沖壓模具設(shè)計一、簡述沖壓模具--在冷沖壓加工中，將材料〔金屬或非金屬〕加工成零件〔或半成品〕的一種特殊工藝裝備，稱為冷沖壓模具〔俗稱冷沖模〕。沖壓--是在室溫下，利用安裝在壓力機上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生別離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。沖壓模具是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備，是技術(shù)密集型產(chǎn)品。沖壓件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率以與生產(chǎn)本錢等，與模具設(shè)計和制造有直接關(guān)系。模具設(shè)計與制造技術(shù)水平的上下，是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平上下的重要標志之一，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。二、分類沖壓模具的形式很多，沖模也依工作性質(zhì),模具構(gòu)造,模具材料三方面來分類。一般可按以下幾個主要特征分類：1?根據(jù)工藝性質(zhì)分類沖裁模沿封閉或敞開的輪廓線使材料產(chǎn)生別離的模具。如落料模、沖孔模、切斷模、切口模、切邊模、剖切模等。彎曲模使板料毛坯或其他坯料沿著直線〔彎曲線〕產(chǎn)生彎曲變形，從而獲得一定角度和形狀的工件的模具。拉深模是把板料毛坯制成開口空心件，或使空心件進一步改變形狀和尺寸的模具。成形模是將毛坯或半成品工件按圖凸、凹模的形狀直接復(fù)制成形，而材DOC料本身僅產(chǎn)生局部塑性變形的模具。如脹形模、縮口模、擴口模、起伏成形模、翻邊模、整形模等。2?根據(jù)工序組合程度分類單工序模在壓力機的一次行程中，只完成一道沖壓工序的模具。復(fù)合模只有一個工位，在壓力機的一次行程中，在同一工位上同時完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具。級進?！惨卜Q連續(xù)模〕在毛坯的送進方向上，具有兩個或更多的工位，在壓力機的一次行程中，在不同的工位上逐次完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具。3、依產(chǎn)品的加工方法分類依產(chǎn)品加工方法的不同，可將模具分成沖剪模具、彎曲模具、抽制模具、成形模具和壓縮模具等五大類。沖剪模具：是以剪切作用完成工作的，常用的形式有剪斷沖模、下料沖模、沖孔沖模、修邊沖模、整緣沖模、拉孔沖模和沖切模具。彎曲模具：是將平整的毛胚彎成一個角度的形狀，視零件的形狀、精度與生產(chǎn)量的多寡，乃有多種不同形式的模具，如普通彎曲沖模、凸輪彎曲沖模、卷邊沖模、圓弧彎曲沖模、折彎沖縫沖模與扭曲沖模等。抽制模具：抽制模具是將平面毛胚制成有底無縫容器。成形模具：指用各種局部變形的方法來改變毛胚的形狀，其形式有凸X成形沖模、卷緣成形沖模、頸縮成形沖模、孔凸緣成形沖模、圓緣成形沖模。壓縮模具：是利用強大的壓力，使金屬毛胚流動變形，成為所需的形狀，其種類有擠制沖模、壓花沖模、壓印沖模、端壓沖模。三、模具典型結(jié)構(gòu)通常模具是由二類零件組成:第一類是工藝零件，這類零件直接參與工藝過程的完成并和坯料有直接接觸，包括有工作零件、定位零件、卸料與壓料零件等；第二類是結(jié)構(gòu)零件，這類零件不直接參與完成工藝過程，也不和坯料有直接接觸，只對模具完成工藝過程起保證作用，或?qū)δ＞吖δ芷鹜晟谱饔?，包括有?dǎo)向零件、緊固零件、標準件與其它零件等，如表1.1.3所示。應(yīng)該指出，不是所有的沖模都必須具備上述六種零件，尤其是單工序模，但是工作零件和必要的固定零件等是不可缺少的。四、模具先進制造工藝與設(shè)備模具制造技術(shù)現(xiàn)代化是模具工業(yè)開展的根底。隨著科學(xué)技術(shù)的開展，計算機技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)等先進技術(shù)正不斷向傳統(tǒng)制造技術(shù)滲透、穿插、融合，對其實施改造，形成先進制造技術(shù)。模具先進制造技術(shù)的開展主要表達在：1．高速銑削加工普通銑削加工采用低的進給速度和大的切削參數(shù)，而高速銑削加工那么采用高的進給速度和小的切削參數(shù)，高速銑削加工相對于普通銑削加工具有如下特點：八、、a.