冲压模具的快速成形技术介绍

1、冲压模具的快速成形技术介绍 随着经济的快速发展和市场需求的多样化 , 人们对产品生产周期的要求越来 越短, 尤其在小批量甚至单件生产方面 , 要求现代制造技术不仅要有较高的柔性 , 还要有更新的、更能满足市场要求迅速变化的生产模式。数控单元冲压模具快 速成形技术 , 就是为适应此种状态而产生的。 单元冲模快速成形的数字化编码钣 钣件的形状可分割成一些简单的图形元素 , 然后合成所需图形。例如 : 矩形 是 4 个直角的合成 ;波浪形是一些曲线的合成等。因此 , 对于一些精度要求较高 的小批量甚至单件生产的钣金件 , 可以用一些通用件迅速组装成单元冲压模具 , 采用数控技术 , 使之快速成形。将

2、被加工钣金件看成一个可被分割的平面图形 , 对分割出来的简单图形元素进行数字化处理。即按其方位进行定位编码。非等 距简单图形零件的数字化,缺口 1、2、3、4的（ x, y）均相等,方孔5的（ x, y）均等于2倍的（ x, y）,设现有通用冲头的宽等于 x,长等于 y。缺口 1 由位置（2,0） 以及位置（3,0） 合成,缺口 2、 3、 4同样由两个位置合成 ,方孔由 8 个位置合成。如果采用矩形单元快速成形 ,可以获得如图 2所示的二维编码 ,由 于划分过细使得到的编码较长。如果采用正方形单元快速成形 , 则可以获得如图 3 所示的二维编码 , 其编码减小一半。 快速成形的结构设计 目前

3、，大部分中小型企业尚不具备购买高档数控冲床的经济实力，数控单 元冲压模具可以直接安装在普通冲床上作为简易数控冲床来使用，上模为凸模 机构。光电头安装在上模板下方以检测凸模的起落。坯料的装夹要根据不同的 需要进行设计。料板由步进电机控制丝杠分 X,Y 方向驱动。下模为凹模机构， 直接安装在工作台上。 快速成形的控制系统设计 电机驱动及选用 ，步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。共 有 3 种: 永磁式、反应式和混合式。混合式集中了前二种的优点，从性价比方面 进行综合考虑，拟选用步进角 1.8o 的两相混合式步进电机。 驱动器的型号、 种类较多，细分型为考虑对象。因为细分型可消除电机的低

4、频振荡，可提高电 机的输出转矩及分辨率。顾及速度和精度细分系数定为 4。 系统硬件设计 数控单元冲模是安装在曲轴式压力机上的，机床的冲压 原理不变。需要控制的是两方面内容 : 首先要确定零点以及各工位点的位置 ;其 次在上冲模往复动作的启停间被加工件的按编码所得的 X,Y 方向的快速进给送 料运动以及这两个动作的协调。即实现冲压和送料动作的同步控制。 数控系统的人机界面采用键盘输入 LED显示键盘具有数字键、设定、修 改、查寻、X及丫方向的调整、执行等的功能键，可用来完成加工程序的输入、 修改及对控制的操作和调整等。操作人员根据被加工件的形状在计算机上进行 编码，自动生成加工程序，通过串行口将

5、加工程序下载给单片机并且保存在 FLASH RO中。工模安装后手动调整零位。进入执行后单片机从FLASH R0中取 得加工程序，并计算X,Y方向的步进距离后再将其转换成相应的步进脉冲数控 制X,Y方向的步进电机的转动步数。当光电信号检测到上模位于开启位置时数 控系统迅速将待加工件定位到加工位置，并且启动冲床上冲模下压，实现一次 冲压。在冲床带动上冲模开启时数控系统迅速地将待加工件移动到下一加工位 置等待下次冲压，直到完成加工停止冲床运动。 系统软件设计 整个系统由上位机来管理。系统软件语言采用Visual Basic 6.0 编制其 集成开网址：com/发环境（IDE）集设计、修改、调试、生成

