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  模具普通全鋼沖模的沖壓精度  

發表人:admin   來源:未知   時間:2018-03-01
  模具普通全鋼沖模的沖壓精度
  板料沖壓件的精度準確顯示出其沖模的沖壓精度。而任何沖件的線性尺寸精度與形位精度主要取決于沖模沖裁和立體成形沖壓件展開平毛坯的落料精度。因此,多工步復合沖壓的單工位復合模、多工位連續模的沖壓精度,在普通沖壓的眾多種類與不同結構的沖模中,最具典型性和代表性。
  沖模的沖壓精度分析
  對沖模投產至失效報廢各個時期沖件的實際誤差分析,可以看出其增大的時期及趨向,從而分析其增大的因素。新沖模投產至第一次刃磨前沖制沖件的誤差即所謂的初始誤差;沖模經過20次左右刃磨至失效報廢前沖制的沖件誤差稱之為常規誤差;而沖模失效報廢前沖制的最后一批合格沖件的允許最大誤差稱之為極限誤差。在現場,確定沖模刃磨壽命的依據是沖件沖孔與落料的毛刺高度。由于任何成形件都具有沖裁作業(毛坯落料或沖孔),對于復合模尤為如此。所以,沖件毛刺高度的觸模檢查和測量并按企業標準或JB4129-85《沖壓件毛刺高度》對照檢測就顯得十分重要。
  沖模的初始誤差通常是沖模整個壽命中沖件誤差最小的。其大小主要取決于沖模的制造精度與質量及沖件尺寸、料厚以及間隙值大小與均勻度。沖模的制造精度及質量又取決于制模工藝。對于料厚t≤1mm的中碳鋼復合沖裁模沖件,實驗結果與生產實踐都證明,電火花線切割制造的沖模沖件毛刺高度比用成型磨或NC與CNC連續軌跡座標磨即精密磨削工藝制造的沖模沖件要高25%~30%。這是因為后者不僅加工精度高,而且加工面粗糙度Ra值要比前者小一個數量級,可達到0.025μm。因此,沖模的制造精度與質量等因素決定了沖模的初始沖壓精度,也造就了沖件的初始誤差。
  沖件的常規誤差是沖模經第一次刃磨到最后一次刃磨后沖出最后一個合格沖件為止,沖件實際具有的誤差。隨著刃磨次數的增加,刃口的自然磨損而造成的尺寸增量逐漸加大,沖件的誤差也隨之加大。當其誤差超過極限偏差時,沖件就不合格,沖模也就失效報廢。沖件上孔與內形因凸模磨損尺寸會逐漸變;其外形落料尺寸會因凹模磨損而逐漸增大。所以,沖件上孔與內形按單向正偏差標允差并依接近或幾乎等于極限最大尺寸制模。同理,沖件外形落料按單向負偏差標注允差并依接近或幾乎等于極限最小尺寸制模。這樣就使沖件的常規誤差范圍擴大,沖?扇心ゴ螖翟黾,模具壽命提高。
  沖件的極限誤差是具有極限偏差的沖件所具有的實際允許的最大尺寸誤差。這類沖件通常是在沖模失效報廢前沖制的最后一批合格沖件。
  對各類沖模沖件誤差在沖模整個壽命中出現的波動、增減趨向及規律等進行全面分析便可發現:沖件誤差的主導部分是不變的;因刃口或型腔的自然磨損而出現的誤差增量隨沖模刃磨沖數增加而使這部分誤差逐漸加大;還有部分誤差的增量是非常規的、不可預見的。所以,各類沖模沖件誤差是由因定誤差、漸增誤差、系統誤差及偶發誤差等幾部分綜合構成。
  1、固定誤差
