模具專業(yè)外文文獻翻譯-外文翻譯--沖壓模具設計 中文版

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沖壓模具設計 一、簡述 沖壓模具 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 用安裝在壓力機上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，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，是技術密集型產(chǎn)品。沖壓件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本等，與模具設計和制造有直接關系。模具設計與制造技術水平的高低，是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志之一，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 沿封閉或敞開的輪廓線使材料產(chǎn)生分離的模具。如落料模、沖孔模、切斷模、切口模、切邊模、剖切模等。 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。 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。 是將毛坯或半成品工件按圖凸、凹 模的形狀直接復制成形，而材料本身僅產(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 在壓力機的一次行程中，只完成一道沖壓工序的模具。 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。 稱連續(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。 a. 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。 將平整的毛胚彎成一個角度的形狀，視零件的形狀、精度及生產(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。 制模具是將平面毛胚制成有底無縫容器。 用各種局部變形的方法來改變毛胚的 形狀，其形式有凸張成形沖模、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。 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、模具典型結構 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 是結構零件，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 對模具功能起完善 作用，包括有導向零件、緊固零件、標準件及其它零件等，如表 示。應該指出，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、模具先進制造工藝及設備 模具制造技術現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎。隨著科學技術的發(fā)展，計算機技術、信息技術、自動化技術等先進技術正不斷向傳統(tǒng)制造技術滲透、交叉、融 合，對其實施改造，形成先進制造技術。 模具先進制造技術的發(fā)展主要體現(xiàn)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 工則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： 高速銑削的主軸轉(zhuǎn)速一般為 15000r/40000r/高可達100000r/切削鋼時，其切削速度約為 400m/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。 高速銑削加工精度一般為 10μ m，有的精度還要高。 由于高速銑削時工件溫升?。s為 3° C），故表面沒有變質(zhì)層及微裂紋， 熱變形也小。最好的表面粗糙度 于 1μ m，減少了后續(xù)磨削及拋光工作量。 可銑削 50～ 54鋼材，銑削的最高硬度可達 60 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用，并逐步替代部分磨削加工和電加工。 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）是電火花加工技術的重大發(fā)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。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行二維或三維輪廓加工，無需制造復雜、昂貴的 成型電極。日本三菱公司最近推出的 火花創(chuàng)成加工機床，配置有電極損耗自動補償系統(tǒng)、 成系統(tǒng)、在線自動測量系統(tǒng)和動態(tài)仿真系統(tǒng)，體現(xiàn)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 目前，數(shù)控慢走絲線切割技術發(fā)展水平已相當高，功能相當完善，自動化程度已達到無人看管運行的程度。最大切割速度已達 300工精度可達到± m，加工表面粗糙度 m。直徑 絲線切割技術的開發(fā)，可實現(xiàn)凹凸模的一次切割完成，并可進行 窄槽及半徑 度切割技術已能進行 30°以上錐度的精密加工。 磨削及拋光加工由于精度高、表面質(zhì)量好、表面粗糙度值低等特點，在精密模具加工中廣泛應用。目前，精密模具制造廣泛使用數(shù)控成形磨床、數(shù)控光學曲線磨床、數(shù)控連續(xù)軌跡坐標磨床及自動拋光機等先進設備和技術。 5．數(shù)控測量 產(chǎn)品結構的復雜，必然導致模具零件形狀的復雜。傳統(tǒng)的幾何檢測手段已無法適應模具的生產(chǎn)?，F(xiàn)代模具制造已廣泛使用三坐標數(shù)控測量機進行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、嚴密的除塵措施以及簡便的操作步驟，使得現(xiàn)場自動化檢測成為可能。 