毕业设计数控冲床模具的设计35.doc

常州轻工职业技术学院常州轻工职业技术学院常州轻工职业技术学院常州轻工职业技术学院 题 目 数控冲床模具的设计 姓 名 学 号 班 级 指导教师 职 称 日 期 c c c z z z i i i l l l i i i 毕业设计毕业设计( (论文论文) ) 毕业设计（论文）课题审批表 系 班 设计(论文)课题:数控冲床模具的设计 设计者: 指导教师及专业技术职称: 起讫日期: 年 月 日至 年 月 日 课题内容简介(包括设计参数、设计任务等)： 本文介绍了数控冲床模具的设计，分析了模具工位的配置，选用注意事项， 装配保养，以及加工时的注意点。并阐述了模具的力学性能要求和模具结构对 安全的影响！ 审 批 意 见 (盖章) 年 月 日 毕业设计任务书毕业设计任务书 一、设计题目：数控冲床模具设计 二、设计目的： 设计数控冲床模具，增加自己对模具的认识，了解设计的过程。 了解数控冲床模具的特点； 对冲床模具进行工艺分析，设计模具，模具制图等； 通过查阅，收集的资料的研究技术路线，方法。 三、设计要求： 1、数控冲床模具自身精度要求比较高 2、压力中心的计算及冲床吨位的选择 3、对于带料和废料反弹，危害性较大，应使用可靠方法解决 内容： 数控冲床模具有多种样式，圆以外的模具其尺寸指的是对角线尺寸，如： 2020 方模对角线尺寸为 28.28 属于 1-1/4“工位，3030 方模对角线尺寸为 42.43 属于 2“工位，模具分为标准模具、成型模具及特殊形状模具三大类，标准模 具指圆模、方模、长方模、腰形模；成型模具包括：浅拉伸、翻边、百叶窗、敲落 孔、挤压成形等；特殊形状模具包括：单 d、双 d、三角形、六边形等。 图表 1、模具零件图 2、模具总装图 参考文献 任务书下发时间： 毕业设计完成时间： 指 导 老 师： 教 研 室 主 任： 开题报告开题报告 数控冲床模具的设计数控冲床模具的设计 一、前言一、前言 模具是一种技术密集、资金密集型产品，在我国国民经济的地位也非常重要。模 具工业已被我国正式确定为基础产业，并在“十五”中列为重点扶持产业。由于新技 术、新材料、新工艺的不断发展，促使模具技术不断进步，对人才的知识、能力、素 质的要求也在不断提高。 现代工业的发展，对模具技术的要求越来越高。综观现代模具技术，其集合了机 械、电子、化学、光学、材料、计算机、精密监测和信息网络等诸多学科，是一个综 合性多学科的系统工程。模具技术的发展趋势主要是模具产品向着如下的方向发展趋 势： （1）高精度 现代模具的精度要求比传统的模具精度至少要高一个数量级。 （2）长寿命 现代模具的寿命比传统模具的寿命要高出 510 倍。如现代模具一般均可达到 500 万次以上，最高可达 6 亿次之多。 （3）高生产率 由于采用多工位的级进模、多能模、多腔注塑模和层叠注塑模等先进模具，可以 极大地提高生产率，从而带来显著的经济效益。如用四工位的注塑模生产塑料汽水瓶， 每小时可生产 8000 件以上。 （4）结构复杂 随着社会需求的多样化和个性化以及许多新材料、新工艺的广泛应用，对现代模 具的结构形式和型腔要求也日益复杂。若采用传统的模具制造方法，不仅成本高、生 产率低，而且很难保证模具的质量要求。 传统模具设计制造技术，根本不能满足市场对模具的要求。因此，研制和开发新 的模具设计、制造技术势在必行。模具 cad/cam 和 rt(rapidtooling)技术正是在这种 形势下被 开发出来的，并在现代模具的生产中发挥了重要作用。 因此模具产品的技术含量不断提高，模具制造周期不断缩短，模具生产朝着信息 化、无图化、精细化、自动化的方向发展，模具企业向着技术集成化、设备精良化、 产批品牌化、管理信息化、经营国际化的方向发展。基于此，合理的设计模具有着极 为重要和深远的意义。 