冲压工艺与模具设计特种冲压模具.docx

第8章特种冲压模具
第7章介绍了常规结构的一些冲模。在实际生产中还会用到其他种类的冲模——特种冲模，如低熔点合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、组合冲模、钢带冲模、夹板冲模、电磁冲模，等等。这些冲模大多数是为了适应新产品试制或多品种、小批量生产的要求而发展起来的。本章将介绍低熔点合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模。
8.1低熔点合金冲模
低熔点合金冲模是用熔点低的合金材料制造冲模某些工作零件的一类模具，其制造工作大部分由铸造完成，制造周期短，制造设备要求不高，制模的合金材料可以反复使用，耗损极少。在20世纪80年代，许多生产汽车覆盖件等大尺寸冲压件的厂家，就广泛采用了这一技术。
低熔点合金的特性
低熔点合金有多种，如铋基合金、锡基合金、铝基合金、锌基合金等。这些合金熔点低，铸模流动性好，不与钢材粘接，胀缩率小，冷凝后有一定的强度。特别是铋基合金，其熔点为138℃，铸造时合金能有效充满型腔而不容易产生缺陷，冷凝后体积变化很小，且铸件平整光滑。因此一些大型的薄板拉深模使用较多。但铋为稀有金属，价格较贵。现在一般常用的为锌基合金。锌基合金力学性能相当于低碳钢，熔点为380℃，浇铸温度为420~450℃，凝固收缩率为1.0%~1.2%，抗拉强度为220~260MPa，抗压强度为500~550MPa，硬度为120~130HBS，具有良好的切削加工性。低熔点合金可以用来制作冲裁、弯曲、拉深、翻边等模具。
低熔点合金拉深模
低熔点合金的硬度较低，用作拉深模不易擦伤制件表面。图8.1所示为一种较典型的低熔点合金拉深模。图中所示是合金凝固后尚未将凸模和凹模分开的状态。该浇铸工艺在压力机外进行。制造时，先在模具中放入按制件实样为依据制造的样件3(上有小孔，以供合金流过)，再放入凸模板8。然后将已熔化的低熔点合金由浇口13浇入模内。凝固后，以样件为分界，留在容框5内的即为凹模2，样件以上与凸模板8固定在一起的即为凸模12。设置螺钉4是为了增强凸模板与低熔点合金凸模的连接牢固程度。在凸模和凹模分开后，取出样件，修光型腔，即可使用。由于样件与制件形状尺寸厚度均相同，因此冲压时即能压出合乎要求的制件。对于拉深模也可以将压边圈同时铸出。样件可以重复使用，也可以将冲压出的制件经简单加工作为新的样件。

图8.1低熔点合金拉深模
1—底座；2—低熔点合金凹模；3—样件；4—螺钉；5—容框；6—导柱固定座；7—导柱；
8—凸模板；9—压边圈；10—压边圈座；11—排气管；12—低熔点合金凸模；13—浇口
低熔点合金铸模的寿命较低，压制的材料不宜太厚(一般t＜1.5mm)。当生产批量较大、制件又是平面凸缘时，可在凹模口部设置普通钢制模板，制件材料较薄时，模板厚度选5~15mm，制件材料较厚时，模板厚度选25~35mm。模板只需加工上表面，内型尺寸与形状与普通钢模一样(图8.2)。还可以采用局部镶嵌的方法，在易磨损部位镶嵌钢件(图8.3)。

图8.2凹模板的固定方式
1—容框；2—密封橡胶垫；3—凹模板；4—低熔点合金

图8.3带加强镶嵌件的低熔点合金模具
1—钢制镶嵌件；2—低熔点合金模块
锌基合金冲裁模的设计
(1) 设计原则
根据锌基合金冲裁模的工作特性，为使毛刺留在废料上，以提高冲裁件的精度，在设计落料模时，凹模采用锌基合金材料，而凸模用钢质材料制造；设计冲孔模时，凸模采用锌基合金材料，凹模则用钢质材料制造；落料冲孔复合模的凸模和凹模采用锌基合金材料，而凸凹模用钢质材料制造。当冲裁件断面质量要求不高、生产批量又不大时，为模具制造方便，不分落料冲孔，凸模一律用钢质材料，凹模用锌基合金材料。
(2) 凸、凹模刃口尺寸计算
对于落料工序：设落料件尺寸为SKIPIF1<0，钢制凸模刃口尺寸为Dp＝(D－xΔ)SKIPIF1<0
对于冲孔工序：设冲孔件尺寸为dSKIPIF1<0，钢制凹模刃口尺寸为dd＝(d＋xΔ)SKIPIF1<0
式中：D，Δ——落料件的公称尺寸及公差(mm)；
Dp，SKIPIF1<0——凸模刃口的尺寸及制造公差(mm)；SKIPIF1<0按IT6级精度；
dd，SKIPIF1<0——凹模刃口的尺寸及制造公差(mm)；SKIPIF1<0按IT7级精度；
x——系数，与冲裁件的形状和精度有关，IT12~IT13以上精度为3/4；IT14以下精度为1/2。
(3) 锌基合金凸、凹模设计
采用锌基合金材料制作凸、凹模，需要考虑模具强度和模具结构2个问题。由于锌基合金材料的抗压强度只有600~800MPa，所以用锌基合金材料作凸模时，所能冲裁的板料厚度和最小孔径是有限的，即作用在凸模上的压应力必须小于锌基合金材料的抗压强度
SKIPIF1<0＝Fmax/A≤SKIPIF1<0
式中：Fmax