冷镦模具设计介绍

冷镦模具设计介绍第1页，共72页。优选冷镦模具设计介绍第2页，共72页。10Jan2011第3页，共72页。AssemblyandsetupofCOD&COK剪刀/剪模组立第4页，共72页。AssemblyandsetupofCOD&COK1 TypesofShearing

剪切类型HalfCutterCOK/CompleteCOD半剪CompleteCOK/CompleteCOD全剪COK:CutOffKnife

剪刀COD:CutOffDie

剪体第5页，共72页。AssemblyandsetupofCOD&COKBasicMechanismofShearing剪切基础知识WhatHappenDuringShearing:-剪切过程产生：ElasticDeformation弹性变形Roll-over曲面Plasticshear塑性剪切InitialFracture初始断裂FinalFracture最终断裂PhysicalSeparation实际剪断第6页，共72页。AssemblyandsetupofCOD&COK2 BasicMechanismofShearingQualityProblems:-质量问题OvalShape

椭圆形Tilting

歪斜Poorshear

剪切面粗糙Burr

毛刺NotStraight不直ClearanceTooBig间隙太大OptimumClearance最佳间隙ClearanceTooSmall间隙太小ElasticDeformation弹性变形Roll-over曲面Plasticshear塑性剪切InitialFracture初始断裂FinalFracture最终断裂PhysicalSeparation实际剪断第7页，共72页。AssemblyandsetupofCOD&COK2 BasicMechanismofShearing(HalfCutCOK)半剪NoControlofBlank

落料无法控制DifferentShearPatterns

剪切方式不同BlankNotStraight

线材不直BigRoll-over

曲面较大LowCost

成本低廉EasytoSetup

安装简易LongToolLife

模具寿命较长第8页，共72页。AssemblyandsetupofCOD&COK2 BasicMechanismofShearingNeedReliefSurfaces

需要表面退让（退剪槽〕CarefulControlofClearance

间隙要求高DifficultCOK/CODAlignment

剪刀、剪体对齐困难BetterShear/Quality

较好的剪切质量AchieveStraightBlank

剪断的线材较直SmallRoll-over

曲面小(CompleteCut全剪)第9页，共72页。AssemblyandsetupofCOD&COKCommonBlankQualityIssue

常见的线材剪切质量问题Roll-over

曲面Plasticshear

塑性剪切SecondaryFracture/Tongue

二次断裂/舌状毛刺Burr

毛刺Straightness

直线性1443234第10页，共72页。AssemblyandsetupofCOD&COK4 COD&COKSetting

安装Relief表面退让（退剪槽〕SmallRadius小圆角Relief表面退让（退剪槽〕第11页，共72页。AssemblyandsetupofCOD&COK5 COD&COKMaterials材料ToolSteel模具钢Carbide钨钢第12页，共72页。AssemblyandsetupofCOD&COK6

MainProcessParameters主要参数MaterialHardness

材料硬度COK/CODClearance剪刀/剪体间隙COK/CODDiameters剪刀/剪体内孔直径COKSpeed

剪刀速度Lubricants

润滑TypesofCOK

剪刀类型Hardermaterialsneedbiggerclearance,moretoolrelief&higherspeed

当剪切较硬的线材时,需要更多的间隙,表面退让(退剪槽)和更快的速度.TooloosetheCOD/COKdiameterswillbendtheblankandcausetaperends

剪刀/剪体的内孔直径太大时,会造成线材弯曲,线材末端缩小.Shearingwithoutlubricantscausesshorttoollife

无润滑剪切会缩短模具寿命.第13页，共72页。AssemblyandsetupofCOD&COK7 UnderstandDefects缺陷分析?PoorShearedSurface:smallclearanceandnotoolrelief

