气缸盖罩组合冲压复合模具设计(编辑修改稿)

气缸盖罩组合冲压复合模具设计(编辑修改稿)内容摘要：

），模具寿命长．不产生废品等。 由于各种不同的冲压加工方法其应力状态和变形特点不同，对冲压用冲压材料的性能要求也不一样。 （ 1）材料的塑性 在变形区部位，材料内部应力主要是拉应力，其变形主要是伸长和厚度减薄。 当主要变形部位超过成形极限时，使会引起破裂。 因此，要求材料应有良好的塑性和塑性变形的稳定性。 塑性好的材料，允许的成形极限大，这样可减少工序，减少因材质不良而产生的废品、次品。 影响材料塑性的因素是化学成分、金相组织和力学性能。 其中含碳量对材料塑性影响最大，一般认为含碳量 不超过 %一 %的低碳钢具有良好的塑性。 常用冲压材料牌号有： 08, 08F, 08 Al , 10 等，其中以 08 Al 的塑性最好。 因此，对形状复杂的汽车覆盖件和摩托车油箱以及对材料强度要求不高的复杂拉深零件，多采用塑性很好的 08 Al 钢板加工。 钢板的晶粒大小对塑性影响甚大。 晶粒大，则塑性降低，在冲压成形时，不仅容易产生破裂，而且制件表面还容易产生粗糙的桔皮，对后续的抛光、电镀、涂漆等工序带来不利的影响。 若晶粒过细，则回弹现象增加。 因此，钢板的晶粒大小应适中。 复杂拉深用的冷轧薄钢板，其晶粒度 6一 8级，中板为 5 一 7 级，且相邻级别不超过 2 级。 材料塑性的好坏，通常用伸长率、冷弯试验中的弯心直径和杯突试验值来表示。 伸长率、杯突试验值越大，弯心直径越小，则材料塑性越好。 第二章 冲压工艺与冲压设备 9 (2)材料的抗压失稳起皱能力 在变形区部位，当材料内部主典是压缩应力时，如直壁零件的拉深、缩口及外凸曲线翻边等，其变形主要是压缩，厚度增加，这时容易产生失稳。 因此，在要求材料具有良好塑性的同时，还要求材料具有良好的抗压失稳能力。 这种能力与弹性模量 E和板料厚向异性系数 r 有关。 r 值的大小，表明板材平面方向和厚度方向上的变形难易程度 的比较，当 r1 时，板料厚度方向上的变形比宽度方向上的变形困难。 所以 r 值大的材料，在复杂形状的曲面零件拉深成形时，厚度方向上变形比较困难，而在板料平面内的压缩变形比较容易，毛坯中间部分起皱的趋向性降低，也就是抗压失稳起皱的能力高，有利于冲压加工的进行和产品质量的提高。 屈强比 r/rm 小，对于压缩类成形工艺有利。 在拉深时，如果材料的屈服点 R低，则变形区的切向压应力小，材料抗压失稳起皱的能力高。 抑止起皱所必须的压边力和摩擦损失都相应地降低，有利子提高极限变形程度。 3).良好的表面质量 材料应具有良好 的表面质量，即材料表面应光洁、平整和无锈等。 (1)材料表面质量材料表面质量的好坏，将直接影响制件的外观性。 表面如有裂纹、麻点、划痕、结疤、气泡等缺陷，在冲压过程中，容易在缺陷部位产生应力集中而引起破裂。 (2)材料表面平整材料表面若挠曲不平，会影响剪切和冲压时的定位精度，以及由于定位不稳而造成废品，或因冲裁过程中材料变形时的展开作用而损坏冲头。 在变形工序中，材料表面的平面度也会影响材料的流向，引起局部起皱或破裂。 (3)材料表面有锈，不仅影响冲压性能、损伤模具，而且还会影响后续焊接和涂漆等工序的正常进行。 材料中主要元素对冲压性能影响 C—— 能增加 Fe3C 的影响，提高钢板的抗拉强度和屈服强度，降低塑性，使冲压性能恶化，特别是当 Fe3C 出现晶界时，对冲压性能不利影响更大。 