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2024第十八届中国上海国际汽车模具及技术装备展览会

2024年8月2-4日    上海新国际博览中心  

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2024第十八届中国上海国际汽车模具及技术装备展览会

汽车冲压模具基本知识,重温汽车模具的那些事

 第一节 模具的定义和分类 


一、模具的定义


模具,是以特定的结构形式通过一定方式使材料成型的一种工业产品,同时也是能成批生产出具有一定形状和尺寸要求的工业产品零部件的一种生产工具。


大到飞机、汽车,小到茶杯、钉子,几乎所有的工业产品都必须依靠模具成型。用模具生产制件所具备的高精度、高一致性、高生产率是任何起它加工方法所不能比拟的。模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品开发能力,所以模具又有“工业之母”的荣誉称号。


拉延模:保证制成合格覆盖件的最主要的装备,其作用是将平板状毛料经拉延工序使之成为主体空间工件,分正装和倒装两种形式。


•修边模:用于将拉延件的工艺补充部分和压料凸缘多余部分切除,为翻边和整形准备条件,在小批量生产时,可以用手工或其它简单设备代替,修边模往往兼冲孔。


•冲孔模:在毛坯或板料上,沿封闭的轮廓分离出废料得到带孔制件的冲模。


•翻边模:是将半成品工件的一部分材料相对另一部分材料产生翻转的制件。


•整形模:将半成品调整尺寸轮廓以提高尺寸精度和表面光洁度的冲模。


 第二节 冲压模的成形特点 


一、冲压模的定义


在常温下,把金属或非金属板料放入模具内,通过压力机和安装在压力机上的模具对板料施加压力,使板料发生分离或变形制成所需的零件。这类零件称为冲压模。


二、各类冲压模的成形特点

  • 拉延模:将平板毛坯在压力机上拉延,得到曲线形空心件或覆盖件。

  • 修边模:将平的、空心的或立体实心零件多余外边切掉

  • 冲孔模:将零件内的材料以封闭轮廓分开,使零件得到孔

  • 翻边模:用拉伸的办法使原冲孔的孔边形成凸缘

  • 整形模:将原先压弯或拉伸的零件通过模具压成所需形状

 第三节 冲压模的结构组成 


根据每个零部件的作用、要求,冲压模主要由工艺性零件与结构性零件两大类组成。


一、工艺性零件


直接完成冲压工序,即与材料或冲压件发生直接接触的零件。如成形零件(凸模、凹模)、定位零件(定向板、定位销)、压料零件(压料圈)等。


二、结构性零件


在模具中起安装、组合、导向作用的零件。如支撑零件(上、下模座、凸、凹模固定板)、导向零件(导柱、导套)及紧固零件等。


一般来说,汽车模具结构主要包括以下几部分:

上模座、下模座、压料圈、凸模部分、凹模部分、各类镶块、各类斜契吊契、定向板、定位销、定向导柱导套、限位装置、安全装置、挡料板、废料槽以及各种标准件等。



 第二章 汽车模具的制造知识 


第一节 汽车模具的制造特点


一、制造质量要求高


模具制造不仅要求加工精度高,而且还要求加工表面质量要好。一般来说,模具工作部分的制造公差都应控制在正负0.01mm以内,有的甚至要求在微米级范围内;模具加工后的表面不仅不允许有任何缺陷,而且工作部分的表面粗糙度Ra都要求小于0.4um。


二、形状复杂


模具的工作部分一般都是二维或三维的复杂曲面,而不是一般机械加工的简单几何体。


三、材料硬度高


模具实际上相当于一种机械加工工具,其硬度要求较高,一般都是用淬火工具钢等材料制成,若用传统的机械加工方法,往往感到十分困难。


四、单件生产


通常生产少量冲压件,一般都需要三—五副模具,模具制造一般是单件生产。每副制造一幅模具,都必须从设计开始,大约需要一个多月甚至十几个月的时间才能完成,设计、制造周期都比较长。