模具先進制造技術的應用改變了傳統(tǒng)制模技術模具質(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、模具新材料及熱、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)量和壽命最有效的辦法就是開發(fā)和應用模具新材料及熱、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。 制造沖壓模具的材料有鋼材、硬質(zhì)合金、鋼結硬質(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部分以鋼材為主，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、基體鋼以及硬質(zhì)合金、鋼結硬質(zhì)合金等等。 在模具中應用較多的碳素工具鋼為 ，優(yōu)點為加工性能好，價格便宜。但淬透性和紅硬性差，熱處理變形大，承載能力較低 [1]。 低合金工具鋼是在碳素工 具鋼的基礎上加入了適量的合金元素。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 9 7代號 、 6號 。 c. 高碳高鉻工具鋼 常用的高碳高鉻工具鋼有 號 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，必須進行反復鐓拔（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。 d. 高碳中鉻工具鋼 用于模具的高碳中鉻工具鋼有 ，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。 e. 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 號 8含鎢量較少的 號 6國牌號為 及為提高韌性開發(fā)的 降碳降釩 高速鋼 6號 62）。高速鋼也需要改鍛 ，以改善其碳化物分布 。 f. 基體鋼 在高速鋼的基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，材料成本卻比高速鋼低。模具中常用的基體鋼有 6號 65 7號 5號 012。 g. 硬質(zhì)合金和鋼結硬質(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。 鋼結硬質(zhì)合金是以鐵粉加入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而成。鋼結硬質(zhì)合金的基體是鋼，克服了硬質(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 ~ 73 沖壓模具使用的材料屬于冷作模具鋼，是應用量大、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。目前冷作模具鋼的發(fā)展趨勢是在高合金鋼 當于我國 能基礎上，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 8本大同特殊鋼公司的 。另一種是以提高耐磨性為主要目的，以適應高速、自動化、大批量生產(chǎn)而開發(fā)的粉末高速鋼。如德國的 320。 2．熱處理、表處理新工藝 為了提高模具工作表面的耐磨性、硬度和耐蝕性，必須采用熱、表處理新技術，尤其是表面處理新技術。除人們熟悉的鍍硬鉻、氮化等表面硬化處理方法外，近年來模具表面性能強化技術發(fā)展很快，實際應用效果很好。其中，化學氣相沉積（ 物理氣相沉積（ 及鹽浴滲金屬（ 方法是幾種發(fā)展較快，應用最廣的表面涂覆硬化處理的新技術。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則 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 )及淬火時不易開裂等性能。 合理選取模具材料及實施正確的熱處理工藝是保證模具壽命的關鍵。對用途不同的模具，應根據(jù)其工作狀態(tài)、受力條件及被加工材料的性能、生產(chǎn)批 量及生產(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，然后作出對鋼種及熱處理工藝的相應選擇。 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選取質(zhì)量高、耐磨性好的模具鋼。對于模具的其它工藝結構部分和輔助結構部分的零件材 料，也要相應地提高。在批量不大時，應適當放寬對材料性能的要求，以降低成本。 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。而導柱導套則要求耐磨和較好的韌性，故多采用低碳鋼表面滲碳淬火。又如，碳素工具鋼的主要不足是淬透性差，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、真空處理和表面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，同時應具有一定的紅硬性和熱疲勞 強度等。 3. 材料性能 應考慮材料的冷熱加工性能和工廠現(xiàn)有條件。 4. 降低生產(chǎn)成本 注意采用微變形模具鋼，以減少機加工費用。 5. 開發(fā)專用模具鋼 對特殊要求的模具，應開發(fā)應用具有專門性能的模具鋼。 6. 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，降低成本。 七、模具 術 計算機技術、機械設計與制造技術的迅速發(fā)展和有機結合，形成了計算機輔助設計與計算機輔助制造（ 一新型技術。 改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關鍵技術，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，使工程技術人員能借助計算機對產(chǎn)品、模具結構、成形工藝、數(shù)控加工及成本等進行設計和優(yōu)化。模具 顯著縮短模具設計及制造周期、降低生產(chǎn)成本、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備的出現(xiàn)，以三維造型為基礎、基于并行工程（ 模具 術正成為發(fā)展方向，它能實現(xiàn)面向制造和裝配的設計，實現(xiàn)成形過程的模擬和 數(shù)控加工過程的仿真，使設計、制造一體化。 