1、冲压工艺与冲模设计 第2版 主编 翁其金 第八章 简 易 冲 模 第一节锌基合金冲模6H-7Q一、锌基合金冲模的特点及应用锌基合金冲模是以锌基合金材料用铸造方法制作冲模工作部分等零件的一种简易模具。它的主要优点是设计与制造简单,不需要使用高精度机械加工设备和较高的钳工技术,生产周期短,锌基合金可以重复使用,具有良好的技术经济效果。锌基合金具有一定强度,可以制造冲裁模、拉深模、弯曲模、成形模等。适用于薄板零件的中小批量生产和新产品试制。6H-7Q二、锌基合金的成分和性能锌基合金是以锌为基体的锌、铝、铜三种元素的合金,并加入微量的镁所组成。用于冲压模的锌合金成分(用质量分数表示)为wZn=92%9
2、3%、wAl=4.0%4.2%、wCu=3.0%3.5%、wMg=0.03%0.05%。其物理力学性能为:熔点约380,凝固收缩率1%1.2%,抗拉强度220260MPa,抗压强度500550MPa,布氏硬度120130HBW。具有良好的铸造性和可加工性,而且可以重熔后再使用。6H-7Q三、锌基合金冲裁模的设计和制造1.锌基合金模具材料与冲裁机理用锌基合金制造冲裁模时,对于落料模,凹模用锌合金制造,而凸模则用模具钢制造。对于冲孔模,凸模用锌合金制造,而凹模则用模具钢制造。这样,凸、凹模材料一个是钢,一个是锌基合金,这种一硬一软的冲裁机理与钢模冲裁时不同。钢制凸、凹模的刃口锋利,冲裁时材料是从凸
3、、凹模刃口处产生双向裂纹之后扩展相遇而分离的。而锌基合金模的冲裁则是单向裂纹扩展分离的过程。以锌合金落料模为例,冲裁时质软的锌基合金凹模刃口会形成小圆角,锋利的钢凸模刃口处材料的应力集中值大于锌基合金凹模刃口处的应力集中值,因而冲裁裂纹首先在钢凸模刃口处产生,并单方向快速扩展到锌合金凹模刃口附近的侧壁,与刚由锌基合金凹模刃口处产生的裂纹相遇使材料分离,完成冲裁。6H-7Q冲裁时凸、凹模之间应当有间隙,对于锌基合金模来说,该间隙不是由模具加工时得到,而是在冲裁过程中依靠锌基合金模自动调整形成的。锌基合金凹模是利用钢质凸模浇铸而成,凸、凹模之间的起始间隙近似为零。由于凸模和凹模具有比较大的硬度差,
4、初始冲裁时软质的凹模因受侧壁挤压力而产生径向变形,使凸、凹模之间形成间隙,同时刃口侧壁产生急剧磨损,使间隙增大,当冲制了一定数量的零件后,便达到合理间隙。这时磨损也相应减少,并相对稳定在合理间隙下冲裁。这个由锌基合金材料磨损形成的相对稳定间隙,称为动态平衡间隙。随冲裁次数的不断增加,刃口端面在板料压力的作用下产生的塌角也不断增大,这部分金属便自动补偿刃口侧壁的磨损,使之始终维持正常间隙冲裁,称为自动补偿磨损。因此,锌基合金冲模是否能继续使用,不是以刃口变钝来判断,而主要是根据凹模刃口端面出现的过大塌角是否影响冲件的质量来决定重修或报废。6H-7Q根据生产经验,当冲裁件数量在1000件以下,并对
5、零件毛刺高度无严格要求时,无论是落料或冲孔,其模具最好一律采用钢凸模、锌基合金凹模的结构。当冲裁件数量在1000件以上,并对零件毛刺高度、尺寸精度、平直度等有一定的技术要求时,应按工序性质确定模具结构。落料时应采用钢凸模和锌基合金凹模的结构。冲孔时应采用锌基合金凸模和钢凹模的结构。2.锌基合金冲裁模的设计6H-7Q(1)凸、凹模刃口尺寸和公差的确定DT=(Dmax-Zmin-x(2)锌基合金凸、凹模的设计锌基合金凹模应有足够的厚度和壁厚,以保证强度。锌基合金凹模洞口形状一般采用直刃壁结构(图8-1a),刃壁高度h比普通冲裁模大25mm。6H-7Q图8-1锌基合金凹模的厚度和壁厚6H-7Q图8-
