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  模具普通全钢冲模的冲压精度  

发表人:admin   来源:未知   时间:2018-03-01
  模具普通全钢冲模的冲压精度
  板料冲压件的精度准确显示出其冲模的冲压精度。而任何冲件的线性尺寸精度与形位精度主要取决于冲模冲裁和立体成形冲压件展开平毛坯的落料精度。因此,多工步复合冲压的单工位复合模、多工位连续模的冲压精度,在普通冲压的众多种类与不同结构的冲模中,最具典型性和代表性。
  冲模的冲压精度分析
  对冲模投产至失效报废各个时期冲件的实际误差分析,可以看出其增大的时期及趋向,从而分析其增大的因素。新冲模投产至第一次刃磨前冲制冲件的误差即所谓的初始误差;冲模经过20次左右刃磨至失效报废前冲制的冲件误差称之为常规误差;而冲模失效报废前冲制的最后一批合格冲件的允许最大误差称之为极限误差。在现场,确定冲模刃磨寿命的依据是冲件冲孔与落料的毛刺高度。由于任何成形件都具有冲裁作业(毛坯落料或冲孔),对于复合模尤为如此。所以,冲件毛刺高度的触模检查和测量并按企业标准或JB4129-85《冲压件毛刺高度》对照检测就显得十分重要。
  冲模的初始误差通常是冲模整个寿命中冲件误差最小的。其大小主要取决于冲模的制造精度与质量及冲件尺寸、料厚以及间隙值大小与均匀度。冲模的制造精度及质量又取决于制模工艺。对于料厚t≤1mm的中碳钢复合冲裁模冲件,实验结果与生产实践都证明,电火花线切割制造的冲模冲件毛刺高度比用成型磨或NC与CNC连续轨迹座标磨即精密磨削工艺制造的冲模冲件要高25%~30%。这是因为后者不仅加工精度高,而且加工面粗糙度Ra值要比前者小一个数量级,可达到0.025μm。因此,冲模的制造精度与质量等因素决定了冲模的初始冲压精度,也造就了冲件的初始误差。
  冲件的常规误差是冲模经第一次刃磨到最后一次刃磨后冲出最后一个合格冲件为止,冲件实际具有的误差。随着刃磨次数的增加,刃口的自然磨损而造成的尺寸增量逐渐加大,冲件的误差也随之加大。当其误差超过极限偏差时,冲件就不合格,冲模也就失效报废。冲件上孔与内形因凸模磨损尺寸会逐渐变小;其外形落料尺寸会因凹模磨损而逐渐增大。所以,冲件上孔与内形按单向正偏差标允差并依接近或几乎等于极限最大尺寸制模。同理,冲件外形落料按单向负偏差标注允差并依接近或几乎等于极限最小尺寸制模。这样就使冲件的常规误差范围扩大,冲模可刃磨次数增加,模具寿命提高。
  冲件的极限误差是具有极限偏差的冲件所具有的实际允许的最大尺寸误差。这类冲件通常是在冲模失效报废前冲制的最后一批合格冲件。
  对各类冲模冲件误差在冲模整个寿命中出现的波动、增减趋向及规律等进行全面分析便可发现:冲件误差的主导部分是不变的;因刃口或型腔的自然磨损而出现的误差增量随冲模刃磨冲数增加而使这部分误差逐渐加大;还有部分误差的增量是非常规的、不可预见的。所以,各类冲模冲件误差是由因定误差、渐增误差、系统误差及偶发误差等几部分综合构成。
  1、固定误差
  新冲模在指定的冲压设备上投入使用至失效报废的整个(总)寿命过程中,其合格冲件误差的主导部分固定不变即所谓固定误差。其大小就是新冲模第一次刃磨前冲制的合格冲件的偏差,也即冲模的初始误差,而此时的冲模具有初始冲压精度。刃磨后的冲模,因其工作零件(凸、凹模)磨损而改变尺寸误差,使冲件识差增量随刃磨次数增加而逐渐加大,故冲模刃磨后的冲压精度亦称“刃磨精度”比其初始精度要低。冲模冲件的固定误差取决于以下各要素:
  (1)冲件的材料种类、结构(形状)尺寸及料厚冲裁间隙的大小及其均匀度对冲裁件的尺寸精度有决定性的影响。不同冲裁工艺、不同材料种类与不等料厚,间隙相差悬殊,冲压精度差异很大。同一种模数m=0.34的2mm的料厚、中心有孔的H62黄铜材料片齿轮复合模冲件,当取间隙C=0.5%t(单边),用复合精冲模冲制,冲件尺寸精度达到IT7级,冲件平直无拱弯,冲切面垂直度可达89.5°,其表面粗糙Ra值为0.2μm;而用普通复合模冲制,间隙C=5%t(单边),冲件初始误差亦即冲模的初始冲压精度为1T9级,冲切面粗糙度Ra值为12.5μm,毛刺高度为0.10mm;还是这个冲件用连续模冲制,间隙C=7%t(单边),初始冲件精度为IT11级,冲切面更粗糙,甚至有肉眼可见的台阶。通常情况下,冲件材料及其厚度t是选取冲裁间隙的主要依据。一旦选定间隙就确定了冲件的平面尺寸的固定误差的主体;冲件结构刚度及立体形状则影响其形位精度。
  (2)冲压工艺及冲模结构类型
  采用不同的冲压工艺,冲件的精度及固定误差相差甚大。除上述片齿轮实例说明,精冲工艺与普通冲裁的冲件精度与固定误差相差一个数量级之外,即便在普通冲裁中,采用不同间隙冲裁,固定误差相差也很大。例如料厚t=1.5mm的H62黄铜冲裁件,选用C≤40%t单边Ⅰ类小间隙冲裁比选用C≤8%t(单边)Ⅲ类大间隙冲裁,冲件固定误差将加大40%~60%,精度至少降一级。此外,采有无搭边排样,冲件的误差要远大于有搭边排样冲件。无搭边排样冲件。无搭边排样冲件的精度低于IT12级,而多数有搭边排样的冲件精度在IT11~IT9级之间,料厚t>4mm的冲件,尺寸精度会更低一些。
