模具及沖壓成形的穩(wěn)定性淺析

模具及沖壓成形的穩(wěn)定性及其影響因素
　　何謂穩(wěn)定性?穩(wěn)定性分為工藝穩(wěn)定性和生產(chǎn)穩(wěn)定性。工藝穩(wěn)定性指滿足生產(chǎn)合格產(chǎn)品具有穩(wěn)定性的工藝方案;生產(chǎn)穩(wěn)定性則指生產(chǎn)過程中具有穩(wěn)定性的生產(chǎn)能力。
　　由于國內的模具制造企業(yè)大多為中小企業(yè)，而且這其中的相當一部分企業(yè)，尚停留在傳統(tǒng)作坊式的生產(chǎn)管理階段，往往忽略了模具的穩(wěn)定性，造成模具開發(fā)周期長、制造成本高等問題，嚴重制約了企業(yè)的發(fā)展步伐。
　　先讓我們來看看影響模具及沖壓成形穩(wěn)定性的主要因素，分別為：模具材料的使用方法;模具結構件的強度要求;沖壓材料性能的穩(wěn)定性;材料厚度的波動特性;材質的變化范圍;拉伸筋阻力大小;壓邊力變化范圍;潤滑劑的選擇。
　　如何正確選材及實例
　　眾所周知，沖壓模具所用的金屬材料涉及到很多種類，由于模具中各種零件所起的作用不同，對其材料的要求和選用原則也不盡相同。因此，如何合理地選用模具材料，便成為模具設計中十分重要的工作之一。
　　選用模具材料時，除了要求材料必須具備高強度、高耐磨性和適當?shù)捻g性之外，還必須充分考慮到被加工產(chǎn)品材料的特性與產(chǎn)量要求，這樣才能達到模具成形的穩(wěn)定性要求。
　　而在實際操作中，由于模具設計人員傾向于憑個人經(jīng)驗選擇模具材料，在沖壓成形中往往會出現(xiàn)因模具零件的材質選用不當而導致的模具成形不穩(wěn)定的問題。以下試舉例說明。
　　〔例〕在材料厚度為1.2mm(抗剪強度64kgf/mm2)的鐵板上，加工一個直徑為2.8mm的圓孔。
　�、贈_剪力：P=Ltτ。其中，
　　L：沖裁輪廓長度(mm);
　　t：材料的厚度(mm);
　　τ：材料的抗剪強度(kgf/mm2);d：凸模直徑(mm);P=3.14×2.8×1.2×64=675kgf
　�、谕鼓Ｈ锌诘膽�力：σS=4tτ/d。也即，
　　σS=4×1.2×64/2.8 =110kgf/mm2

圖　工具鋼的疲勞特性

　　如左圖所示：當σS為110kgf/mm2、選用凸模材料為SKD11，其沖次達到約9000沖次之時，凸模刃口就可能破損。而如若將材料更換為SKH51后，則可望令沖次提高到40,000沖次左右的水平。由此可見，在模具設計階段，有必要對模具結構件進行必要的強度校核計算，而選用材料時則有以下注意事項：
　�、偻鼓３惺艿膽�力<凸模材料的許用壓應力
　　②為提高凸模的抗彎強度，應選用彈性系數(shù)大的材質
　�、鄹鶕�(jù)歐拉公式，進行穩(wěn)定能力的校核
　　綜合權衡影響穩(wěn)定性的各項因素
　　值得注意的是，在沖壓成形過程中，由于每一種沖壓板材都有自己的化學成分、力學性能以及與沖壓性能密切相關的特性值，沖壓材料的性能不穩(wěn)定、沖壓材料厚度的波動、以及沖壓材質的變化，不但直接影響到?jīng)_壓成形加工的精度和品質，亦可能導致模具的損壞。
　　以拉伸筋為例，其在沖壓成形中便占據(jù)有非常重要的地位。在拉伸成形過程中，產(chǎn)品的成形需要具備一定大小、且沿固定周邊適當分布的拉力，這種拉力來自沖壓設備的作用力、邊緣部分材料的變形阻力，以及壓邊圈面上的流動阻力。而流動阻力的產(chǎn)生，如果僅僅是依靠壓邊力的作用，則模具和材料之間的摩擦力是不夠的。
　　為此，還須在壓邊圈上設置能產(chǎn)生較大阻力的拉伸筋，以增加進料的阻力，從而使材料產(chǎn)生較大的塑性變形，以滿足材料的塑性變形和塑性流動的要求。同時，通過改變拉伸筋阻力的大小與分布，并控制材料向模具內流動的速度和進料量，實現(xiàn)對拉伸件各變形區(qū)域內的拉力及其分布狀況的有效調節(jié)，從而防止拉伸成形時產(chǎn)品的破裂、起皺，以及變形等品質問題。由上可見，在制定沖壓工藝和模具設計過程中，必須考慮拉伸阻力的大小，根據(jù)壓邊力的變化范圍來布置拉伸筋并確定拉伸筋的形式，使各變形區(qū)域按需要的變形方式和變形程度完成成形。
　　如果作一總結，為了解決模具穩(wěn)定性問題，需要從以下幾方面嚴格把關：
　�、僭诠に囍贫�階段，通過對產(chǎn)品進行分析，預知產(chǎn)品在制造中可能產(chǎn)生的缺陷，從而制定一個具有穩(wěn)定性的制造工藝方案;
　�、趯嵤┥�產(chǎn)流程的規(guī)范化、生產(chǎn)工藝的標準化;
　�、劢�立數(shù)據(jù)庫，并不斷對其總結優(yōu)化;借助CAE分析軟件 系統(tǒng)，得出最優(yōu)化解決方案。