MISUMI冲压模具讲座

MISUMI冲压模具讲座第1讲冲压模具的精度判断种别：模具设计2012年07月20日模具精度通常采用产品的尺寸精度和形状精度来作为标尺。对于容许差要求严格的产品，例如IC引线框架或连接器等要求高精度的产品，通常认为加工这些产品的模具属于高精度模具。估计对这一点没有人会提出异议。那么这样的模具的哪些部分属于高精度呢？产品是复制凸模、凹模的形状，也许是因为这些模具使用了采用仿形磨削加工（PG加工）或电火花线切割加工（W/EDM）这样的多次切割等方法获得的精度良好的凸模、凹模形状吧。的确，获得满足产品尺寸容许差要求的凸模、凹模形状，是判断模具精度的一个重要标准。制作凸模、凹模的形状，有时候也是维持间隙的必要条件。当产品的板材板厚变薄时，冲压的间隙也会成比例缩小。要想维持一致性，有相当高的难度。相应地，即使产品的形状尺寸的容许差较大，当采用薄板进行加工时，为了维持较小的间隙，也需要实现精确的凸模形状并在装配至模具内时保持组装位置的高精度。可以说产品的材料板厚也是衡量模具精度的一个标尺。对产品的形状精度来说，当板材的板厚变薄时，即使接触情况发生细微的变化也会导致精度出现大幅波动。总之，保证凸模、凹模的形状精度极为重要。通过保证凸模、凹模的形状精度，可以得到满意的零件。由于凸模、凹模分别布置于上模和下模，所以用于保证上模与下模位置关系精度的导柱、导套（导向）也间接性具有保证模具精度的重要功能。考虑到需要用卸料板对凸模进行凸模导向，卸料板（内导向）、卸料板螺栓及弹簧等的制作也有相关影响。如果不明确作为标尺的影响因素，就无法讨论模具精度。例如，内导向应保证何种状态这一命题。根据所需精度不同，所使用的零件和装配方法也会发生变化。在没有明确要求内容的前提下制作的模具，即便看起来像那么回事，也难以称之为高精度模具。如果明确了前提就十分清楚了。例如，以加工较薄的材料为前提来考虑模具，按照间隙较小→凸模、凹模的形状精度/表面粗糙度→凸模、凹模的位置精度→保证导向这样的思路，自然而然地就能想到模具应具备的形态。模具精度与冲压加工产品的加工数量无关，而是由产品本身决定的。第2讲冲压模具的寿命种别：模具设计2012年07月20日在冲压加工中冲切毛刺的增大最快，因此可认为模具维护周期由毛刺的高度决定。相应地，可以设定恰当的冲切间隙为前提，通过观察冲切加工部位可在一定程度上对模具寿命进行判断。当冲切形状有尖角时容易出现崩刀，因此毛刺出现较早。众所周知，作为解决毛刺的措施可采用使角度变钝的方法。凸模、凹模的模具材料按照SKS→SKD→粉末高速钢→硬质合金的顺序，模具寿命逐渐增长。即使采用的是相同材质，当凸模、凹模的表面粗糙度较好时可延长寿命，此外还会因润滑情况而出现差异。废料的落料方式接近于切屑堆积状态时，寿命会缩短。此外，模架的导向或卸料板导向（副导向）等也会影响模具的刚性及模具的动态精度。模具寿命可分为维护寿命（研磨周期）和总寿命。总寿命是可以说是由历次维护寿命之和构成的，但根据模具的结构不同，有些时候很难判断模具的总寿命。对于整体式模具来说，每次研磨时板都会变薄，因此很容易判断模具的总寿命。对于嵌件式模具来说，仅需对嵌件部分进行再次研磨并调整水平后即可继续使用，当寿命到期时只需更换嵌件部分。同样，当副导向等发生磨损时，也只需更换发生了磨损的零部件。如此不断反复，很难达到模具的总寿命。对于这样的模具，怎样判断其总寿命需要通过观察板来判断。关注目标为嵌件孔的松动、板的变形。当嵌件孔因变形或磨损而导致出现松动而无法保证嵌件的位置精度时，这就已到达使用寿命。在板的变形方面，每次进行冲压加工时，尽管变形量很小，但模具仍会产生弹性变形。当长时间使用模具时，这种变形会残留在板内。当处于这种状态时，即使装入新的嵌件，也无法加工之前那样的件数。当出现这种维护寿命也无法满足生产要求的情况时，可以判断已到达总寿命。当考虑板寿命时，如果希望获得长寿命，则采用较厚的板、进行淬火，如果短寿命即可满足要求时，采用淬火但较薄的板，或者在未经淬火的板上安装嵌件的方式。