五金模具知识培训教材[41P][852KB].pdf

五金模具专题知识 讲师：伍志葵 五金工模与产品开发的关系 五金工模与产 品开发是紧密 相关的，随着 冲压技术的广 泛应有和发展，各个工业部门 几乎都离不开 冲模，尤其是 汽车、电器、电机、仪表和日用品工业，其产品质量、生产效率、生 产成本 及产品 更新换 代快慢，都在很大程度 上取决于模具，因此，模具 工业是带动各 项工业产品发展的先行工业。冲 压 加 工 的 优 点 是 生 产 率 高、质 量 稳 定、耗费低，特 别 适 宜 于 大 批量生产，易于 机械化和自动 化。为了充分 发挥冲压加工 的优越性，扩大其应用范围，近年来，国 内外都在研究 如何把冲压加 工用于的品种，小批量生产，比如简易模具 的采用、生产 线的合理化、以及数控冲床和冲压中心等，就是这 方 面的具 体运用。目前亿龙公司 的产品主要由 塑胶件、五金 件两大部分组 成。几年前，公司着手开发 不锈钢产品，并取得迅速发 展，公司将继 续扩大不锈钢产品的 生产规 模，亿龙公 司 几乎所 有五金 件都是 通过冲 模冲压 成形，例如：不锈水 壶壶身、发热 盘、不锈钢外 壳装饰片、保 温板主其它五金配件。可以说公司的发 展有赖 于塑胶 件、五 金件两 大部分 的发展。五金工模分类 冲模结构型式很多，可以 根据以 下特点 分类：一 按冲 压工序性 质分，落料模、冲 孔模、切 边模、拉深模、弯曲模、胀形模、成形模、翻边模 等。二 按冲 压工序组 合方 式分，单 工序 模、复合 模、连续模、连续复合模等。三 按模 具结构型 式分，根据上、下 模的导向 方式，有无导 向模、导向模；根据卸料装置，可分为带有弹性卸料板和刚性卸料板模；根据挡料形式，可分为固定挡料钉、活动挡料销、导正销和侧刃定距冲模。四 按凸、凹模材 料分，可分为 硬质 合金模、钢质 硬质合金 模、钢皮冲模、橡胶冲模。冲裁模 冲 裁 模 是 利 用 模 具 使 板 材 分 离 的 冲 压 工 序，包 括 落 料、冲孔、切口、修边等工序。（图1）1、冲 裁 过 程：冲 裁 即 是 分 离 工 序，工 件 受 力 时 必 然 从弹、塑 性 变 形 开 始，以 断 裂 告 终。当 凸 模 下 降 接 触 板 料，板 料 即 受 到 凸、凹 模 压 力 而 产 生 弹 性 变 形，随 着 凸 模 下压，模 具 刃 口 压 入 材 料，内 应 力 状 态 满 足 塑 性 变 形 条 件时，产 生 塑 性 变 形，冲 件 塑 性 变 形 从 刃 口 开 始，随着切刃的深入，变 形 区 向 板 料 的 深 度 方 向 发 展、扩大，直到在 板 料 的 整 个 厚 度 方 向 上 产 生 塑 性 变 形，板 料 的 一 部 分相对于另一部分移动。2 冲裁零 件 的断面 形状及 分析：如下图 所示，由于冲裁变形的特点，使冲出的工件断明显地分成三特征区，即圆角带、光亮带与断裂带。圆角带、光 亮 带 与 断 裂 带 三 部 分 在 冲 裁 件 断 面 上 所 占 的 比 例 随 材 料的机械性能、凸与凹模间隙、模具结构等不同而变化。要想提高冲裁 件 切 面 的 光 洁 程 度 与 尺 寸 精 度，可通过增加光亮带的高度或采用整修工序来实现。3 冲裁间隔：模具间隙系指凸、凹模刃口间缝隙的距离，间 隙 对 冲 裁 件 质 量、冲裁力、模 具 寿 命 的 影 响 很 大。影响 冲 裁 件 质 量 的 因 素 有：凸、凹 模 间 隙 大 小 及 分 布 的 均匀性，模 具 刃 口 状 态、模 具 结 构 与 制 造 精 度，材料性质等，其中间隙值大小与均匀程度是主要因素。