6、2锌基合金凸模结构形式1凸模固定部分2锌基合金6H-7Q(3)最小搭边值对于锌基合金冲裁模,搭边的作用不仅是为了补偿送料误差,保证冲裁件质量,同时还起均衡凹模所承受压力,控制自动补偿磨损的作用。另外,根据锌基合金模的特点,最好采用有导向装置、弹性卸料装置的模具结构。凸模进入凹模的深度要比材料厚度大24mm。6H-7Q3.锌基合金冲裁模的制造以落料模为例,锌基合金凹模的制造方法常有铸造法、铸造挤切法、镶拼法。铸造法如图8-3所示6H-7Q图8-3锌基合金凹模的铸造法1凸模2锌基合金3型芯4模框5湿砂6干砂6H-7Q图8-4厚模框结构1锌基合金2厚模框对于小型凹模,模框可做成如图8-4所示的厚模框
7、结构,紧固螺钉孔及销孔直接开在模框上,使加工、安装和操作都很方便,并具有一定的通用性。6H-7Q锌基合金比钢硬度低,摩擦因数小,用它制造成形模的工作零件,冲件的表面不会被划伤和擦伤。它与一般钢模的制作相比,具有方法简便,仿形效果好等优点,当冲件形状复杂时其优点更为突出。但是,锌基合金模具都是采用铸造方法获得,合金由液态变固态时的收缩,必然影响模具精度。锌基合金材料的强度、硬度较低,必然影响模具使用寿命。正因为这种模真存在精度和寿命两方面的问题,所以决不能完全取代钢模,属于简易、快速、经济模具。四、锌基合金成形模的设计和制造6H-7Q锌基合金拉深、弯曲、成形模的设计,与普通钢模的设计基本相同。应
8、注意的是,铸造用的模型必须计入锌基合金的收缩率才能保证所得模具的尺寸精度,锌基合金的收缩率一般取1%。用锌基合金可以制造拉深模、弯曲模、成形模的凸、凹模以及其他模具零件,如凸模固定板、卸料板、压料圈等。常用的制模方法有以下几种:砂型制模法、样件制模法、石膏型制模法、金属型制模法和复合材料制模法等。6H-7Q砂型制模法的工艺过程如图8-5所示。图8-5a为锌基合金凸模制模过程:先按凸模零件图并考虑收缩率制作凸模模型;然后用凸模模型造砂型;浇注熔化的锌合金;冷却清理后便得到锌基合金凸模。图8-5b为锌基合金凹模制模过程:先在凸模模型上粘贴为配制凸、凹模间隙的小块板料,并用耐火泥补平,烘干后抛光;然
9、后用已配制好间隙的模型制作石膏过渡型;再用石膏过渡型造砂型;浇铸成锌基合金凹模。6H-7Q保凸、凹模间隙均匀。图8-5砂型制模工艺过程a)凸模制模过程b)凹模制模过程用铸造获得的锌基合金凸、凹模,最后还需要手工修整以确6H-7Q第二节聚氨酯橡胶冲模6H-7Q一、聚氨酯橡胶冲模的特点及应用聚氨酯橡胶是一种人工合成的高分子弹性体,用它作为凸模或凹模材料所制成的冲模称为聚氨酯橡胶冲模。聚氨酯橡胶冲模不但用于冲裁工艺,也用于弯曲、拉深、成形等工艺。具有模具结构简单,制作容易,缩短生产周期,降低制件成本,并能简化冲压工艺等特点。但比钢模使用寿命低,常用于薄材料零件的小批量生产及新产品试制。聚氨酯用于冲压