副导向也是一样的。当希望获得长寿命时，采用导套，当生产量较小时，直接利用板上的孔位作为导柱的孔。模具可分为用于少量生产或大量生产，多种多样。保证质量、寿命适当的模具制作是非常难的。特别是用于少量生产的模具由于制作费用有限，制作难度更大。第3讲冲裁加工的废料回跳对策（1）种别：剪切加工2012年07月20日废料回跳是指冲裁废料未停留在凹模上、而是升至凹模表面的不良现象。毛刺对策虽然改善了冲裁效果，但同时也减弱了冲裁废料与凹模侧面的摩擦力，导致易产生废料回跳。废料回跳的原因以上为主要原因。此外还存在磁性、回弹等因素，但影响都比较小。附油的原因附着于材料表面的加工油，使凸模下表面与材料紧密贴合，阻碍周围的空气流入，材料被吊起。油着対策・对材料的供油在凹模面多给、凸模面少给。・在凸模下表面（与材料的接触面）设置让位，减小接触面积。・设置空气孔，吹少量空气。（可与上述让位同时采用）吸附的原因在加工完成、凸模复位的工序中，凹模成为气缸、凹模内的材料作为底部、凸模成为活塞，材料与凸模下表面之间产生减压，材料被吸上去。吸附对策・由于减压与凸模速度成正比，所以可降低加工spm。・开吸气孔。※设置卸料螺钉、强制控制废料回跳的方法对任何原因的废料回跳均有效。本讲座只对除这种方法之外的其他的可能有效的对策进行了介绍。第4讲小孔冲孔凸模・凹模的设计种别：模具设计2012年07月20日提及小径冲孔，给人的印象大致是小于同时，φ1.0mm小径孔相对应的材料板厚一般在1.0mm上下。凸模的设计为了进行保护，冲孔凸模如【图1】所示，采用了通过卸料板对凸模前端进行导向（凸模导向）以防止凸模破损的对策。凸模尺寸中P与B的关系，以B≤10P为设计准绳。小孔凸模中，随着B尺寸变短，凸模导向亦随之愈加困难。作为解决措施，采用了如【图2】所示的台阶凸模。P上的d尺寸采用d≤P＋2t左右。原因是为了避免凸模从材料中拔出时防止孔内部产生形变。凸模前端导向长度的设定条件：导向长度≥凸模直径。此外，凸模与卸料板孔的单边间隙0.003以上。其设计原理是参考不发生油膜断裂的最小间隙0.003。当然，对凸模侧面进行抛光加工也是可行的。凹模的设计凹模设计的要点是避免冲裁废料积留在凹模孔内。其要点的问题症结在于，所需的落料力之大，同时相抵触的冲压力之多■参阅【图3】作为对策，应尽可能缩短刃口长度（A）。如果可能的话，应以逐一单片落料为设计理念。原则上，落料孔（d寸）相对于P寸，应谨防尺寸悬殊。同时，若缩小d寸，凹模长度（L）亦应相应缩短。防堵塞对策。配合间隙要大于常规间隙，以降低冲压加工力。在小径孔加工时，若采用常规间隙加工，则会使冲压面拉长。同时亦是冲裁废料留积凹模的原因。第5讲冲裁加工的间隙种别：模具设计2012年07月20日单边间隙是指【图1】中凸模与凹模之间的间隙。当间隙较大时，冲裁所需的力较小，但【图2】中剪切面塌角及断裂面的倾斜会变大。【表1】中列出了冲裁加工的单边间隙的数值。■【表1】按材质区分的冲裁间隙（相对于板厚的％材质精密冲裁普通冲裁软钢2〜56〜10硬钢4〜89〜15硅钢4〜67〜12不锈钢3〜67〜12铜1〜34〜7黄铜1〜45〜10磷青铜2〜56〜10镍银合金2〜56〜10铝（软）1〜34〜8铝（硬）2〜56〜10坡莫合金2〜45〜81.常规冲裁板厚越厚时，采用较大数值。2.冲裁条件较好的圆孔等采用较小数值。3.冲裁条件较差的角部等采用较大数值。4.厚板、硬质材料采用较小值时易产生二次剪切。5.裁断加工采用较小数值（如果可能应采用精密冲裁）。虽然过去曾流行配合间隙均一化的观点，但最近认为，根據冲压条件的变化，相应得调整配合间隙，不仅可提高凸凹模的耐磨耗性，同时亦是种防止产品形变的对策。第6讲冲裁凹模的形状设计种别：模具设计2012年07月20日冲裁模中被冲裁的材料通过凹模内部落下。该部分（凹模截面）由刃口部、刃壁（也称平行部）及让位部（有时也称退让等）构成。