模具工程技术基础第四章课件.ppt
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- 模具 工程技术 基础 第四 课件
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1、模具工程技术基础第2版 主编 徐政坤152第四章模具的基本要求模具是一种高精度、高效率的工艺装备。工业产品生产中应用模具的目的在于保证产品质量、提高效率和降低成本。因此,对模具的基本要求是:精度高、质量好、寿命长、安全可靠、成本低。155第一节模具的精度与表面质量一、模具精度与表面质量的概念1.模具精度2.模具的表面质量158二、确定模具精度与表面质量的依据合理确定模具精度与表面质量要考虑的问题较多,主要包括以下几方面。(1)制件的精度和质量制件的尺寸精度和质量要求是设计模具并确定模具精度与表面质量的主要依据159(2)制件材料的成形性能金属板材的塑性指标、弹性模量、屈服强度、抗拉强度等,塑料
2、与压铸合金的收缩性、流动性等,都直接影响制件的精度和成形质量,因而也是确定模具工作零件或成形零件精度和质量的重要依据。(3)制件的生产批量制件生产批量是确定模具结构形式、精度等级与表面质量的另一重要依据。因为制件批量越大,要求模具的使用性能越(4)模具类型与结构形式不同类型和结构形式的模具,其精度与质量要求也有所不同。161(5)模具的加工方式模具加工方式不同,模具零件达到的精度也有所不同。如冲裁模中的凸、凹模若采用“分别加工法”制造,则凸、凹模刃口尺寸的精度要求比较高,以满足较小的冲裁间隙要求;若凸、凹模采用“实配加工法”制造,因冲裁间隙是由实配保证的,所以凸、凹模刃口尺寸的精度可以降低。当
3、然,对于高精度模具,只有采用“分别加工法”,才能满足高精度的要求和实现互换性生产。(6)模具加工技术水平162三、模具精度与表面质量的确定1.模具精度的确定2.模具表面质量的确定165其工作型面的表面粗糙度要求可参考表4-1确定。不同表面粗糙度等级在模具零件中的使用范围可参考表4-2。表4-1模具工作型面的表面粗糙度Ra(m)166表4-2模具零件表面粗糙度的使用范围167一、模具寿命1.模具的工作条件及失效形式(1)工作条件模具的工作条件一般比较恶劣,尤其是模具中的工作零件或成形零件是工作条件最差的零件。(2)失效形式第二节模具寿命与模具材料170表4-3列出了经过调查所得的模具失效因素所占
4、的百分比,由此可见,模具失效的因素中,模具材料和热处理是影响模具寿命的主要因素。表4-3模具的失效因素2.影响模具寿命的因素及提高寿命的措施模具因为磨损或其他形式失效终至不可修复而报废之前所成形的制件总数,称为模具寿命。171影响模具寿命的因素是多方面的,设计与制造模具时应全面分析影响模具寿命的因素,并采取切实有效的措施提高模具的寿命。(1)制件材料对模具寿命的影响(2)模具材料对模具寿命的影响(3)模具热处理对模具寿命的影响175采用T10钢制造硅钢片的小冲孔模,硬度为5658HRC时只冲几千次制件毛刺就很大,如果将硬度提高到6062HRC,则刃磨寿命可达到2万3万次。但如果继续提高硬度,则
5、会出现早期断裂。有的冲模则硬度不宜过高。例如采用Cr12MoV制造六角螺母冷镦冲头,其硬度为5759HRC时模具寿命一般为2万3万件,失效形式是崩裂,如将硬度降到5254HRC,寿命则提高到6万8万件。由此可见,热处理应达到的模具硬度必须根据冲压工序性质和失效形式而定,应使硬度、强度、韧性、耐磨性、疲劳强度等达到特定模具成形工序所需的最佳配合。为延长模具寿命,可采取下述方法来改善模具的热处理。1)完善和严格控制热处理工艺,如采用真空热处理防止脱碳、氧化、渗176碳,加热适当,回火充分。2)采用表面强化处理,使模具成形零件“内柔外硬”,以提高耐磨性、抗黏着性和抗疲劳强度。其方法主要有高频感应淬火