快速經(jīng)濟制模技術為了適應工業(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)成本，開發(fā)和應用快速經(jīng)濟制模技術越來越受到人們的重視。目前，快速經(jīng)濟制模技術主要有低熔點合金制模技術、鋅基合金制模技術、環(huán)氧樹脂制模技術、噴涂成形制模技術、疊層鋼板制模技術等。應用快速經(jīng)濟制模技術制造模具，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)成本（比普通鋼模制造成本降低 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)的發(fā)展有著非常重要的作用。 八、沖壓模具行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及技術趨勢 1 改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)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發(fā)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發(fā)展。浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”；廣東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、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個鏈條中最基礎的要素之一。近年許多模具企業(yè)加大了用于技術進步的投資力度，將技術進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力 點。對于 。一些國內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維 陸續(xù)開始使用 國際通用軟件，個別廠家還引進了、 件，并成功應用于沖壓模的設計中。 以汽車覆蓋件模具為代表的大型 沖壓模具的制造技術已取得很大進步，東風汽車公司模具廠、一汽模具中心等模具廠家已能生產(chǎn)部分轎車覆蓋件模具。此外，許多研究機構和大專院校開展模具技術的研究和開發(fā)。經(jīng)過多年的努力，在模具 術方面取得了顯著進步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設計制造周期等方面做出了貢獻。 2 模具技術的發(fā)展應該為適應模具產(chǎn)品“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價格低”的要求服務。 達到這一要求急需發(fā)展如下幾項： (1)全面推廣 模具 術是模具設計制造的發(fā)展方向。隨著微機軟件的發(fā)展和進步，普及 術的條件已基本成熟，各企業(yè)將加大 術培訓和技術服務的力度；進一步擴大 術的應用范圍。計算機和網(wǎng)絡的發(fā)展正使 術跨地區(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)技術資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。 (2)高速銑削加工 國外近年來發(fā)展的高速銑削加工，大幅度提高了加工效率，并可獲得極高的表面光潔度。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。高速銑削加工技術的發(fā)展，對汽車、家電行業(yè)中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。 (3) 高速掃描機和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕哪Ｐ退璧闹T多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。有些快速掃描系統(tǒng)，可快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上，實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集、自動生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序、不同格式的 據(jù)，用于模具制造業(yè)的“逆向工程”。模具掃描系統(tǒng)已在汽車、摩托車、家電等行業(yè)得到成功應用，相信在“十五” 期間將發(fā)揮更大的作用。 (4) 電火花銑削加工技術也稱為電火花創(chuàng)成加工技術，這是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術，它是有高速旋轉(zhuǎn)的簡單的管狀電極作三維或二 維輪廓加工 (像數(shù)控銑一樣 )，因此不再需要制造復雜的成型電極，這顯然是電火花成形加工領域的重大發(fā)展。國外已有使用這種技術的機床在模具加工中應用。 (5) 我國模具標準化程度正在不斷提高，估計目前我國模具標準件使用覆蓋率已達到 30%左右。國外發(fā)達國家一般為 80%左右。 (6) 選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應用相應的表面處理技術來提高模具的壽命就顯得十分必要。模具熱處理和表面處理是否能充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的發(fā)展方向是采用真空熱處理。模具表面處理除完善應發(fā)展工藝先進的氣相沉積 ( )、等離子噴涂等技術。 (7) 模具表面的質(zhì)量對模具使用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較大的影響，研究自動化、智能化的研磨與拋光方法替代現(xiàn)有手工操作，以提高模具表面質(zhì)量是(8)模具自動加 這是我國長遠發(fā)展的目標。模具自動加工系統(tǒng)應有多臺機床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤；有完整的機具、刀具數(shù)控庫；有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)；有質(zhì)量監(jiān)測控制系統(tǒng)。