高效高速銑削的主軸轉(zhuǎn)速一般為15000r/min?40000r/min，最高可達100000r/min。在切削鋼時，其切削速度約為400m/min，比傳統(tǒng)的銑削加工高5?10倍；在加工模具型腔時與傳統(tǒng)的加工方法（傳統(tǒng)銑削、電火花成形加工等）相比其效率提高4?5倍。高精度高速銑削加工精度一般為10“m，有的精度還要高。高的外表質(zhì)量由于高速銑削時工件溫升小〔約為3°C〕，故外表沒有變質(zhì)層與微裂紋，熱變形也小。最好的外表粗糙度Ra小于l“m，減少了后續(xù)磨削與拋光工作量?？杉庸じ哂膊牧峡摄娤?0?54HRC的鋼材，銑削的最高硬度可達60HRC°鑒于高速加工具備上述優(yōu)點，所以高速加工在模具制造中正得到廣泛應(yīng)用，并逐步替代局部磨削加工和電加工°2．電火花銑削加工電火花銑削加工〔又稱為電火花創(chuàng)成加工〕是電火花加工技術(shù)的重大開展，這是一種替代傳統(tǒng)用成型電極加工模具型腔的新技術(shù)°像數(shù)控銑削加工一樣，電火花銑削加工采用高速旋轉(zhuǎn)的桿狀電極對工件進展二維或三維輪廓加工，無需制造復(fù)雜、昂貴的成型電極°日本三菱公司最近推出的EDSCAN8E電火花創(chuàng)成加工機床，配置有電極損耗自動補償系統(tǒng)、CAD/CAM集成系統(tǒng)、在線自動測量系統(tǒng)和動態(tài)仿真系統(tǒng)，表達了當今電火花創(chuàng)成加工機床的水平°3．慢走絲線切割技術(shù)目前，數(shù)控慢走絲線切割技術(shù)開展水平已相當高，功能相當完善，自動化程度已到達無人看管運行的程度。最大切割速度已達300mm2/min，加工精度可到達±1.5“m，加工外表粗糙度Ra0.1?0.2“m°直徑0.03?0.1mm細絲線切割技術(shù)的開發(fā)，可實現(xiàn)凹凸模的一次切割完成，并可進展0.04mm的窄槽與半徑0.02mm內(nèi)圓角的切割加工°錐度切割技術(shù)已能進展30°以上錐度的精細加工°4．磨削與拋光加工技術(shù)磨削與拋光加工由于精度高、外表質(zhì)量好、外表粗糙度值低等特點，在精細模具加工中廣泛應(yīng)用。目前，精細模具制造廣泛使用數(shù)控成形磨床、數(shù)控光學(xué)曲線磨床、數(shù)控連續(xù)軌跡坐標磨床與自動拋光機等先進設(shè)備和技術(shù)。5．數(shù)控測量產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，必然導(dǎo)致模具零件形狀的復(fù)雜。傳統(tǒng)的幾何檢測手段已無法適應(yīng)模具的生產(chǎn)?，F(xiàn)代模具制造已廣泛使用三坐標數(shù)控測量機進展模具零件的幾何量的測量，模具加工過程的檢測手段也取得了很大進展。三坐標數(shù)控測量機除了能高精度地測量復(fù)雜曲面的數(shù)據(jù)外，其良好的溫度補償裝置、可靠的抗振保護能力、嚴密的除塵措施以與簡便的操作步驟，使得現(xiàn)場自動化檢測成為可能。模具先進制造技術(shù)的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)制模技術(shù)模具質(zhì)量依賴于人為因素，不易控制的狀況，使得模具質(zhì)量依賴于物化因素，整體水平容易控制，模具再現(xiàn)能力強。五、模具新材料與熱、表處理隨著產(chǎn)品質(zhì)量的提高，對模具質(zhì)量和壽命要求越來越高。而提高模具質(zhì)量和壽命最有效的方法就是開發(fā)和應(yīng)用模具新材料與熱、表處理新工藝,不斷提高使用性能,不銹鋼板材沖壓模具材料改善加工性能。1.沖壓模具材料制造沖壓模具的材料有鋼材、硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金、鋅基合金、低熔點合金、鋁青銅、高分子材料等等。目前制造沖壓模具的材料絕大局部以鋼材為主，常用的模具工作部件材料的種類有：碳素工具鋼、低合金工具鋼、高碳高鉻或中鉻工具鋼、中碳合金鋼、高速鋼、基體鋼以與硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金等等。碳素工具鋼在模具中應(yīng)用較多的碳素工具鋼為T8A、T10A等，優(yōu)點為加工性能好，價格廉價。但淬透性和紅硬性差，熱處理變形大，承載能力較低［1］。