6、等功能于一体，人 机交互界面十分友好。它是功能强大的 Win dows环境下的编程语言简单易学可 视化程度高。系统软件结构采用模块化结构，共有 5个功能模块：系统开 机后进入Windows界面双击“数控单元冲模”图标，即弹出应用界面，可选择 功能模块。 随着数控技术、伺服技术、运动元件的发展，以及市场经济的需要，数控 单元冲压模具快速成形技术得到迅速发展。对于中小型传统企业，这种结合传 统制造工艺的高新技术无疑是一种投资省，见效J陕，方便、快捷的技术。随 着经济和科学技术的不断发展，实现自动上下料装备、外置模具库自动换模装 备等，已经摆在人们的面前。可见，数控冲压的发展是以相关技术和新结构的

7、研制为基础的。单元冲压模具快速成形技术，无疑是先进冲压技术发展的一个 新起点 模内攻牙技术 模内攻牙又称模内攻丝，是一种替代了传统人工攻牙的新技术，目前传统的 攻牙设备已经不能适应冲压产品需求，效率太低,加工时间长.远远满足不了市场 的需要.模内攻牙技术的导入使得冲压模具真正的实现了自动化，效率化,攻牙范 围可达到最小M0.6,最大可达到M45精度可达到0.01mm,模内攻牙技术使的冲出 来的产品不需要再进行第二次人工攻牙，其挤压出来的产品质量有保证，表面光 洁度好,效率高,成本低.广泛应用于冲压。 制造冲压模具的材料有钢材、硬质合金、钢结硬质合金、锌基合金、低熔 点合金、铝青铜、高分子材料等

8、等。目前制造冲压模具的材料绝大部分以钢材 为主，常用的模具工作部件材料的种类有：碳素工具钢、低合金工具钢、高碳 高铬或中铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、基体钢以及硬质合金、钢结硬质合 基本分类 a. 碳素工具钢在模具中应用较多的碳素工具钢为 T8A T10A等，优点 为加工性能好，价格便宜。但淬透性和红硬性差，热处理变形大，承载能力较 低。 b. 低合金工具钢低合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入了适量的 合金元素。与碳素工具钢相比，减少了淬火变形和开裂倾向，提高了钢的淬透 性，耐磨性亦较好。用于制造模具的低合金钢有CrWMn 9Mn2V 7CrSiMnMoV代号 CH-1）、6CrNiSiMn

9、MoV代号 GD等。 c. 高碳高铬工具钢常用的高碳高铬工具钢有 Cr12和Cr12MoV Cr12Mo1V1（代号D2）、SKD11它们具有较好的淬透性、淬硬性和耐磨性，热 处理变形很小，为高耐磨微变形模具钢，承载能力仅次于高速钢。但碳化物偏 析严重，必须进行反复镦拔（轴向镦、径向拔）改锻，以降低碳化物的不均匀 性，提高使用性能。 d. 高碳中铬工具钢用于模具的高碳中铬工具钢有Cr4W2MoV Cr6WV、Cr5MoV等，它们的含铬量较低，共晶碳化物少，碳化物分布均匀，热 处理变形小，具有良好的淬透性和尺寸稳定性。与碳化物偏析相对较严重的高 碳咼铬钢相比，性能有所改善。 e. 高速钢 高速钢

10、具有模具钢中最高的的硬度、耐磨性和抗压强度， 承载能力很高。模具中常用的有 W18Cr4V（代号8-4-1 ）和含钨量较少的 W6Mo5 Cr4V2（代号6-542，美国牌号为M2以及为提高韧性开发的降碳降钒 高速钢 6W6Mo5 Cr4V（代号6W6或称低碳M2。高速钢也需要改锻，以改善其碳化物 分布 。 f. 基体钢 在高速钢的基本成分上添加少量的其它元素，适当增减含 碳量，以改善钢的性能。这样的钢种统称基体钢。它们不仅有高速钢的特点， 具有一定的耐磨性和硬度，而且抗疲劳强度和韧性均优于高速钢，为高强韧性 冷作模具钢，材料成本却比高速钢低。模具中常用的基体钢有 6Cr4W3Mo2VNb （

