五金模具知识

五金模具知识我国模具制造工业的发展大致经历了一下几个阶段：1）20世纪50年代：手工业作坊时代。2）20世纪60年代：通用机械时代，生产工具为车床、铣床、刨床、磨床等。3）20世纪70年代：仿形机械时代，生产工具为仿形车床、仿形铣床、仿形刨床等。4）20世纪80年代：数控机械时代，生产工具为NC车床、NC铣床、NC电火花加工机床、NC电火花线切割机床等。5）20世纪90年代：计算机数控及CAD/CAM应用时代，生产工具为CNC车床、CNC铣床、CNC磨床、CNC线切割机床、CNC电火花加工机床、柔性自动化、加工中心等。在冲压工艺及模具设计方面，20世纪70年代末,由于错过了世界经济发展的大浪潮，模具工业也没有跟上世界的发展，保持了“几十年一贯制”。主要差距为：标准化程度低，模具品种少，效率低，模具制造精度低，周期长，模具寿命短，材料利用率低，技术水平落后，管理水平较差。到20实际80年代，伴随家电、轻工、汽车、生产线的模具大量进口和模具国产化的呼声日益高涨，先后引进了一批现代化的模具加工机床。在此基础上，参照已有的进口模具，成功地复制了一些替代品。至1990年多工位级进模已达57个工位，精度达微米级，寿命达上千万次。一些大型、超小型及多动能模具的制造技术都有了一定的发展，如成功地复制了一些汽车覆盖件模具，缩小了与国外的差距。我国冲模CAD/CAM从20世纪80年代起步，基本上属于低水平重复开发，所需基础软件业靠引进（如图形软件、数据库软件、NC软件等），缺乏实用和商品化价值。由于人员素质低、不配套，对引进的许多CAD/CAM系统缺乏二次开发能力，不能获得显著效益。由于国产计算机不能满足使用要求，大量引进的计算机和工作站种类繁多，价格昂贵，硬件维修和软件交流都很困难。到20世纪90年代初，全国拥有数控加工设备近万台，绝大部分没有配备自动编程系统，机床利用率极低，针对上述情况，应首先在现有数控机床上广泛采用自动编程，减少手工编程，提高数控机床的开工率。国内高等院校及研究所开展了冲裁模、拉深模和冲裁、弯曲多工位级进模CAD的研究。但迄今为止，只有冲裁模CAD/CAM技术较好一地应用于实际生产。1、冲压工艺的分类：由于冲压件的形状、尺寸、精度要求、原材料性能等的不同，目的在生产中所采用的冲压工艺方法是多样的，概括起来可以分为分离工序与成形工序两大类。分离工序又可分为落料、冲孔和剪切等，目的是在冲压过程中，使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离。分离工序如表1-2所示。成形工序可分为弯曲、拉深、翻孔、翻边、胀形、缩口、旋压等，目的是是冲压毛坯在不破裂的条件下，产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件。2、影响金属塑性和变形抗力的主要因素影响金属塑性和变形抗力的主要因素有两个方面，一是变形金属本身的晶格类型、化学成分和金相组织等内部性质；其二是变形时外部条件，如变形温度、变形速度和变形形式等。（1）化学成分和组织对塑性和变形抗力的影响，化学成分和组织对塑性和变形抗力的影响非常明显也很复杂。下面以钢为例来说明。1）化学成分的影响。在碳钢中，铁和碳是基本元素。在合金钢中，除了铁和碳外，还有硅、锰、铬、镍、钨等。在各类钢中还有些杂质，如磷、硫、氨、氢氧等。碳对钢的性能影响最大。碳能固溶到铁里形成铁素体和奥氏体固溶体，他们都具有良好的塑性和低的变形抗力。当碳含量超过铁的溶碳能力，多余的碳便与铁形成具有很高的硬度而塑性几乎为零的渗碳体。渗碳体对基本的塑性变形起阻碍作用，降低塑性，抗力提高。可见碳含量越高，碳钢的塑性成形性能就越差。2）组织的影响。钢在规定的化学成分内由于组织的不同，塑性和变形抗力亦会有很大的差别。单相组织比多相组织塑性好，变形抗力低。多相组织由于各相性能不同，使得变形不均匀，同时基本相往往被另一相机械的分割，故塑性降低，变形抗力提高。晶粒的细化有利提高金属的塑性，但同时也提高了变形抗力。这是因为在一定的体积内细晶粒的数目比粗晶粒的数目要多，塑性变形时有利于滑移的晶粒就较多，变形均匀地分散在更多的晶粒内，另外晶粒越细，晶界面越曲折，对微裂纹的传播越不利。这些都有利于提高金属的塑性变形能力。另一方面晶粒多，晶界也越多，滑移变形时位错移动到晶界附近会受到阻碍并堆积，若要位错穿过晶界则需要很小的外力，从而提高了塑性变形抗力。3、应力与应变关系由上述可知，应力状态与应变状态具有相似性。对于小变形而言（不超过10-3~10-2数量级），两者的主坐标系是一致的。对于应力与应变关系，我们不妨从方向和大小两方面进行叙述。对切应力和切应变，可用图2-8来表示。图2-8a的切应力方向对应于图2-8b的切应变方向，这很容易理解。而对于正应力和正应变的方向，就不是这样简单了。正应力为正值（受拉）时，正应变未必是正值（未必伸长）；正应力为负值（受压）时，正应变未必是负值（未必收缩）；正应力为零时，正应变未必为零（有可能伸长或收缩）。