1）冲裁间隔值对冲裁质量的影响 间隙过 小时，将产生二次剪切，制 件 断 面 的 中 部 留 下 撕 裂 面。而 两 头 为 光 亮带，在 端 面 出 现 挤 长 的 毛 刺。毛 刺 虽 有 所 增 长，但易去除，且 制 件 穹 弯 小，断 面 垂 直。间 隙 过 大 时，材料的弯曲 与 拉 伸 增 大，材 料 易 被 撕 裂，致 使 制 件 光 亮 带 减 小，毛 刺 大 而 厚，难 以 去 除。间 隙 在 一 定 范 围 内z=（1424%）t变化时，毛刺高度小，且 变 化 不 大，这 称 为 毛 刺 稳 定 区，可供选择合理间隙值时参考。2）间 隙 对 尺 寸 精 度 的 影 响 当凸、凹 模 间 隙 较 大 时，材料 所 受 拉 伸 作 用 增 大，冲 裁 完 后 因 材 料 的 弹 性 恢 复 使 落料 尺 寸 小 于 凹 模 尺 寸，冲 孔 孔 径 大 于 凸 模 直 径。在间隙较小时，由 于 材 料 受 凸、凹 模 挤 压 力 大，故 冲 裁 完 后，材 料 的 弹 性 恢 复 使 落 料 件 尺 寸 增 大，冲 孔 孔 径 变 小，此外，尺 寸 变 化 量 的 大 小 还 与 材 料 性 质、厚度、轧制方向等 因 素 有 关。软 钢 的 弹 性 变 形 量 较 小，冲 裁 后 的 弹 性 恢复量也就小，硬钢的弹性恢复量较大。3）间 隔 对 冲 裁 力 的 影 响 间隙Z 减小，则Fmax 增大。其原 因 是 间 隙 小，材 料 所 受 拉 应 力 减 小，压 应 力 增 大，材料不易产生撕裂，故使冲裁力Fmax增大。4）间 隔 对 模 具 寿 命 的 影 响 冲 裁 凸、凹 模 的 损 坏 有 磨 损、崩 刃 和 折 断 等 形 式。间 隔 减 少，模 具 磨 损 加 快，容易崩刃和折断，减短模具寿命。4、冲裁件间隔的确定：理论计算法 由裂纹重合形成几何三角 形计算。经验确定法 软材料：T1mm Z=（68%）T T=13mm Z=（1015%）T T=35mm Z=（1525%）T 硬材料：T1mm Z=（810%）T T=13mm Z=（1117%）T T=35mm Z=（1725%）T 5、冲裁凸、凹 模 刃 口 尺寸计算 原 则：冲孔件 以 凸模 为准，在 凹模放冲裁间隔，而凸模以工件尺寸和公差要求计算。落料以凹模为准，在 凸 模 放 冲 裁 间 隔，而凹模以工件尺寸和公差要求计算。（如下图所示）6、冲裁件排样：冲裁件在条料或板料上的布置方法叫排样。合理的排样能提高材料的利用率。下面两种排样比较：7、冲裁件工艺性：（如下图表所示）R1 推荐4mm 或2t R2 2t（min）D1 或D2 t 有色金属 黑色金属 1.59 以下 1.69.7 3 3 或1.5t，用大数 3 2t D3 除合金钢用3min 以外,其余 用1.0t 或2min D4 或D5 t 宽 0.8 以下 0.853.18 3.29.7 1.53 2t 2.5 接上 冲裁件的形状应能符合材料合理排样，减少废料。冲裁件各直线或曲线连接处宜有适当的圆角。冲 裁 件 凸 出 或 凹 入 部 分 宽 部 不 宜 太 小，并 应 避 免 过长的悬臂与狭槽。冲孔时，由 于 受 到 凸 模 强 度 的 限 制，孔 的 尺 寸 不 宜过小，其 数 值 与 孔 的 形 状、材 料 的 机 械 性 能，材 料 的厚度有关。冲 裁 件 的 孔 与 孔 之 间、孔 与 边 缘 之 间 的 距 离 受 模 具强度和冲裁质量的限制，其值不能过小。