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精冲模

1模具设计前的审查

在进行模具设计之前,首先应审查精冲零件的工艺性和工艺方案的合理性。
  精冲件的工艺性,是指零件在精冲工艺上的难易程度。影响的因素主要有:零件的几何形状、零件的尺寸公差和形位公差、剪切面质量、材料性能及材料厚度等。
  由于产品设计者不一定熟悉精冲工艺,因此,设计的精冲件的几何形状、尺寸精度和选用的材料等,不一定完全适合精冲工艺的要求,这就需要工艺人员对精冲件的工艺性进行审查。如果发现有不合适的地方,就需要和设计者进行商讨,以求达到既满足设计要求又便于生产的目的。
  精冲件的几何形状对剪切面质量和模具寿命有很大影响。精冲件应在满足零件装配和使用性能的前提下,力求避免尖角、薄壁和悬臂。精冲件的最小圆角半径、最小壁厚、最小孔径、最小齿轮模数、最小凸耳等极限尺寸。
  这些结构参数直接影响精冲件的质量、模具寿命和生产成本。因此,选择上述结构参数时,除要考虑精冲技术上的可能性外,还要从加工的经济性出发,适当宽于极限尺寸。
  由于精冲材料对剪切面质量、尺寸精度和模具寿命有直接影响,所以精冲工艺要求原材料具有塑性好、变形抗力低和良好的金相组织。选用既满足设计要求、又适于精冲的材料是工艺师和设计帅的共同目标。
  精冲零件的生产过程,从原材料到成品,包括原材料准备、冲压加工和辅助工序(去毛刺、清洗、防锈等),有的还需要机械加工热处理和表面处理。工艺设计的仟务是根据零件的具体技术要求和生产批量,结合具体的生产条件,对有关工序作出合理的安排,选择技术上可靠、经济上合理的工艺方案。
  加工同一零件,可以有多种不同的工艺方案。工艺设计应将各种不同的工艺方案进行分析和比较,从中选择一种最佳方案——既符合精冲变形规律、能保证零件质量、经济性又好、操作又方便又安全的方案。

2模具结构的选择

对于轮廓尺寸小、形状简单、料厚较薄的制件,可采用活动式凸模结构,模具的制造和维修比较方便;对于轮廓尺寸较大、形状复杂、料厚较厚的制件,以及需多工步连续(跳步)工作的模具,则采用强度和刚性较好的固定式凸模结构。

3V形环压料齿圈

V形环压边圈是精冲模与普通冲裁模间最显著的区别,是在压边圈上围绕冲裁轮廓一定距离有凸起的V形埂。V形环的作用是在冲裁前先压住材料,防止剪切区以外的材料在剪切过程中随凸模流动,使材料在冲裁过程中始终保持和冲裁方向垂直而不翘起。当冲裁料厚在4mm以下时,一船只在压边圈上设置V形环齿圈;当冲裁料厚大于4mm,或者料厚虽小于4mm,但要求剪切面垂直度较高的制件(如齿轮等),则在压边圈和凹模上均设置V形环齿圈(双面齿圈)。

4刃口间隙

精冲凸模和凹模之间的间隙系指凸模刃口到凹模刃口间的距离,即单边间隙。
  除V形环以外,小间隙也是精冲模的主要特征。如前所述,间隙的大小及其沿刃口周边的均匀性,是影响精冲零件剪切面质量的主要因素。因此,选取合理的间隙,保证四周间隙均匀,并在结构上使冲切元件有足够的刚度和导向精度,使其在整个工作过程中保持间隙的均匀恒定不变是实现精冲的技术关镶。
  精冲间隙主要取决于材料的厚度,也和冲裁轮廓及工件的材质有关。

5闭锁销

闭锁销用在不同类型的精冲模具上,其功能也不尽相同。用在多工位连续模上的闭锁销,其主要功能是在起始工位和末尾工位模具承受巨大偏心载荷时防止模具偏转而折断凸模。
  精冲模具上下模座之间一般都采用滚动导向,钢球直径大于导柱和导套之间的间隙,径向过盈量为(0.01~0.02)mm。这种结构由于无间隙,导向精度高,可精确保证上下模对中,但由于钢球和导柱、导套之间是点接触,刚性差,不能承受偏心载荷和侧向载荷,因此精冲连续模都必须采用闭锁销,使模具具有抗偏载和侧向载荷的能力。
  闭锁销用在单工位模具上时,其主要功能是保证压边圈和凹模精确对中定位,防止精冲过程中可能产生的侧向力使模具工作零件间产生侧移,如图5—4所示。
  需要时闭锁销可采取配合加工,使它和销孔的间隙小于凸模和凹模之间的间隙,用以提高上下模的对中精度。

