冲压模设计中的五要素_涂序斌

收稿日期:2005-01-27

作者简介:涂序斌,江西工业贸易职业技术学院高级工程师。

冲压模设计中的五要素

涂序斌

(江西工业贸易职业技术学院,江西南昌 330100)

摘 要:分析冲压模设计中应考虑的五要素:冲压件工艺性、冲压件材料、冲压设备、模具制造及使

用性能。指出冲压模设计中应注意的若干问题。

关键词:冲压模具;结构工艺性;冲压设备;材料

中图分类号:TG386 文献标识码:B 文章编号:1009-9522(2005)03-0017-03

Five Elements in Pu nching Die Design

T U Xu-bin

(Jiujiang Institute of Industrial and Commercial T echnology,Nanchang ,Jiangx i Prov ince,330100)

Abstract:T he paper makes an analysis of the fiv e elements )))technique of pressed part,material of pr essed part,press tool,mould design and application per for mance,and po ints out some problems needed to be paid attention to in the design of punching die.

Key words:Punching die,Structur e technique,Press tool,M ater ial

冲压模设计的总原则:在满足制件使用要求情况下,力求使模具的结构简单,劳动量小,材耗少成本低,操作安全。所以在模具设计时应保持良好的工艺性。冲压模设计内容包括:分析产品制作图、安排冲压工艺方案、确定坯料、选用设备、模具设计。以上内容模具设计是核心。根据笔者长期工厂实践经验,要想设计一套冲压性能好、经济性强的冲压模,就必须在冲压模设计中考虑以下五要素,从而减少失误,提高效率。

一、冲压制件工艺分析

在模具设计时,首先了解制件设计的的成熟性,产品生产批量。

1、冲压件结构工艺性分析

1冲压件的结构在能满足使用性能的前提下,力求结构简单,尽量对称,避免长悬臂或深切口。

o冲压件的外形和内腔转角要尽量避免尖角。

?冲压件的孔径不能太小,孔距不宜太小,应符合JB4378-87之规定。

2、冲压件在尺寸精度及表面粗糙度的要求

1冲裁件精度最好控制在IT 9级以下,表面粗糙度在R al 215~312um 之间。

o弯曲件精度最好控制在IT 11级以下。?拉深件精度最好控制在IT 13级以下。3、冲压模设计应保证冲压有良好的成形质量1冲裁件的尺寸精度和断面质量o弯曲件的最小弯曲半径?拉深件的Rd 和Rp 的确定

金属冲压件的检验除根据图纸外,其未注尺寸公差依JB4379-87之规定,毛刺高度依JB4329-85之规定。4、冲压模设计应满足冲压件生产批量的要求,生产批量划分依产品外形尺寸大小、重量和企业来分,一般有小批、中批、大批、大量四个量次。

在设计模具结构型式首先是考虑生产批量,一般来说,单工序模、通用模、组合模、简易模等,结构简单,造价低,适于小批生产及新产品试制,其中也可用于中、大批生产简单零单。

复合模、级进模结构复杂,造价高。但生产率高,适于中、大批生产,其中复合模结构紧凑,冲压件精度高,故应用最广。级进模结构大、复杂,但其生产率高、安全、更适于大批、大量生产或自动化生产。

5、模具工作部分各参数的确定应保持制件的尺寸精度,

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九江职业技术学院学报(涂序斌:冲压模设计中的五要素)

除此之外还应考虑如何延长模具的使用寿命。

6、模具设计应考虑冲压件能方便、完好、安全地从模具和压力机上取出。

二、冲压材料

1、模具设计人员应对冲压件图纸上规定的材料再进行评定分析,发现不妥可向产品设计人员提出建议,使冲压用材料达到如下要求:材料应保证使用的前提下有足够的冲压性能。例如对于深拉深件,必须用GB5213-855深冲压用冷轧薄钢板和钢带6。对于要求表面光洁、厚度偏差小、机械性能稳定的钢质冲压件,应选用GB710-885冷轧优质碳素结构钢板和钢带6。

2、冲压模设计应把节约材料、降低生产成本,提高经济效益作为重要指标,因为材料费用占冲压件成本的50%左右,所以在设计模具时应优化排样,减少搭边量。

3、冲压模设计时应考虑材料机械性能、材料表面质量、材料的外形质量等。

4、多工位级进模只能在定宽带材保证供应的情况下采用,否则材料浪费严重。

5、冲压模设计应能使坯料方便送进、可靠定位、冲压、余料能顺利地卸除。

6、对于表面有彩印、涂镀或被覆层的材料,冲压时应防止面层损伤而采用特殊措施。

7、对于弯曲半径小于极限值、拉深件底圆半径小于最小值时,应采用校正工序。

8、由剪切而来的冲压材料或零件尺寸公差应符合JB4381-875冲压剪切下料件公差6之规定。

三、冲压设备

1、冲压模具设计要与压力机的运动特性相适应。

曲柄压力机生产率高,行程固定,施力行程小,在下止点附近才能达到公称力。其中开式操作空间大,容易安装各种机械化附属装置。闭式刚性好、精度高,它最适于冲裁,也能进行弯曲、浅拉伸、成形和冷挤压。但在料厚超差、较大面积校正和压印以及深拉深时有卡死或超负荷之虑。

