第10章-经济型冲压模具的设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,冲压工艺与模具设计,第,11,章冲压模具的失效形式及冲模材料的选择,11.1,冲压模具的失效形式,11.2,冲压模具的材料,模具因某种原因损坏，或者模具损伤积累至一定程度，导致模具损坏，无法继续服役，称为模具的失效。,冲压模具的,失效形式,:,一般为塑性变形、磨损、断裂或开裂、金属疲劳及腐蚀等等。,模具的失效可分为：,正常失效和早期失效,11.1.1,冲压模具的工作条件及失效形式,1.,冲裁模的工作条件及失效形式,1),冲裁模的工作条件,冲裁模具主要用于各种板料的冲切。从冲裁工艺分析中我们已经得知，板料的冲裁过程可以分为三个阶段：,弹性变形阶段,塑性变形阶段,剪裂阶段,2.,冲裁模的主要失效形式,对于薄板冲裁模，由于模具受到的冲击载荷不大，在正常的使用过程中，模具因摩擦产生的刃口磨损是主要的失效形式,磨损过程可分为初期磨损，正常磨损和急剧磨损三个阶段,(,如图,11.1.1,),1,）初期磨损阶段,模具刃口与板料相碰时接触面积很小，刃口的单位压力很大，造成了刃口端面的塑性变形，一般称为塌陷磨损,其磨损速度较快,.,2,）正常磨损阶段,刃口和被加工坯料之间的摩擦磨损成为主要磨损形式。,3,）急剧磨损阶段,刃口经长期工作以后，经受了频繁冲压会产生疲劳磨损，表面出现了损坏剥落,.,进入了急剧磨损阶段，磨损加剧，刃口呈现疲劳破坏，模具已无法正常工作,.,对于厚板冲裁模当冲裁凸模较细长时，还会引起弯曲变形或折断，,(,如图,11.1.2,),2.,拉深模的工作条件及失效形式,1),拉深模的工作条件,拉深模具主要用于金属板料的拉深成形，拉深过程中模具的受力状态,(,如图,11.1.3,),2),拉深模的主要失效形式,由于拉深模具的工作部件没有刃口，受力面积大，工作时无严重的冲击力，因此，拉深模不易出现塑性变形和断裂失效。,3.,冷挤压模的工作条件及失效形式,1),冷挤压模的工作条件,冷挤压模具工作时，坯料受到强烈的三向压应力作用，发生剧烈的塑性流动,.,2.),冷挤压模的主要失效形式,冷挤压模具的凸、凹模由于受力状况有所不同，所以失效形式有所差异,.,冷挤压凸模的失效形式,:,主要有折断、磨损、镦粗、疲劳断裂和纵向开裂；,冷挤压凹模的失效形式,:,主要有胀裂和磨损。,11.1.2,影响冲压模具寿命的因素及提高冲模寿命的措施,影响冲压模具寿命的因素,:,1.,模具材料的影响,1,）模具材料性能的影响,各种模具材料的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、塑性变形抗力、断裂抗力、冷热疲劳抗力等性能均有所不同，材料的性能必须满足模具的具体使用要求，否则将导致模具的早期失效,.,2),模具钢材冶金质量的影响,若钢中含有强度低、塑性差的非金属夹杂物，则容易形成裂纹源，引起模具早期断裂失效。,2.,模具结构的影响,1,）模具几何形状的影响,模具的几何形状对成形过程中坯料的流动和成形力产生很大的影响，从而影响模具的寿命,.,2,）模具间隙的影响,模具的凸凹模工作间隙不仅影响工件的质量，还影响模具的寿命,3,）结构形式的影响,模具的结构形式不合理将导致应力集中而断裂失效。,(,如图,11.1.4,),3.,模具制造工艺的影响,1,）锻造工艺的影响,如果锻造工艺不合理，会降低钢材的性能，造成锻造缺陷，形成导致模具早期失效的隐患。