低合金工具鋼低合金工具鋼是在碳素工具鋼的根底上參加了適量的合金元素。與碳素工具鋼相比，減少了淬火變形和開裂傾向，提高了鋼的淬透性，耐磨性亦較好。用于制造模具的低合金鋼有CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV（代號CH-1）、6CrNiSiMnMoV（代號GD）等。高碳高鉻工具鋼常用的高碳高鉻工具鋼有Cr12和Cr12MoV、Cr12Mo1V1〔代號D2〕，它們具有較好的淬透性、淬硬性和耐磨性，熱處理變形很小，為高耐磨微變形模具鋼，承載能力僅次于高速鋼。但碳化物偏析嚴重，必須進展反復(fù)鐓拔〔軸向鐓、徑向拔〕改鍛，以降低碳化物的不均勻性，提高使用性能。高碳中鉻工具鋼用于模具的高碳中鉻工具鋼有Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr5MoV等，它們的含鉻量較低，共晶碳化物少，碳化物分布均勻，熱處理變形小，具有良好的淬透性和尺寸穩(wěn)定性。與碳化物偏析相對較嚴重的高碳高鉻鋼相比，性能有所改善。高速鋼高速鋼具有模具鋼中最高的的硬度、耐磨性和抗壓強度，承載能力很高。模具中常用的有W18Cr4V〔代號8-4-1〕和含鎢量較少的W6Mo5Cr4V2〔代號6-5-4-2,美國牌號為M2〕以與為提高韌性開發(fā)的降碳降釩高速鋼6W6Mo5Cr4V〔代號6W6或稱低碳M2〕。高速鋼也需要改鍛，以改善其碳化物分布?；w鋼在高速鋼的根本成分上添加少量的其它元素，適當增減含碳量，以改善鋼的性能。這樣的鋼種統(tǒng)稱基體鋼。它們不僅有高速鋼的特點，具有一定的耐磨性和硬度，而且抗疲勞強度和韌性均優(yōu)于高速鋼，為高強韌性冷作模具鋼，材料本錢卻比高速鋼低。模具中常用的基體鋼有6Cr4W3Mo2VN〔代號65Nb〕、7Cr7Mo2V2Si〔代號LD〕、5Cr4Mo3SiMnVAL〔代號012AL丨等。硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金的硬度和耐磨性高于其它任何種類的模具鋼，但抗彎強度和韌性差。用作模具的硬質(zhì)合金是鎢鈷類，對沖擊性小而耐磨性要求高的模具，可選用含鈷量較低的硬質(zhì)合金。對沖擊性大的模具，可選用含鈷量較高的硬質(zhì)合金。鋼結(jié)硬質(zhì)合金是以鐵粉參加少量的合金元素粉末〔如鉻、鉬、鎢、釩等〕做粘合劑，以碳化鈦或碳化鎢為硬質(zhì)相，用粉末冶金方法燒結(jié)而成。鋼結(jié)硬質(zhì)合金的基體是鋼，克制了硬質(zhì)合金韌性較差、加工困難的缺點，可以切削、焊接、鍛造和熱處理。鋼結(jié)硬質(zhì)合金含有大量的碳化物，雖然硬度和耐磨性低于硬質(zhì)合金，但仍高于其它鋼種，經(jīng)淬火、回火后硬度可達68~73HRC。新材料沖壓模具使用的材料屬于冷作模具鋼，是應(yīng)用量大、使用面廣、種類最多的模具鋼。主要性能要求為強度、韌性、耐磨性。目前冷作模具鋼的開展趨勢是在高合金鋼D2〔相當于我國Crl2MoV〕性能根底上，分為兩大分支：一種是降低含碳量和合金元素量，提高鋼中碳化物分布均勻度，突出提高模具的韌性。如美國釩合金鋼公司的8CrMo2V2Si、日本##特殊鋼公司的DC53(Cr8Mo2SiV)等。另一種是以提高耐磨性為主要目的，以適應(yīng)高速、自動化、大批量生產(chǎn)而開發(fā)的粉末高速鋼。如德國的320CrVMol3，等。2．熱處理、表處理新工藝為了提高模具工作外表的耐磨性、硬度和耐蝕性，必須采用熱、表處理新技術(shù)，尤其是外表處理新技術(shù)。除人們熟悉的鍍硬鉻、氮化等外表硬化處理方法外，近年來模具外表性能強化技術(shù)開展很快，實際應(yīng)用效果很好。其中，化學(xué)氣相沉積〔CVD〕、物理氣相沉積〔PVD〕以與鹽浴滲金屬〔TD〕的方法是幾種開展較快，應(yīng)用最廣的外表涂覆硬化處理的新技術(shù)。它們對提高模具壽命和減少模具昂貴材料的消耗，有著十分重要的意義。六、沖壓模具材料的選用原那么在沖壓模具中，使用了各種金屬材料和非金屬材料，主要有碳鋼、合金鋼、鑄鐵、鑄鋼、硬質(zhì)合金、低熔點合金、鋅基合金、鋁青銅、合成樹脂、聚氨脂橡膠、塑料、層壓樺木板等。制造模具的材料，要求具有高硬度、高強度、高耐磨性、適當?shù)捻g性、高淬透性和熱處理不變形（或少變形）與淬火時不易開裂等性能。合理選取模具材料與實施正確的熱處理工藝是保證模具壽命的關(guān)鍵。