 第二节 汽车模具的制造流程 


一、冲压工艺分析和模具生产估算


在接受模具制造的委托时,首先要根据制品零件图样或实物,先做冲压工艺分析,分析研究将采用模具的套数、模具结构及主要加工方法,然后进行模具估算。


1、冲压工艺分析


冲压工艺是通过模具对毛坯施加外力,使之产生塑性变形或分离,从而获得一定尺寸、形状和性能的工件的加工方法。冲压工艺的应用范围十分广泛,既可以加工金属板料、棒料,也可以加工多种非金属材料。由于加工通常是在常温下进行的,故又称为冲压压。而冲压工艺分析是通过各个方面的参数综合确定最佳的冲压工艺。


冲压件工艺性的好坏,直接关系到产品的质量和成本。工艺性良好的冲压件,所需工序过程简单,容易加工,能节省原材料,延长模具的使用寿命.同时产品质量稳定。


在—定生产批量条件下,高质量、低成本地制造出零件,取得很好的生产效益。在考虑冲压件的工艺性时,一般应遵循下列原则:


(1) 尽量简化生产工序,考虑用最少和尽量简单的冲压工序来完成整个零件的加工、提高劳动生产率。


(2) 保证产品质量的稳定性,减少废品率。


(3) 尽量简化模具结构,延长模具的使用寿命。


(4) 有利于提高金属材料的利用率,同时尽力减少所用材料的品种相规格。


(5) 有利于产品的通用性和互换性。


(6) 零件的设计应便于冲压操作,并有利于生产的机械化和自动化。


2、模具估算部分:


(1)模具费用

指材料费、外购零件费、设计费、加工费、装配调整及试模费等。必要时,还要估算各种加工方法所用的:工具及其加工费等,最后得出模具制造价格;


(2)交货期

估算完成每项工作的时间,并决定交货期;


(3)模具总寿命

估算模具的单次寿命以及经多次简单修复后的总寿命(即在不发生事故的情况下,模具的自然寿命);


(4)制品材料

制品规定使用的材料性能、尺寸大小、消耗量以及材料的利用率等;


(5)所用的设备

了解应用模具的设备性能、规格及其附属设备。


 二、模具设计 


在进行模具设计时,首先要尽量多收集信息,并认真地加以研究,然后再进行模具设计。若不这样做,即使是设计出的模具功能优良,精度很高,也不能符合要求,所完成的设计并不是最佳设计。所要收集的信息有:


1. 来自营业方面的信息最重要,包括:

①产量(月产量和总产量等);

②产品单价;

③模具价格和交货期;

④被加工材料的性质及供应方法等;

⑤将来的市场变化等;


2. 所要加工制品的质量要求、用途以及设计修正、改变形状和公差的可能性;


3. 生产部门的信息,包括使用模具的设备性能、规格、操作方法以及技术条件;


4. 模具制造部门的信息,包括加工设备及技术水平等;


5. 标准件及其他外购件的供应情况等。


 三、模具制图 


(1) 装配图


如果模具设计方案及其结构已经确定,就可以绘制装配图。装配图的绘制方法有三种:①主视图画成上、下模对合状态(下止位置);俯视图只画下模。②主视图画上、下模组合状态,俯视图上、下模各画一半。②绘制组合状态的主视图后再分别画上、下模俯视图。应用时,可根据模具结构的需要选用其中的一种。


(2)零件图


零件因要根据装配图绘制,使其满足各种配合关系,并注明尺寸公差及表面粗糙度,有的还要写明技术条件。标准件不要画零件图。


 四、模具制造工艺编制及要求 


(1)审核模具及其零件

模具或零件名称、图样、图号或企业产品号、技术条件和要求等;


(2)整个模具零件毛坯的选择和确定

毛坯种类、材料、供货状态;毛坯尺寸和技术条件等;


(3)整个模具生产过程中的工艺基准,及其选择与确定力求工艺基准与设计基准统一重合;


(4)设计、制订模具成型件制造工艺过程:

① 分析成型件的结构要素及其加工工艺性;

② 确定成型件的加工方法和顺序;

③ 确定加工机床与工装


(5)设计、制订模具装配、试模工艺:

① 确定装配基准;

② 确定装配方法和顺序;

③标准件检查与补充加工;

④ 装配与试模;