二、研究目的和意义二、研究目的和意义 工业发展水平的不断提高，工业产品更新速度加快，对模具的要求越来越高，尽 管改革开放以来，模具工业有了较大发展，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市 场的需要，目前满足率只能达到 70%左右。造成产需矛盾突出的原因，一是专业化、 标准化程度低，除少量标准件外购外，大部分工作量均需模具厂去完成。加工企业管 理的体制上的约束，造成模具制造周期长，不能适应市场要求。二是设计和工艺技术 落后，如模具 cad/cam 技术采用不普遍，加工设备数控化率低等，亦造成模具生产效 率不高、周期长。总之，是拖了机电、轻工等行业发展的后腿。 因此我们必须意识到，对模具设计的研究的目的和意义在于能够跟好的认识模具 工业在国民经济中的地位的重要性。因为利用模具成型零件的方法，实质上是一种少 切削、无切削、多工序重合的生产方法，采用模具成型的工艺代替传统的切削加工工 艺，可以提高生产效率，保证零件质量，节约材料，降低生产成本，从而取得很高的 经济效益。利用模具生产零件的方法已经成为工业上进行成批或大批生产的主要技术 手段，它对保证制品质量，缩短试用周期，进而争先占领市场，以及产品更新换代和 新产品开发都具有决定性的意义。因此德国把模具称为“金属加工中的帝王” ，把模 具工业视为“关键工业” ，美国把模具称为“美国工业的基石” ，把模具工业视为“不 可估量其力量的工业” ，日本把模具说成是“促进社会富裕繁荣的动力” ，把模具视为 “整个工业发展的秘密” 。 因此，要使国民经济各个部门获得高速发展，加速实现社会主义四个现代化，就 必须尽快将模具工业搞上去，使模具生产形成一个独立的工业部门，从而充分发挥模 具工业在国民经济中的关键作用。 三、国内外现状和发展趋势、学术动态三、国内外现状和发展趋势、学术动态 1、我国模具工业发展主要成就 我国模具工业起步较晚，基础薄弱，长期以来模具制造一直作为保证企业产品生 产的手段被视为生产后方，因此发展缓慢。1984 年，我国成立了中国模具工业协会， 1987 年模具首次被列入机电产品目录，当时全国共有模具生产厂点约 6 000 家，总产 值约 30 亿元。随着我国改革开放的日益深化，市场经济进程的加快，独立于产品制 造企业的模具及其标准件、配套件企业大量出现，模具产业得到快速发展，在市场竞 争中，模具企业生产技术不断提高和规模不断扩大，模具行业得到很快发展。目前， 我国模具产值已排名世界第三，2005 年达到 500 亿元。 1988 年1992 年，由原国家经贸委下达计划，由机械部和中国模具工业协会实 施，在全国范围内组织了上百个模具企业和有关科研单位、大专院校，共同进行模具 技术攻关，取得了丰硕成果。这些成果主要有：冲压模具的设计制造技术、塑料模具 的设计制造技术、铸压模具的设计制造技术、锻造模具的设计制造技术、模具表面处 理技术、模具材料、模具计算机辅助设计与制造(cad/cam)技术、模具标准件、模具 加工关键设备、模具寿命研究等方面。由于这些成果的取得及推广应用，使我国模具 技术前进了一大步。 “七五”后期和“八五”期间，国家对模具工业加大了投入，分批分期改造了一 批具有特色专长的专业模具厂和模具标准件厂，引进了一大批模具加工关键设备及精 密塑料模、级进模、精冲模等设计制造技术，对提高我国模具生产技术水平起到了推 动作用。同时，许多大专院校开始设立模具专业，由前联邦德国、日本援建及我国自 己投资兴办的模具技术培训中心也陆续建立，模具技术人员及技术工人的培养开始步 入轨道。 1989 年 3 月，国务院颁布了关于当前产业政策要点的决定 ，在机械工业中， 模具被列为技术改造序列的第一位，极大地促进了模具技术的发展。 20 世纪 90 年代以来，在国内汽车行业的模具设计制造中开始采用 cad/cam 技术。 国家科委“863”计划将东风汽车公司作为 cims 应用示范厂，由华中理工大学作为技 术依托单位，开发了汽车车身与覆盖件模具 cad/cam 软件系统，在模具和设计制造中 实际应用，取得显著效益。 