6平衡杆

平衡杆主要用在连续模上,其主要功能是在连续模冲裁的起始阶段和结束阶段,避免精冲压力机(或液压模架)反压柱塞的全部反压力作用在少数冲孔凸模和项杆上,引起这些零件损坏,如图5—6所示。另外,反压柱塞和液压缸之间由于密封环结构需要有一定的间隙。当柱塞承受偏心力时会产生偏斜,导致传递的反压力也产生偏斜,而这是需要避免的。平衡秆的另一个功能就是使反压柱塞运动时保持水平状态,从而使各反压力均垂直于模面,有利于模具寿命的提高。
  平衡杆平面位置的布置原则是在连续模冲裁的起始阶段和结束阶段尽可能使反压力的合力接近柱塞的中心部位。平衡杆分布在条料的两侧,如图5—6所示。
  平衡杆高度的设计原则是在连续模冲裁的起始阶段和结束阶段,模具闭合时平衡杆和凸模同时承受反压力。为此,在平衡杆和凸模下面的顶出装置等高的条件下,平衡杆必须高出凸模一个料厚才能实现上述技术要求,如图5—6所示。
  但是由于料厚是有公差的,在实际连续模精冲过程中,平衡杆和凸模承受反压力总是不同步的。根据精冲工艺的要求,应保证冲压时凸模先承受反压力,为此必须使平衡杆滞后于凸模承受反压力。满足此条件必须取材料厚度的下极限作为平衡杆和凸模高度之差,即
  H1-H2=δmin
  式中 H1——平衡杆的高度(mm);
  H2——凸模的高度(mm);
  δmin——被冲材料厚度的下极限尺寸(mm)。

7模具材料与热处理

模具主要工作零件的材料,一般采用Crl2Mov或DC53(用于冲击载荷较大时)。当制件料厚大干4mm时,凸模、凹模可采用W6MoSCr4V2高速钢。对于产量很大、受力苛刻的凸模和凹模,则采用粉末冶金钢(V4、ASP23、ASP30)或硬质合金GT30。
  对于Cr2MoV和W6MoSCreen4V2材料,由于其碳化物分布的均匀性对热处理工艺和模具寿命有很大影响。因此,模具毛坯需经多次改锻(镦粗—拔长)来提高其碳化物均匀度,或者采用电渣重焙钢。
  对于Crl2MoV模具的热处理,当刃口形状较简单、冲裁料厚较薄(t≤3mm)时,采用“一次硬化”工艺(1020℃淬火、220℃回火)可获得较高的强度和耐磨性。当刃口形状较复杂、冲裁料厚较厚(t>3mm)时,采用“二次硬化”工艺(1080℃淬火、520℃回火)则可获得较高的冲击韧性和热稳定性。
  对于W6MoSCr4V2模具的热处理,必须采用低温淬火工艺(1150℃淬火、560℃回火),才能获得较高的机械性能和良好的韧性。

8精加工和装配

凸模和凹模轮廓形状的精加工,通常都是由精密的数控线切割加工的。由于精冲件的形状比较复杂而精度要求又高,如果对图纸的形状和尺寸理解有误,则会造成重大损失。因此,对于较复杂形状的模具,通常是用加工模具的线切割程序先切割样板,待样板的形状和尺寸确认无误后,再切割凸模和凹模。为了提高加工质量,在工艺上采取“热处理前预加工、热处理后允分回火、线切割时分粗—精—细进行切割、最后由钳工进行研磨”的措施是必要的。
  精冲模具的装配,除了要注意上下模刃口间隙、同心度和各零件的配合关系外,还要特别注意各工作零件的相对高度,确保模具在闭合状态和开启状态的正确位置,以保证其工作的顺利性和可靠性。

9润滑和排气

在精冲过程中,刃口产生瞬时高温高压,会造成模具磨损和工件的擦伤,必须在反压板、顶杆和压边圈与刃口接触的端面上倒角,以便存油,达到冷却和润滑刃口的效果。
  精冲模在工作时,反压板和顶杆作往复运动,由于模具配合间隙很小,容易造成相对运动的封闭空间,影响反压板和顶杆的正常工作。因此,钳工在装配时,要在非工作面、不影响强度的地方磨出排气槽,让反压板往复运动时,其后面的空间与大气相通。

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