ZL50裝載機總體及工作裝置設計
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冷沖模具使用壽命的影響及對策
沖壓模具概述
沖壓模具--在冷沖壓加工中，將材料（金屬或非金屬）加工成零件（或半成品）的一種特殊工藝裝備，稱為冷沖壓模具（俗稱冷沖模）。沖壓--是在室溫下，利用安裝在壓力機上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。
沖壓模具的形式很多，一般可按以下幾個主要特征分類：
１．根據(jù)工藝性質分類
?。?）沖裁模 沿封閉或敞開的輪廓線使材料產(chǎn)生分離的模具。如落料模、沖孔模、切斷模、切口模、切邊模、剖切模等。
（2）彎曲模 使板料毛坯或其他坯料沿著直線（彎曲線）產(chǎn)生彎曲變形，從而獲得一定角度和形狀的工件的模具。
（3）拉深模 是把板料毛坯制成開口空心件，或使空心件進一步改變形狀和尺寸的模具。
?。?）成形模 是將毛坯或半成品工件按圖凸、凹模的形狀直接復制成形，而材料本身僅產(chǎn)生局部塑性變形的模具。如脹形模、縮口模、擴口模、起伏成形模、翻邊模、整形模等。
２．根據(jù)工序組合程度分類
（1）單工序模 在壓力機的一次行程中，只完成一道沖壓工序的模具。
（2）復合模 只有一個工位，在壓力機的一次行程中，在同一工位上同時完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具。
（3）級進模（也稱連續(xù)模） 在毛坯的送進方向上，具有兩個或更多的工位，在壓力機的一次行程中，在不同的工位上逐次完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具。
沖冷沖模全稱為冷沖壓模具。
冷沖壓模具是一種應用于模具行業(yè)冷沖壓模具及其配件所需高性能結構陶瓷材料的制備方法，高性能陶瓷模具及其配件材料由氧化鋯、氧化釔粉中加鋁、鐠元素構成，制備工藝是將氧化鋯溶液、氧化釔溶液、氧化鐠溶液、氧化鋁溶液按一定比例混合配成母液，滴入碳酸氫銨，采用共沉淀方法合成模具及其配件陶瓷材料所需的原材料，反應生成的沉淀經(jīng)濾水、干燥，煅燒得到高性能陶瓷模具及其配件材料超微粉，再經(jīng)過成型、燒結、精加工，便得到高性能陶瓷模具及其配件材料。本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明制成的冷沖壓模具及其配件使用壽命長，在沖壓過程中未出現(xiàn)模具及其配件與沖壓件產(chǎn)生粘結現(xiàn)象，沖壓件表面光滑、無毛刺，完全可以替代傳統(tǒng)高速鋼、鎢鋼材料。
冷沖模具主要零件
冷沖模具是沖壓加工的主要工藝裝備，沖壓制件就是靠上、下模具的相對運動來完成的。加工時由于上、下模具之間不斷地分合，如果操作工人的手指不斷進入或停留在模具閉合區(qū)，便會對其人身安全帶來嚴重威脅。
（一）模具的主要零件、作用及安全要求
1．工作零件凸凹模是直接使坯料成形的工作零件，因此，它是模具上的關鍵零件。凸凹模不但精密而且復雜，它應滿足如下要求：
（1）應有足夠的強度，不能在沖壓過程中斷裂或破壞．
?。?）對其材料及熱處理應有適當要求，防止硬度太高而脆裂。
2．定位零件定位零件是確定坯件安裝位置的零件，有定位銷（板）、擋料銷（板）、導正銷、導料板、定距側刀、側壓器等。設計定位零件時應考慮操作方便，不應有過定位，位置要便于觀察，最好采用前推定位、外廓定位和導正銷定位等。
3．壓料、卸料及出料零件壓料零件有壓邊圈、壓料板等。
壓邊圈可對拉延坯料加壓邊力，從而防止坯料在切向壓力的作用下拱起而形成皺褶。壓料板的作用是防止坯料移動和彈跳。頂出器、卸料板的作用是便于出件和清理廢料。它們由彈簧、橡膠和設備上的氣墊推桿支撐，可上下運動，頂出件設計時應具有足夠的頂出力，運動要有限位。卸料板應盡量縮小閉合區(qū)域或在操作位置上銑出空手槽。暴露的卸料板的四周應設有防護板，防止手指伸入或異物進入，外露表面棱角應倒鈍。