刃壁制作时考虑了再研磨余量，但如果太长的话就会导致下述问题。1.刃壁部的侧面摩擦剧烈，易产生毛刺。2.冲裁制件的弯曲变大。3.冲孔时冲裁废料的卸料力增大，增加凸模的负担（导致凸模破损的原因）。4.容易卡死、烧结，造成废料堵塞。【图1】中列出了冲裁凹模的侧面形状。冲裁凹模形状说明（1）全斜壁（从刃口开始让位）利用电火花线切割加工制作凹模时经常采用。可降低制作成本。考虑到再研磨会导致凹模尺寸变大，间隙应选用较小值。（2）2级角度让位虽然形状比较复杂，但是是冲裁材料可顺利通过的理想形状。多用于薄板加工用精密模具。（3）有刃壁的让位可以说是标准的凹模形状。属于普通产品，多用于生产量从中等数量到较大数量的模具。少量生产时多采用从刃口开始让位（全斜壁）形。（4）分段让位多用于冲孔等较小形状的加工。分段让位如果设置不合理（孔径的2倍左右），容易产生废料堵塞。应采用较小的高低差或特别大的高低差。第7讲模具的基本结构种别：模具设计2012年07月27日冲压加工用模具中最重要的是凸模和凹模。其次是卸料板。模具的结构当然以这三要素为中心而构成。【图1】是对这三种要素的整理汇总。【图1】的内容是根据以下两个条件进行分类。分别说明各结构。1.凸模与凹模的位置凸模在上、凹模在下（正装）；凸模在下、凹模在上（反装）2.有无卸料板及其位置处于凸模侧还是凹模侧、是可动式还是固定式（1）正装无卸料板结构用于不需要压边、不用担心材料会嵌入凸模的加工所使用。意外的是被用于多种用途。例如V形弯曲模、不需要防皱压板的拉深冲裁模等。（2）正装固定卸料板结构卸料板位于凹模侧、固定于凹模的结构。代表性的用途是落料模。不需要压边且材料嵌入凸模时使用。也经常用于弯曲或拉深的级进模。虽然结构简单、使用方便，但材料会被卸料板遮挡而无法观察到加工部位，因此需要切除卸料板的多余部分以方便观察加工部位。（3）正装可动卸料板结构通常称可动卸料板结构，是大家熟知的结构形式。卸料板位于凸模侧，采用可动形式。这种结构在当需要压边且材料会嵌入凸模时使用。多用于冲孔模或级进模。有时也用于精密加工用模具。精密加工用模具中利用卸料板导柱（销）对卸料板进行导向、限制卸料板的动作。然后利用卸料板对凸模前端进行导向，提高凸模和凹模的配合。（4）正装下模可动卸料板结构卸料板位于凹模侧、采用可动形式的结构。当弯曲加工等不需要压边，但希望取出附着于凸模的制件时，经常使用这种结构。因为采用可动卸料板可以在模具内部制作出将材料插入的空间。也用于拉深的级进加工。（5）反装无卸料板结构凸模在下、凹模在上的结构。反装结构必须在凹模内设置顶出装置。顶出装置是将已进入凹模内的制件从凹模内排出为目的的部件。没有卸料板的这种结构经常用于拉深制件的修边模等。（6）反装可动卸料板结构在下方的凸模侧安装可动式卸料板的结构形式。用于需要进行压边的加工。此外，由于材料滑过卸料板的上表面，所以有时候也将该面用作材料导向。由于顶出装置也可用作压边装置，所以经常用于需要平面度的加工、也作为拉深加工用模具使用。即使是相同的加工，改变模具结构会使质量发生变化。例如需要压边但没有进行压边的时候等。相反，如果不需要压边却对材料进行了压紧，就会导致模具成本增加，因此需要多加注意。结构应根据加工所需的功能进行设计。第8讲复合模结构的制作方法种别：模具设计2012年07月27日进行落料冲孔加工、落料拉深加工等复合加工的模具结构是通过组合基本模具结构来完成。在这些加工中首先制作外形（落料）、然后进行追加加工（例如冲孔或拉深）。通常进行这些加工时落料朝上冲裁、追加的冲孔等加工是朝下进行加工的方式较多。选择能够分别完成这些加工的基本模具结构，进行组合集成，来完成复合模具结构。以落料冲孔加工（复合凹模）为例来进行说明。请参阅【图1】。落料冲孔加工模具是同时进行落料和冲孔的模具。由于具有外形与孔的位置关系准确、制件平面度好、外形与孔的毛刺方向相同等优点，所以经常被使用。此外还能够缩短加工时间。缺点是因为制件会进入凹模（上模），所以出件容易出现