對用途不同的模具，應(yīng)根據(jù)其工作狀態(tài)、受力條件與被加工材料的性能、生產(chǎn)批量與生產(chǎn)率等因素綜合考慮，并對上述要求的各項性能有所側(cè)重，然后作出對鋼種與熱處理工藝的相應(yīng)選擇。1.生產(chǎn)批量當沖壓件的生產(chǎn)批量很大時，模具的工作零件凸模和凹模的材料應(yīng)選取質(zhì)量高、耐磨性好的模具鋼。對于模具的其它工藝結(jié)構(gòu)局部和輔助結(jié)構(gòu)局部的零件材料，也要相應(yīng)地提高。在批量不大時，應(yīng)適當放寬對材料性能的要求，以降低本錢。2.被沖壓材料的，性能、模具零件的使用條件當被沖壓加工的材料較硬或變形抗力較大時，沖模的凸、凹模應(yīng)選取耐磨性好、強度高的材料。拉深不銹鋼時，可采用鋁青銅凹模，因為它具有較好的抗粘著性。而導(dǎo)柱導(dǎo)套那么要求耐磨和較好的韌性，故多采用低碳鋼外表滲碳淬火。又如，碳素工具鋼的主要缺乏是淬透性差，在沖模零件斷面尺寸較大時，淬火后其中心硬度仍然較低，但是，在行程次數(shù)很大的壓床上工作時，由于它的耐沖擊性好反而成為優(yōu)固定板、卸料板類零件，不但要有足夠的強度，而且要求在工作過程中變形小。另外，還可以采用冷處理和深冷處理、真空處理和外表強化的方法提高模具零件的性能。對于凸、凹模工作條件較差的冷擠壓模，應(yīng)選取有足夠硬度、強度、韌性、耐磨性等綜合機械性能較好的模具鋼，同時應(yīng)具有一定的紅硬性和熱疲勞強度等。3.材料性能應(yīng)考慮材料的冷熱加工性能和工廠現(xiàn)有條件。降低生產(chǎn)本錢注意采用微變形模具鋼，以減少機加工費用。開發(fā)專用模具鋼對特殊要求的模具，應(yīng)開發(fā)應(yīng)用具有專門性能的模具鋼。考慮我國模具的生產(chǎn)和使用情況選擇模具材料要根據(jù)模具零件的使用條件來決定，做到在滿足主要條件的前提下，選用價格低廉的材料，降低本錢。七、 模具CAD/CAM技術(shù)計算機技術(shù)、機械設(shè)計與制造技術(shù)的迅速開展和有機結(jié)合，形成了計算機輔助設(shè)計與計算機輔助制造〔CAD/CAM〕這一新型技術(shù)。CAD/CAM是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，是一項高科技、高效益的系統(tǒng)工程，它以計算機軟件的形式為用戶提供一種有效的輔助工具，使工程技術(shù)人員能借助計算機對產(chǎn)品、模具結(jié)構(gòu)、成形工藝、數(shù)控加工與本錢等進展設(shè)計和優(yōu)化。模具CAD/CAM能顯著縮短模具設(shè)計與制造周期、降低生產(chǎn)本錢、提高產(chǎn)品質(zhì)量已成為人們的共識。隨著功能強大的專業(yè)軟件和高效集成制造設(shè)備的出現(xiàn)，以三維造型為根底、基于并行工程〔CE〕的模具CAD/CAM技術(shù)正成為開展方向，它能實現(xiàn)面向制造和裝配的設(shè)計，實現(xiàn)成形過程的模擬和數(shù)控加工過程的仿真，使設(shè)計、制造一體化。快速經(jīng)濟制模技術(shù)為了適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)中多品種、小批量生產(chǎn)的需要，加快模具的制造速度，降低模具生產(chǎn)本錢，開發(fā)和應(yīng)用快速經(jīng)濟制模技術(shù)越來越受到人們的重視。目前，快速經(jīng)濟制模技術(shù)主要有低熔點合金制模技術(shù)、鋅基合金制模技術(shù)、環(huán)氧樹脂制模技術(shù)、噴涂成形制模技術(shù)、疊層鋼板制模技術(shù)等。應(yīng)用快速經(jīng)濟制模技術(shù)制造模具，能簡化模具制造工藝、縮短制造周期〔比普通鋼模制造周期縮短70%?90%〕、降低模具生產(chǎn)本錢〔比普通鋼模制造本錢降低60%?80%〕，在工業(yè)生產(chǎn)中取得了顯著的經(jīng)濟效益。對提高新產(chǎn)品的開發(fā)速度，促進生產(chǎn)的開展有著非常重要的作用。八、 沖壓模具行業(yè)開展現(xiàn)狀與技術(shù)趨勢1、現(xiàn)狀改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟的高速開展，市場對模具的需求量不斷增長。近年來，模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速開展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨資和私營也得到了快速開展。