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冲裁模的工作条件及失效形式
冲裁模的工作条件及失效形式 2011年12月10日 来源: 一.冲裁模的工作条件及失效形式 1.冲裁模的工作条件
冲裁模具主要用于各种板料的冲切。从冲裁工艺分析中我们已经得知,板料的冲裁过程可以分为三个阶段:弹性变形阶段、塑性变形阶段和剪裂阶段(见图2.1.3)。
在弹性变形阶段,当凸模对板料施加压力时,由于凸模和凹模之间存在间隙,受力部位不在同一垂线上,图2.1.1所示力臂为l。板料会在弯矩M的作用下产生翘曲,与凸模端面的中心部分脱离接触,。这时板料只和模具的凸、凹模刃口部分相接触,压力集中于刃口附近。在冲裁过程中,由于板料的弯曲,模具的受力主要集中于刃口附近的狭小区域。凸、凹模刃口区域不仅位于最大端面压应力和最大侧面压应力的交聚处,而且也处于最大端面摩擦力和最大侧面摩擦力的交汇处,工作时刃口承受着剧烈的压应力和摩擦力作用。
2.冲裁模的主要失效形式
模具刃口所受作用力的大小和板料的力学性能、厚度等因素有关。考虑到板料厚度对模具冲裁负荷的影响,通常可以将冲裁按板料的厚度分为薄板冲裁(t≤1.5mm)和厚板冲裁(t>1.5mm)。
对于薄板冲裁模,由于模具受到的冲击载荷不大,在正常的使用过程中,模具因摩擦产生的刃口磨损是主要的失效形式。磨损过程可分为初期磨损,正常磨损和急剧磨损三个阶段。对应于三个阶段,刃口的损伤过程如图11-3所示。
a)局部塑变 b)摩擦磨损 c)疲劳损坏
(初期磨损阶段) (正常磨损阶段) (急剧磨损阶段)
图11.1.1冲裁时刃口的损伤过程
(1)初期磨损阶段
模具刃口与板料相碰时接触面积很小,刃口的单位压力很大,造成了刃口端面的塑性变形,一般称为塌陷磨损。其磨损速度较快(见图11.1.1a)。
(2)正常磨损阶段
当初期磨损达到一定程度后,刃口部位的单位压力逐渐减轻,同时刃口表面因应力集中产生应变硬化,(见图11.1.1b)。这时,刃口和被加工坯料之间的摩擦磨损成为主要磨损形式。磨损进展较缓慢,进入长期稳定的正常磨损阶段,该阶段时间越长,说明其耐磨性能越好。。
(3) 急剧磨损阶段
刃口经长期工作以后,经受了频繁冲压会产生疲劳磨损,表面出现了损坏剥落(见图11.1.1c)。此时进入了急剧磨损阶段,磨损加剧,刃口呈现疲劳破坏,模具已无法正常工作。模具使用时,必须控制在正常磨损阶段以内,出现急剧磨损时,要立即刃磨修复。
随着刃口的磨损,工件的毛刺高度会不断增加,因此实际生产中,可以通过观测毛刺高度的大小来推断模具刃口的磨损量,在冲裁件达到质量允许的毛刺极限值时即进行刃 磨。
从磨损机理上分析,凸 、凹模的磨损主要是粘附磨损和磨粒磨损。粘附磨损是在模具刃口在与板料的相对摩擦运动过程中,由于高压产生了局部的相互粘着和咬合现象当接触面相对滑动时,粘附部分便发生剪切引起磨损。磨粒磨损是指模具工作时表面剥落的碎屑嵌入工作部件表面,成为磨料,使其逐渐磨损的过程。冲裁硬度较高的金属材料(如高碳钢、硅钢)时, 因材料 的硬粒或碳化物剥离而产生磨粒磨损。当冲压高韧性材料(如奥氏体不锈钢)时,易产生粘附磨损。
一般情况下,凸模的磨损要快于凹模,这是因为凸模刃口处的承力面积小于凹模,在同一冲裁力的作用下,凸模刃口处单位面积承受的压应力要比凹模刃口处更大一些;同时,在每一次冲裁过程中, 凸模都 要切入并退出板料,前后经历两次摩擦,而凹模和板料的分离部分仅发生一次摩擦。 而且,凹模的淬火硬度通常高于凸模,这一切使得凸模的磨损要比凹模更快。
此外, 凸模退出板料时,需要有一定的卸料力将板料从 凸模上 卸下,卸料力与作用在凸模上的其它压应力不同,是唯一的拉应力,使凸模在反复拉、压应力的作用下产生疲劳磨损,这也是致使凸模崩刃的原因之一。
对于厚板冲裁模,由于凸 、凹模受到的作用力增大,在过大应力的作用下,不仅会产生磨损,而且可能造成刃口变形、疲劳崩刃等现象。当冲裁 凸模较 细长时,还会引起弯曲变形或折断,如图 11.1.2所示。
a) 崩 刃 b) 弯曲 c) 折断
图 11.1.2 凸 模断裂和塑性变形
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