2、我国模具技术与国外的差距 2.1.1 产品结构、企业结构等方面 模具按国家标准分为十大类，其中冲压模、塑料模占模具用量的主要部分。按产 值统计，我国目前冲压占 50%-60%，塑料模占 25-30。国外先进国家对发展塑料模很 重视，塑料模比例一般占 30%-40%。国内模具中，大型、精密、复杂、长寿命模具比 较低，约占 20%左右，国外为 50%以上。我国模具生产企业结构不合理，主要生产模 具能力集中在各主机厂的模具分厂(或车间)内，模具商品化率低，模具自产自用比例 高达 70%以上。国外，70%以上是商品化的。 2.1.2 产品水平 衡量模具产品水平，主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度，加工模具的复杂 程度模具的使用寿命和制造周期等。 2.1.3 工艺装备水平 我国机床工具行业已可提供比较成套的高精度模具加工设备，如：加工中心、数 控铣床、数控仿形铣床、电加工机床、座标磨床、光曲磨床、三座标测量机等。但在 加工和定位精度，加工表面粗糙度，机床刚性，稳定性，可靠性，刀具和附件的配套 性方面，和国外相比，仍有较大差距。 3 模具的发展趋势 3 模具 cad/cae/cam 正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展 3.1.1 模具软件功能集成化 模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能 模块采用同一数据模型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、 装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的目的。如英国 delcam 公司的系列化软件就包括了曲面/实体几何造型、复杂形体工程制图、工业设计高级 渲染、塑料模设计专家系统、复杂形体 cam、艺术造型及雕刻自动编程系统、逆向工 程系统及复杂形体在线测量系统等。集成化程度较高的软件还包括： pro/engineer、ug 和 catia 等。国内有上海交通大学金属塑性成型有限元分析系统和 冲裁模 cad/cam 系统；北京北航海尔软件有限公司的 caxa 系列软件；吉林金网格模 具工程研究中心的冲压模 cad/cae/cam 系统等。 3.1.2 模具设计、分析及制造的三维化 传统的二维模具结构设计已越来越不适应现代化生产和集成化技术要求。模具设 计、分析、制造的三维化、无纸化要求新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计 模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的 cae 分析、模具可制造性评 价和数控加工、成形过程模拟及信息的管理与共享。如 pro/engineer、ug 和 catia 等软件具备参数化、基于特征、全相关等特点，从而使模具并行工程成为可能。另外， cimatran 公司的 moldexpert，delcam 公司的 ps-mold 及日立造船的 space-e/mold 均 是 3d 专业注塑模设计软件，可进行交互式 3d 型腔、型芯设计、模架配置及典型结构 设计。澳大利亚 moldflow 公司的三维真实感流动模拟软件 moldflowadvisers 已经受 到用户广泛的好评和应用。国内有华中理工大学研制的同类软件 hsc3d4.5f 及郑州工 业大学的 z-mold 软件。面向制造、基于知识的智能化功能是衡量模具软件先进性和 实用性的重要标志之一。如 cimatron 公司的注塑模专家软件能根据脱模方向自动产 生分型线和分型面，生成与制品相对应的型芯和型腔，实现模架零件的全相关，自动 产生材料明细表和供 nc 加工的钻孔表格，并能进行智能化加工参数设定、加工结果 校验等。 