冲压成型工艺及模具设计(编辑修改稿)

冲压成型工艺及模具设计(编辑修改稿)内容摘要：

直线电机伺服驱动的 AQ325L、 AQ550LLSWEDM具有驱动反应快、传动及定位精度高、热变形小等优点。 瑞士夏米尔公司的 NCEDM具有 PE3自适应控制、 PCE能量控制及自动编程专家系统。 另外有些 EDM还采用了混粉加工工艺、微精加工脉冲电源及模糊控制 (FC)等技术。 （ 3）高速铣削机床 (HSM) 铣削加工是型腔模具加工的 重要手段。 而高速铣削具有工件温升低、切削力小、加工平稳、加工质量好、加工效率高 (为普通铣削加工的 5～ 10倍 )及可加工硬材料 (60HRC)等诸多优点。 因而在模具加工中日益受到重视。 瑞士克朗公司 UCP710 型五轴联动加工中心，其机床定位精度可达 8μm ，自制的具有矢量闭环控制电主轴，最大转速为 42020r/min。 意大利 RAMBAUDI 公司的高速铣床，其加工范围达 2500mm5000mm1800mm ，转速达 20500r/min，切削进给速度达 20m/min。 HSM一般主要用于大、中型模具加工，如汽车覆盖件模 具、压铸模、大型塑料等曲面加工，其曲面加工精度可达。 快速经济制模技术 缩短产品开发周期是赢得市场竞争的有效手段之一。 与传统模具加工技术相比，快速经济制模技术具有制模周期短、成本较低的特点，精度和寿命又能满足生产需求，是综合经济效益比较显著的模具制造技术，具体主要有以下一些技术。 (1)快速原型制造技术 (RPM)。 它包括激光立体光刻技术 (SLA) ；叠层轮廓制造技术(LOM) ；激光粉末选区烧结成形技术 (SLS) ；熔融沉积成形技术 (FDM) 和三维印刷成形技术(3DP)等。 (2)表面成形制模技术。 它是指利用喷涂、电铸和化学腐蚀等新的工艺方法形成型腔表面及精细花纹的一种工艺技术。 (3)浇铸成形制模技术。 主要有铋锡合金制模技术、锌基合金制模技术、树脂复合成形模具技术及硅橡胶制模技术等。 (4)冷挤压及超塑成形制模技术。 (5)无模多点成形技术。 (6)KEVRON 钢带冲裁落料制模技术。 (7)模具毛坯快速制造技术。 主要有干砂实型铸造、负压实型铸造、树脂砂实型铸造及失蜡精铸等技术。 (8)其他方面技术。 如采用氮气弹簧压边、卸料、快速换模 技术、冲压单元组合技术、刃口堆焊技术及实型铸造冲模刃口镶块技术等。 模具材料及表面处理技术发展迅速 模具工业要上水平，材料应用是关键。 因选材和用材不当，致使模具过早失效，大约占失效模具的 45%以上。 在模具材料方面，常用冷作模具钢有 CrWMn、 Cr1 Cr12MoV和W6Mo5Cr4V2，火焰淬火钢 (如日本的 AUX SX105V(7CrSiMnMoV)等；常用新型热作模具钢有美国 H1瑞典 QRO80M、 QRO90SUPREME 等；常用塑料模具用钢有预硬钢 (如美国 P20)、时效硬化型钢 (如 美国 P2日本 NAK55等 )、热处理硬化型钢 (如美国 D2，日本 PD61 PD55瑞典一胜白 136等 )、粉末模具钢 (如日本 KAD18和 KAS440)等；覆盖件拉延模常用 HT300、QT60 MoCr、 MoV铸铁等，大型模架用 HT多工位精密冲模常采用钢结硬质合金及硬质合金 YG20等。 在模具表面处理方面，其主要趋势是：由渗入单一元素向多元素共渗、复合渗 (如 TD法 )发展；由一般扩散向 CVD、 PVD、 PCVD、离子渗入、离子注入等方向发展；可采用的镀膜有： TiC、 TiN、 TiCN、 TiAlN、 CrN、 Cr7C W2C等，同时热处理手段由大气热处理向真空热处理发展。 另外，目前对激光强化、辉光离子氮化技术及电镀 (刷镀 )防腐强化等技术也日益受到重视。 模具工业新工艺、新理念和新模式逐步得到了认同 在成形工艺方面，主要有冲压模具功能复合化、超塑性成形、塑性精密成形技术、塑料模气体辅助注射技术及热流道技术、高压注射成形技术等。 另一方面，随着先进制造技术的不断发展和模具行业整体水平的提高，在模具行业出现了一些新的设计、生产、管理理念与模式。 具体主要有：适应模具单件生产特点的柔性制造技术；创 造最佳管理和效益的团队精神，精益生产；提高快速应变能力的并行工程、虚拟制造及全球敏捷制造、网络制造等新的生产哲理；广泛采用标准件通用件的分工协作生产模式；适应可持续发展和环保要求的绿色设计与制造等。 总结 进入 21世纪，在经济全球化的新形势下，随着资本、技术和劳动力市场的重新整合，我国装备制造业在加入 WTO以后，将成为世界装备制造业的基地。 而在现代制造业中，无论哪一行业的工程装备，都越来越多地采用由模具工业提供的产品。 