为说明正应力和正应变方向的对应关系也为说明应力分量与应变分量数值大小之间的关，它可叙述为：小变形时的应变分量正比于应力偏量。即(2-3)式中λ—常数；——3个主应变值；——3个主应力偏量值。xyyx332211321由（2-3），依照比例定律又可导出以下公式：（2-4）式(2-3)、式（2-4）也适用于全量应变理论的应力应变关系。4、冲裁间隙冲裁凸模和凹模之间的间隙，不仅对冲裁件的质量有极重要的影响，而且还影响模具寿命、冲裁力、卸料力和推件力等。因此，间隙是冲裁模设计的一个非常重要的参数。1313323221214.1间隙对冲裁件质量的影响冲裁件的质量主要通过切断面质量、尺寸精度和表面平直度来判断。在影响冲裁件质量的诸多因素中，间隙是主要的因素之一。（1）间隙对断面质量的影响冲裁件的断面质量主要指塌角的大小、光面约占板厚的比例、毛面斜角的大小及毛刺等。间隙合适时，冲裁时上、下刃口处所产生的剪切裂纹基本重合。这时光面约占板厚的1/2~1/3，切断面的塌角、毛刺和斜角度均很小，完全可以满足一般冲裁的要求。间隙过小时,凸模刃口处的裂纹比合理间隙时向外错开一段距离。上、下裂纹之间的材料，随冲裁的进行将被第二次剪切，然后被凸模挤入凹模洞口。这样，在冲裁件的切断面上形成第二个光面，在两个光面之间形成毛面，在端面出现挤长的毛刺。这种挤长毛刺虽比合理间隙时的毛刺高一些，但容易去除，而且毛面的斜度和塌角小，冲裁件的翘曲小，所以只要中建撕裂不是很深，仍可使用。间隙过大时，凸模刃口处的裂纹比合理间隙时向内错开一段距离。材料的弯曲与斜度增大，，形成厚而大的拉长毛刺，且难以去除；同时冲裁件的翘曲现象严重，影响生产的正常进行。若间隙分布不均匀，则在小间隙的一边形成双光面，大间隙的一边形成很大的塌角及斜度。普通冲裁毛刺允许的高度见表3-1。表3-1普通冲裁毛刺的允许高度(2)间隙对尺寸精度的影响冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，则精度越高。从整个冲裁过程来看，影响冲裁件的尺寸精度有两大方面的因素：一是模本身的制造偏差；二是冲裁结束后冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差。料厚≈0.30.3~0.50.5~1.01.0~1.51.5~2生产时≤0.05≤0.08≤0.1≤0.13≤0.15试模时≤0.015≤0.02≤0.03≤0.04≤0.054.2冲裁模间隙值的确定凸模与凹模间每侧的间隙称为单面间隙，两侧间隙之和称为双面间隙。如无特殊说明，冲裁间隙就是指双面间隙。（1）间隙值确定原则从上述的冲裁分析中可看出，找不到一个固定的间隙值能同时满足冲裁件断面质量最佳，尺寸精度最高，翘曲变形最小，冲模寿命最长，冲裁力、卸料力、推件力最小等各方面的要求。因此，在冲压实际生产中，主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度和模具寿命这几个因素给间隙规定一个范围值。只要间隙在这个范围内，就能得到合格的冲裁件和较长的模具寿命。这个间隙范围就称为合理间隙，合理间隙的最小值称为最小合理间隙，最大值称为最大合理间隙。设计和制造时，应考虑到凸、凹模在使用中会因磨损而使间隙增大，故应按最小合理间隙值确定模具间隙。（2）间隙值确定方法确定凸、凹模合理间隙的方法有理论法和查表法两种。用理论法确定合理间隙值，是根据上下裂纹重合的原则进行计算。式中t——材料厚度（mm）h0——产生裂纹时凸模挤入材料深度（mm）h0/t——产生裂纹时凸模挤入材料的相对深度。β——剪切裂纹与垂线间的夹角5.拉深系数的影响因数（1)材料相对厚度（2）材料塑性（3）拉伸时是否使用压边圈（4）凹模圆角半径(5)模具状况（6）拉深次数6.拉深次数与工序尺寸计算1、无凸缘筒形件的拉深次数与工序尺寸计算（1）无凸缘筒形件的拉深次数零件能否一次拉出，只需比较实际所需的总拉深系数m总第一次允许的极限拉深系数m1的大小即可。如果m总m1，说明拉深该零件的实际变形程度比第一次容许的极限变形程度要小，所以零件可以一次拉成；否则需要多次拉深。（2）无凸缘筒形件工序尺寸的确定无凸缘筒形件的工序尺寸的确定包括各次拉深半成品的直径dn、筒底圆角半径rn和筒壁高度hn。1）半成品的直径。拉深次数确定后，应对各次拉深系数进行调整，总的原则是使每次实际采用的拉深系数大于每次拉深时的极限拉伸系数。2）半成品高度的确定。计算各次拉深后零件的高度前，应先定出各次半成品底部的圆角半径，现取首次拉深r1=12，二次拉深r2=8，三次拉深r3=5。计算各次半成品的高度可由毛坯直径的公式退出，即式中dn——各次拉深的直径（中线值）（mm）；rn——各次拉深半成品底部的圆角半径（中线值）（mm）；Hn——各次拉深半成品高度（mm）；D——毛坯直径（mm）。)32.0(43.0)dd(25.0nn2nnnnnrddrDH