剪切面粗糙:间隙太小/没有表面退让Burr:COKor/andCODwornoff

毛刺:剪刀/剪体磨损Tongue:smallclearanceandnotoolrelief

舌状毛刺:间隙太小/没有表面退让BentBlank:COK/CODdiametertoobig

线材弯曲:剪刀/剪体内孔直径太大OvalShape:COK/CODdiametertoobig

椭圆形:剪刀/剪体内孔直径太大BigRoll-over:clearancetoobigandToolwornoff

曲面大:间隙太小/模具磨损第14页，共72页。AssemblyandsetupofCOD&COK7 UnderstandDefects缺陷分析?硬材料间隙较小剪切面较好刀口易磨损钨钢易破损软材料间隙较大剪切面难控制要退让曹材料易弯第15页，共72页。Assemblyandsetupofmaindies主模组立第16页，共72页。Assemblyandsetupofmaindies第17页，共72页。AssemblyandsetupofmaindiesBasicofColdForming正挤压反挤压打头第18页，共72页。AssemblyandsetupofmaindiesBasicofColdFormingAcombinationofdiscipline,skill,knowledge&continuousimprovement.生产良好的冷锻件，操作者需要具备:纪律,技能,知识和持之以恒的进取精神。冷锻的基础知识第19页，共72页。AssemblyandsetupofmaindiesMaterialsforDieConstruction模具的材质

CarbideInsert钨钢HotWorkSteel耐热钢HighSpeedSteel高速钢第20页，共72页。AssemblyandsetupofmaindiesTypesofDieDesign模具设计的类型SolidMainDie实心主模StepSolidMainDie台阶实心主模

Die-Piece/Casing/Insert套片整装主模StepDie-Piece/Casing/Insert台阶套片整装主模第21页，共72页。AssemblyandsetupofmaindiesTypesofDieDesign模具设计的类型LowCost成本低廉EasyAssemble组装简易LongToolLife模具寿命长久TheREASONfordifferentdiedesigns不同模具设计的成因NormalCost成本一般EasyAssemble组装简易ToolLifeShorter模具寿命较短SomeAssemblyProblem某些组装问题DifficulttoAlignment对齐困难ShortDie-pieceLife套片寿命短HighCost成本昂贵SomeAssemblyProblem某些组装问题DifficulttoAlignment对齐困难ShortDie-pieceLife套片寿命短VeryHighCost成本最昂贵第22页，共72页。AssemblyandsetupofmaindiesImportanceofDieSurfaceFinishing

模具表面加工的重要性第23页，共72页。AssemblyandsetupofmaindiesCompressiveStress压应力Propercompressivestresstoreducematerialbreathingduringforming

适当的压力可减少在冷锻时材料的伸展Increaseproductdimensionstability

增加产品尺寸的稳定性Extendtoollife

延长模具寿命0.5%hot-shrink-fitinterference0.5%预热组合的过盈配合量0.5%coldpressinterference0.5%冷装组合过盈配合量0.5%taperpressinterference0.5%斜角部分的过盈配合量第24页，共72页。AssemblyandsetupofmaindiesGoodDieAssembly正确组装模具Positivesteptoensurepropersupportofdiepiecebydieinsert有效间隙以保证给予套片适当的支撑Positivesteptoensurepropersupportofdieinsert有效台阶以保证给予组合套心适当的支撑SufficientchamferProperinstallationofdiepiece适当安装套片SufficientInterference足够的过盈量足够的倒角第25页，共72页。AssemblyandsetupofmaindiesDefectiveParts/Dies缺陷部件/模具DiePieceBreaks:

套片破裂1 Diepieceanddiecaseoffcenters

套片和主模套偏心2 Roughsurfaces/insufficientpolishing

表面粗糙/研磨,抛光不足3 Poormatchingoftapersurfaces

斜角部分配合不好4 Insufficientcompressivestress

压力不足5 Nopropersupportfromdieinsert

组合套心没有给予套片恰当的支撑6 Insufficientstepradius

台阶部分圆角太小7 Poorpunch/diealignment

冲件/主模没有对齐8 Blankover-length

线材剪切太长9 PunchRecesshitting

二冲窜伤10 HighKOforce(taper/overforged/roughsurface) 顶出力太大(倒锥，太饱满，表面粗糙）第26页，共72页。AssemblyandsetupofmaindiesDefectiveParts/Dies缺陷部件/模具StepDieFractures:

台阶主模破损Hydrauliceffect/toomuchoil/air&oiltrap

液压影响/润滑油太多/憋气憋油Insufficientstepradius

台阶部分圆角太小Roughsurfaces/insufficientpolishing

表面粗糙/研磨,抛光不足Poorpunch/diealignment

冲件/主模没有对齐Blankover-length

线材剪切太长Poorhot-shrink-fit

预热组装配合差Heavyknockoutaction

顶针冲击力过大PunchRecesshitting

二冲窜伤HighKOforce(taper/overforged/roughsurface)顶出力太大(倒锥，太饱满，表面粗糙）第27页，共72页。AssemblyandsetupofmaindiesDefectiveParts/Dies缺陷部件/模具MainDieChipoff/Cracks:主模脆裂Impropersittingofmaindie 主模安装位置不正确Insufficientstepradius 台阶部分圆角太小Roughsurfaces/insufficientpolishing 表面粗糙/研磨,抛光不足Poorpunch/diealignment 冲件/主模没有对齐Blankover-length 线材剪切太长Poorhot-shrink-fit 预热组装配合不好Overknockoutaction 顶针行程过大PunchRecesshitting 二冲窜伤第28页，共72页。AssemblyandsetupofmaindiesDefectiveParts/PoorDies 缺陷部件/劣质模具Diewear:

模具磨损Poorhot-shrink-fit预热组装配合不好Poorpunch/part/diealignment冲件/冲头/主模没有对齐Wrongcarbidegrades选择错误的钨钢等级Insufficientorwronglubricant润滑不足或用错润滑油PartsDefects:

部件缺陷Gallingduetomisalignment/poorcarbide磨伤--模具没有对齐/劣质钨钢Blankdiameteroversizeduetopoorhot-shrinkfit光杆直径太大--预热组装配合差Blankdiameterundersizeduetowrongdiediameter光杆直径太小--主模内径错误Inconsistentblankdiameterduetodiediametertoobig光杆直径不稳定--主模内径太大Roughsurfacesduetopoordiepolishing表面粗糙--模具研磨,抛光不足第29页，共72页。Assemblyandsetupofpunches冲头组立/失效分析第30页，共72页。

第31页，共72页。Timing/Speed时间/速度4m/sec(4米/秒)1m/sec(1米/秒)(MH-10Machine)(UI-10Machine)第32页，共72页。Friction摩擦系数

ToolDimension(cancheck)模具尺寸(可以测量)

ToolSurfaceRoughness(difficulttocheck)

模具表面粗糙度(较难测量)第33页，共72页。Friction摩擦系数ChangingFactors:-影响因素LubricationOil润滑油ToolSurfaceRoughness模具粗糙度PreformSetting一冲成形设置MachineSpeed机器速度ChangingDimension:-受影响尺寸Flatness平直度HeadCornerRadii头部圆角HeadRoundness头部圆度Headdiameter头部直径第34页，共72页。Alignment对齐PrematureWearofRecessIncorrectHeadShapePrematureBreakofRecessOff-centerRecess(<0.05mm