3.1.3 模具软件应用的网络化趋势 随着模具在企业竞争、合作、生产和管理等方面的全球化、国际化，以及计算机 软硬件技术的迅速发展，网络使得在模具行业应用虚拟设计、敏捷制造技术既有必要， 也有可能。美国在其21 世纪制造企业战略中指出，到 2006 年要实现汽车工业敏 捷生产/虚拟工程方案，使汽车开发周期从 40 个月缩短到 4 个月。 3.2 模具检测、加工设备向精密、高效和多功能方向发展 3.2.1 模具检测设备的日益精密、高效 精密、复杂、大型模具的发展，对检测设备的要求越来越高。现在精密模具的精 度已达 23m，目前国内厂家使用较多的有意大利、美国、日本等国的高精度三坐 标测量机，并具有数字化扫描功能。 3.2.2 数控电火花加工机床 日本沙迪克公司采用直线电机伺服驱动的 aq325l、aq550lls-wedm 具有驱动反应 快、传动及定位精度高、热变形小等优点。瑞士夏米尔公司的 ncedm 具有 p-e3 自适 应控制、pce 能量控制及自动编程专家系统。另外有些 edm 还采用了混粉加工工艺、 微精加工脉冲电源及模糊控制(fc)等技术。 3.2.3 高速铣削机床(hsm) 铣削加工是型腔模具加工的重要手段。而高速铣削具有工件温升低、切削力小、 加工平稳、加工质量好、加工效率高(为普通铣削加工的 510 倍)及可加工硬材料 (hmax，则该压机不能用，若h模具hmax，则可以 再加垫板。 （二）注油润滑（二）注油润滑 注油量和次数由加工材料的条件而定。无锈无垢的材料，要给模具注油， 油用轻机油。有锈有垢的材料，加工时锈会进入模具和外套之间，跟契子一样， 使凸模不能自由移动。这种情况下，如果上油，会使锈垢更容易沾上，因此冲 这种材料时，相反要把油擦干净，每半月要把模具分解一回，用汽油洗干净， 重新组装，这样就能进行令人满意的加工。 高速数控冲床模具必须严格进行保养，定期用轻机油对卸料套、注油口、 模芯本体与卸料套的接触面、凹模进行润滑，这样可延长模具的使用寿命。但 是过多的润滑油往往会滞留在上模端面，冲切时的打击容易使上模端面与废料 之间产生真空吸附作用，形成垫渣，即：废料反弹。遇到这种情况，应将板材 的油垢清理干净，并保持模具的干净，不要加注过量的润滑油，即可进行顺利 的冲切。 （三）带料及废料反弹（三）带料及废料反弹 冲头带料及粘连是指在正常情况下，上模芯与板料不能及时脱开或完全脱 不开。 1 1、带料的危害性：、带料的危害性： （1）会使模芯损坏或折断。 （2）会损坏夹钳以及损坏板料产品，卷曲的板材甚至会撞坏护罩。 毕业设计用纸 共 39 页 第 22 页 2 2、引起带料的原因：、引起带料的原因： （1）模具弹簧疲劳失效或断裂。 （2）入模量过大。 （3）模具导套与模芯滑动阻力大。 （4）所需退料力大于弹簧力。 （5）送料速度过快，弹簧响应不够或不灵敏。 （6）材料积屑瘤。 （7）废料反弹。 （8）模具间隙及精度等其它原因。 3 3、带料的解决方法：、带料的解决方法： （1）根据样本及其它试验数据来看，弹簧预期寿命为 50 万次，有时在恶 劣的条件下还会更短，到时弹簧会疲劳而失去应有的弹性，弹簧会明显缩短甚 至断裂，必须及时向可信赖的模具供应商订购新弹簧。 （2）入模量应控制在 1-2mm 之间，过深会造成模芯的脱模行程和阻力加 大，从而延长了弹簧的反应时间，模芯未完全从板料中退出即送料，可能损坏 模具、板材或夹钳等。 （3）当滑动面上有过多的灰尘及其它脏东西或缺油时，会使滑动阻力变 大，抵消了一部分弹簧力，就可能引起带料，此时应将模具拆洗，加润滑油， 改善润滑条件。 （4）推料力大于弹簧力主要是指冲压吨位大，有几种可能性，一是刃口 严重钝化，需额外的吨位，而且切断面粗糙及毛刺增大，产生很大的抵抗力， 此时应及时刃磨；二是模具间隙与板材不匹配，当模具间隙偏小时会使材料抱 紧凸模，此时应选择与板材匹配的下模或研磨下模使其间隙变大；三是当模具 规格接近极限工位尺寸同时板料较厚时，所需退料力大于弹簧力，此时需将其 往上跳一级工位或选用重载弹簧。 （5）当高 cr 模具材料与高 cr 冲压板材（如 1cr13 等不锈钢）连续冲裁 时，温度会升高而产生亲和力，相当于一对相同的摩擦付，极易磨损刃口或产 生积屑瘤，所以当冲不锈钢时推荐使用进口高速钢，而不能使用国产高 cr 材 料，如 cr12mov 等，此外，冲压时会常遇到带附膜的不锈钢，此附膜既薄又韧， 与板材粘贴松散有分离现象，冲切时易产生带料，这种情况下一要选用刃口锋 利的进口高速钢模具，二是要将有附膜的一面放在下面，使附膜位于剪切层附 毕业设计用纸 共 39 页 第 23 页 近以达到被完整切下的目的，但这样做应充分考虑毛刺面对零件的影响。 （6）废料反弹也是造成带料的重要原因之一，废料反弹后废料如果有一 半在下模处，会造成冲双料的现象，使模具严重偏载和吨位加大，从而引起带 料或模具的损坏。 （7）最后还有一点就是模具本身制造精度及机床模位对中精度问题，也 可能引起带料，此情况发生时应选用正规专业数控模具厂家制造的模具以及用 校棒校正机器模位。 4 4、废料反弹：、废料反弹： 废料反弹指冲孔废料未能从凹模洞口顺利排出，反而反弹到凹模端面或零 件毛坯表面上的现象，此弹发的废料也称为垫渣。 5 5、废料反弹的危害性：、废料反弹的危害性： （1）当冲模在垫渣附近继续冲切时，卸料导套会将垫渣击入板料表层， 导致零件因尺寸与表面质量不合格而报废。 （2）垫渣落在下转盘上使送料存在隐患，板材会被划伤甚至撞坏。 （3）有时因连续产生垫渣致使垫渣重叠超出模具强度极限而损坏模具， 单件或小量生产较多时，因垫渣导致的报废率就显著的提高。 （4）垫渣有一半在下模口处时冲击，会引起带料。 6 6、引起废料反弹的原因：、引起废料反弹的原因： （1）模具自身的原因 a.间隙是否合理 b. 刃口是否锋利 c.模具入模是否适中 d.润滑是否有利 （2）材料状态的原因 a.材料表面状态是否良好 b. 材料附着层方向是否有利于冲击 （3）程序编制的原因 a.模具选择 b.冲切顺序与方向 c.冲击尺寸的确定 7 7、废料反弹的解决方法：、废料反弹的解决方法： （1）下模间隙偏大会使废料向上翘曲，使得其与凹模内表面的接触面积 减少，磨擦阻力更小，在高速冲的状态下会出现废料反弹，所以针对间隙过大 毕业设计用纸 共 39 页 第 24 页 的情况，一定要选择合适的间隙，有时甚至可以考虑使用较小一点的间隙。 （2）刃口锋利的模具冲击次数达到一定次数后，刃口边缘像霜一样发白 而且变圆，这都是加工硬化和钝化造成的，在这种状态下加工会使废料对凸模 刃口边缘的包容现象越来越明显，极有可能随上模的返回而一同带出凹模，遇 到这种情况必须立即刃磨刃口，刃磨后必须用退磁器进行消磁。 （3）上模刃口直径或宽度在 9mm 以上的采用聚胺脂退料钉，宽度在 8mm 以下，大工位细长模具采用 2斜刃口，能有效的防止废料反弹，但聚胺脂属 于易损件，所以用户在使用过程中应每星期进行检查并及时更换，可以向模具 生产厂家直接订购，斜刃口应在刃磨后仍保持斜刃口，不能因为没有设备或怕 麻烦而将其磨成平刃口。 （4）入模量应控制在 1-2mm 之间，过浅会造成废料不能完全剪断，在送 料时废料会随着板材的移动而被带出下模，在这里就涉及到模具刃磨量的问题， 如模具刃磨超过 4mm 后就必须考虑换模芯了，否则凸模对凹模的伸入量会越来 越少，同时冲击时作用于板材上的能量会增加，从而引起板料产生较大的翘曲， 这方面原因会增加废料反弹的产生机会。 （5）下模刃口深度过高时，会造成废料重叠，废料间的空气压缩后，上 面的废料会随冲头回程而弹出下模，标准的下模刃口深度应为入模量、料厚、 刃磨量的总和。 （6）上下模或上下模位严重偏心时，单边过大的毛刺同样会使废料随板 材的移动而被带出下模。 （7）上模底部或板料上一般不可避免有点润滑油或防锈油，但决不可多 到形成流体，冲击时容易使上模端面与废料之间产生真空吸附作用，形成废料 反弹，遇到这种情况需将上模或板料上的油擦掉。 （8）板料的附者层也是引起废料反弹的重要因素之一，跟解决带料一样， 需选用刃口锋利的模具，同时应将附着层的一面放在下面。 （9）高速数控冲床应用之所以越来越广泛，一个很重要的原因是它具有 拼接冲切的柔性加工特点。虽然如此，在编程时不要图省事随意选择模具。针 对某一型孔的特点，首先选择能一次完成型孔的模具，须拼切加工时，应选用 最小拼切废料最大、最接近模具尺寸的模具 。若最小拼切废料太小，模具间 毕业设计用纸 共 39 页 第 25 页 隙较大时废料不易被冲切掉，即使废料被冲切掉入凹模，若滞留在前次废料之 上，很容易因振动反弹跳出凹模，形成废料反弹，所以要一定科学地选用模具。 （10）除此之外，还有冲切顺序、方向及尺寸等多方面因素，都能引起废 反弹，只能靠生产一线操作技术人员不断加工实践、总结，才能最大限度地排 除引起废料反弹的各种不利因素。 八、模具的力学性能要求八、模具的力学性能要求 1、模具的力学性能要求-常规力学性能 模具材料的性能是由模具材料的成分和热处理后的组织所决定的。模具钢 的基本组织是由马氏体基体以及在基体上分布着的碳化物和金属间化合物等构 成。 模具钢的性能应该满足某种模具完成额定工作量所具备的性能，但因各类 模具使用条件及所完成的额定工作量指标均不相同，故对模具性能要求也不同。 又因为不同钢的化学成分和组织对各种性能的影响不同，即使同一牌号的钢也 不可能同时获得各种性能的最佳值，一般某些性能的改善会损失其他的性能。 因而，模具工作者常根据模具工作条件及工作定额要求选用模具钢及最佳处理 工艺，使之达到主要性能最优，而其他性能损失最小的目的。 对各类模具钢 提出的性能要求主要包括：硬度、强度、塑性和韧性等。 2、模具的力学性能要求-硬度 硬度表征了钢对变形和接触应力的抗力。测硬度的试样易于制备，车间、 试验室一般都配备有硬度计，因此，硬度是很容易测定的一种性能，而且硬度 与强度也有一定关系，可通过硬度强度换算关系得到材料硬度值。按硬度范围 划定的模具类别，如高硬度（5260hrc） ，一般用于冷作模具，中等硬度 （4052hrc） ，一般用于热作模具。 钢的硬度与成分和组织均有密切关系，通过热处理，可以获得很宽的硬度 变化范围。如新型模具钢 012al 和 cg2 可分别采用低温回火处理后硬度为 6062hrc，采用高温回火处理后硬度为 5052hrc，因此可用来制作硬度要求 不同的冷、热作模具。因而这类模具钢可称为冷作、热作兼用型模具钢。 毕业设计用纸 共 39 页 第 26 页 模具钢中除马氏体基体外，还存在更高硬度的其他相，如碳化物、金属间 化合物等。表 l 为常见碳化物及合金相的硬度值。 表 1 各种相的硬度值 相 硬度 hv 铁素体 约 100 马氏体： c 0.2% 约 530 马氏体： c 0.4% 约 560 马氏体： c 0.6% 约 920 马氏体： c 0.8% 约 980 渗碳体(fe 3 c) 8501100 氮化物 10003000 金属间化合物 500 模具钢的硬度主要取决于马氏体中溶解的碳量（或含氮量） ，马氏体中的 含碳量取决于奥氏体化温度和时间。当温度和时间增加时，马氏体中的含碳量 增多马氏体硬度会增加，但淬火加热温度过高会使奥氏体晶粒增大，淬火后残 留奥氏体量增多，又会导致硬度下降。因此，为选择最佳淬火温度，通常要先 作出该钢的淬火温度晶粒度硬度关系曲线。 马氏体中的含碳量在一定程度上与钢的合金化程度有关，尤其当回火时表 现更明显。随回火温度的增高，马氏体中的含碳量在减少，但当钢中合金含量 越高时，由于猕散的合金碳化物折出及残留奥氏体向马氏体的转变，所发生的 二次硬化效应越明显，硬化峰值越高。 常用硬度测量方法有以下几种： （1）.洛氏硬度（hr） 是最常用的一种硬度测量法，测量简便、迅速， 数值可以从表盘上直接选出。洛氏硬度常用三种刻度，即 hrc、hra、hrb。三 种刻度所用压头、试验力及适用范围见表 1-2。 