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1、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
2、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
3、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
4、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
5、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，
6、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：T
7、1mm 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）,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
8、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
9、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(n1)C,系数C数值,2) 内侧标注
10、（图2）展开 L=L1L2aT 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
11、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
12、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
13、，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MM1时，要n次拉深。 M1M2M3MnM 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
14、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
15、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
16、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