10、加工能达到的板料厚度如表8-1所列。6H-7Q表8-1聚氨酯用于冲压加工的板料厚度6H-7Q老化及抗撕裂性能好等优点,可以进行各种机械加工,并能达到一定的精度要求,是一般橡胶所不能比拟的。二、聚氨酯橡胶特性及选用聚氨酯橡胶具有硬度高,强度好,高弹性,高耐磨性、耐油、耐6H-7Q三、聚氨酯橡胶冲裁模的设计用聚氨酯橡胶模冲裁,落料时用聚氨酯作为凹模,凸模仍用金属材料。冲孔时用聚氨酯作为凸模,凹模仍用金属材料。在冲裁厚度小于0.3mm的薄材料时,钢制冲模间隙极小,制造困难,难于保证模具使用寿命,采用聚氨酯冲裁模就不存在这个问题,而且冲件质量好,没有毛刺或毛刺很小,同时生产稳定可靠。故此法特别适用于制
11、造批量不大,材料较薄的零件。当材料厚度超过0.3mm时,冲裁的效果要差一些。6H-7Q1.冲裁变形过程如图8-6所示,聚氨酯橡胶冲裁模的冲裁变形过程与一般钢模不同。图8-6聚氨酯橡胶冲裁过程1容框2卸料板3凸模4聚氨酯橡胶6H-7Q聚氨酯冲裁凸、凹模刃口尺寸的计算与普通冲裁略有不同。其落料件外形尺寸决定于钢凸模刃口尺寸,冲孔孔径决定于钢凹模刃口尺寸。2.钢质凸、凹模刃口尺寸的计算6H-7Q冲裁后落料件外形尺寸比钢凸模稍大,而冲孔比相应的钢凹模直径稍小,设计时可按下式计算:落料DT=(Dmax-x 冲孔dA=(dmin+x 式中 DT钢凸模的刃口尺寸;dA钢凹模的刃口尺寸;冲裁件公差;T钢凸模制
12、造公差;A钢凹模制造公差;x系数(一般为0.50.7)。6H-7Q3.聚氨酯橡胶冲裁模的设计(1)聚氨酯容框的设计容框内形与钢凸模刃口轮廓相似,但每边比凸模约大0.51.5mm。Dr=DT+2(0.51.5)6H-7Q(2)聚氨酯橡胶的设计聚氨酯橡胶的厚度太大时,弹性模量较小,在同样的压缩量情况下所产生的单位面积压力较小,零件不易冲下来;厚度太小时,弹性模量较大,需要的冲裁力大,橡胶的使用寿命低。聚氨酯橡胶在压入容框前处于自由状态下的尺寸D应比容框尺寸略大(过盈配合),其值按下式计算:(3)顶杆和卸料板的设计顶杆(或推杆、顶件块)和卸料板是聚氨酯橡胶冲裁模的重要零件,图8-7所示为有顶杆和无顶
13、杆冲裁时的变形情况,由于顶杆的作用,控制了橡胶的冲压深度,改变了应力的分布,增大了刃口处的剪切力,提高了冲裁件的质量和橡胶的使用寿命。6H-7Q图8-7顶杆对冲裁的影响顶杆工作部分的形式根据冲孔直径d的大小分为三种(图8-8):6H-7Q图8-8顶杆和卸料板的几何参数1卸料板2凸凹模3顶杆8h-10表8-2顶杆与卸料板的几何参数(4)聚氨酯橡胶冲裁模的典型结构将聚氨酯容框设置在上模的称上装式结构,设置在下模的称下装式结构。8h-10图8-9聚氨酯复合冲裁模结构(一)8h-10图8-10聚氨酯复合冲裁模结构(二)8h-10四、其他聚氨酯橡胶冲模的典型结构设计聚氨酯橡胶弯曲模时,应根据弯曲件的形状和尺寸选取不同的容框结构与成形方法(图8-11):小型V形件的弯曲,可选a、b型,大型变曲率V形件的弯曲可选c型,敞开成形;U形件的弯曲,可选b或d型,封闭成形;形件的弯曲,可选d或e型,封闭成形;弯曲角小于90的形件弯曲,可选d或f型,封闭成形;环形件的弯曲,可选g型,封闭成形;两翼成曲形的弯曲件,可选h型,封闭成形。8h-10图8-11弯曲模容框结构与成形方法8h-10图8-12在聚氨酯冲模内的其他冲压成形用聚氨酯橡胶冲模进行的其他冲压成形的例子如图8-12所示。图中所示为波纹管连续成形。聚氨酯橡胶拉深和胀形见第五章和第六章。