  不同冲模结构类型,由于适用冲压料厚及制造精度的差异,导致冲件的固定误差有别。复合模中,多工位连续式复合模由于冲件连续重复定位加上制模误差较大,故其冲件的固定误差比单工位复合冲裁模要大1~2级。
  模具精冲技术的推广应用
  在各类机电与家电产品的结构零件中,大量采用料厚t>0.5~16mm的各种金属材质、形状复杂的板状零件。由于其尺寸与形位精度要求高,特别是沿料厚方向要求光洁、平直。常规的传统加工方法是由冲压供坯,用车、铣、刨、磨等切削加工达要其技术要求,不仅工艺流程长、工序多,耗用工(台)时多,生产效率低,而且零件互换性不好,劳动强度大,成本高,不能适应大量生产需要。
  实践证明,在料厚t>3mm的中厚板和t>4.75mm厚板零件大批量生产中,推广应用精冲技术取代有削加工,不仅可以取得很好的经济效益,同时还可以杜绝目前普通冲压生产中时有发生的压手断指人身伤害事故,消减冲压噪声对环境的污染,获取令人满意的职业安全与环保效益。采用现代冲压领域中的精密冲裁高技术,也充分体现出“以人为本,坚持可持续发展”的科学发展观。图1所示为由瑞士Feintool AG Lyss/schweiz精冲公司为用户提供的精冲件。
  这些板状零件用其他加工方法都难以完成。即便用各工种组合切削加工,不仅效率低、质量难保证,而且成本很高。图1所示绝大多数是不同牌号的钢板材质,80%以上是汽车用精冲件。分析图1示出的精冲件可以看出其如下特点:
  1)形状复杂,尺寸与形位精度高,多数料厚t>3mm~12.5mm,为中厚板与厚板精冲件,冲切面平直、光洁,质量可与切削加工相媲美。
  2)精冲件轮廓清晰、塌角小,一些孔边距与孔间距(壁厚)≤t并有压凸、沉孔、盲孔及轮毂凸缘等成形精冲,尤其模数很小的渐开线、摆线、三角形、矩形、梯形等形状高精度齿轮精冲件,都是用其他加工工艺难以制造的。
  3)都是大批量生产和达到适度经济生产规模的机电产品零件,包括:中卡载重汽车、轿车、摩托车等产品精冲件,均由原材料一模冲出成品件,不再切削加工。
  4)精冲的冲切面因冷作硬化效应,其表面硬度、强度大幅提高,耐摩擦性能和耐候性改善,用作运动面、摩擦面的齿轮齿廓、轴套等精冲件,其寿命会因此而提高。
  精冲工艺的开发应用
  金属板料的精密冲裁是成功应用Theodor Karman理论的结果。该理论的核心是:固体在多向受压的情况下比在单向受压时塑性好、变形状态更好,更易变形。在板料精密冲裁时,利用精冲模特殊结构,在板料的剪切分离区,三向施压形成立体压应力状态,对材料进行纯剪切分离,实现精密冲裁。德国人F.Schiess于1921年根据这个理论发明了强力压边精冲工艺技术(简称FB精冲),于1923年3月9日获取德国专利。
  在上述FB精冲工艺技术推广普及前后,还有其他多种精冲方法在不同国家开发研制成功,取得专利,有的还推广用于生产。至今,还有一些简易的精冲工艺,作为FB精冲技术的补充,在一些形状简单、仅局部需要精冲、尺寸小且产量不大以及没有专用精冲设备的工厂中,推广应用,同样可取得良好的技术经济效益,这些精冲技术如下:
  (1)普通压力机精冲技术
  a、整修——用专用整修亦称修边模对落料与冲孔毛坯的冲切面进行修边加工以获取平直、光洁及高精度的冲切面,包括:外缘整修、内孔整修、叠料整修、振动整修等。
  b、光洁冲裁——采用微间隙或负间隙圆角刃口等具有特殊结构的专用冲模,对高塑性的低碳钢及有色金属冲裁件进行光洁冲裁,获取光洁平整的高精度冲切面。常用的光洁冲裁工艺有:微间隙圆角刃口光洁冲裁、负间隙光洁冲裁、台阶式凸模精冲孔、同步剪挤精冲、挤压精冲孔以及无毛刺冲裁等等。
  (2)专用精冲机精冲技术
  a、强力压板精神——采用不同结构的强力压料板进行压边、反顶及冲裁的精密冲裁(FB),包括:已普及用于生产的用V型齿圈强力压边的精冲技术和较少使用的带锯齿型压板、锥形压板、凸台形压板的精冲方法……等。
  b、对向凹模精冲——利用平面切削原理,采用上下对应的成对凸模与凹模按规定程度分次冲切,是日本人于1968年发明并在日本已推广用于生产的精冲技术。国内也有使用的但未推广普及。
  c、复动和往复精冲——未推广应用。在现场的各类机电与家电产品冲压件生产中,实际遇到需要和能够进行整体精冲的冲裁件种数有限。而且有相当一部分冲件只需局部精冲,尤其只要精冲其群孔、群槽孔的一小部分,应用普通压力机精冲技术就更经济;对于仅需局部精冲获得高精度孔形与孔距、无毛刺且冲切面光洁平整的内形或部分外形的冲裁件,则可有光洁冲裁达到要求。
 
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