4．導向零件導柱和導套是應用最廣泛的一種導向零件。其作用是保證凸凹模在沖壓工作時有精確的配合間隙。因此，導柱、導套的間隙應小于沖裁間隙。導柱設在下模座，要保證在沖程下死點時，導柱的上端面在上模板頂面以上最少5至10毫米。導柱應安排在遠離模塊和壓料板的部位，使操作者的手臂不用越過導柱送取料。
5．支承及夾持零件它包括上下模板、模柄、凸凹模固定板、墊板、限位器等。
上下模板是冷沖模具的基礎零件，其他各種零件都分別安裝固定在上面。模板的平面尺寸，尤其是前后方向應與制件相適應，過大或過小均不利于操作。
有些模具（落料、沖孔類模具）為了出件方便，需在模架下設墊板。這時墊板最好與模板之間用螺釘連接在一起，兩墊板的厚度應絕對相等。墊板的間距以能出件為準，不要太大，以免模板斷裂。
6．緊固零件它包括螺釘、螺母、彈簧、柱銷、墊圈等，一般都采用標準件。冷沖模具的標準件用量較多，設計選用時應保證緊固和彈性頂出的需要，避免緊固件暴露在表面操作位置上，防止碰傷人手和妨礙操作。
冷沖模具的發(fā)展
改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，市場對冷沖模具的需求量不斷增長。近年來，冷沖模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展，冷沖模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨資和私營也得到了快速發(fā)展。
隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經(jīng)越來越認識到產(chǎn)品質量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。而冷沖模具制造是整個鏈條中最基礎的要素之一，冷沖模具制造技術現(xiàn)已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志，并在很大程度上決定企業(yè)的生存空間。
近年許多冷沖模具企業(yè)加大了用于技術進步的投資力度，將技術進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。一些國內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件，個別廠家還引進了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應用于沖壓模的設計中。
以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術已取得很大進步，東風汽車公司模具廠、一汽模具中心等模具廠家已能生產(chǎn)部分轎車覆蓋件模具。此外，許多研究機構和大專院校開展模具技術的研究和開發(fā)。經(jīng)過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術方面取得了顯著進步；在提高模具質量和縮短模具設計制造周期等方面做出了貢獻。
雖然中國冷沖模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設備在冷沖模具加工設備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM技術的普及率不高；許多先進的模具技術應用不夠廣泛等等，致使相當一部分大型、精密、復雜和長壽命冷沖模具依賴進口。
隨著科學技術的不斷進步,現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)日益復雜與多樣化,產(chǎn)品性能和質量也在不斷提高,因而對冷沖壓技術提出了更高的要求.為了使冷沖壓技術能適應各工業(yè)部門的需要,冷沖壓技術自身也在不斷革新和發(fā)展.冷沖壓技術的發(fā)展思路就是盡可能地完善和擴充冷沖壓工藝的優(yōu)點,克服其缺點.在冷沖壓技術的發(fā)展過程中,應注意以下幾方面：