在 弯 曲 件 或 拉 深 件 上 冲 孔 时，其 孔 壁 与 工 件 直 壁 之间的距离不能过小。8、冲裁件常见问题及解决方案：冲 裁 件 毛 刺 出 现 及 解 决 方 法，在 冲 裁 过 程 中，由 于 凸 凹模 之 间 间 隙 的 不 合 理 性 会 出 现 毛 刺 或 凸 凹 模 在 冲 压 过 程中 有 磨 损 现 象，其 间 隙 会 增 大，从 而 出 现 毛 刺，所 以 在设 计 冲 裁 模 时 根 据 材 料 厚 度、性 能 合 理 选 取 凸 凹 模 间 隙。弯曲模 弯 曲 是 将 板 料、棒料、管 料 或 型 材等 弯 成 一 定 的 形 状 和 角 度 零 件 的 成形方法，是 板 料 冲 压 中 常 见 的 加 工工序之一。一、板料的弯曲现象及原因 1、弯 曲 件 的 回 弹：回 弹 是 弯 曲 成 形 时 常 见 的 现 象，弯曲件弹性回跳的结果，其弯曲半径r 和弯曲角与模具发生差异，与 弯 曲 件 要 求 的 形 状 和 角 度 不 一 致。这种差异，将 影 响 板 料 的 弯 曲 质 量。弯 曲 件 回 弹 值，与 板 料 性 质、相 对 弯 曲 半 径r/t（t-板厚）和 模 具 结 构 等 因 素 有 关。变形 物 体 在 外 力 去 除 后，弹 性 变 形 部 分 会 立 即 消 失，产生弹性回复。2、中性层位置的内移。3、弯曲区板料厚度的变薄。4、板料长度的增加。5、板料横截面的畸变、翘曲和拉裂。二、弯曲件展开长度计算：薄板90弯曲两种尺寸标注经验计算法：1)外侧标注（图1）展开 L=L1L2C 当有多个弯角时 L=L1L2Ln(n 1)C 系数C数值 材料厚度 mm 1 1.2 1.6 2 2.3 3.2 c 1.5 1.8 2.5 3 3.5 5 2)内侧标注（图2）展开 L=L1L2 a T 当T=0.51 R=0.20.5时 a=0.45 3)弯曲件展开长度用Pro/E 扳金展开更准确和方便。三、弯曲件的工艺性：弯曲件的圆角半径不宜小于最小弯曲 半径。弯 曲 件 的 弯 边 长 度 不 宜 过 小，其值hR+2t，当h 较 小 时，弯边在模具上支持的长度过小，不容易得到形 状准确的零件。弯曲部位不应位于零件宽度突变处，避免撕裂。如 必 须 在 宽度突变处，弯曲应事先冲工艺孔或工 艺槽。有孔的毛坯弯曲时，如果孔槽位于弯曲附近，弯 曲 时 孔 会 变形，为 了 避 免 这 种 现 象，必 须 使 这 些 孔 分 布 在 变 形 区 域 之 外。对称弯曲件，左右弯曲半径应一致，以保证弯曲过程中受 力平衡，防止产生滑力。工艺孔有利于弯曲件毛坯的精确定位。弯曲线最好与材料扎纹方向垂直，特 别对弹 性夹类 零件。四、影响回弹的因素 R 材料的力学性能。T 材料的相对弯曲半径 越小，相对回弹力越小。弯 曲 工 件 的 形 状，一般说来，U 形工件的回弹比V 形工件的回弹要小。模具间隙，U 形 弯 曲 模 的 凹 凸 模 每 侧 间 隙，Z/2 越大，则回弹越大；Z/2T 时可发生负回弹。校正力，增加校正力可减少回弹量。五、减少回弹的措施 改进弯曲件局部结构和选用合适材料 在弯曲件变形片压制加强筋，用以提高零件刚度减少回 弹。补偿法是消除弯曲件回弹最简单的方法。校正法，弯曲区金属的校正压缩量为料厚的2-5%时，就可行到较好的效果。拉弯法，可取得明显的拉弯效果。拉深模 拉 深 是 将 板 料 毛 坯 在 具有一定的圆角半径的凸、凹模下加工成各种零件。一、拉深件的分类 1、直壁拉深件 对称拉深件：圆筒件、带法兰边圆筒件、阶梯形 非轴对称拉深件：盒形件、带法兰盒形件等。2、曲面拉深件 轴对称拉深件：球面类零件、锥形件等。