Si—— 硅溶于铁素体中，强化铁素体的作用很大，增加强度，降低塑性，含硅量越低越好，深冲压钢板不能用硅脱氧。 气缸盖罩冲压组合模具设计 10 Mn—— 锰的直接影响不大，锰和硫生成 MnS 夹杂物，其数量和形态对冲压性能有影响。 P—— 显著增强强度和脆性，并有偏析倾向，易于形成带状组织，对冲压性能产生影响。 S—— 生成硫化物，其数量、形状和分布对冲压性能有很大的影响，数 量多且成细长条状分布的硫化物对冲压性能影响最不利。 Al—— 铝是镇静钢最终脱氧剂，可与氮形成氮化铝，显著降低钢板的应变时效倾向，容易得到饼形铁素体晶粒，改善冲压性能。 钢中铝的最佳质量分数为%%。 模具材料 冲模是在较大的冲击、温升、磨损等状况下工作，尤其是凸模、凹模的工作条件更差，所以凸、凹模材料要求有好的耐磨性、耐冲击性、热变形小、淬透性及优良的机加工性能等，而且要价格便宜，采购方便。 要满足上述全部条件是困难的，所以冲模材料必须根据具体生产条件、用途来选用。 目前冲模常用的钢材品种 有： （ 1) 碳素工具钢（ T8A, T10A） 该种材料是冲模中应用最广、价格最便宜的材料，适宜简单形式的冲模。 优点是加工性好，有一定硬度。 缺点是淬火变形大，耐磨性较差。 (2) 低合金工具钢（ CrWMn, 9CrSi, 9Mn2V, GCr15 ) 此类材料有较高的硬度和耐磨性，淬火变形小、易淬透，机械加工也容易，所以可用来制造较复杂形状的冲模。 (3） 高碳高铬模具钢（ Gr1 Cr12 MoV） 这类钢具有强度高、耐磨、易淬透、变形小等优点。 用于冲压力大、寿命高、形状复杂的冲模。 (4)高速工具钢（ W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2） 高速工具钢热处理后具有很高的抗压屈服强度和良好的韧性、热硬性和耐磨性。 当冲压件的形状复杂、强度高、模具工作条件苛刻时，可采用高速工具钢为模具材料。 第二章 冲压工艺与冲压设备 11 (5) 硬质合金（ YG、 YT） 这类材料是以碳化钨、碳化钛为基体，以钻、镍等铁族金属作粘接剂，经烧结而成的一种多相组合材料。 其耐磨、硬度、强度都较高。 可用作大批量、寿命高的小型冲模。 其缺点是不能进行切削加工，价格也较昂贵。 (6) 钢结硬质合金（ YE） 这是一种以合金钢为基体，以碳 化钨或碳化钛为硬质相，用烧结方法制造的一种材料。 它既具有合金钢的可锻造性、可加工性、可焊接性及热处理的性能，又具有硬质合金的高硬度、高耐磨性的特点。 其使用寿命约为一般模具钢的几十倍至几百倍，是一种很好的模具材料。 冷冲压变形原理 塑性变形、变形抗力的概念 在冲压技术中，经常见到塑性变形、塑性、变形抗力、柔软性等术语，它们的定义分别是：物体在外力作用下产生变形，如果外力被取消后，物体不能恢复到原始的形状和尺寸，这样的变形称为塑性变形；物体具有塑性变形的能力称为塑性；在 — 定的加载条件和一定 的变形温度、速度条件下，引起塑性变形的单位变形力称为变形抗力；柔软性应理解为金属对变形的抵抗能力，变形抗力越小，则柔软性越好。 影响金属塑性和变形抗力的因素 能否充分利用金属的塑性并在最小变形抗力的情况下获得所需的工件，是冲压加工中的一个重要问题。 影响金属的塑性和变形抗力的因素很多，这里只讨论物理方而的因素。 （一）金属组织 组成金属的晶格类型，杂质的性质，数量及分布情况，晶粒大小、形状及晶界强度等不同，金属的塑性就不同。 