)梅花部分磨损头形错误梅花部分破裂梅花偏心(<0.05mm

)第35页，共72页。HowPunchesFail1.WearoffIncorrectHardness(AboveHRC65)InsufficientLubricantIncorrectPunchMaterial(M2,M42,Carbide)WithoutCoating(TiN,TiCN,TiAlN)PoorPreform(1stPunchPreparation)NatureWear2.ChipOffPoorAlignmentPoorSetupSkillPoorsurfaceIncorrectPunchMaterialMishandlingVibrationSpeedtooFast3.BreakoffRecessStrippedoffbending/MisalignmentPinandInsertMismatchIncorrectPreform(1stPunchPreparation)SpeedtooFastWrong/InstableProcessHighFrictionPoorCutOff1121233第36页，共72页。二冲如何损坏1.磨损硬度错误(高于HRC65)润滑不足二冲材质错误(M2,M42,Carbide)没有涂层(TiN,TiCN,TiAlN)一冲成形差(1stPunchPreparation)自然磨损2.破损没有对齐安装技术差表面粗糙二冲材质错误人为损坏震动机器速度太快3.断裂梅花破裂二冲棒弯曲/没有对齐二冲套和冲棒不配一冲成形错误(1stPunchPreparation)速度太快错误/不稳定生产程序摩擦系数太大线材剪断不良1121233第37页，共72页。CommonPunchProblemsShortToolLifeIncorrectHardness(AboveHRC65

)InsufficientLubricantIncorrectPunchMaterial(M2,M42,Carbide)WithoutCoating(TiN,TiCN,TiAlN)PoorPreform(1stPunchPreparation)PoorAlignmentPoorSetupSkillPunchMaterialtooHard(AboveHRC68

)MishandlingVibrationSpeedtooFastWrong/InstableProcessHighFrictionDimensionoutPoorToolSuppliersPoorReworkToolingnotmatchOrderWrongToolPoorToolSuppliers第38页，共72页。常见二冲问题寿命短硬度错误(高于HRC65

)润滑不足二冲材质错误(M2,M42,Carbide)没有涂层(TiN,TiCN,TiAlN)一冲成形问题(1stPunchPreparation)没有对齐安装技术差二冲材质太硬(高于HRC68

)人为损坏震动机器速度太快错误/不稳定生产程序摩擦系数太大尺寸错误模具供应商不佳模具修改误差模具不能配合购买错误模具模具供应商不佳第39页，共72页。CommonProductProblems常见产品问题成形形状不正确润滑油模具表面粗糙度模具尺寸不正确成形深度不正确冲棒磨损冲棒破损成形偏心二冲没有对齐一冲成形差线材剪断不良斜角大润滑油模具尺寸不正确一冲成形不正确非正常的外观缺陷润滑油模具表面粗糙度模具尺寸不正确第40页，共72页。4.Understandsteel&carbidetools第41页，共72页。ManufacturingofFastenersandforgingpartsfallinthesamefamily紧固件与冷锻件的生产工艺第42页，共72页。LowcarbonsteelAnti-gallingSUS

高耐磨不锈钢Hotworksteel

耐热钢Generaltoolsteel

普通工具钢Highspeedsteel

高速钢Coarsegraincarbide

粗颗粒钨钢Finegraincarbide

细颗粒钨钢300SUS400SUS4000Mpa兆帕3000MPa2000MPa1000MPaHowStrongisStrong钢的强度对照表1000Mpa=100kg/mm21000兆帕=100千克/毫米2低炭钢300系列不锈钢400系列不锈钢第43页，共72页。DieDesign模具设计螺纹锁紧件套壳上套心下套心钨钢套心衬套给予轴向预先加压第44页，共72页。123GoodDieAssembly正确组装模具预先加压卸载加载第45页，共72页。phase1cyclicloading

