第2章冷冲模工艺与结构

第2章冷冲模工艺与结构2.1冷冲压模具基本概念2.2冷冲压模具结构基础2.3冷冲模标准件2.4冷冲压模具的设计基础2.5冷冲压模具加工工艺2.6冲裁工艺与冲裁模设计12.1冷冲压模具基本概念（1）冲压与冲模:在冲压加工中，将材料加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冲压模具（俗称冲模）。加工对象：主要金属板材。加工依据：板材冲压成形性能（主要是塑性）。加工设备：主要是压力机。加工工艺装备：冲压模具。2）冲压生产的三要素：合理的冲压工艺；先进的模具；冲模一种特殊工艺装备。冲模与冲压件有“一模一样”的关系，冲模没有通用性。冲模是冲压生产必不可少的工艺装备，决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。(3)按工序性质分:冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模及冷挤压模22.2冷冲压模具结构单工序模、复合模和连续模的模具结构基本相同的，都是有：上模、上模座、下模、下模座、凹凸模、卸料板、固定板、导柱、导套、压料板（圈）等组成产品上模下模模柄导套导柱下模座脱料板上模座凸模固定板3图2-1单工序模具结构产品上模下模模柄导套导柱下模座脱料板上模座凸模固定板在压力机一次行程中只完成一道工序4图2-2复合模结构模柄板料上模座打秆脱板料产品上模下模打料板下模座导套废料限位削凸模凸模固定板垫板在压力机一次冲程中完成多步工序5图2-3连续模结构模柄板料上模座脱板料产品下模座导柱凸模凸模固定板垫板凹模凸模有两个或更多工位的冲模材料随压力机行程逐次送进一工位，从而使冲件逐步成形6图2-4连续模实例7表2-1单工序模、复合模和连续模的比较8冲压模具基本结构上模是整副冲模的上半部，即安装于压力机滑块上的冲模部分。9冲模冲模是装在压力机上用于生产冲件的工艺装备，由相互配合的上、下两部分组成。10凸模凸模是冲模中起直接形成冲件作用的凸形工作零件，即以外形为工作表面的零件。11凹模凹模是冲模中起直接形成冲件作用的凹形工作零件，即以内形为工作表面的零件。凹模12压料板（圈）压料板（圈）是冲模中用于压住冲压材料或工序件以控制材料流动的零件，在拉深模中，压料板多数称为压料圈。13固定板固定板是固定凸模的板状零件。固定板14卸料板卸料板15卸料板是将材料或工（序）件从凸模上卸脱的固定式或活动式板形零件。卸料板是有时与导料板做成一体，兼起导料作用，仍称卸料板。2.2.2模架结构图2-4对角导柱模架可承受一定的偏心负荷，滑动平稳，用于横向送料大件16图2-5后侧式导柱模架滑动不平稳可三面送料，操作方便，易变形，适用小件冲裁。17图2-6中间导柱模架结构简单，加工方便，送料适应差易歪斜不平稳，寿命短18图2-7四角式导柱模架精度高，平稳用于大型精度高零件的冲压192.3冷冲模标准件冷冲模常用的凹模板、模板、模柄、凹模、挡料销、推杆、导正销等标准件基本尺寸和材料，20矩形凹模板(GB2858.1-81)21L=63~315B=50~250H=10~45材料为T10A,Cr12,Cr6WV,9Mn2V,Cr12MoV圆形凹模板(GB2858.4-81)22矩形模板(GB2858.2-81)23L=63~315B=50~250H=6~40适用于凸模固定板等材料为45钢，Q235-A圆形模板(GB2858.5-81)24D=Φ63~Φ315H=6~40适用于凸模固定板、料板、空心垫板、凹模框等。