一般来说，组成金属的化学成分越复杂。 对金属的塑性及变形能力的影响也越大，例 如，纯钢比碳钢的塑性好、变形抗力低。 （二）变形温度 气缸盖罩冲压组合模具设计 12 在冲压工艺中、有时也采用加热成形的方法。 加热的目的是提高塑性，增加材料在 — 次成形中所能达到的变形程度；降低材料的变形抗力；提高工件的成形准确度。 在弹性范围内．温度增加可使金属的弹性模量下降。 在塑性范围内，温度增加主要影响金属的软化作用并使金属发生物理化学变化。 （三）变形速度 变形速度是指单位时间内应变的变化量，其对金属塑性变形的影响一般凭生产经验而定，通常是： ⒈对小零件的冲压工序，例如冲裁、弯曲、拉深、翻边等，一般可以不考虑速度因素，只需考虑设备的 构造、公称压力、功率等； ⒉对于大型复杂零件的成形，坯料各部分的变形极不均匀，宜用低速。 为了便于控制金属的流动情况．以采用低速压力机或液压机为宜； ⒊对于加热成型工序，如加热拉深、加热缩口等．为了使坯料中的危险断面能及时冷却强化，宜用低速； ⒋对于变形速度比较敏感的材料．如不锈钢、耐热合金、钛合金等，加载速度不宜超过。 （四）尺寸因素 同一种材料，在其它条件相同时，尺寸越大，塑性越差。 这是因为材料尺寸越大，组织和化学成分越不一致，杂质分布越不均匀，应力分布也不均匀。 例如厚板冲裁，产生剪裂纹时凸 模挤入板料的深度与板料厚度的比值 (称相对挤入深度 )比薄板冲裁时小。 冲压成形的应力和应变 在各种冲压过程中，材料的塑性变形都是冲模对材料施加的外力所引起的内力或由内力直接作用的结果。 为了研究和分析金属的塑性变形过程，首先必须了解坯料内各点的应力状态和应变状态以及它们之间的关系。 （一）应力状态 模具对材料施加的外力引起材料内产生内力，单位面积的内力的大小称为应力。 坯料内每一点上的受力情况，通常称为点的应力状态。 经研究得，要充分确定变形第二章 冲压工艺与冲压设备 13 体内任意一点的应力状态，实际上只需知道六个分量，即三个正应力和 三个切应力即可。 图 21 点的应力状态与应力标号 a）、 b）为任意坐标系 c）为主轴坐标系 三个坐标轴称为主轴；三个坐标轴的方向称为主方向；三个正应力称为主应力；三个主应力的作用面称为主平面。 带正号的正应力或主应力表示拉应力，带负号的正应力或主应力表示压应力。 （二）塑性条件 (屈服条件 ) 决定受力物体内质点由弹性状态向塑性状态过渡的条件，简称为塑性条件。 金属由弹性变形过渡到塑性变形，主要取决于在一定变形条件 (变形温度与变形速度 )下金属的物理力学性能和所处的应力状态。 物理力学性能是金属内在的本质，不 同的应力状态则是促使金属屈服而加的不同外部条件。 当外部条件与内因相符时，金属即会从弹性变形转为塑性变形。 塑性条件的物理意义：当物体中的微元体上三个主应力所决定的点在柱面上时，则此微元体处于塑性状态，位于此表面以内，则该微元体处于弹性应力状态，位于此表面以外没有意义。 气缸盖罩冲压组合模具设计 14 图 22 复杂应力状态下的屈服表面 （三）应变状态 一点的应变状态也是通过微元体的变形来表示的。 与应力状态 — 样，当采用主轴坐标系时，微元体就只有三个主应变分量 1 、 2 和 3 ，而没有切应变分量。 一种应变状态只有一组主应变，可分解成两部分。 如图 2— 3所示，第一部分是以平均应变力为各向应变值的三向等应变状态 m =(1 + 2 +3 )/3,表示了微元体体积的变化。 第二部分是以各向主应变与 m 的差值为。