oftheundamagedmaterial材料受力而产生反复的胀缩变形phase2initiationof

microcracks

a<0.1mm开始出现微小的裂痕phase3mergingofmicrocrackstosurfacedefectsandlargercracks

0.1<a<0.5mm微小的裂痕深入到表面，使裂纹加深phase4growthoflargercracks

a>0.5mm演变成更大的裂痕CarbideInsert钨钢HotWorkSteel耐热钢HighSpeedSteel高速钢第46页，共72页。5.Understandtoolsurface&friction第47页，共72页。Understandtoolsurface&friction理解模具表面及摩擦力Whatisfriction什么是摩擦力?Effectoffriction摩擦力产生的影响?Practicalconsiderations应用时需考虑的因素?第48页，共72页。Whatisfriction什么是摩擦力?YForce拉力XForce压力FrictionCoefficientm=Xforce/Yforce摩擦系数m=X压力/Y拉力NormalFrictionCoefficientformetalforming=0.05to0.2通常金属表面磨擦系数=0.05to0.2第49页，共72页。Effectoffriction摩擦力产生的因素AssumeHighToolFriction采用摩擦力大的模具AssumeLowToolFriction采用摩擦力小的模具第50页，共72页。Effectoffriction摩擦系数产生的影响?AssumeLowToolFriction采用摩擦力小的模具AssumeLowToolFriction采用摩擦力小的模具第51页，共72页。Effectoffriction摩擦系数所产生的影响AssumeLowToolFriction摩擦力那一边大小？?第52页，共72页。Practicalconsiderations实际情况需考虑因素??第53页，共72页。Practicalconsiderations实际情况考虑因素第54页，共72页。Understandtheeffectofpreform了解预成型的影响第55页，共72页。Understandtheeffectofpreform了解预成型的影响WhatisPreform什么是预成型Whatisanoptimisedpreform什么是好的预成型Theeffectofpreform预成型的影响Whatisanoptimisedprocesscontrol什么是好的预成型过程控制Canpreformbealwaysbethesame预成型都是相同的吗?Shouldwehaveapreformdrawing我们需要预成型图纸吗第56页，共72页。WhatisPreform什么是预成型?第57页，共72页。Whatisanoptimisedpreform什么是好的预成型?Operational:-操作方面?ToolLife:-模具寿命方面?ProductQuality:-产品质量方面?第58页，共72页。Whatisanoptimisedpreform什么是好的预成型Operational:-操作方面Controllable可控制的Achievable能够完成的Stable稳定的Maintainable可持续的Lowcost低成本的Manufacturable可操作的Repeatable可重复的Independent不受制约的ToolLife:-模具寿命方面Lowpunchforce低冲力Lowpunchstress低压力Manufacturable可持续的Lowcost低成本的ProlongOperation延长生产力ProductQuality:-产品质量方面No/MinimumDefects无缺陷或缺陷最小Achieveconsistentquality达到品质一致Achieverequireddimension达到要求尺寸第59页，共72页。Theeffectofpreform预成型的影响Operational:-操作方面Controllable可控制的Achievable可实现的Stable稳定的Maintainable可持续的Lowcost低成本的Manufacturable可操作的Repeatable可重复的Independent不受约束的ToolLife:-模具寿命Lowpunchforce低冲力Lowpunchstress低压力Manufacturable可操作Lowcost低成本ProlongOperation延长生产力ProductQuality:-产品质量No/MinimumDefects无/最小缺陷Achieveconsistentquality达到质量一致Achieverequireddimension达到要求尺寸Punchforce冲力Punchstress压力Toolwear模具磨损Laps/Folds褶皱Surface表面条件Dimensions尺寸Toollife模具寿命Partquality部品质量第60页，共72页。Theeffectofpreform预成型的影响FormingoffastenersusingdifferentPreformdesign(effectofpreformonthefinalformingshape)采用不同预成型的产品的最后成型Using5113forIllustration以5113为例矮扁的预成形较高的预成形第61页，共72页。Theeffectofpreform预成型的影响Higherformingpressure较高的成型压力Lowerformingpressure较低的成型压力Fastenerformingusingflatterpreform采用扁而平的预成型Fastenerformingusingtallerpreform采用较高的预成型矮扁的预成形较高的预成形第62页，共72页。Theeffectofpreform预成型的影响Tallerpreform高预成型Lowpunchforce冲力小Longertoollife模具寿命长Stableprocess过程稳定MajorFolds较大褶皱LowerPreform低预成型Highpunchforce冲力大Shortertoollife模具寿命短Minimumfolds褶皱最小