材料为45钢，Q235-A压入式模柄(GB2862.1-8125d=Φ20~Φ76H=68~158材料为Q235-A槽形模柄(GB2862.4-81)26d=Φ20~Φ60H=70~130材料为Q235-AA型凸缘式模柄(GB2862.3-81)27d=Φ30~Φ76h=16~22H=64~98材料为Q235-AB型圆凸模(GB2863.2-81)28d=Φ3~Φ30.2L=36~70材料为9Mn2V,Cr6WV,Cr12,Cr12MoV键入式圆凹模(GB2863.4-81)29d=Φ8~Φ40L=14~35材料为T10A,9Mn2V,Cr12,Cr6WV,硬度HRC58~62带台肩凹模(GB2863-81)30d=Φ8~Φ10L=14~35材料为T10A,9Mn2V,Cr12,Cr6WV,硬度HRC58~62侧刃(GB2865.1-81)31⑴S=5.2~10.2B=4,L=45~50⑵S=7.2~10.2B=6,L=45~50⑶S=10.2~15.2B=8,L=45~50⑷S=15.2~30.2B=10,L=50~65⑸S=30.2~40.2B=12,L=55~70材料为Cr12,9Mn2V,硬度HRC58~62弹簧弹顶挡料销(GB2866.5-81)32d=Φ4~Φ20L=18~60材料为45钢，热处理HRC45~48固定挡料销(GB2866.11-81)33d=Φ4~Φ25L=8~22材料为45钢，热处理HRC43~48带肩橇杆(GB2867.1-81)34d=Φ6~Φ25L=40~280材料为45钢，热处理HRC43~48A型顶板(GB2867.4-81)35D=Φ20~Φ210L=4~18材料为45钢，热处理HRC43~48圆柱头卸料螺钉(GB2867.5-81)36d=Φ3~Φ10L设计确定材料为9Mn2V,Cr12,热处理HRC52~56B型导正俏(GB2864.2-81)37d=Φ3~Φ10L设计确定材料为9Mn2V,Cr12,热处理HRC52~562．3．2.模架技术条件（1）精度:滑动导向模架的精度分为Ⅰ级和Ⅱ级；滚动导向模架的精度分为Ⅰ级和Ⅱ级（2）配合间隙:装入模架的每对导柱和导套（包括可卸导柱和导套）的配合间隙值（或过盈量）应符合表2-7（p28）导柱、导套配合间隙(或过盈量)所示的规定。382.4.1塑性变形的基本概念变形包括:弹性变形、塑性变形塑性变形：塑性变形是物质-包括流体及固体在一定的条件下，在外力的作用下产生形变，当施加的外力撤除或消失后该物体不能恢复原状的一种物理现象。金属在室温下的塑性变形，对金属的组织和性能影响很大，常会出现加工硬化、内应力和各向异性等现象。392.4.3塑性变形的规律1.硬化规律：塑性降低，变形抗力提高，能提高变形的均匀性2.卸载弹性恢复规律和反载软化现象。3.体积变条件：塑性变形时体积可忽略不计402.4冷冲压模具的设计基础最小阻力定律在塑性变形中，破坏了金属的整体平衡而强制金属流动，当金属质点有向几个方向移动的可能时，它向阻力最小的方向移动在冲压加工中，板料在变形过程中总是沿着阻力最小的方向发展。这就是塑性变形中的最小阻力定律。弱曲先变形方法：开流限流41图2-13最小阻力定律塑性变形中破坏了金属的整体平衡而强制金属流动，当金属质点有几个方向流动时，它向阻力最小方向移动。422.4.5冲压材料及其冲压成形性能1.冲压成形性能材料的冲压成形性能：①．材料对各种冲压加工方法的适应能力好。②．材料的冲压性能好、成形极限高、成形质量好、便于冲压加工。③．冲压成形性能是一个综合性的概念，成形极限高、成形质量好。43冲压材料及其冲压成形性能2.冲压成形性能的试验方法：间接试验和直接试验。3.板料的机械性能与冲压成形性能的关系板材的强度指标越高，产生变形的力就越大；塑性指标越高，成型时变形量就越大；刚度指标越高抵抗失稳起皱的能力越大，不同冲压工序对板材的机械性能具体要求不同。强度：材料在外力作用下抵抗破坏（变形和断裂）的能力称为强度。刚度：刚度是指材料或结构在受力时抵抗弹性变形的能力。是材料或结构弹性变形难易程度的表征。444.冲压材料（1）对冲压材料的要求：冲压成形性能，材料厚度公差，表面质量。（2）常用冲压材料：黑色金属、有色金属、非金属材料。45462.4.6冷冲压模具的设计流程1接受任务书审签的正规图纸，注明使用的板料，制品使用说明书或技术要求，制品产量，样品。2分析制品工艺了解制品用途，工艺性，尺寸精度，有无涂装、电镀等要求，估计成型公差，成型方法，设备型号，材料规格。模具类型等等3选择成型设备选择设备性能、规格、特点、行程、吨位等。