Crl2Mo 和 Crl2MoV 它們具有較好的淬硬性 淬透性 耐磨性 抗回火穩(wěn)定性及熱處理變 形小等優(yōu)點 但碳化物偏析嚴(yán)重 必須在三方六面進行反復(fù)鐓拔 軸向鐓 徑向 撥 改鍛后 使用效果才更加顯著 坯料直徑在 25mm 以下的可以不經(jīng)改鍛 常用于制造工作負(fù)荷大或要求耐磨性高 形狀復(fù)雜的精密模具的凸 凹模和冷 擠壓凹模 4 高碳中鉻工具鋼 用于模具的高碳中鉻工具鋼有 Cr4WV 和 Cr4W2MoV 其中 Cr4W2MoV 是一種空冷微變形模具鋼 其特點是共晶碳化物顆粒細(xì)小 分布 均勻 具有較高的淬硬性 淬透性 耐磨性和尺寸穩(wěn)定性 可以作為上述幾種 高碳高鉻工具鋼的代用品 常用作硅鋼片沖裁模的凸 凹模和冷擠壓凹模 5 高速工具鋼 高速工具鋼內(nèi)含有一定的 C Cr W V Co 等元素 熱處 理后可以顯著提高硬度 耐磨性和韌性等性能 是制造高精密 高耐磨的高級 模具材料 但價格較貴 因此適用于小件的沖?；蛴糜诖笮蜎_模的嵌鑲部分 由于高速鋼在高溫狀態(tài)下能保持高的硬度和耐磨性 所以又是制造溫擠 熱擠 塑料等模具的極好材料 我國高速鋼的主要型號有 W18Cr4V W12Cr4V4Mo W12Mo3Cr4V3N V3N W9Mo3Cr4V3 W6Mo5Cr4V3 W6Mo5Cr4V5SiNbAl B201 W6Mo5Cr4V2 6W6Mo5Cr4V 等 6 高強度基體鋼 高強度基體鋼是指抗拉強度 屈服強度 屈強比都 高 且具有一定的塑性和韌性的鋼種 目前可分為基體鋼和馬氏體時效鋼兩類 用于模具的主要是基體鋼 基體鋼是以高速鋼成份為基休 具有高速鋼淬火成份的鋼種 這類鋼具有 很高的抗壓強度和耐磨性 在高溫條件下使用時 其紅硬性很好 由于含碳量 比高速鋼低 故淬火剩余碳化物少 韌性可以大為改善 因其耐磨性比高速鋼 和高鉻合金鋼差 多用于熱處理中容易開裂的模具 我國近年來試用的新鋼種有 65Cr4W3Mo2VNb 65Nb 7Cr7Mo3V2Si LD 一 1 6Cr4Mo3Ni2WV CG 2 及 5Cr4Mo3SiMnVAl 012AL 等 7 鋼結(jié)硬質(zhì)合金和硬質(zhì)合金 鋼結(jié)硬質(zhì)合金和硬質(zhì)合金中含有 35 97 的 WC 或 TiC 因而硬度特別高 耐磨性也特別好 但是沖擊韌性很差 隨著碳 接觸片級進模沖壓設(shè)計 25 化物 WC 或 TiC 含量的增加 其硬度和耐磨性增加 沖擊韌性下降 因此用作沖 模材料時 一般使用含 Co 量多的 韌性大的型號 例如 YG20 Y625 等型號可 用于冷擠壓模 YGl5 YG20 用于沖裁模 YGll 或 YG8 用于拉伸模 不論用于何種模具 由于硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金價格貴 且韌性又差 因此宜用鑲嵌件形式在模具中出現(xiàn) 以提高模具的使用壽命及節(jié)約材料 降低 模具成本 近年來 國內(nèi)外發(fā)展了超細(xì)粒度 晶粒 的硬質(zhì)合金 其硬質(zhì)相和 Co14m 接合力好 硬度高及強度好 是制造三高模具的理想材料 硬質(zhì)合金作模具材料 在硬度和耐磨性方面是比較理想的 但韌性較差 加工困難 鋼結(jié)硬質(zhì)合金卻起到取長補短的作用 鋼結(jié)硬質(zhì)合金是以鐵粉加上 少量的合金元素粉末 如鉻 鉑 鎢等 做粘結(jié)劑 以碳化鈦或碳化鎢為硬質(zhì)相 