非轴对称拉深件 二、拉深件结构工艺性：拉 深 件 侧 壁 与 底 面 或 凸 缘 连 接 处 的 圆 角 应 尽 量 放 大，放大 这 些 圆 角 半 径，能 够 减 少 拉 深 次 数 或 使 零 件 容 易 拉 深 成形。矩形拉深件四周的圆角也应放大。除 非 结 构 上 有 特 殊 需 要，必 须 尽 量 避 免 异 常 复 杂 及 非 对称形状的拉深件。三、拉深零件的毛坯尺寸：旋 转 体 零 件 系 采 用 圆 形 毛 坯，其 直 径 按 面 积 相 等 的原则计算（不 考 虑 板 料 的 厚 度 变 化）。对 于 异 形 件，先进行试片再定毛坯尺寸。四、拉深系数和次数的决定 圆 筒 件 的 拉 深 系 数 为M=d/D。当 MM1 时，则可一次拉成，若M M1时，要n次拉深。M1M 2M 3 MnM 其中：M1、M2、M3、Mn 为材料每次极限拉深系数 M 为工件总拉深系数 d 为工件直径 D 为坯料尺寸 为了每次拉深顺利进行，实际每次拉深系数应比极限拉深系数小。五、圆筒件拉深过程中出现的问题 起皱及其防止措施：拉深过程中，毛坯法兰在切向压应力作用下，可 能 产 生 塑 性 失 稳 而 起 皱，甚 至 使 毛 坯 料 不 能通过凸、凹 模 间 隙 而 被 拉 断，轻 微 起 皱 的 毛 坯 虽 可 通 过 间隙，但会在筒壁上留下皱痕，影响的表面质量。圆 筒 件 拉 深 时 产 生 破 裂 的 原 因，可 能 是 由 于 法 兰 起 皱，坯 料 不 能 通 过 凸、凹 模 间 隙，由 于 压 边 力 过 大，变形程度太大。凸耳的出现：拉深后的圆筒端部出现凸耳，产 生 凸 耳 的原因是毛坯的各向异性。会使筒壁由于应力腐蚀而开裂。残余应力：拉深后的圆筒中留有大量残余力。这种周向拉伸应力的存在，会使筒壁由于应力腐蚀而开裂。可增加中间退火工序消除残余应力。六、开裂的可能原因及解决 1）材料太薄，应选用合格厚度材料；2）材料硬度，金相组织或质量不符要求，要退火或更换材料；3）材料表面不清洁，带铁屑等微粒或已受伤，应保持表面完好清洁；4）凹模或压料圈工作表面不光滑，应磨光工作表面；5）凸模或凹模圆角太小，应加大；6）间隙太小，应放大间隙；7）间隙不均，要进行调整；8）压料力过大，要进行调整；9）拉深系数过小，可增加工序，放大拉深系数；10）滑润不足或不合适，应合适润滑剂并充分润滑。七、起皱的原因及解决：1、凸 缘 起 皱，主 要 因 压 料 力 太 小，应 增 加 压 料 力 使皱纹消失；2、上 口 起 皱（无 凸 缘）是 因 凹 模 圆 角 过 大，间隙也过大，最后变形的材料未被压住，形成的少量皱纹因间隙过大不能整平，应减小凹模圆角和间隙，也可采用弧形压料圈，压住凹 模圆角 处材料；3、上 口 或 凸 缘 单 面 起 皱，是 压 料 力 单 面 的 结 果，造成 压 料 力 单 面 的 原 因 有：A。压 料 圈 与 凹 模 不 平 行；B。坯料毛刺；C。坯 料 表 面 有 微 粒 杂 物，应 调 整 压 料 圈 和凹模的平行底，去除毛刺，消除 坯料表 面杂物。4、锥 形 或 半 球 形 件 等 腰 部 起 皱，是 因 压 料 力 太 小，拉深开始时大部分材料处于悬空状态，应加大压料力，采用压料筋或更改工艺，以液压 拉深替 代。5、反拉深防止起皱，采用 拉深筋 或拉深 槛，也 是防起皱的有效措施。胀形和翻边 胀形是利用模具强迫板料厚度 减 薄 和 表 面 积 增 大,以 获 取 领 件几 何形状 的冲压 加工方 法。胀形方法 1、起伏成形，包 括 压 加 强 筋、压 凸 包、压字、印花。