⑤ 检查与验收。


(6)确定工序的加工余量

根据加工技术要求,和影响加工余量的因素,采用查表修正法或经验估计法,确定各工序的加工余量。


(7)计算、确定工序尺寸与公差

采用计算法或查表法,经验法确定模具成型件各工序的工序尺寸与公差(上、下偏差)


(8)选择、确定加工机床与工装


(9)计算、确定工序、工步切削用量


合理确定切削用量对保证加工质量,提高生产效率,减少刀具的损耗具有重要意义。机械加工的切削量内容包括:主轴转速,切削速度,进给量,吃刀量和进给次数;


(10)计算、确定工时定额

在一定生产条件下,规定模具制造周期和完成每道工序所消耗的时间,不仅对提高工作人员积极性和生产技术水平,有很大作用,对保证按期完成用户合同中规定的交货期,更具有重要的经济、技术意义。


 五、NC、CNC编程 


编程的工作步骤:


(1)毛坯设计

要充分发挥数控机床自动化程度高的特点,减少人工干预,在加工过程中必须做到切削量均匀,以减少机床震动,延长机床使用寿命。


(2)加工方式的确定

对被加工零件的几何形状、加工性能、材料特性和技术要求进行分析,确定工艺路线、选用机床及加工工序。


(3)刀具选择

根据毛坯尺寸、零件形状大小、材料特性、零件质量要求、刀具库存选用经济且加工效率高的刀具,将刀具参数加入UG程序进行编程运算。并在程序单上注明刀具。


(4)工步划分

将工艺方案具体划分为几个工步,确定各工步工作内容。


(5)加工路线确定

划分零件加工范围及加工先后顺序,确定加工路线。


(6)尺寸公差设计

根据零件质量要求,设计尺寸公差。


(7)切削参数的选定

设计或选用工夹具、刀具,确定加工特性(如对刀点、走刀路线、走刀速度、切削深度、刀程间距、主轴转速等),选用冷却剂等。


(8)定位基准、夹具方案选择

对有特殊定位要求的零件设计定位基准,并设计其工装夹具。


(9)信息生成

生成数控加工走刀程序信息,包括数据准备、程序编制与程序调试。将生成的加工信息根据传递介质的不同予以记录。


(10)试切加工

按程序试切加工,对试切件检查验证。必要时修改数控加工程序与调整加工参数,直到满足要求为止。


(11)加工生产

按试切加工合格的程序正式加工生产产品零件。


 六、零件加工 


(1)机加车间按图纸、工艺、技术要求加工大型零件;


(2)拼装车间按图纸、图纸、工艺要求加工小型零件;


(3)拼装车间按图纸、工艺要求划线、钻孔、拼装镶块到底板(固定座)上,紧固,送机加车间;


(4)机加车间按图纸、工艺、技术要求粗(半精)加工零件型面、轮廓、孔位、刃口等;


(5)钳调车间按图纸、工艺、要求对零件修整、拆卸、划线、钻孔等;


(6)拼装车间按图纸、工艺、技术要求二次加工小型零件(空刀、背刀等);


(7)机加车间按图纸、工艺、技术要求精加工零件型面、轮廓(只限于本位拉延模);


(8)钳调车间待零件的二次加工结束后,检查零件是否还有没加工和不合格处,如零件已全部加工完并合格,即可送热处理;


(9)热处理

根据工艺要求分别进行整体热处理和表面热处理(热处理包含:淬火、退火、正火、调质、黑化处理、发蓝处理、渗碳淬火、渗氮淬火、盐浴、实效处理、表面火焰淬火等等)。其作用是使零部件的HRC值达到模具所需要的标准。


(10)钳调车间将热处理合格的零件连同图纸一起送拼装车间,进行零件的精加工;


(11)拼装车间按图纸、工艺、技术要求进行零件的精加工(平磨、圆磨、电加工等);


(12)钳调车间按图纸、工艺、技术要求,二次拼装镶块到底板(固定座)上,紧固,送机加车间;


(13)机加车间按图纸、工艺、技术要求精加工零件(型面、孔位、刃口等)合格后,送钳调车间;


(14)钳调车间按图纸、工艺、技术要求修整型面、轮廓、刃口、安装附件等,直至符合图纸要求,完成模具的装配;


(15)钳调车间对模具进行清洗、刷防锈油、刷漆、钉标牌等所有出厂前的工作和模具完善工作;