用一般粉末冶金法燒結(jié)而成 它的基體是鋼 因此可以切削 焊接 熱處理 還可以鍛造 同時 又因它含有大量的碳化物 故保留了硬質(zhì)合金的高硬度 經(jīng) 淬火 回火后 HRC68 73 和良好的耐磨性 我國鋼結(jié)硬質(zhì)合金的型號有 GT35 TLW50 GW50 和 DT 等 常用于模具的硬質(zhì)合金牌號有 Y68 YG8C YG11 YG11C YG15 YG20C YG25 等 8 調(diào)質(zhì)預(yù)硬鋼 這類鋼就是合金結(jié)構(gòu)鋼 本是熱作模具鋼種 如 42CrMo 等 由于這類鋼有一定的淬透性 經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后即可用于模具 因此近年來 國內(nèi)外將許多沖模都用這類鋼制造 既便于切削加工 又簡化了熱處理工藝 降低了模具成本 提高了模具制造精度 用這類鋼可以制造的模具主要零件有 小批量生產(chǎn)的成形模 拉深模的凸 模和凹模 各種模具的卸料板 凸模座 凹模座 凸模襯套 凹模襯套 凸模 和凹模固定板及墊板等 我國常用的預(yù)硬鋼鋼號有 35Cr 35CrMo 40Cr 42CrMo 等 9 火焰淬火鋼 為了適應(yīng)大型模具的發(fā)展 我國開發(fā)的用火焰淬硬的新型 模具鋼 7CrSiMnMoV CH 一 1 6CrNiMnSiMoV GD 用于制造大型模具的刃口及 拉伸模的型面 當(dāng)模具全部加工完成后 在刃口或需要硬度和耐磨性的部位 用氧一乙炔火掐加溫至淬火溫度 在空氣中冷卻 即可達(dá)到淬火的目的 由于 該鋼種淬火溫度區(qū)寬 所以操作方便 變形小 整個凸模式凹模均可采用分段 淬硬 接觸片級進模沖壓設(shè)計 26 10 熱處理微變形鋼 Cr2Mn2SiWMoV 減小熱處理變形 對形狀復(fù)雜 精密 的模具更為需要 我國研制的 Cr2Mn2SiWMoV 鋼 其熱處理變化率低于 0 004 比正常的變形率 0 1 0 2 低得多 實踐證明 在 100mm 的矩形凹模上 長和寬的尺寸變化為 0 01mm 若研磨得當(dāng) 其尺寸變 化率幾乎可控制為零 4 1 2 沖模常用零件的材料及熱處理要求 沖模零件常用的材料及熱處理要求見表 4 1 可供選用時參考 表 4 1 沖模常用材料及熱處理 硬 度 HRC 零件名稱 材料牌號 熱 處 理 凸模 凹模 產(chǎn)量小 T8A T10A 9Mn2V GrWMn沖裁 模 產(chǎn)量大 CrWMn Cr12MoV GCr15 YG15 5Cr6WV Cr 4W2MoV 淬 火 58 6 2 62 64 凸 模 凹 模 T8A T10A 9Mn2V CrWMn Crl2MoV GCrl5 Cr4W2MoV Cr2Mn2SiWMoV W6Mo5Cr4V2 6 W6Mo5Cr4V 65Nb GT35 GT50 TLW50 GD CH LD 1 CG 2 012A1 YG15 YG20 彎曲 成 形 加熱彎 曲凸 凹模 5CrNiMo 5CrMnMo 4CrMoVLSi 淬 火 58 6 2 62 64 拉 深 翻 邊 凸 模 凹 模 加熱拉 深凸 凹模 CrWMn Crl2MoV Cr6WV 9Mn2V W6Mo5Cr4V 2 6W6Mo5Cr4V GD GT35 TLW50 GW50 DT 5CrNiMo 5CrMnMo Cr5M oVlSi YG8 YGl5 淬 火 58 6 2 62 64 冷 擠 壓 