为了适应用户对模具制造的高精度、短交货期、低成本的迫切要求，模具工业正广泛应用现代 先进制造技术来加速模具工业的技术进步，满足各行各业对模具这一基础工艺装备的迫切需求。 第四节 冷冲压模具及其分类 冷冲压是一种先进的材料（金属非金属）加工方法，它是建立在材料塑性变形基础上，利用模具和冲压设备对板料进行加工，以获得要求的零件形状、尺寸及精度。 冲模主要用于金属及非金属板材的压力加工，其加工方式可分为分离与成形两大类。 1． 分离工序 包括剪切，切断、切槽、切口、切边、落料、冲孔等几大类，其划分依据主要是被加工材料的形态及受力状态。 分离工序所加工的板材可以是平面的也可以是立体的，当然也可以加工型材、棒材 等。 其所用的冲模可通称为冲裁模。 其中有代表性的为落料模、 孔模、切边模以及包含复合工序的复合模和连续模。 落料模通常用来在平板上封闭冲裁出所需零件。 冲孔模通常用来在零件上封闭冲夫多余的材料，得到所需要的孔。 切边按通常用来在毛坯或零件上冲去多余的边料。 其余分离工序各包括有不同个数的冲裁面，均不封闭。 2．成形工序 广义成形工序指利用永久变形特固态坯料制成所需形状和尺寸的制件加工。 广义成形除包括狭义成形所合的内容以外还包括其他压力加工 *如锻造、轧制、锻压、挤压等。 这些压力加工所用模具不在本课程讲 授范围之内。 狭义成形是指保持作为板坯的板料状态而改变其外观的加工。 狭义成形通常包括拉探、胀形、翻边、扩口、缩口等工序弯曲也可以划为成形的一种。 冲模除按加工方式划分外，还可按加工工序的组合程度划分 —— 单二序模、复合模、级进模以及多工位机床用的传递模。 此外，还有一些划分方法，如经济模，自动模，汽车制造业的大、中、小冲模等，不一一列举。 详细内容可以参阅教材中表 11 和 12 第二章 冲 裁 冲裁是利用模具使板科产生分离的冲压工序，包括落料与 冲孔。 它可以制成零件，也可为弯曲、拉延、成形等工序准备毛坯。 从板科上冲下所需形状的零件 (或毛坯 )叫落科。 在工件上冲出所需形状的孔 (冲去的为废料 )叫冲孔。 如图 I 一 1 的垫圈，即由落科与冲孔两道工序完成。 通过生产实践，我们对冲裁工序及其模具结构有了一定的了解，但感性认识上升到理性认识，才能真正了解冲裁过程的本质，更好地制定工艺和设计模具。 下面就冲裁变形过程、冲裁件质量、冲裁模刀口尺寸设计及冲裁模结构设计等问题进行分析讨论。 . 第一节 冲裁变形机理 冲裁过程 由图 1— 2 所示的冲裁变形过程可以看出，凸模 与凹棋组成上下刃口，材料放在凹模上，凸模逐步下降使材料产生变形，直至全部分离完成冲裁。 随着凸模作用在材料上的外力在数量上的变化，材料上的外力在数量上的变化，材料内部的变形不断发展。 整个冲裁过程的变形分为三个阶段 (图 1— 2)。 弹性变形阶段 凸模接触材队由于凸模加压，材料发生弹性压缩与弯曲并挤入凹模洞口。 这时材料内应力没有超过屈服极限，若凸模卸压，材料即恢复原状，故称弹性变形阶段。 塑性变形阶段 凸模继续加压，材料内应力达到屈服极限，部份金属被挤入凹模洞口，产生塑剪变形，得到光亮的蛆切断面。 因凸、凹 摸间存在间陷，故在塑剪变形的同时还伴有材料的弯曲与拉伸。 断裂分离阶段 外力继续增加材料内应力不断增大，在凸、凹模刀口处由于应力集中，内应力首先越过抗剪强度，出现微裂。 模继续下压，凸、凹模刃凹处的微裂不断向材料内部扩股，材料随即被拉断分离。 如凸、凹模间隙合理时，上下裂纹互相重合。 ‘ 应力应变状态 进一步分析冲裁时变形区的应力应变状态，有助予对冲裁过程的了解。 在凹模和凸模刃口的联线上取’单元体“，其应力应变图如图 1— 3 所示。 从图中可看出，似 金属断裂线 AB 即刃口联线 )成 45 度。 的主铀方向 I 是拉 应力与拉伸变形，拉应力使金 属纤维伸长； 与其垂直的主轴方向 2 是压应力与压缩变形，使纤维受压挤；在切线方向的应力与应变很小，略去不计；与主应力方向成 45。 方向为最大剪应力方向而凸凹模之间存在间隙，使金属伸长并撕断，致使破断裂面粗糙，并带有毛刺。 上述冲裁变形过程还可通过冲裁力的变化曲线图中得到确认。 图 29（教材），是冲裁厚为 3 毫米的材料时冲裁力与凸模行程的关系曲线。 从图中可看出： 在冲裁过程中冲裁力的大小是不断变化的。 AB 段相当于冲裁的弹性变形阶段， BC 段为塑性变形阶段。 当材料内应力达到抗剪强度时材料开 始产生裂纹， CD 段为裂纹扩展直至材料分离的断型阶队 ,DE 段位推出材料件推出凹模口。 剪切断面分析 参见 210 图 上述冲裁变形过程得到的冲栽件断面并不是光滑垂直的，断面存在三个区域，即圆角带、光亮带与断裂带。 圆角带是在冲裁。