1、沖壓工藝與沖模設計 第2版 主編 翁其金 第八章 簡 易 沖 模 第一節鋅基合金沖模6H-7Q一、鋅基合金沖模的特點及應用鋅基合金沖模是以鋅基合金材料用鑄造方法制作沖模工作部分等零件的一種簡易模具。它的主要優點是設計與制造簡單,不需要使用高精度機械加工設備和較高的鉗工技術,生產周期短,鋅基合金可以重復使用,具有良好的技術經濟效果。鋅基合金具有一定強度,可以制造沖裁模、拉深模、彎曲模、成形模等。適用于薄板零件的中小批量生產和新產品試制。6H-7Q二、鋅基合金的成分和性能鋅基合金是以鋅為基體的鋅、鋁、銅三種元素的合金,并加入微量的鎂所組成。用于沖壓模的鋅合金成分(用質量分數表示)為wZn=92%9

2、3%、wAl=4.0%4.2%、wCu=3.0%3.5%、wMg=0.03%0.05%。其物理力學性能為:熔點約380,凝固收縮率1%1.2%,抗拉強度220260MPa,抗壓強度500550MPa,布氏硬度120130HBW。具有良好的鑄造性和可加工性,而且可以重熔后再使用。6H-7Q三、鋅基合金沖裁模的設計和制造1.鋅基合金模具材料與沖裁機理用鋅基合金制造沖裁模時,對于落料模,凹模用鋅合金制造,而凸模則用模具鋼制造。對于沖孔模,凸模用鋅合金制造,而凹模則用模具鋼制造。這樣,凸、凹模材料一個是鋼,一個是鋅基合金,這種一硬一軟的沖裁機理與鋼模沖裁時不同。鋼制凸、凹模的刃口鋒利,沖裁時材料是從凸

3、、凹模刃口處產生雙向裂紋之后擴展相遇而分離的。而鋅基合金模的沖裁則是單向裂紋擴展分離的過程。以鋅合金落料模為例,沖裁時質軟的鋅基合金凹模刃口會形成小圓角,鋒利的鋼凸模刃口處材料的應力集中值大于鋅基合金凹模刃口處的應力集中值,因而沖裁裂紋首先在鋼凸模刃口處產生,并單方向快速擴展到鋅合金凹模刃口附近的側壁,與剛由鋅基合金凹模刃口處產生的裂紋相遇使材料分離,完成沖裁。6H-7Q沖裁時凸、凹模之間應當有間隙,對于鋅基合金模來說,該間隙不是由模具加工時得到,而是在沖裁過程中依靠鋅基合金模自動調整形成的。鋅基合金凹模是利用鋼質凸模澆鑄而成,凸、凹模之間的起始間隙近似為零。由于凸模和凹模具有比較大的硬度差,

4、初始沖裁時軟質的凹模因受側壁擠壓力而產生徑向變形,使凸、凹模之間形成間隙,同時刃口側壁產生急劇磨損,使間隙增大,當沖制了一定數量的零件后,便達到合理間隙。這時磨損也相應減少,并相對穩定在合理間隙下沖裁。這個由鋅基合金材料磨損形成的相對穩定間隙,稱為動態平衡間隙。隨沖裁次數的不斷增加,刃口端面在板料壓力的作用下產生的塌角也不斷增大,這部分金屬便自動補償刃口側壁的磨損,使之始終維持正常間隙沖裁,稱為自動補償磨損。因此,鋅基合金沖模是否能繼續使用,不是以刃口變鈍來判斷,而主要是根據凹模刃口端面出現的過大塌角是否影響沖件的質量來決定重修或報廢。6H-7Q根據生產經驗,當沖裁件數量在1000件以下,并對