(16)装配

装配就是把加工好的零件组合在一起构成一副完整的模具。在这一过程中,仅仅把加工好的零件紧固,或是打入定位销等纯装配操作是极少见的。一般都是在装配调整过程中进行一定的人工整修或机械加工。


(17)钳调车间对模具进行调试、修整,直至调出合格的产品工序件,其中包括预验收、模具整改、客户的终验收;


(18)钳调车间对模具进行清洗、刷防锈油、刷漆、钉标牌等所有出厂前的工作和模具完善工作。


 七、模具调整 


冲压模制造完成以后,还必须在压力机上对其动态精度进行试冲压验证,通过试冲压出的工序件检查来鉴别冲压模制造质量,并发现问题消除制造缺陷,达到合格的零件,这个过程叫做冲压模的制造调整。制造调整通常是在制造单位应用其试冲压设备进行的。


当模具移交给使用单位以后,在生产线上使用的压力机往往和制造单位压力机不相同,环境和条件也各有差别,所以模具移交后还必须进行试压验收,并在试冲压中再次检查发现问题,消除制造存在的缺陷,试冲压出合格的冲压产品。这个过程叫做使用调整。


制造调整和使用调整是冲压模试冲压调整的两个方面,俗称冲压模调整。冲压模调整可以发现冲压件的工艺性、冲压工艺设计、冲压模设计和冲压模制造等方面的问题,可以积累大量的原始资料和丰富的实践经验。


 第三节 模具制造和使用中的常见问题 


一、模具表面质量对模具使用性能的影响


1、冲模凸、凹模工作表面粗糙度Ra值大,将造成凹模孔初期磨损增大,则凸、凹模之间间隙亦将随之增大;


2、 导向副配合面的Ra值增大,将会破坏油膜,产生摩擦;Ra值过小,则易产生“咬合”,加速表面的破坏与磨损;


3、影响型面的疲劳强度,如凸模在工作时受压应力与拉应力交变载荷,Ra值大将产生局部应力集中,其尖凹处易形成裂纹,造成疲劳损坏;


4、影响耐腐蚀性能,Ra值过大,其波凹处易积聚腐蚀性介质,产生化学腐蚀;其波峰面易产生电化学腐蚀。


二、模具爆裂的原因


(1)模具材质不好在后续加工中容易碎裂;

(2)热处理:淬火回火工艺不当产生变形;

(3)模具研磨平面度不够,产生挠曲变形;

(4)设计工艺:模具强度不够,刀口间距太近,模具结构不合理,模板块数不够无垫板垫脚;

(5)线切割处理不当;

(6)冲床设备的选用:冲床吨位,冲裁力不够,调模下得太深;

(7)脱料不顺:生产前无退磁处理;生产中有断针断弹簧等卡料。


三、影响模具寿命的因素


(1) 冲压设备

(2) 模具设计

(3) 冲压工艺

(4) 模具材料

(5) 热加工工艺

(6) 加工表面质量

(7) 表面强化处理

(8) 正确使用和合理维护


 第四节 汽车模具的冲压件生产 


汽车模具的冲压件加工工序,根据零件的形状、大小、精度、材料和批量不同,基本上分成两大类,即分离工序和成形工序。


一、分离工序


指金属板材所受应力超过材料的强度极限,使板材发生剪裂,而发生分离。分离工序主要包括:

① 落料

利用冲模沿封闭轮廓曲线冲切,使零件与坯料分离,冲下部分是零件。

② 冲孔

利用冲模沿封闭轮廓曲线冲切,使零件与坯料分离,冲下部分是弃料,留下部分是零件。

③ 剪切

利用剪刀或冲模沿不封闭轮廓曲线剪下零件;或将工件材料部分切开,但不分离成两部分

④ 切边

将成形零件的边缘修切整齐或切成一定形状。


二、成形工序


指金属板材所受应力超过材料的屈服极限,使板材发生塑性变形并转化成所需形状的零件。成形工序主要包括:

① 弯曲

在外力作用下,利用模具使坯料产生弯曲变形,达到要求的形状。

② 拉伸

把平板坯料成形为各种空心的零件,包括不变薄拉伸和变薄拉伸。

③ 翻边

把孔或板料的边缘翻出凸缘,以提高强度或供连接使用。

④ 胀形

利用压力将直径较小的空心零件、管材、板材,由内向外膨胀成直径较大的曲母线零件。

⑤ 扩口及缩口

在空心毛坯或管状毛坯的某个部位上使其径向尺寸扩大或减小的成形方法。

⑥ 校形

是一种辅助成形工序,用以消除钣金零件经过各种成形加工后几何形状尺寸上出现的缺陷,或经热处理后由于应力不均而产生的翘曲,使零件的形状尺寸精度达到设计要求。


 第三章 汽车模具钳调基础知识 


第一节 钳调工工作范围


模具钳调各是利用各种手工工具、钻床及制造模具的 专用设备,通过技术加工操作,来完成目前机械加工还不 能完成的工序,并将加工好的零件,按模具总装图进行装 配、调试,最后制出合格的模具产品来。


模具钳调工要制造好模具,必须熟悉、掌握以下几点:


(1)熟悉模具的结构和工作原理;

(2)了解模具零件、标准件的技术要求和制造工艺;

(3)掌握模具零件的钳加工方法和模具的装配方法;

(4)了解模具所使用的成形机械的使用和模具在其上的安 装方法;

(5)掌握模具的调试方法;

(6)掌握模具的维护、保养及修配方法。


第二节 钳调工艺流程


第三节 钳调工必须掌握的技能


一、识图能力

识图是模具钳工的基础。识图主要是能看懂零件图和装配图,零件图对钳调工序来说主要是反映加工面的尺寸、相对位置、型面公差及加工精度。装配图主要反映零件的相对位置及零件间的配合公差。模具装配在实际操作中和一般装配相对装配图来说有很大的区别。


二、钻孔加工

在模具标准件、镶块、斜契、吊契、拼块及辅助件固定或定位都需要钻孔加工。钻孔加工主要掌握以下几个方面:⑴钻床的正确使用:各种按钮和操作手柄的使用、主轴转速的选择、进给量的选择。⑵钻法的刃磨及刀刃角度对切削的影响。⑶工件的正确夹紧。⑷各种材料(铸钢和铸铁)对主轴转速、进给量、刀刃角度的影响、选择切削液等。⑸常用标准螺纹孔径的选择以及丝锥的正确使用方法。⑹钻床的保养及安全事项。


三、研磨加工

使用风动或电动工具打磨模具型面。


四、量具

量具是测量实物或实物间的实际尺寸。钳调通常有一下几种:卷尺(1mm)、钢尺(0.5mm)、塞尺(0.02-1mm)、游标卡尺(0.02mm)、千分尺(0.01mm)、内径百分表(0.01mm)、R规。()是代表尺的精确度。


五、装配

装配是钳调是重要环节。模具的装配和一般的钳工装配有很大的区别。一般的钳工装配只需要按照装配图安装即可,一般视为静态装配,而模具装配大部分属于动态装配,一般考虑压机工作状况和热处理后的变形。以下是常用几种类型:


⑴模座导板安装

导板紧贴靠山面,找到导板的相对位置,用样冲找到孔的中心点,再钻孔攻丝。另外还要检查导板和安装面的研合率。在导板安装完毕后,检查上下模座导板间的配合间隙,外导板间隙为10道以内、内导板为8道以内。


⑵吊契斜契部分的安装

吊契斜契的分为3部分,安装槽、滑动部分和驱动座。它们的基准是安装槽,滑动部分以安装槽为标准,驱动座以数控与滑动部分为标准。斜契(吊契)冲孔模的凸模的是以数控为粗基准,再在压机上调节侧间隙。


斜契(吊契)上的导板与安装面的有效接触面应达到80%以上。导板的侧面间隙为3道(500以下)以内;500以上为5道以内。上导板的间隙为2(500以下)以内;500以上为3道以内,同时要保证它们之间运动的灵活。


⑶修边模拼块安装

拼块的安装是在拼装车间拼装完毕粗加工和淬火后的安装和局部的调整。先对型面和型腔作一次调整,包括型面和间隙的修整和镶块之间间隙的修整。有靠山面的则以靠山面为基准,没有靠山面的则要定出几个镶块的位置,一般是对角。再精加工。