2、加 强 筋 能 否 一 次 冲 成 形，与 筋 的 形 状 和 材 料 性 质 有关，若 不 能 一 次 成 形，应 菜 用 多 次 冲 压。加 强 筋 能 提高工件的钢性,比增加板料厚度来提高工件节省。3、圆 柱 形 空 心 毛 坯 胀 形。我 厂 较 多 采 用。如果空心 毛 坯 口 部 参 加 变 形，应 打 掉 批 锋，避 免 高 度 突 变 和缺口！圆孔翻边时(上图)，带有圆孔的坯料被压边圈压死，变形区基本上限制在圆角以内，随着凸模下行，毛坯中心圆孔不段扩大，凸模下面的材料向侧面移动，直到完全凹模壁，形成直立的竖边。在此过程中材料变薄，固模具设计时凸、凹模间隔应适当小于料厚才能得到高质量的翻孔。冲压模具的一般设计过程 一、分析冲压件工艺性 根 据 设 计 内 容，要 求 来 分 析 冲 压 成 型 的 结 构 工 艺 性，分 析 冲 压 件 的 形 状 特 点、尺寸大小、精 度 要 求 及 所 用 材 料是 否 符 合 冲 压 工 艺 要 求。如 果 发 现 冲 压 工 艺 性 差，则需要对 冲 压 件 产 品 提 出 修 改 意 见，经 产 品 设 计 者 同 意 后 才 可 以修改。二、制定冲压工艺方案 在 分 析 冲 压 件 的 工 艺 性 后，通 常 可 以 列 出 几 种 不 同 的冲 压 工 艺 方 案（包 括 工 序 性 质、工 序 数 目、工 序 顺 序 及 组合方式），从产品质量、生产效率、设 备 占 用 情 况，模具制 造 容 易 程 度 和 模 具 寿 命 高 低、工 艺 成 本、操 作 方 便 和 安全 程 度 等 方 面 进 行 综 合 分 析、比较，然 后 确 定 适 合 工 厂 生产条件的最经济、合理的工艺方案。三、确定毛坯形状，尺寸及下料方式 在 最 经 济 的 原 则 下，决 定 毛 坯 形 状、尺寸和下料方式并确定材料的消耗量。四、确定冲模类型及结构形状 根 据 所 确 定 的 工 艺 方 案 和 冲 压 的 形 状 特 点、精 度 要 求、生产批量、模 具 制 造 条 件、操 作 方 便 及 安 全 的 要 求，以 及 利 用 现 有 通 用 机 械 化，自 动 化 装 置 的 可 能，选定冲模类型及结构形式绘制模具结构草图。五、进行必要的工艺计算 1）计 算 毛 坯 尺 寸 以 便 在 最 经 济 的 原 则 下 进 行 排 样 和 合理使用材料。2）计算冲压力。3）计 算 或 估 算 各 主 要 零 件 的 外 形 尺 寸 及 卸 料 橡 胶 或 弹簧的自由高度。4）确定凸凹模间隙，计算凸凹模工作部分尺寸。5）对 于 拉 深 模，需 要 计 算 是 否 采 用 压 边 圈，计 算 拉 深次数，半成品的尺寸和各中间工序模具的尺寸分配等。六、绘制模具图 在设计中要经一系列计算、绘图、修改等必要步骤，合理选择模具的结构。尽量采用标准零部件，充分考虑导向、定位、卸料、推件等问题，并尽可能方便操作。在经济问题上，既要保证产品质量，完成所需要的产品数量，又要降低模具的费用。使整个冲压的成本得到降低，在工序分散和集中问题上，要考虑其可行性。冲 压 设 备 1、曲柄压力机 优点：速度快，容易保养和维修，操作简单方便，成本底。缺点：噪音大，拉深时压边力随滑块而变化，不利于拉深，2、四柱油压机：优点：噪音小，压力稳定而可调，拉深时压边力衡压，适合拉深。缺点：速度慢，运作成本高。3、双动压力机：优 点：速 度 快，拉 深 时 压 边 力 衡 压，适 合 拉 深。缺点：噪音大，占用空间大。4、气动压力机。5、剪板机。6、专用压力机。