摩擦压力机生产率中等,行程不固定,力能随行程递增,最适于中、小零件的弯曲、压印、整形、镦锻。工件底部因受到冲击力的镦压而回弹小、轮廊清晰。一般不用于拉深和冲裁,但改进导向并限制行程后能冲裁厚板。

液压机生产率较低,行程可调。在任意位置都可发挥出公称力,对于施力行程很大的冲压工艺独具优越性。其中双动液压机适于弯曲、成形、挤压和校正。它们一般不适于进行冲裁工艺,但在采取可靠的减震措施后则可进行。

2、选择冲压设备要防止压力机过载现象:超负荷有压力负荷、功率负荷和扭矩超负荷三种情况,它们都能造成压力机损坏,在计算压力时应增加安全系数,同时考虑设备运动过程中其它抗力作用。

3、冲模的精度、刚度要与压力机的精度、刚度相匹配。

冲模的精度依工件精度和材料厚度而定,一般情况下,冲裁模精度在IT8以下,弯曲模在IT9以下,拉深模在IT10以下。要求压力机的精度不得低于冲模的精度,而设备刚度是保证精度的必要条件。薄板冲压、精冲、精压、冷挤压等宜选用闭式压力机、精冲压力机、精压机、双动压力机或液压机等。如果企业条件限制,没有此类设备,只有采取措施解决。如采用不受压力板精度影响的冷冲模架,或维修现有设备以恢复精度,或选用大吨位压力机。负荷控制在公称压力的50%左右,就可以减少床身弹性变形,缩小动态与静态之间的差距。

4、模具的闭合高度应与压力机的闭合高度相匹配。

如果模具的闭合高度超过压力机的最大闭合高度,当滑块处于下止点时即使拆除垫板,模具也无法装进压力机工作空间。个别无导柱冲裁模、翻边模也许可以装进,但凸模必然伸入凹模太多,其工作部分会加剧磨损。

如果模具的闭合高度小于压力机最小闭合高度时,冲压凸、凹模就无法到位,这时允许加垫板来弥补高度,若不加垫板而继续下调曲柄压力机螺杆勉强冲压,必然造成连杆螺纹承载小于许用值,在压力机满负荷时容易损坏。摩擦压力机在模具高度不够时还会发生严重设备事故。

5、模具的施力行程和开启高度与压力机的行程相匹配

压力机的行程除了要大于模具的施力行程(冲压变形行程)外,还要达到上模在接触坯料前有足够的空间以积蓄能量(液压机除外)。滑块返回,模具开启后,上、下模之间的空间应能放进坯料、取出工件。当使用滚动导向装置或浮动模柄时压力机行程应小于导套长度,以使模具开启后导向装置互不脱开。

6、冲压模具应能方便可靠地安装在压力机上

模具安装紧固用的槽或平面的结构和布置要合理。表面平整,扳手空间充足,以使模具安装后压紧力与台面垂直,模具用T形槽螺栓直接紧固比压板间接紧固方便可靠,小型上模以夹紧模柄安装比顶紧模柄方便可靠,而大、中型上模必须用螺栓直接紧固,最好不用压板,因为它既不方便、可靠,也不安全。在设计冲压模时,模具外形轮廊一般不超过压力机滑块底面或工作台面。

7、模具的压力中心与压力机中心重合

轻微的压力中心偏移会导致模具间隙不匀、磨损加剧,冲压件质量不能保证,严重的压力中心偏移将给压力机造成严重的偏心载荷,其结果是损坏模具、破坏压力机精度甚至损坏设备。所以在设计冲压外形或内孔不对称零件的模具时,应精心设计,确保模具压力中心与压力机的中心重合。

8、冲压模设计要兼顾本企业设备负荷的平衡。

四、模具制造

1、模具设计时要尽可能多采用/三化0产品,以提高制造水平,缩短制造模具周期,降低成本。

2、模具设计时其总成与零件结构要满足冲压模生产的工艺性,在能满足产品质量的前提下,模具结构越简单越好。需拼嵌的零件要遵守拼嵌的基本原则。多采用现代加工技术,以便经济、迅速地制造出来。尽量多采用机械加工,减少钳工工作量,以提高生产效益。

3、模具设计要适合本企业加工能力和周边外协加工能力。(下转第14页)