凸 模 凹 模 W18Cr4V Cr12Mo Crl2MoV GCrl5 W6Mo5C r4V2 6W6Mo5Cr4V 65Nb GT35 TLW50 GW 50 DT YGl5 YG20 YG25 淬 火 58 6 2 62 64 接觸片級進模沖壓設(shè)計 27 續(xù)表 零件名稱 材 料 牌 號 熱處理 硬度 HRC Q235 Q275 T10A CrwMn 9Mn2V Crl2 40Cr 42CrMo 淬 火 Q235 HB300 400 HRC58 60 8Cr2MnWoVs 固定板用 調(diào) 質(zhì) HRC40 48 凸模固定板 凹模固定板 卸料固定板 墊 板 YG20 冷鐓墊板用 側(cè)刃 廢料 切刀 斜楔 滑塊 導(dǎo)正 銷 頂銷 推板 頂板 固定卸料板 導(dǎo)料板 定位板 擋 料銷 T8A T10A CrWMn 9Mn2V Cr6WV Crl2 Crl2MoV W6Mo 5Cr4V2 淬火 HRC58 60 彈 簧 65Mn 60Si2MnA 50CrVA 淬火 HRC43 48 上 下模座 HT20 40 Q235 Q275 45 ZG45 20 號鋼 滲碳淬火 HRC58 62 導(dǎo)住 導(dǎo)套 GCr15 T10A 淬火 HRC62 66 4 2 沖模壽命 沖模在正常工作中 沖出廢品制件以前所沖制件的數(shù)量稱為沖模壽命 沖 模在兩次刃磨之間所沖制件數(shù)量稱刃磨壽命 沖模因摩擦導(dǎo)致磨損至不能再修 復(fù)為止 其所沖制件總數(shù)稱為沖?？倝勖?模因某種原因而損壞 使不能再修復(fù) 則損壞前所沖制件總數(shù)稱為損壞壽命 模具因自然磨損或損壞 使模具不能繼續(xù) 沖出合格工件 稱此模具失效 具有互換性的沖模 總壽命難于計算 因為易損件可以更換 而非易損件 接觸片級進模沖壓設(shè)計 28 材料好 精度高 正常情況下不易損壞 因此對于互換性模具而言主要是研究 刃磨壽命 4 2 1 沖模失效的方式與原因 4 2 1 1 沖模失效的方式 1 磨損 沖模在使用過程中因摩擦自然磨損而失效者 是一種正常的失 效方式 刃模具的自然磨損規(guī)律與刃具磨損相似 分為初期磨損 正常磨損和 急劇磨損三個階段 圖 4 1 使用對應(yīng)控制在正常磨損階段以內(nèi) 當(dāng)出現(xiàn)急劇 磨損時 應(yīng)立即刃磨 在沖裁硬 碎材料 如云母 硅鋼 高碳鋼等 時 會因硬?；蛱蓟锏膭?落而引起磨粒磨損 使磨損加快 此時要求凸 凹模硬度高 耐磨性好 當(dāng)沖 壓高 韌性金屬 如不銹鋼等 時 會出現(xiàn)粘附磨損 使磨損加快 此時要求凸 凹模 耐磨性高 抗粘性強 同時保持良好的潤滑 對于彎曲 拉深 持別是冷擠 因 變形金屬與模具上工作表面的相對流動 會使摩擦磨損和粘附磨損加劇 因此 要求模具有較高的耐磨性 抗粘性和小的表面粗糙度值 同時保持良好的潤滑 圖 4 1 模具壽命影響圖 沖模的磨損除了上述與被沖材料有關(guān)外 還與沖件幾何形狀 沖裁間隙 搭邊等多種因素有關(guān) 一般凸模比凹模磨損大 因為凸模在一次行程中與被沖 裁材料有上下兩次相對摩擦 所以凸模的磨損率一般是凹模的 2 3 倍 因此沖 裁時要控制凸模切入材料的深度 對于有尖角的制件 當(dāng)尖角在 n 5 以下時 夾角愈小凸模磨損愈嚴(yán)重 當(dāng)夾角小于 n 20 時 凸模的磨損量可為沖裁直線 接觸片級進模沖壓設(shè)計 29 部位 夾角為 n 磨損量的 40 