6、、喷丸、机械滚压、电镀、渗氮、渗硼、渗碳、渗硫、渗金属、离子注入、多元共渗。还可采用电火花强化、激光强化、物理气相沉积和化学气相沉积等表面处理新技术。4)在热处理工艺中,增加冷处理(低于-78C)或深冷处理(低于-130C)处理,以提高耐磨性。为延长模具寿命,可采取下述方法来改善模具的热处理。1)完善和严格控制热处理工艺,如采用真空热处理防止脱碳、氧化、渗1775)热处理时,注意强韧匹配,柔硬兼顾。有时为了提高模具的韧性,可以适当地降低硬度。6)热处理变形要小,可采用非常缓慢的加热速度、分级淬火、等温淬火等减小模具变形的热处理工艺。(4)模具结构对模具寿命的影响模具结构对模具受力状态的影响很大
7、,合理的模具结构,能使模具在工作时受力均匀,应力集中小,也不易受偏载,因而能提高模具寿命。为了提高模具寿命,在设计模具结构时应注意以下几方面。1781)适当增大模座的厚度,加大导柱、导套直径,以提高模架的刚性。2)提高模架的导向性能,增加导柱、导套数量。如冲模可采用4导柱模架、用卸料板作为凸模的导向和支承部件(卸料板自身亦有导向装置)等。3)选用合理的模具间隙,保证工作状态下的间隙均匀。一般来说,冲模中采用较大的间隙有利于减小磨损,提高模具寿命。4)尽量使凸模或型芯工作部分长度缩短,并增大其固定部分直径和尾端的承压面积。5)适当增加冲裁凹模刃口直壁部分的高度,以增加刃磨次数。6)尽量避免模具成
8、形零件截面的急剧变化及尖角过渡,以减小应力集中179或延缓磨损,防止造成模具过早损坏。7)在冲压成形工序中,模具成形零件的几何参数应有利于金属或制件的变形和流动,工作表面的粗糙度值尽可能地减小。8)保持模具的压力中心与压力机、注射机或压铸机等成形设备的压力中心基本一致。(5)模具加工工艺对模具寿命的影响1801)采用合理的加工方法和工艺路线。尽可能通过加工设备来保证模具的加工质量。2)对尺寸和质量要求均较高的模具零件,应尽量采用精密机床(如坐标镗床、坐标磨床等)和数控机床(如三坐标数控铣床、数控磨床、数控线切割机、数控电火花机、加工中心等设备)加工。3)消除电加工表面不稳定的淬硬层(可用机械或
9、电解、腐蚀、喷射、超声波等方法去除),电加工后进行回火,以消除加工应力。4)严格控制磨削工艺条件和方法(如砂轮硬度、精度、冷却、进给量等参数),防止磨削烧伤和裂纹的产生。1815)注意掌握正确的研磨、抛光方法。抛光方向应尽量与变形金属流动方向保持一致,并注意保持模具成形零件形状的准确性。6)尽量使模具材料纤维方向与受拉力方向一致。(6)模具的使用、维护和保管对模具寿命的影响一副模具即使设计合理、加工装配精确、质量良好,但若使用、维护及保管不当,则会导致模具变形、生锈、腐蚀,使模具失效加快,寿命降低。为此,可采用下述方法以提高模具寿命。1)正确地安装与调整模具。2)在使用过程中,注意保持模具工作
10、面的清洁,定期清洗模具内部。1823)注意合理润滑与冷却。4)对冲模,应严格控制冲裁凸模进入凹模的深度,并防止误送料、冲叠片。还应严格控制校正弯曲、整形、冷挤等工序中上模的下止点位置,以防模具超负荷。5)当冲裁模出现0.1mm的钝口磨损时,应立即刃磨,刃磨后要研光,最好使表面粗糙度值Ra小于0.1m。6)选取合适的成形设备,充分发挥成形设备的效能。7)模具应编号管理,在专用库房里进行存放和保管。模具储藏期间,要注意防锈处理,最好使弹性元件保持松弛状态。183最后值得指出的是,对使用者而言,模具的使用寿命当然越长越好。但模具使用寿命的增加,需伴随着制造成本的提高,因此,设计和制造模具时,不能盲目
11、追求模具的加工精度和使用寿命,应根据模具所加工制件的质量要求和产量,确定合理的模具精度和寿命。二、模具材料1.模具材料的分类随着模具工业的迅速发展,目前国内外涌现出的模具材料种类和牌号十分繁多。为选用方便,可以将模具材料按图4-1所示进行分类。184图4-1模具材料分类表2.对模具材料的基本要求185模具的工作条件复杂、恶劣,工作温度高低不一,工作零件一般承受高压、高温、冲击、振动、摩擦、弯扭、拉伸等作用,所以要求模具材料的性能比较高。选择模具材料时,一般从使用性能和加工工艺性能两方面考虑。(1)模具材料的使用性能要求1)具有足够的强度、刚度、耐疲劳性、韧性和足够的硬度、耐磨性。2)具有较高的