  新沖模在指定的沖壓設備上投入使用至失效報廢的整個(總)壽命過程中,其合格沖件誤差的主導部分固定不變即所謂固定誤差。其大小就是新沖模第一次刃磨前沖制的合格沖件的偏差,也即沖模的初始誤差,而此時的沖模具有初始沖壓精度。刃磨后的沖模,因其工作零件(凸、凹模)磨損而改變尺寸誤差,使沖件識差增量隨刃磨次數增加而逐漸加大,故沖模刃磨后的沖壓精度亦稱“刃磨精度”比其初始精度要低。沖模沖件的固定誤差取決于以下各要素:
 。1)沖件的材料種類、結構(形狀)尺寸及料厚沖裁間隙的大小及其均勻度對沖裁件的尺寸精度有決定性的影響。不同沖裁工藝、不同材料種類與不等料厚,間隙相差懸殊,沖壓精度差異很大。同一種模數m=0.34的2mm的料厚、中心有孔的H62黃銅材料片齒輪復合模沖件,當取間隙C=0.5%t(單邊),用復合精沖模沖制,沖件尺寸精度達到IT7級,沖件平直無拱彎,沖切面垂直度可達89.5°,其表面粗糙Ra值為0.2μm;而用普通復合模沖制,間隙C=5%t(單邊),沖件初始誤差亦即沖模的初始沖壓精度為1T9級,沖切面粗糙度Ra值為12.5μm,毛刺高度為0.10mm;還是這個沖件用連續模沖制,間隙C=7%t(單邊),初始沖件精度為IT11級,沖切面更粗糙,甚至有肉眼可見的臺階。通常情況下,沖件材料及其厚度t是選取沖裁間隙的主要依據。一旦選定間隙就確定了沖件的平面尺寸的固定誤差的主體;沖件結構剛度及立體形狀則影響其形位精度。
 。2)沖壓工藝及沖模結構類型
  采用不同的沖壓工藝,沖件的精度及固定誤差相差甚大。除上述片齒輪實例說明,精沖工藝與普通沖裁的沖件精度與固定誤差相差一個數量級之外,即便在普通沖裁中,采用不同間隙沖裁,固定誤差相差也很大。例如料厚t=1.5mm的H62黃銅沖裁件,選用C≤40%t單邊Ⅰ類小間隙沖裁比選用C≤8%t(單邊)Ⅲ類大間隙沖裁,沖件固定誤差將加大40%~60%,精度至少降一級。此外,采有無搭邊排樣,沖件的誤差要遠大于有搭邊排樣沖件。無搭邊排樣沖件。無搭邊排樣沖件的精度低于IT12級,而多數有搭邊排樣的沖件精度在IT11~IT9級之間,料厚t>4mm的沖件,尺寸精度會更低一些。
  不同沖模結構類型,由于適用沖壓料厚及制造精度的差異,導致沖件的固定誤差有別。復合模中,多工位連續式復合模由于沖件連續重復定位加上制模誤差較大,故其沖件的固定誤差比單工位復合沖裁模要大1~2級。
  模具精沖技術的推廣應用
  在各類機電與家電產品的結構零件中,大量采用料厚t>0.5~16mm的各種金屬材質、形狀復雜的板狀零件。由于其尺寸與形位精度要求高,特別是沿料厚方向要求光潔、平直。常規的傳統加工方法是由沖壓供坯,用車、銑、刨、磨等切削加工達要其技術要求,不僅工藝流程長、工序多,耗用工(臺)時多,生產效率低,而且零件互換性不好,勞動強度大,成本高,不能適應大量生產需要。
  實踐證明,在料厚t>3mm的中厚板和t>4.75mm厚板零件大批量生產中,推廣應用精沖技術取代有削加工,不僅可以取得很好的經濟效益,同時還可以杜絕目前普通沖壓生產中時有發生的壓手斷指人身傷害事故,消減沖壓噪聲對環境的污染,獲取令人滿意的職業安全與環保效益。采用現代沖壓領域中的精密沖裁高技術,也充分體現出“以人為本,堅持可持續發展”的科學發展觀。圖1所示為由瑞士Feintool AG Lyss/schweiz精沖公司為用戶提供的精沖件。
  這些板狀零件用其他加工方法都難以完成。即便用各工種組合切削加工,不僅效率低、質量難保證,而且成本很高。圖1所示絕大多數是不同牌號的鋼板材質,80%以上是汽車用精沖件。分析圖1示出的精沖件可以看出其如下特點:
  1)形狀復雜,尺寸與形位精度高,多數料厚t>3mm~12.5mm,為中厚板與厚板精沖件,沖切面平直、光潔,質量可與切削加工相媲美。
  2)精沖件輪廓清晰、塌角小,一些孔邊距與孔間距(壁厚)≤t并有壓凸、沉孔、盲孔及輪轂凸緣等成形精沖,尤其模數很小的漸開線、擺線、三角形、矩形、梯形等形狀高精度齒輪精沖件,都是用其他加工工藝難以制造的。
  3)都是大批量生產和達到適度經濟生產規模的機電產品零件,包括:中卡載重汽車、轎車、摩托車等產品精沖件,均由原材料一模沖出成品件,不再切削加工。
  4)精沖的沖切面因冷作硬化效應,其表面硬度、強度大幅提高,耐摩擦性能和耐候性改善,用作運動面、摩擦面的齒輪齒廓、軸套等精沖件,其壽命會因此而提高。
  精沖工藝的開發應用
  金屬板料的精密沖裁是成功應用Theodor Karman理論的結果。該理論的核心是:固體在多向受壓的情況下比在單向受壓時塑性好、變形狀態更好,更易變形。在板料精密沖裁時,利用精沖模特殊結構,在板料的剪切分離區,三向施壓形成立體壓應力狀態,對材料進行純剪切分離,實現精密沖裁。德國人F.Schiess于1921年根據這個理論發明了強力壓邊精沖工藝技術(簡稱FB精沖),于1923年3月9日獲取德國專利。
  在上述FB精沖工藝技術推廣普及前后,還有其他多種精沖方法在不同國家開發研制成功,取得專利,有的還推廣用于生產。至今,還有一些簡易的精沖工藝,作為FB精沖技術的補充,在一些形狀簡單、僅局部需要精沖、尺寸小且產量不大以及沒有專用精沖設備的工廠中,推廣應用,同樣可取得良好的技術經濟效益,這些精沖技術如下:
 。1)普通壓力機精沖技術
  a、整修——用專用整修亦稱修邊模對落料與沖孔毛坯的沖切面進行修邊加工以獲取平直、光潔及高精度的沖切面,包括:外緣整修、內孔整修、疊料整修、振動整修等。
  b、光潔沖裁——采用微間隙或負間隙圓角刃口等具有特殊結構的專用沖模,對高塑性的低碳鋼及有色金屬沖裁件進行光潔沖裁,獲取光潔平整的高精度沖切面。常用的光潔沖裁工藝有:微間隙圓角刃口光潔沖裁、負間隙光潔沖裁、臺階式凸模精沖孔、同步剪擠精沖、擠壓精沖孔以及無毛刺沖裁等等。
 。2)專用精沖機精沖技術
  a、強力壓板精神——采用不同結構的強力壓料板進行壓邊、反頂及沖裁的精密沖裁(FB),包括:已普及用于生產的用V型齒圈強力壓邊的精沖技術和較少使用的帶鋸齒型壓板、錐形壓板、凸臺形壓板的精沖方法……等。
  b、對向凹模精沖——利用平面切削原理,采用上下對應的成對凸模與凹模按規定程度分次沖切,是日本人于1968年發明并在日本已推廣用于生產的精沖技術。國內也有使用的但未推廣普及。
  c、復動和往復精沖——未推廣應用。在現場的各類機電與家電產品沖壓件生產中,實際遇到需要和能夠進行整體精沖的沖裁件種數有限。而且有相當一部分沖件只需局部精沖,尤其只要精沖其群孔、群槽孔的一小部分,應用普通壓力機精沖技術就更經濟;對于僅需局部精沖獲得高精度孔形與孔距、無毛刺且沖切面光潔平整的內形或部分外形的沖裁件,則可有光潔沖裁達到要求。
 
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