余倍 從圖 4 2 可以看出 沖裁間隙 工藝搭邊 對磨損影響也很大 搭邊為 3 時 2 搭邊為 1 2 時材料 08 鋼 圖 4 2 沖裁間隙對模具磨損的影響 沖模磨損的界限條件 界限壽命條件 是制件誤差許可的變動范圍 因此設(shè) 計凸模時考慮的最大許可磨損量 設(shè)計儲備量 在數(shù)值上應(yīng)等于制件的公差值 這就是模具磨損的界限條件之一 界限條件之二 是制件的表面質(zhì)量 雖然衡 量表面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)較多 但對一般制件 可用毛刺高度為判斷標(biāo)準(zhǔn) 所以沖模磨 接觸片級進模沖壓設(shè)計 30 損的界限條件之二 是制件毛刺高度 因此毛刺高度超過允許值 表明刃口磨 損 則需重磨刃口 2 塑性變形 當(dāng)沖模承受的負(fù)荷超過自身鋼材的屈服極限時 模具會產(chǎn)生 塑性變形 造成失去其尺寸的準(zhǔn)確性而失效 如凸棋的鐓粗 局部壓塌 模具 工作表面產(chǎn)生皺紋 凸模的彎曲變形等 都會使沖模失效 因此要求凸 凹模 有足夠的硬度 3 疲勞破壞 沖模的凸 凹模在反復(fù)交變應(yīng)力作用下 加工一定數(shù)量的制 件之后就會產(chǎn)生疲勞裂紋 隨著沖次的增加 裂紋不斷擴展 致使模具破壞而 失效 這種疲勞破壞失效方式在冷擠模中表現(xiàn)突出 如冷擠壓凸 凹模經(jīng)使用 一個時期以后產(chǎn)生的縱裂 橫裂 網(wǎng)裂 碎裂和剝落等 因此要求凸 凹模抗 疲勞強度高 要求內(nèi)柔外硬 4 早期破壞 沖模因某種原因出現(xiàn)崩刃 折斷 碎裂等早期破壞 致使沖 模不能繼續(xù)工作而失效 這種早期破壞失效的方式在國內(nèi)外都普遍存在 這在 模具技術(shù)中是比較突出的問題 必須尋找產(chǎn)生的原因 努力消除 4 2 1 2 沖模失效的原因 造成模具失效的原因很多 涉及的技術(shù)面很廣 但其中主要原因可以歸納 為設(shè)計不合理 材質(zhì)不佳 熱處理不當(dāng) 加工不良 使用下妥等幾方面 據(jù)有 關(guān)部門調(diào)查分忻結(jié)果 模具失效的比例大致為 設(shè)計不合理占 3 3 材質(zhì)不佳 占 17 8 熱處理不當(dāng)占 52 鍛造不良占 7 8 加工工藝不合理占 8 9 使用不當(dāng)占 10 2 因此 在模具使用中出現(xiàn)失效問題后 應(yīng)逐項分 析 找出原因 提出解決問題的辦法 4 2 2 提高模具壽命的措施 4 2 2 1 擬定合理的沖壓廠藝 1 制件的結(jié)構(gòu)設(shè)計要符合沖壓工藝性的要求 2 選擇合地的工藝搭邊 一般要求搭邊大于料厚 3 合理分配各工序的變形堡 合理安排變形前和工序間的軟化熱處理工 序 4 合理潤滑 提高潤滑質(zhì)量 潤滑不僅在拉深 冷擠壓等變形工序個對 提高模具壽命 的效果顯著 而且在沖裁工序中也有較大的作用 實驗證明 在沖裁硅鋼片時 進行潤滑的模具壽命大約是無潤滑模具的 10 倍 接觸片級進模沖壓設(shè)計 31 5 合理控制毛坯的尺寸和形狀誤差 保持毛坯表面清潔和較好的表面質(zhì)量 4 2 2 2 設(shè)計合理的模具結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù) 1 增大上模座與下模座的厚度 加大導(dǎo)柱 導(dǎo)套直徑 