模具失效与维护 教学课件 作者陈志刚第五章课件5.1.ppt

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1、第5章模具失效分析实例5．1冲裁模5．1．1冲裁模的工作特点某冲裁模工作对象为冷轧钢板和有色金属板材，依靠冲裁模的刃口使板料分离。1．冲裁过程图5-1是采用弹性卸料板的冲裁示意图。1－凸模2－卸料板3－板料4－凹模当板料放置在凹模4上后，卸料板2下行，并压住板料，然后凸模1下行，依靠凸模与凹模的刃口使板料分离。在板料冲裁中也采用刚性卸料板结构。板料分离过程分为四个阶段（见图5-2）a）弹性变形阶段b）塑性变形阶段c）萌生裂纹阶段d）裂纹扩展分离阶段完成分离后，凸模上行，一次冲裁过程结束。板料分离后，断面由四部分组成（见图5-3）。1

2、－断裂带2－塌角3－光亮带4－毛刺2．模具刃口受力分析冲裁过程中，模具刃口的受力情况如图5-4所示。冲裁过程的第一阶段，凸、凹模的端面受正压力F′1、F′2，从第二阶段开始，由于凸模已伸入板料中，而板料的中间部分已伸入凹模刃口内，产生了侧压力F′3、F′4，同时，由于凸、凹模与板料发生相对运动，产生了摩擦力F1、F2、F3、F4。此外，由于凸、凹模之间存在间隙，冲裁时F1和F2不在同一直线上，存在距离b，因此板料还受转矩M作用，M会使板料发生穹弯和翘曲。板料穹弯和翘曲后，使得凸模刃口和凹模刃口与板料的接触面积变小，冲裁载荷更局限于凸

3、、凹模刃口边缘，使凸、凹模刃口处受力更加强烈。5．1．2冲裁模的主要失效形式及影响因素1．冲裁模的主要失效形式冲裁模是在室温下分离板料，且受力主要集中于刃口附近，因此它的正常失效形式为磨损，从磨损机理上看，主要为粘着磨损，同时也伴生磨粒磨损，使用时间过长会产生疲劳磨损。从部位来看，可细分为刃口磨损、侧面磨损、端面磨损。由于凸、凹模刃口处于端面最大压应力和侧面最大压应力的交汇处，同时也处在端面最大摩擦力和侧面最大摩擦力的交汇处，因此凸、凹模的刃口工况最恶劣，磨损最严重。通常情况下，凸模刃口的压力F′1大于凹模刃口的压力F′2，同时，在

4、完成一个冲裁动作时，凸模与分离体的内轮廓部分往复摩擦，而凹模与分离体的外轮廓部分单程摩擦，因此，冲裁模的凸模比凹模磨损得快一些（见图5-5）。2．影响冲裁模失效的主要因素（1）冲裁间隙冲裁间隙对剪切区的应力及冲裁力有一定影响。间隙小，凸、凹模刃口对板料的作用力合力的距离b减小，塑性剪切区中的拉应力小，压应力大，从而造成板料剪切区中的球量为压应力，球量大，偏量小。压应力球张量大，使板料塑性好，不易产生裂纹，不利于裂纹的形成与扩展，因此不利于板料剪切过程的进行；偏量小，使得所需剪切力和冲裁力上升，从而导致凸、凹模刃口应力增加。间隙对冲裁

5、力的影响如图5-6所示。1－小间隙（二次光亮带不显著）2－小间隙（二次光亮带显著）3－合理间隙凸、凹模的磨损还来源于卸料板、顶件器与凸、凹模之间的滑动摩擦。采用小间隙时，会使卸料和顶件困难，也加剧了凸、凹模的侧壁磨损。当模具导向精度不高、板料粗糙不平时，易产生偏载，小间隙时，易出现凸、凹模刃口相切（啃模）现象，造成模具的早期失效。但是，间隙太大时，板料转矩增大，摩擦力F1、F2增大，刃口处所受的拉应力增大，也会增加模具刃口磨损和断裂。生产实践表明，采用较大间隙能提高模具寿命，一般情况下，模具寿命是小间隙的2～3倍，有时可达6～7倍。

6、因此，在满足冲裁件断面质量的情况下，应尽量采用大间隙。（2）压边状态冲裁过程中由于间隙的存在，凸、凹模刃口作用力存在一段距离b，形成转矩，而造成板料弯曲和翘曲以及坯料相对于凹模端面的滑动。这样冲裁时，部分材料被拉进凹模内，板料剪切区的水平拉应力减小，板料塑性增加，并使所需的冲裁力也增加。同时，冲裁件断面斜度增大。因而，落下的外轮廓件尺寸变大，由于回弹的作用，落下的外轮廓件始终紧紧地胀着凹模侧壁，在随后的卸料或顶件中，严重摩擦凹模侧壁。而不落下的内轮廓件紧紧地套住凸模，在随后的卸料过程中，强烈磨损凸模侧壁。采用弹性卸料板，可提供一定的

7、压边力，这样冲裁板料穹弯和翘曲以及板料与凹模端面之间的相对滑动就可减轻，从而降低冲裁力以及板材对冲头和凹模的摩擦磨损。5．1．3提高冲裁模寿命的措施1．尽量采用大间隙在满足冲压件质量的前提下，尽量采用较大的间隙，从而降低冲裁力，避免啃模和不均匀磨损。2．采用弹性卸料板采用弹性卸料板卸料时，可以提供一定的压边力，能够减轻坯料滑动以及翘曲，减小对刃口的磨损。3．采用导向装置模具采用导向装置，能保证工作状态的均匀间隙，克服刃口的不均匀磨损。4．增加凸模刚度凸模工作时，类似于杆类零件受轴向载荷。若凸模刚度不足，则抗偏载能力低，并易产生弯曲及

8、造成折断和不均匀磨损，因此，一般凸模柄部面积和头部面积分别为工作端面面积的2倍和4倍。5．选取耐磨性好的模具材料根据冲压件的批量，应选取能满足耐磨要求的模具材料。同时，由于凸模工况比凹模恶劣，凸模材料的耐磨性应选得比凹模材料的耐磨性高