5、零件毛刺高度無嚴格要求時,無論是落料或沖孔,其模具最好一律采用鋼凸模、鋅基合金凹模的結構。當沖裁件數量在1000件以上,并對零件毛刺高度、尺寸精度、平直度等有一定的技術要求時,應按工序性質確定模具結構。落料時應采用鋼凸模和鋅基合金凹模的結構。沖孔時應采用鋅基合金凸模和鋼凹模的結構。2.鋅基合金沖裁模的設計6H-7Q(1)凸、凹模刃口尺寸和公差的確定DT=(Dmax-Zmin-x(2)鋅基合金凸、凹模的設計鋅基合金凹模應有足夠的厚度和壁厚,以保證強度。鋅基合金凹模洞口形狀一般采用直刃壁結構(圖8-1a),刃壁高度h比普通沖裁模大25mm。6H-7Q圖8-1鋅基合金凹模的厚度和壁厚6H-7Q圖8-

6、2鋅基合金凸模結構形式1凸模固定部分2鋅基合金6H-7Q(3)最小搭邊值對于鋅基合金沖裁模,搭邊的作用不僅是為了補償送料誤差,保證沖裁件質量,同時還起均衡凹模所承受壓力,控制自動補償磨損的作用。另外,根據鋅基合金模的特點,最好采用有導向裝置、彈性卸料裝置的模具結構。凸模進入凹模的深度要比材料厚度大24mm。6H-7Q3.鋅基合金沖裁模的制造以落料模為例,鋅基合金凹模的制造方法常有鑄造法、鑄造擠切法、鑲拼法。鑄造法如圖8-3所示6H-7Q圖8-3鋅基合金凹模的鑄造法1凸模2鋅基合金3型芯4模框5濕砂6干砂6H-7Q圖8-4厚模框結構1鋅基合金2厚模框對于小型凹模,模框可做成如圖8-4所示的厚模框

7、結構,緊固螺釘孔及銷孔直接開在模框上,使加工、安裝和操作都很方便,并具有一定的通用性。6H-7Q鋅基合金比鋼硬度低,摩擦因數小,用它制造成形模的工作零件,沖件的表面不會被劃傷和擦傷。它與一般鋼模的制作相比,具有方法簡便,仿形效果好等優點,當沖件形狀復雜時其優點更為突出。但是,鋅基合金模具都是采用鑄造方法獲得,合金由液態變固態時的收縮,必然影響模具精度。鋅基合金材料的強度、硬度較低,必然影響模具使用壽命。正因為這種模真存在精度和壽命兩方面的問題,所以決不能完全取代鋼模,屬于簡易、快速、經濟模具。四、鋅基合金成形模的設計和制造6H-7Q鋅基合金拉深、彎曲、成形模的設計,與普通鋼模的設計基本相同。應

8、注意的是,鑄造用的模型必須計入鋅基合金的收縮率才能保證所得模具的尺寸精度,鋅基合金的收縮率一般取1%。用鋅基合金可以制造拉深模、彎曲模、成形模的凸、凹模以及其他模具零件,如凸模固定板、卸料板、壓料圈等。常用的制模方法有以下幾種:砂型制模法、樣件制模法、石膏型制模法、金屬型制模法和復合材料制模法等。6H-7Q砂型制模法的工藝過程如圖8-5所示。圖8-5a為鋅基合金凸模制模過程:先按凸模零件圖并考慮收縮率制作凸模模型;然后用凸模模型造砂型;澆注熔化的鋅合金;冷卻清理后便得到鋅基合金凸模。圖8-5b為鋅基合金凹模制模過程:先在凸模模型上粘貼為配制凸、凹模間隙的小塊板料,并用耐火泥補平,烘干后拋光;然

9、后用已配制好間隙的模型制作石膏過渡型;再用石膏過渡型造砂型;澆鑄成鋅基合金凹模。6H-7Q保凸、凹模間隙均勻。圖8-5砂型制模工藝過程a)凸模制模過程b)凹模制模過程用鑄造獲得的鋅基合金凸、凹模,最后還需要手工修整以確6H-7Q第二節聚氨酯橡膠沖模6H-7Q一、聚氨酯橡膠沖模的特點及應用聚氨酯橡膠是一種人工合成的高分子彈性體,用它作為凸模或凹模材料所制成的沖模稱為聚氨酯橡膠沖模。聚氨酯橡膠沖模不但用于沖裁工藝,也用于彎曲、拉深、成形等工藝。具有模具結構簡單,制作容易,縮短生產周期,降低制件成本,并能簡化沖壓工藝等特點。但比鋼模使用壽命低,常用于薄材料零件的小批量生產及新產品試制。聚氨酯用于沖壓