(1)冷沖壓技術的發(fā)展過程中應正確地確定工藝參數(shù)及冷沖模具工作部分的形狀與尺寸,提高沖壓件的質量、縮短新產(chǎn)品試制周期,應在加強沖壓成形理論研究的基礎上,使沖壓成形理論達到能對生產(chǎn)實際起指導作用,逐步建立起一套密切結合生產(chǎn)實際的先進的工藝分析計算方法.國外已開始采用彈塑性有限元法對汽車覆蓋零件的成形過程進行應力應變分析和計算機模擬,以預測某一工藝方案對零件成形的可能性和可能出現(xiàn)的問題。
(2)加快產(chǎn)品更新?lián)Q代,克服模具設計周期長的缺點.應大力開展模具計算機輔助設計和制造(CAD/CAM)技術的研究.在我國,目前要特別注意加強多工位級進模CAD/CAM技術的研究。
(3)滿足大量生產(chǎn)需要以及減輕勞動強度.應加強冷沖壓生產(chǎn)的機械化和自動化研究,使一般中、小件能在高速壓力機上采用多工位級進模生產(chǎn),達到生產(chǎn)高度自動化,進一步提高沖壓的生產(chǎn)率。
(4)擴大冷沖壓生產(chǎn)的運用范圍.使冷沖壓既適合大量生產(chǎn),也適合小批量生產(chǎn);既能生產(chǎn)一般精度的產(chǎn)品,也能生產(chǎn)精密零件.應注意開發(fā)如精密沖裁(特別是厚料精沖)、高能成形、軟模成形、施壓和超塑性加工等新成形工藝,還要推廣簡易模(軟模和低熔點合金模)、通用組合模、數(shù)控沖床等設備的運用。
此外,對沖壓板料性能的改進,模具新材料、模具新加工方法的開發(fā)也應進一步加強。
冷沖模具使用壽命的影響及對策
冷沖模具的使用壽命是以沖制出的工件數(shù)量來計算的。影響冷沖模壽命的因素很多。主要有模具結構設計、制造模具所用凸模和凹模的材料、模具的熱處理質量與表面強化、沖模零件的制造精度和冷沖壓材料的選取。除此之外，還有沖模的安裝、調(diào)整、使用以及維修等。
1．模具設計對壽命的影響
(1)排樣設計的影響排樣方法與搭邊值對模具壽命的影響很大，過小的搭邊值，往往是造成模具急劇磨損和凸、凹?？袀闹匾?。從節(jié)約材料出發(fā)，搭邊值愈小愈好，但搭邊值小于一定數(shù)值后，對模具壽命和剪切表面質量不利。在沖裁中有可能被拉人模具問隙中，使零件產(chǎn)生毛刺，甚至損壞模具刃口，降低模具壽命。因此，在考慮提高材料利用率的同時，必須根據(jù)零件產(chǎn)量、質量和壽命，確定排樣方法和搭邊值。
(2)凹模結構的影響對容易產(chǎn)生應力集中而開裂的凹模結構，可以采用組合結構或鑲拼結構，以及預應力結構，從而提高模具使用壽命。
(3)間隙的影響當間隙過小時，壓縮擠壓利害，摩擦力增大，磨損增大，側面的磨損加劇，沖裁后卸料和推件時，材料與凸、凹模之間的摩擦還將造成刃口側面的磨損比端面的磨大大，同時也容易造成凸、凹模溫度很高，把金屬碎屑吸附在刃口側面，形成金屬瘤，使凸、凹模出現(xiàn)崩刃或脹裂現(xiàn)象。因此，過小的間隙對模具壽命極為不利。間隙太大，會增加凸模與凹模端面邊緣的集中應力，致使壓應力急劇增加，于是刃口邊很快屈服變形而失去棱角。因此又增加了沖裁力，進而使刃口邊更快磨損，降低模具壽命。但為了減小凸、凹模的磨損，延長模具使用壽命，在保證沖裁件質量的前提下，設計時適當采用較大間隙是十分必要的。
(4)模具導向結構對壽命的影響可靠的導向對于減小工作零件的磨損，避免凸、凹?？袀欠浅Ｓ行У摹Ｌ貏e對無問隙或小問隙沖裁模、復合模和多工位級進模更為重要。為提高模具壽命，必須根據(jù)工序和零件精度要求，正確選擇導向形式和導向精度，所選擇導向精度應高于凸、凹模的配合精度。