表 1-2 洛氏硬度试验规范 硬度符号 硬度头规格 试验力/l 应用范围 hrc 120金刚石圆锥 1471 2070 hra 120金刚石圆锥 588.4 2088 毕业设计用纸 共 39 页 第 27 页 hrb 1.588mm 钢球 980.6 20100 （2）.布氏硬度（hb） 用淬火钢球作硬度头，加上一定试验力压人工件 表面，试验力卸掉以后测量压痕直径大小，再查表或计算，使得出相应的布氏 硬度值 hb。 布氏硬度测试主要用于退火、正火、调质等模具钢的硬度测定。 （3）.维氏硬度（hv） 采用的压头是具有正方形底面的金刚石角锥体， 锥体相对两面间的夹角为 136，硬度值等于试验力 f 与压痕表面积之比值。 此法可以测试任何金属材料的硬度，但最常用于测定显微硬度，即金属内 部不同组织的硬度。 三种硬度大致有如下的关系：hrc1/10hb，hvhb（当400hbs 时） 3、模具的力学性能要求-强度 强度即钢材在服役过程中，抵抗变形和断裂的能力。对于模具来说则是整 个型面或各个部位在服役过程中抵抗拉伸力、压缩力、弯曲力、扭转力或综合 力的能力。 衡量钢材强度常用的方法是进行拉伸试验。拉伸试验是在拉伸试验机上进 行的，试棒需按规定的标准制备，拉伸过程中在记录纸上绘出拉伸力 f 与伸长 量 l 之间的关系图，即所谓的拉伸曲线图，分析拉伸曲线图就可以得出金属 的强度指标。对于在压缩条件下工作的模具，还经常给出抗压强度。 对于模具钢，特别是含碳量高的冷作模具钢，因塑性很差，一般不用抗拉 强度而是以抗弯强度作为实用指标。抗弯试验甚至对极脆的材料也能反映出一 定的塑性。而且，弯曲试验产生的应力状态与许多模具工作表面产生的应力状 态极相似，能比较精确地反映出材料的成分及组织因素对性能的影响。 在拉伸曲线图上有一个特殊点，当拉力到达这一点时，试棒在拉力不增加 或有所下降情况下发生明显伸长变形，这种现象称为屈服。这时的应力称为这 种材料的屈服点。而当外力去除后不能恢复原状的变形，这部分变形被保留下 来，成为永久变形，称为塑性变形。屈服点是衡量模具钢塑性变形抗力的指标， 也是最常用的强度指标。对模具材料要求具有高的屈服强度，如果模具产生了 塑性变形，那么模具加工出来的零件尺寸和形状就会发生变化，产生废品，模 具也就失效了。 毕业设计用纸 共 39 页 第 28 页 4、模具的力学性能要求-塑性 淬硬的模具钢塑性较差，尤其是冷变形模具钢，在很小的塑性变形时即发 生脆断。衡量模具钢塑性好坏，通常采用断后伸长率和断面收缩率两个指标表 示。 断后伸长率是指拉伸试样拉断以后长度增加的相对百分数，以 表示。 断后伸长率 数值越大，表明钢材塑性越好。热模钢的塑性明显高于冷模钢。 断面收缩率是指拉伸试棒经拉伸变形和拉断以后，断裂部分截面的缩小量 与原始截面之比，以 表示。塑性材料拉断以后有明显的缩颈，所以 值较 大。而脆性材料拉断后，截面几乎没有缩小，即没有缩颈产生， 值很小，说 明塑性很差。 5、模具的力学性能要求-韧性 韧性是模具钢的一种重要性能指标，韧性决定了材料在冲击试验力作用下 对破裂的抗断能力。材料的韧性越高，脆断的危险性越小，热疲劳强度也越高。 对于衡量模具脆断倾向，冲击韧度试验具有重要意义。 冲击韧度是指冲击试样缺口处截面积上的冲击吸收功，而冲击吸收功是指 规定形状和尺寸的试样在冲击试验力一次作用下折断时所吸收的功。冲击试验 有夏比 u 形缺口冲击试验（试样开成 u 形缺口） 、夏比 v 形缺口冲击试验（试 样开成 v 形缺口）以及艾式冲击试验。 影响冲击韧度的因素很多。不同材质的模具钢冲击韧度相差很大，即使同 一种材料，因组织状态不同、晶粒大小不同、内应力状态不同冲击韧度也不相 同。通常是晶粒越粗大，碳化物偏析越严重（带状、网状等） ，马氏体组织越 粗大等都会促使钢材变脆。温度不同，冲击韧度也不相同。一般情况是温度越 高冲击韧度值越高，而有的钢常温下韧性很好，当温度下降到零下 2040时 会变成脆性钢。 为了提高钢的韧性，必须采取合理的锻造及热处理工艺。锻造时应使碳化 物尽量打碎，并减少或消除碳化物偏析，热处理淬火时防止晶粒过于长大，冷 却速度不要过高，以防内应力产生。