⑷冲孔模凸模(冲孔销)的定位

由于凸模和凹模的侧边间隙只有3道,在数控找点和手工钻孔攻丝都存在误差(特别是后者),所以很难精确定位,这时只有在压机动态的情况下人工定位。


一般的方法:对于圆柱型的,在数控机床找一点;对于非圆柱型的,在数控机床上找两点钻孔攻丝来粗定位。精定位时,在凸模上抹上油泥,在相对的凹模上涂上红丹粉,通过压机来找到精准位置,最后用定位销定位。


⑸废料刀的装配

废料刀的装配和冲孔凸模有点相似。由于废料刀在修边模型面及型腔调整后发生改变,有时候还很大,所以纯以人工定位。先将模具置于压机上,把废料刀与型腔靠紧,用划针找出废料刀的位置,在钻孔攻丝后再找出精准位置。以上⑷、⑸是利用螺杆和孔之间有1.5道余量来达到要求的。


六、调整

调整是钳调工序最重要的环节,调整是使模具能加工出一个合格的零件,能增强模具的使用性能、使用寿命以及提供某种准确参数进行调试的工序,调整和装配往往是同时进行的。


在调整前,应首先掌握模具的类型、结构及零件的形状及相对参考基准。调整分为静态调整和动态调整。静态调整主要包括研合率、表面粗造度的调整。动态调整包括各种导柱、导套、导板间隙调整;导板、斜契(吊契)与安装面和靠山面的研合率调整;


修边模型腔与压料圈的间隙调整,镶块之间的间隙调整;所有模具运动行程的调整;压机压力的调试;各种镶块、废料刀的调整;拉延模过渡面的圆角、冲裁放料等。各种因素对模具的的影响:


A、研合率的影响

拉延模、整形模研合率不良会产生零件厚度不均匀、拉裂或拉皱或零件尺寸不精确的缺陷;修边模、整形模、冲孔模等会产生零件错位、拉伤、拉裂的缺陷。


B、粗造度的影响

容易造成零件表面刮伤;特别对于拉延模,如果表面粗造度过高,会造成拉延阻力大,造成零件的拉伤或拉裂。拉延模的拉延嵌拉延筋和过渡拐点表面粗造度应达到0.8甚至更高。


C、标准件之间间隙的影响

如果间隙过小,会造成标准件表面的拉伤;间隙过大,会造成相对运动部分配合错位较大,而且会影响模具的使用寿命。


D、拉延模压力的影响

压力过大,会造成零件的拉裂或变薄,过小,造成拉皱。对于双动压床,如果外压力过大,会造成拉不动的情况。总之,影响零件不合格的因素很多,对造成的原因只能综合分析逐个排除,主要是靠经验的累积。在调节研合率必须注意模具的基准。一般以凸模为基准,基准只能进行表面粗造度和毛刺的修整,不允许作修磨或型面的改变。


七、压机的使用

模具所使用压机有油压机和机械压机。油压机一般用于拉延模;机械压机用于别的模具。对于单个模具上压机,应注意压机压料圈的运动情况,往下调节时,不能一次调节过多,以免造成模具的损坏。对于机械压机,常用定位块和油泥来限位和检查。对于拉延模,压机压力首先要以设计压力为准,然后再小量的逐步调节。模具上压机前,应检查模具是否清洁,螺丝是否紧固,该调试部分的零部件是否装配完整;压机是否正常等。


八、安全事项

钳工是一项特殊工种,存在各种安全隐患。应该坚持“安全第一,预防为主”的方针。模具钳工安全隐患来源有:钻床、天车、各种磨具的使用、压机、噪音以及路面滑等。所以应该做到不伤害别人,不被别人伤害,不伤害自己,提高自己的警觉,增强自己的安全意识和技能。


九、常见零件缺陷

零件主要缺陷有:拉裂、拉皱、拉伤、局部变薄、变形、毛刺等。造成零件缺陷的原因有很多,比如:设计是否合理,工艺是否得当,材质的抗拉压变形能力,模具的表面粗造度、圆弧角、研合率、平面度,运动间隙的精度等。


文章来源:模具设计编程教学 侵删

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