10、加工能達到的板料厚度如表8-1所列。6H-7Q表8-1聚氨酯用于沖壓加工的板料厚度6H-7Q老化及抗撕裂性能好等優點,可以進行各種機械加工,并能達到一定的精度要求,是一般橡膠所不能比擬的。二、聚氨酯橡膠特性及選用聚氨酯橡膠具有硬度高,強度好,高彈性,高耐磨性、耐油、耐6H-7Q三、聚氨酯橡膠沖裁模的設計用聚氨酯橡膠模沖裁,落料時用聚氨酯作為凹模,凸模仍用金屬材料。沖孔時用聚氨酯作為凸模,凹模仍用金屬材料。在沖裁厚度小于0.3mm的薄材料時,鋼制沖模間隙極小,制造困難,難于保證模具使用壽命,采用聚氨酯沖裁模就不存在這個問題,而且沖件質量好,沒有毛刺或毛刺很小,同時生產穩定可靠。故此法特別適用于制

11、造批量不大,材料較薄的零件。當材料厚度超過0.3mm時,沖裁的效果要差一些。6H-7Q1.沖裁變形過程如圖8-6所示,聚氨酯橡膠沖裁模的沖裁變形過程與一般鋼模不同。圖8-6聚氨酯橡膠沖裁過程1容框2卸料板3凸模4聚氨酯橡膠6H-7Q聚氨酯沖裁凸、凹模刃口尺寸的計算與普通沖裁略有不同。其落料件外形尺寸決定于鋼凸模刃口尺寸,沖孔孔徑決定于鋼凹模刃口尺寸。2.鋼質凸、凹模刃口尺寸的計算6H-7Q沖裁后落料件外形尺寸比鋼凸模稍大,而沖孔比相應的鋼凹模直徑稍小,設計時可按下式計算:落料DT=(Dmax-x 沖孔dA=(dmin+x 式中DT鋼凸模的刃口尺寸;dA鋼凹模的刃口尺寸;沖裁件公差;T鋼凸模制造

12、公差;A鋼凹模制造公差; x系數(一般為0.50.7)。6H-7Q3.聚氨酯橡膠沖裁模的設計(1)聚氨酯容框的設計容框內形與鋼凸模刃口輪廓相似,但每邊比凸模約大0.51.5mm。Dr=DT+2(0.51.5)6H-7Q(2)聚氨酯橡膠的設計聚氨酯橡膠的厚度太大時,彈性模量較小,在同樣的壓縮量情況下所產生的單位面積壓力較小,零件不易沖下來;厚度太小時,彈性模量較大,需要的沖裁力大,橡膠的使用壽命低。聚氨酯橡膠在壓入容框前處于自由狀態下的尺寸D應比容框尺寸略大(過盈配合),其值按下式計算:(3)頂桿和卸料板的設計頂桿(或推桿、頂件塊)和卸料板是聚氨酯橡膠沖裁模的重要零件,圖8-7所示為有頂桿和無頂

13、桿沖裁時的變形情況,由于頂桿的作用,控制了橡膠的沖壓深度,改變了應力的分布,增大了刃口處的剪切力,提高了沖裁件的質量和橡膠的使用壽命。6H-7Q圖8-7頂桿對沖裁的影響頂桿工作部分的形式根據沖孔直徑d的大小分為三種(圖8-8):6H-7Q圖8-8頂桿和卸料板的幾何參數1卸料板2凸凹模3頂桿8h-10表8-2頂桿與卸料板的幾何參數(4)聚氨酯橡膠沖裁模的典型結構將聚氨酯容框設置在上模的稱上裝式結構,設置在下模的稱下裝式結構。8h-10圖8-9聚氨酯復合沖裁模結構(一)8h-10圖8-10聚氨酯復合沖裁模結構(二)8h-10四、其他聚氨酯橡膠沖模的典型結構設計聚氨酯橡膠彎曲模時,應根據彎曲件的形狀和尺寸選取不同的容框結構與成形方法(圖8-11):小型V形件的彎曲,可選a、b型,大型變曲率V形件的彎曲可選c型,敞開成