模具使用前或使用过程中应采取一些措施 减少内应力。 毕业设计用纸 共 39 页 第 29 页 6、模具的力学性能要求- 热疲劳抗力及断裂韧度 热疲劳抗力表征了材料热疲劳裂纹萌生前的工作寿命和萌生后的扩展速率。 热疲劳通常以 20750条件下反复加热冷却时所发生裂纹的循环次数或当 循环一定次数后测定裂纹长度来确定。热疲劳抗力高的材料不易发生热疲劳裂 纹，或当裂纹萌生后，扩展量小、扩展缓慢。断裂韧度则表征了裂纹失稳扩展 抗力，断裂韧度高，则裂纹不易发生失稳扩展。 7、模具的力学性能要求- 耐磨损性能 冷作模具服役时，被成形的坯料会沿着模具表面既滑动又流动，在模具与 坯料间产生很大摩擦力。这种摩擦力使模具表面受到切应力作用，在其表面划 刻出凹凸痕迹，这些痕迹与坯料不平整表面相咬合，逐渐在模具表面造成机械 破损即磨损。冷作模具，特别是正常失效的冷作模具，多数因磨损而报废。因 此，对冷作模具最基本的要求之一就是耐磨性。一般条件下材料硬度越高，耐 磨性越好。但耐磨性与在软基体上存在的硬质点的形状、分布也有很大关系。 冷作模具的磨损包括磨料磨损、粘着磨损、腐蚀磨损与疲劳磨损。 8、模具的力学性能要求- 断裂抗力 除常规力学性能如冲击韧度、抗压强度、抗弯强度等一次性断裂抗力指标 外，小能量多次冲击断裂抗力更切合冷作模具实际使用状态性能。作为模具材 料性能指标还包括抗压疲劳强度、接触疲劳强度等。这种疲劳断裂抗力指标是 由在一定循环应力下测得的断裂循环次数，或在一定循环次数下导致断裂的载 荷来表征的。关于是否把断裂韧度作为冷作模具材料的一项重要处能指标，尚 待研究和探讨。 九、冲压模具结构对安全的影响九、冲压模具结构对安全的影响 （一）模具的主要零件、作用及安全要求（一）模具的主要零件、作用及安全要求 1、.工作零件凸凹模是直接使坯料成形的工作零件，因此，它是模具上的 关键零件。凸凹模不但精密而且复杂，它应满足如下要求：（1）应有足够的 强度，不能在冲压过程中断裂或破坏；（2）对其材料及热处理应有适当要求， 防止硬度太高而脆裂。 毕业设计用纸 共 39 页 第 30 页 2、定位零件定位零件是确定坯件安装位置的零件，有定位销（板） 、挡料 销（板） 、导正销、导料板、定距侧刀、侧压器等。设计定位零件时应考虑操 作方便，不应有过定位，位置要便于观察，最好采用前推定位、外廓定位和导 正销定位等。 3.、压料、卸料及出料零件压料零件有压边圈、压料板等。 压边圈可对拉延坯料加压边力，从而防止坯料在切向压力的作用下拱起而 形成皱褶。压料板的作用是防止坯料移动和弹跳。顶出器、卸料板的作用是便 于出件和清理废料。它们由弹簧、橡胶和设备上的气垫推杆支撑，可上下运动， 顶出件设计时应具有足够的顶出力，运动要有限位。卸料板应尽量缩小闭合区 域或在操作位置上铣出空手槽。暴露的卸料板的四周应设有防护板，防止手指 伸入或异物进入，外露表面棱角应倒钝。 4、导向零件导柱和导套是应用最广泛的一种导向零件。其作用是保证凸 凹模在冲压工作时有精确的配合间隙。因此，导柱、导套的间隙应小于冲裁间 隙。导柱设在下模座，要保证在冲程下死点时，导柱的上端面在上模板顶面以 上最少 5 至 10 毫米。导柱应安排在远离模块和压料板的部位，使操作者的手 臂不用越过导柱送取料。 5、支承及夹持零件它包括上下模板、模柄、凸凹模固定板、垫板、限位 器等。上下模板是冲模的基础零件，其他各种零件都分别安装固定在上面。模 板的平面尺寸，尤其是前后方向应与制件相适应，过大或过小均不利于操作。 有些模具（落料、冲孔类模具）为了出件方便，需在模架下设垫板。这时 垫板最好与模板之间用螺钉连接在一起，两垫板的厚度应绝对相等。垫板的间 距以能出件为准，不要太大，以免模板断裂。 6、紧固零件它包括螺钉、螺母、弹簧、柱销、垫圈等，一般都采用标准 件。冲压模具的标准件用量较多，设计选用时应保证紧固和弹性顶出的需要， 避免紧固件暴露在表面操作位置上，防止碰伤人手和妨碍操作。 （二）模具设计的安全要点（二）模具设计的安全要点