以提高模架的剛性 2 提高模架的導(dǎo)向性能 增加導(dǎo)柱 導(dǎo)套數(shù)量 4 導(dǎo)柱模架 用卸料板作 為凸模的 導(dǎo)向和支承部件 卸料板自身亦有導(dǎo)向裝置 3 選用合理的模具間隙 保證工作狀態(tài)下的間隙均勻一 縮小模具工作部 位和導(dǎo)向部位的相對位置誤差 4 在模具結(jié)構(gòu)上采取防止廢料回升與堵塞的措施 5 保持模具壓力中心與壓力機的壓力中心基本一致 6 控制振動 提高模架剛性 減短凸模工作部分長度 增大其固定邵分直 徑和尾端的承壓面積 細(xì)長凸模設(shè)置保護套 7 適當(dāng)增加凹模刃口和直筒部分的高度 工具鋼取 5 8 硬質(zhì)合金取 12 14 以增加刃磨次數(shù) 8 避免凸 凹模在垂直和水平剖面內(nèi)的尖角過渡 以減小應(yīng)力集中或延援 磨損盡力避免截面的急劇變化 以減小應(yīng)力集中 因此 對于截面急劇變化的 整體式凸 凹模應(yīng)以較大圓角半徑和錐度過渡 9 對于應(yīng)力集中而易于開裂的凹模和某些結(jié)構(gòu)的凸模 可在易開裂處分 開 設(shè)計成組合式或鑲拼式結(jié)構(gòu) 對于重負(fù)荷凹模應(yīng)設(shè)計成多層頸應(yīng)力組合式 凹模 10 采用合適的定位方法與支承方式 減小毛坯的定位誤差 11 在變形工序中 凸 凹模的幾何參數(shù)應(yīng)有利于金屬的變形和流動 讓 工作表面的粗糙度值盡可能地減小 4 2 2 3 合理選擇沖模材料 1 研制模具新材料 提高模具鋼材的供應(yīng)質(zhì)量 2 根據(jù)加工材料和工序性質(zhì) 合理選取模具材料 3 采取材料匹配 磨損快的模具零件用好鋼材 或凸 凹模分別用工具鋼 和硬質(zhì)合金配合使用 接觸片級進模沖壓設(shè)計 32 4 選取微晶粒 小于 2 m 的硬質(zhì)合金作要求耐磨性高的模具 選取粗晶 粒 大于 54 m 的硬質(zhì)合金作高沖擊工作條件的模具 4 2 2 4 改善模具的熱處理 1 完善和嚴(yán)格控制熱處理工藝 采用真空熱處理 防止脫碳 氧化 滲碳 加熱適當(dāng) 均勻 回火充分 2 采用表面強化處理 使模具的成形零件 內(nèi)柔外硬 以提高耐磨性 抗粘性利抗疲 勞強度 其方法有氮化 滲硼 滲硫 電火花強化 離子噴除 WC 淬火后的氣 相沉積碳化物 如 TiC VC 等 3 用高頻淬火 噴丸 機械滾壓等表面硬化處理 使表面產(chǎn)生壓力 以 提高抗疲勞強度 4 模具使用一段時期后進行一次去應(yīng)力退火 以消除疲勞 5 在熱處理工藝中 增加冰冷 低于 78 C 處理 以提高耐磨性 6 熱處理時 注意強韌匹配 柔硬兼顧 4 2 2 5 完善模具加工工藝 1 采用三方六面鐓拔法反復(fù)鍛造凸 凹模毛坯 把碳化物不均勻度控制在 3 級以內(nèi) 2 消除電加工表面不穩(wěn)定的硬碎層 可用機械或電解 腐蝕 噴射 超聲 波等方法去除 調(diào)整電加工參數(shù) 以便減小便碎層深度和硬度 電加工后進行 回火 以消除加工應(yīng)力 3 防止磨削裂紋的產(chǎn)生 采用干磨 防止燒傷 采用小進給量 磨削后進 行一次補充回火 以消除加工應(yīng)力 4 注意研磨 拋光 拋光方向與變形金屬流動方向保持一致 注意保持形 狀的準(zhǔn)確性 使表面粗糙度值 R 在 0 10 m 以內(nèi) 采用擠研磨工藝 5 使模具材料纖維方向與