(5)冷沖壓材料選取的影響冷沖壓材料應滿足制件的設計要求和沖壓工藝要求，否則容易損傷模具，降低模具使用壽命。冷沖壓材料表面質量不好，沖壓時制件易破裂，也易擦傷模具。冷沖壓材料塑性不好，變形量小，沖壓時制件易破裂，也易擦傷模具。另外，材料的厚度公差應符合國家標準。因為一副沖模適用于一定材料的厚度，成形、彎曲、翻邊、引伸模具的凸、凹模結構間隙是直接根據(jù)材料厚度來確定的。所以材料厚度不均勻，會導致廢品產(chǎn)生和模具損壞。
2．模具材料對模具壽命的影響
模具材料對模具壽命的影響是模具材料性質、化學成分、組織結構、硬度和冶金質量等的綜合反映。其中，材料性質和熱處理質量影響最為明顯。模具材料性質對模具壽命的影響是很大的。如將同一種工件，使用不同的模具材料做彎曲試驗，試驗結果：用9Mn2V材料，其壽命為5萬次；用Crl2MoV滲氮，其壽命可達40萬次。因此，在選用材料時，應根據(jù)制件的批量大小，合理選用模具材料。模具工作零件的硬度對模具壽命的影響也很大。但并不是硬度愈高、模具壽命愈長。這是因為硬度與強度、韌性及耐磨性等有密切的關系。有的沖模要求硬度高，壽命長。如采用T10鋼制造沖模，硬度為54～58HRC，只沖幾千次，制件毛刺就很大。如果將硬度提高到60～64HRC，則刃磨壽命可達2～3萬次。但如果繼續(xù)提高硬度，則會出現(xiàn)早期斷裂。有的沖模硬度不宜過高，如采用Crl2MoV制造凹模硬度為58～62HRC時，一般壽命為2—3萬件，失效形式是崩刃和開裂以及如果將硬度降到54～58HRC，壽命提高到5～6萬件，但硬度降低到50～53HRC會出現(xiàn)凹模刃口易磨鈍現(xiàn)象。由此可見，模具硬度必須根據(jù)材料性質和失效形式而定。應使硬度、強度、韌性及耐磨性、耐疲勞強度等達到特定沖壓工序所需要的最佳配合。
3．模具的熱處理質量與表面強化對壽命的影響
模具的熱處理質量對模具的性質與使用壽命影響很大。實踐證明，模具工作零件的淬火變形與開裂，使用過程中早期斷裂，雖然與材料的冶金質量、鍛造質量、模具結構及加工有關，但與模具的熱處理關系更大。根據(jù)模具失效原因的分析統(tǒng)計，熱處理不當引起的失效占50％ 以上。實踐證明，高級的模具材料必須配以正確的熱處理工藝，才能真正發(fā)揮材料的潛力。模具工作零件表面強化處理的目的，是獲得外硬內(nèi)韌的效果，從而得到硬度、耐磨性、韌性、耐疲勞強度的良好配合。模具表面強化處理方法很多，表面處理的新技術工藝發(fā)展很快。除氮碳共滲和離子氮化、滲硼、滲鈮、滲釩、表面鍍硬鉻和電火花強化外，化學氣相沉積(CVD)和物理氣相沉積(PVD)已逐步采用。經(jīng)CVD和PVD處理后，模具表面覆蓋一層超硬物質，如TiC、TiN等。硬度極高、耐磨性、耐蝕性、抗黏合性很好，可提高模具壽命幾倍到幾十倍。
4．沖模零件的制造精度對模具壽命的影響
沖模制造的精度與使用壽命關系很大，特別是模具表面粗糙度對模具影響很大。如用Crl2MoV鋼制造落料模，如果表面粗糙度值R =1．6 m時，其壽命為3萬件左右。如經(jīng)精拋光，表面粗糙度值R =0．4 m，壽命可提高到4—5萬件。因此，對模具工作零件表面，一般都要經(jīng)過磨削、研磨、拋光等精加工和精細加工。
5．其他方面對模具壽命的影響
(1)壓力機的精度不高，也易使沖模損壞。
(2)沖模在壓力機上安裝的正確與否及操作者的技術水平高低，對模具壽命也有很大影響。
(3)沖模的保管和維護好壞，以及使用潤滑劑的情況，也影響模具使用壽命。
6．結語
在實際生產(chǎn)中，對于薄板沖模使用，很少出現(xiàn)非正常磨損的情況。但對于厚板沖模時則發(fā)現(xiàn)易出現(xiàn)非正常磨損，我們總是針對出現(xiàn)的問題進行研究總結。因為一副冷沖模，從設計、加工制造、裝配、調(diào)試到安裝、使用，都耗費了眾多工時，同時沖模的凸、凹模使用的材料，大都是優(yōu)質合金鋼。因此，沖模的成本都是比較高的。所以在生產(chǎn)中了解影響沖模壽命的因素及采取相應的對策來指導生產(chǎn)，具有重大的現(xiàn)實意義。