####和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)〞；##一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家。隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經(jīng)越來越認識到產(chǎn)品質(zhì)量、本錢和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個鏈條中最根底的要素之一。近年許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進步的投資力度，將技術(shù)進步視為企業(yè)開展的重要動力點。對于。一些國內(nèi)模具企業(yè)已普與了二維CAD，并陸續(xù)開場使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、EuclidTS等國際通用軟件個別廠家還引進了OFlow、DYNAF0RM和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應(yīng)用于沖壓模的設(shè)計中。以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術(shù)已取得很大進步，東風(fēng)汽車公司模具廠、一汽模具中心等模具廠家已能生產(chǎn)局部轎車覆蓋件模具。此外，許多研究機構(gòu)和大專院校開展模具技術(shù)的研究和開發(fā)。經(jīng)過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)方面取得了顯著進步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計制造周期等方面做出了奉獻。例如，##大學(xué)汽車覆蓋件成型技術(shù)所獨立研制的汽車覆蓋件沖壓成型分析KMAS軟件，華中理工大學(xué)模具技術(shù)國家重點實驗室開發(fā)的注塑模、汽車覆蓋件模具和級進模CAD/CAE/CAM軟件，##交通大學(xué)模具CAD國家工程研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖模CAD軟件等在國內(nèi)模具行業(yè)擁有不少的用戶。雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的開展，但許多方面與工業(yè)興旺國家相比仍有較大的差距。例如，精細加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的比重比擬低；CAD/CAE/CAM技術(shù)的普與率不高；許多先進的模具技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛等等，致使相當一局部大型、精細、復(fù)雜和長壽命模具依賴進口。2、未來沖壓模具制造技術(shù)開展趨勢模具技術(shù)的開展應(yīng)該為適應(yīng)模具產(chǎn)品“交貨期短〃、“精度高〃、“質(zhì)量好〃、“價格低〃的要求效勞。到達這一要求急需開展如下幾項：(1)全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計制造的開展方向。隨著微機軟件的開展和進步，普與CAD/CAM/CAE技術(shù)的條件已根本成熟，各企業(yè)將加大CAD/CAM技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)效勞的力度；進一步擴大CAE技術(shù)的應(yīng)用X圍。計算機和網(wǎng)絡(luò)的開展正使CAD/CAM/CAE技術(shù)跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個行業(yè)中推廣成為可能，實現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。高速銑削加工國外近年來開展的高速銑削加工，大幅度提高了加工效率，并可獲得極高的外表光潔度。另外，還可加工高硬度模塊，還具有溫升低、熱變形小等優(yōu)點。高速