12、热硬性,即材料在较高温度时具有保持硬度稳定的能力。3)具有良好的热稳定性,即材料具有抗高温化学腐蚀能力。4)具有良好的热疲劳抗力,即模具工作在受热和冷却交替进行的环境时,186模具材料具有抗疲劳损伤能力。5)热处理变形小、开裂倾向小,以保证模具在热处理中不因过大变形而报废。(2)模具材料的加工工艺性能要求1)具有良好的热加工工艺性能,包括锻造、铸造、焊接、热处理等加工性能。2)具有良好的冷加工工艺性能,包括切削、研磨、抛光等加工性能。3)具有良好的特种加工工艺性能,包括电火花加工、化学与电化学加工等加工性能。1873.模具材料的选用原则模具的种类很多,工作条件千差万别,对模具材料性能的要求也是
13、多种多样的。没有任何一种材料能同时满足最高的强度、耐磨性、韧性、热硬性、疲劳强度和最好的加工工艺性能,因此对于一定用途材料的选择,常常需要协调这些性能,以最佳的强韧性匹配。模具的选材一般应考虑:满足使用性能要求;良好的加工工艺性能;易于供应、经济性合理。在设计制造模具时,具体选材的原则应针对以下几方面因素,但要注意侧重点和主次。188(1)针对模具工作要求的选材原则(2)针对模具失效形式的选材原则(3)针对制件要求的选材原则(4)针对模具结构因素的选材原则(5)针对模具设计因素的选材原则(6)针对模具制造工艺因素的选材原则4.模具材料的发展趋向194一、模具成本的概念及构成模具的制造和其他任何
14、商品一样,只要投入了人力物力就要花费成本。对于成本的估算,社会上仍有“模具不过是一种半手工业劳动”的偏见,忽略了现代模具生产是人才、技术和资金高度密集的地方,模具成本中应含有很高的技术价值。模具产品成本根据在生产中的作用可分为固定成本和变动成本两大类,这两种成本均对模具的价格产生直接影响。第三节模 具 成 本197生产成本由以下内容组成。1)模具设计费。模具一般不具有重复生产性,每套模具在投产前均需首先进行设计。2)模具的原材料费。铸件、锻件、型材、模具标准件及外购件费用等。1983)动力消耗费。水、电、气、煤、燃油费等。4)工资。工人工资、奖金,按规定提取的福利基金。5)车间经费。管理车间生
15、产发生的费用以及外协费等。6)企业管理费。管理人员与服务人员工资、消耗性材料、办公费、差旅费、运输费、折旧费、修理费及其他费用。7)专用工具费。专用刀具、电极、靠模、样板、模型所耗用的费用等。8)试模费。模具生产本身具有试制性,在交货前均需反复试模与修整。1999)试制性不可预见费。由于模具制造中存在着试制性,成本中就包含着不可预见费和风险费。二、降低模具成本的方法降低模具成本的方法可参考如下:1)模具企业对内部各部门从严管理、提高效率,从每一个细节上深挖潜能,杜绝浪费和人浮于事的现象。2012)模具企业通过发挥规模经济效应增加产量,降低成本,刺激社会需求。3)设计模具时应根据实际情况作全面考
16、虑,即应在保证制件质量的前提下,选择与制件产量相适应的模具结构和制造方法,使模具成本降到最低程度。4)要充分考虑制件特点,尽量减少后续加工。5)尽量选择标准模架及标准零件,以便缩短模具生产周期,从而降低其制造成本。6)设计模具时要考虑试模后的修模方式,应留有足够的修模余地。7)在模具制造中,合理选择机械加工、特种加工和数控加工等加工方法,202否则会造成各种形式的浪费。8)对于一些精度和使用寿命要求不高的模具,可用简单方便的制模法快速制成模具,以节省成本。9)尽量采用计算机辅助设计(CAD)与计算机辅助制造(CAM)技术。203第四节模 具 安 全一、模具在设计、制造、使用过程中易出现的安全问
17、题205模具在设计、制造、使用过程中易出现的安全问题主要有:1)操作者疏忽大意,在压力机滑块下降时将手、臂、头等伸入模具危险区。2)模具结构不合理,模具给手指进入危险区造成方便,在冲压生产中工件或废料回升而没有预防的结构措施,或单个毛坯在模具上定位不准确而需用手校正位置等。3)模具的外部弹簧断裂飞出,模具本身具有尖锐的边角。4)塑料模具或模塑设备中的热塑料逸出,压缩空气逸出,液压油逸出。5)裸露在外的热模具零件,绝缘保护不好的电接头。2066)模具的安装、调整、搬运不当,尤其是手工起重模具。7)压力机的安全装置发生故障或损坏。8)在生产中,缺乏适当的交流和指导文件(操作手册、标牌、图样、工艺文
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