4确定具体结构方案模具满足工艺技术和经济型要求472.5冷冲压模具加工工艺零件准备、穿丝空加工、热处理、基面加工等-程序准备-零件装夹定位-穿丝选-择工艺参数-切割加工-检验-切割加工-检验482.5.1模具的制造特点1.形状复杂，加工精度高2.模具材料性能优异，硬度高，加工难度大3.生产批量小，单件少工序多工步，工序集中，不用或少用专用工具。4.模具需调整或试模。492.5.2模具零件的加工方法包括机械加工和特种加工：1.机械加工配以钳工操作。2.机械预加工后，特种加工502.5.2模具零件的加工方法1.模具毛坯选择一般采用锻件，大型模具采用铸件，小型模具采用型材2.模具零件的机械加工3.模具零件的电加工51522.6冲裁工艺与冲裁模设计53冲裁：利用模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。基本工序：落料和冲孔。既可加工零件，也可加工冲压工序件。半成品冲裁模：冲裁所使用的模具叫冲裁模，它是冲裁过程2.6.1冲裁件质量及其影响因素(1)尺寸精度：图纸规定的公差范围内形状误差。外形满足图纸要求；表面平直，即拱弯小。（1）冲裁件断面质量及其影响因素断面特征圆角带刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形。①．光亮带：塑性剪切变形。质量最好的区域。②．断裂带：裂纹形成及扩展。③．毛刺区：间隙存在，裂纹产生不在刃尖，毛刺不可避免。此外，间隙不正常、刃口不锋利，还会加大毛刺。54断面质量图2.11间隙大小对制件断面质量的影响•1—凸模；2—凹模55冲裁件质量及其影响因素(2)冲裁件的形状误差：指翘曲、扭曲、变形等缺陷。①．翘曲：冲裁件呈曲面不平现象。它是由于间隙过大、弯矩增大、变形拉伸和弯曲成分增多而造成的，另外材料的各向异性和卷料未矫正也会产生翘曲。②．扭曲：冲裁件呈扭歪现象。它是由于材料的不平、间隙不均匀、凹模后角对材料摩擦不均匀等造成的。③．变形：由于坯料的边缘冲孔或孔距太小等原因，因胀形而产生的。562.冲裁模间隙值的确定•根据冲裁件的断面质量、尺寸精度和模具寿命给间隙一个合理的值。考虑生产过程中的磨损，制造模具时应取最小合理间隙。•确定合理见习的方法有：理论计算法、查表法、经验记忆法。572.6.2冲裁间隙冲裁间隙Z：指冲裁模中凹模刃口横向尺寸DA与凸模刃口横向尺寸dT的差值。1.间隙是影响冲裁件质量的主要因素。2.间隙增大冲裁力降低，但影响不大。间隙增大卸料力和推件力将减少。3.间隙小磨损增加，影响模具的寿命，在保证冲裁件质量的前提下，应适当采用较大的间隙。58合理冲裁间隙的选用Z=2t(1－b/t)tanβ合理间隙取决于三个因素a：板料厚度t、b：相对切入深度b/t、c:裂纹方向角ββ是一个与板料的塑性或硬度有关的值，但其变化不大，所以影响合理间隙值大小主要取决于前两个因素。由2.1.3中分析已知，材料塑性愈好或硬度愈低，则光亮带所占的相对宽度b/t就愈大，反之，材料塑性愈差或硬度愈高，则b/t就愈小。59表2.4冲裁模初始双面间隙值Z(汽车拖拉机行业用)mm注：1.冲裁皮革、石棉和纸板时，间隙取08钢的25%。2.Zmin相当于公称间隙。板料厚度t08、10、3509Mn、Q23516Mn40、5065MnZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax＜0.5极小间隙0.50.0400.0600.0400.0600.0400.0600.0400.0600.60.0480.0720.0480.0720.0480.0720.0480.0720.70.0640.0920.0640.0920.0640.0920.0640.0920.80.0720.1040.0720.1040.0720.1040.0640.0920.90.0900.1200.0900.1260.0900.1260.0900.1261.00.1000.1400.1000.1400.1000.1400.0900.1261.20.1260.1800.1320.1800.1320.1801.50.1320.24