有油润滑类含油轴承材料

致密的双金属(铜铅)))钢背)材料无油润滑类

金属塑料材料

固体润滑材料

由引言所述,辊轴承。无油润滑类中的金属塑料材料工作温度一般不高于250e ,加上制造工艺复杂,无疑增加成本。固体润滑材料其特点是在混料时加入各种润滑剂,如石墨、铅、氧化铅、硫及硫化物等,能在500e 以下(超过500e 石墨会氧化)的范围内工作。对于这种材料,由于基体的不同或添加剂的不同及数量的多少,其润滑性能,如摩擦系数、线胀系数、抗咬合性、最高工作温度等均有差异。但无论怎样的差异,传统的这类摩擦副偶件均一是固体润滑材料,一是钢件或铸铁,摩擦系数较大。若一条窑数百个轴承均采用这类摩擦副,显然功率损失较大;同时摩擦副双方材料的硬度相差较大,抗疲劳磨损性能差。如果摩擦副双方采用同一种固体润滑材料,摩擦系

数会减小,摩擦副的抗疲劳磨损性能会提高。基于这种设想,我们设计的陶瓷辊粉末冶金轴承的结构如图:

其中1为防尘环,为迷宫型密封结构,4为隔套,5为陶瓷辊套筒,6为支撑套。2、5间为过渡配合,使之不产生相对

运动而成为一体。3、6间的装配关系与2、5相同。2、3间的间隙为0125~014mm 。

2、3为该轴承的两个关键零件)))内外衬套,它们由同种固体润滑材料制成,既以铁为基体,添加一定量的石墨、二硫化钼,经混料、压制、整形、真空烧结而成。铁粉作为基体,使其有足够的刚度和耐磨性;石墨和二硫化钼存在于铁粉压制的基体孔隙中,因而只有较好的自润滑性能。

31 特点

1)高温状态下自润滑性能好。石墨、二硫化钼是良好的固体润滑材料,经过K 时间的混料,压制后它们均匀的分布在以铁粉为基体的孔隙中。由于采用真空烧结,它们均未被氧化。制成衬套后,这些固体润滑材料以极细的粉末状态存在于内外衬套的间隙之间,在350e 以内的高温下工作,形成类似于油膜一样的润滑层,具有良好的白润滑性能。

2)摩擦系数小。摩擦副偶件采用用一种固体润滑材料,摩擦系数小于摩擦副偶件仅一方采用固体润滑材料的情况。摩擦系数约为0111。

3)抗磨损性能提高。由于摩擦副偶件采用的是同种固体润滑材料,硬度相同。根据磨损和硬度理论,相对于摩擦副双方不同种材料的情况,它的抗疲劳磨损性能好。相对于同一种工况下的滚动轴承,它的寿命有较大提高。

4)密封性能好。该轴承采用了迷宫型密封结构,比采用普通挡圈形式的密封性好。特别是采用了内外衬套的结构形式,使经防尘环进入到内外衬套的粉尘不易在此滞留或停留时间短,减少了磨料磨损。

5)造成本低。所用的粉末冶金材料价格低廉,整体轴

承的制造成本仅为同一进口产品价格的三分之一。

(上接第18页)

4、模具设计时零件尺寸精度、形位公差、表面粗糙度、螺纹要按有关国家标准执行。

5、在选用模具材料时应遵循耐磨性和韧性好、疲劳强度和抗压强度高、加工方便、热处理变形小、经济性好等原则。

五、模具的使用性能

1、冲压模整体及零件设计时,为了确保良好的使用性能要有足够的强度、刚度和精度。相对运动部分要导向可靠,润滑充分,以便经久保持运动精度,相对静止部分要紧固可靠,定位准确,在各种外力作用下不松动。

2、冲压模设计时要考虑冲压受力平衡,尽量采用对称结构。

3、冲压模设计时要注意安全措施。凡与模具工作需要无关的角部、边部都应倒角,卸料板与凹模之间应做成凹槽

或斜面,并减少卸料板前后的宽度,注意模具运动结构的相互干扰,为了操作安全与取件方便,冲模上应开设空手槽,为避免压力,卸料板与凸模之间应有足够的间隙,一般不小于是15-20M M ,单面冲裁时,应尽量将凸模的突起部分和平衡挡块安排在模具后面。

4、冲压模设计要为调整、操作、修理提供方便。模具要易调、少调。生产操作要方便安全,做到操作动少、动作幅度小、动作符合习惯、减少体力和注意力消耗。模具要力求少修、易修就是优化模具结构,并便于拆卸。

5、模具应在强度、刚度足够的前提下力求轻便,便于搬运,而且降低了成本。重量大于25公斤要设置起重装置,但不能超过本企业的起重运输能力。同时模具要在易观察、不易污染和碰撞的部位做有明显印记,以便识别、管理。