常见的锻件表面缺陷有裂纹、折叠、凹坑等，内部缺陷有组织偏析、流线分布不合理、疏松、过热、过烧等。,2,）加工工艺的影响,切削加工时没有彻底去除材料表面脱碳层，将会降低模具的表面硬度，加剧了模具磨裂及淬裂的倾向,3,）热处理工艺的影响,模具淬火加热时温度过高，容易造成模具的过热、过烧，冲击韧度下降，导致早期断裂,4.,模具工作条件和使用维护的影响,1,）被加工材料的影响,被加工材料的强度越高、厚度越大，模具承受的力也越大，模具的寿命相对较低,.,2,）冲压设备特性的影响,冲压设备的刚度和精度对模具的寿命影响极大。开式压力机为,C,型框架，刚度较差。在冲压力的作用下易产生变形，造成上、下模中心线不重合，模具工作间隙不均，甚至啃刃、崩刃,.,3,）润滑条件的影响,良好的润滑条件可以有效降低摩擦力、摩擦热和冲压力，减少模具的磨损，显著提高模具的使用寿命。,提高冲模寿命的措施,:,1.,提高冲裁模寿命的措施,1,）合理设计模具,在保证冲裁工件质量的前提下，尽可能选用较大的冲裁间隙，以降低冲裁力，减小模具的磨损,.,2,）合理选择模具材料,根据工件生产批量的大小，合理选择能够满足其使用寿命期限的模具材料。生产批量很大时，应选择强度高、韧性好、耐磨性好的高性能模具材料,3,）采用模具强韧化热处理和表面强化处理,针对不同的模具钢种，采用相应的强韧化热处理工艺，增强材料的强度和韧性,4,）合理使用维护,操作时严格控制冲裁凸模进入凹模的深度，以免磨损加剧冲裁模使用了一段时间后，凸、凹模刃口将不可避免地出现磨损和磨损沟痕，这时候提前修模，可以减小摩擦力、预防磨损沟痕导致的裂纹，避免因磨损后凸、凹模间隙不均产生的附加弯矩，以提高模具的寿命。,提高拉深模寿命的措施,1),适当选用模具材料,粘附磨损是拉深模具失效的重要原因，一般粘附易发生在性质相近的材料之间，所以应根据被拉深材质的不同，选择相应的模具材料,.,2),合理设计模具,凸、凹模间隙要合理：间隙过小，摩擦阻力增大使模具磨损加大；间隙过大，会使制件起皱而增大模具的磨损；间隙不均，则在模具工作中产生不均匀内应力，使模具的使用寿命下降,3),合理润滑,在凹模和被拉深板料之间必须涂上合适的润滑剂，使模具与板料不直接接触，消除粘附咬合的条件。,4),提高模具的加工质量,在制造加工过程中，严格保证模具的尺寸形状精度,5),采用表面强化处理,采用表面渗硫可以提高模具的抗咬合能力，降低磨损。,6),合理使用维护,被拉深板料的厚度、硬度、组织结构应均匀一致；表面保持光洁无杂质、氧化皮、锈蚀，避免模具受力不均过早磨损,提高冷挤压模寿命的措施,1),正确选用模具材料,如果模具承受的单位挤压力很大，则应使用高淬透性的材料如基体钢、高速钢，否则未淬硬的材料心部会引起模具塑性变形,2),采用表面强化处理,采用材料表面强化工艺如渗碳、渗钒、碳氮共渗和气相沉积,TiN,等，也是提高冷挤压模寿命的手段,3),合理设计模具的结构,模具结构必须有足够的强度、刚度、可靠性和良好的导向性。,4),提高模具制造加工质量,锻造时为了充分打碎坯料中的碳化物，使其呈弥散状均匀分布，应采用高锻比变向镦拔的方法。,5),模具的使用和维护,模具工作时要合理润滑，挤压黑色金属时应采用磷化处理加润滑,.,11.2.1,冲压模具工作零件材料的要求,1.,冲裁模材料的要求,要求具有高的耐磨性和硬度,.,高的断裂抗力、较高的抗弯强度和韧性,.,2.,拉深模材料的要求,要求具有良好的抗粘附性（抗咬合性）、高的耐磨性和硬度、一定的强韧性以及较好的切削加工性能,3.,冷挤压模材料的要求,要求模具工作零件有高的强度和硬度、高耐磨性,还要有一定的韧性。