11、代号 65Nb、7Cr7Mo2V2Si （代号 LD）、5Cr4Mo3SiMnVA（代号 012AL）等。 g. 硬质合金和钢结硬质合金硬质合金的硬度和耐磨性高于其它任何 种类的模具钢，但抗弯强度和韧性差。用作模具的硬质合金是钨钴类，对冲击 性小而耐磨性要求高的模具，可选用含钴量较低的硬质合金。对冲击性大的模 具，可选用含钴量较高的硬质合金。 钢结硬质合金是以铁粉加入少量的合金元素粉末（如铬、 钼 、钨、钒等） 做粘合剂，以碳化 钛或碳化钨为硬质相 ，用粉末冶金方法烧结而成。钢结硬 质合金的基体是钢，克服了硬质合金韧性较差、加工困难的缺点，可以切削、 焊接、锻造和热处理。 钢结硬质合金含有大量

12、的碳化物，虽然硬度和耐磨性低 于硬质合金，但仍高于其它钢种，经淬火、回火后硬度可达 68 73HRC。 h. 新材料 冲压模具使用的材料属于冷作模具钢，是应用量大、使用面 广、种类最多的模具钢。主要性能要求为强度、韧性、耐磨性。目前冷作模具 钢的发展趋势是在高合金钢 D2（相当于我国Cr12MoV性能基础上，分为两大分 支：一种是降低含碳量和合金元素量，提高钢中碳化物分布均匀度，突出提高 模具的韧性。如美国钒合金钢公司的 8CrMo2V2S、i 日本大同特殊钢公司的 DC53（Cr8Mo2SiV等。另一种是以提高耐磨性为主要目的，以适应高速、自动 化、大批量生产而开发的粉末高速钢。如德国的32

13、0CrVMo13等。 选用原则 在冲压模具中，使用了各种金属材料和非金属材料，主要有碳钢、合金 钢、铸铁、铸钢、硬质合金、低熔点合金、锌基合金、铝青铜、合成树脂、聚 氨脂橡胶、塑料、层压桦木板等。 制造模具的材料，要求具有高硬度、高强度、高耐磨性、适当的韧性、高 淬透性和热处理不变形 （或少变形）及淬火时不易开裂等性能。 合理选取模具材料及实施正确的热处理工艺是保证模具寿命的关键。对用 途不同的模具，应根据其工作状态、受力条件及被加工材料的性能、生产批量 及生产率等因素综合考虑，并对上述要求的各项性能有所侧重，然后作出对钢 种及热处理工艺的相应选择。 当冲压件的生产批量很大时，模具的工作零件凸

14、模和凹模的材料应选取质 量高、耐磨性好的模具钢。对于模具的其它工艺结构部分和辅助结构部分的零 件材料，也要相应地提高。在批量不大时，应适当放宽对材料性能的要求，以 降低成本。 当被冲压加工的材料较硬或变形抗力较大时，冲模的凸、凹模应选取耐磨 性好、强度高的材料。拉深不锈钢时，可采用铝青铜凹模，因为它具有较好的 抗粘着性。而导柱导套则要求耐磨和较好的韧性，故多采用低碳钢表面渗碳淬 火。又如，碳素工具钢的主要不足是淬透性差，在冲模零件断面尺寸较大时，淬火后其中心硬度仍然较低，但是，在行程次数很大的压床上工作时，由于它 的耐冲击性好反而成为优点。对于固定板、卸料板类零件，不但要有足够的强 度，而且要求在工作过程中变形小。另外，还可以采用冷处