由于挤压时会产生较大的升温，所以还应具有一定的耐热疲劳性和热硬性。,11.2.2,冲压模具材料的种类及特性,1.,碳素工具钢,在模具中应用较多的碳素工具钢是,T8A,、,T10A,，优点为加工性能好，价格便宜。但淬透性和红硬性差，热处理变形大。,2.,低合金工具钢,制造模具的低合金钢有,CrWMn,、,9Mn2V,等，这类钢具有高的淬透性，热处理变形小。有较高的硬度和耐磨性。,3.,高碳高铬工具钢,常用的高碳高铬工具钢有,Cr12,和,Cr12MoV,等，它们具有较好的淬透性、淬硬性、耐磨性、抗回火稳定性和热处理变形小等优点,4.,高碳中铬工具钢,常用于模具的高碳中铬工具钢为,Cr4W2MoV,，,Cr4W2MoV,是一种空冷微变形模具钢，其特点是共晶碳化物颗粒细小、分布均匀，具有较高的淬硬性、淬透性、耐磨性和尺寸稳定性。,5.,高速钢,模具中常用的有,W18Cr4V,和含钨量较少的,W6Mo5 Cr4V2,及,6W6Mo5 Cr4V,（代号低碳,M2,或称,6W6,）。它们具有高强度、高硬度、高耐磨性、高韧性和抗回火稳定性等优点。,6.,基体钢,在高速钢的基本成分上添加少量的其它元素，适当增减含碳量，以改善钢的性能。这样的钢种统称基体钢,7.,硬质合金和钢结硬质合金,硬质合金与其它模具钢相比，具有更高的硬度和耐磨性，但抗弯强度和韧性差。,11.2.3,冲压模具材料的选,冲裁模具材料的选用,:,1,传统模具用钢,长期以来，国内冲裁模用钢为,T10A,、,CrWMn,、,9Mn2V,、,Cr12,和,Cr12MoV,等。,2.,模具新钢种,为了克服传统模具钢种性能的不足，国内开发研制了多种性能较好的冲压模具用钢，并已大量应用于生产实际,1,）,Cr12Mo1V1,（代号,D2,）钢,为仿美国,ASTM,标准中的,D2,钢引进的钢种，属,Cr12,型钢。,2,）,Cr4W2MoV(,代号,120),钢,为高耐磨微变形高碳中铬钢，为了替代,Cr12,型钢而研制的钢种，碳化物均匀性好，耐磨性高于,Cr12MoV,，用于硅钢片冲裁模可以提高其使用寿命。,3,）,7CrSiMnMoV(,代号,CH-1),钢,为空淬微变形低合金钢，是火焰淬火钢。可以利用火焰进行局部淬火，淬硬模具刃口部分。,4,）,6CrNiSiMnMoV(,代号,GD),钢,为高韧性低合金钢，淬透性好，空淬变形小，耐磨性较高,5,）,9Cr6W3Mo2V2(,代号,GM),钢,为高耐磨高强韧合金钢，各项工艺性能良好，其耐磨性、强韧性、加工性能均优于,Cr12,型钢,6,）,Cr8MoWV3Si(,代号,ER5),钢,也是高耐磨高强韧合金钢，具有较好的电火花加工性能，强度、韧性、耐磨性都优于,Cr12,型钢，适用于大型精密冲压模具,3.,硬质合金及钢结硬质合金,当工件的批量极大时，可以考虑选用硬度和耐磨性比各类模具钢种更高的硬质合金或钢结硬质合金。,拉深模具材料的选用及热处理要求,:,选用的模具材料必须具有较高的耐磨性和抗粘附性能，以及足够的强度。,1),轻载拉深（拉深铜、铝合金和薄钢板）时的模具材料,.,2),重载拉深（拉深厚钢板、反拉深、变薄拉深）时的模具材料,3),拉深不锈钢、高镍合金钢、耐热钢板的模具材料,4),大型拉深件、汽车覆盖件的拉深模具材料,谢谢观看！,