針對(duì)模具的設(shè)計(jì)安全措施

1．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1)保證零件的強(qiáng)度和剛度  

足夠的強(qiáng)度和剛度是保證模具的承載能力，防止早期失效的基本要求。在設(shè)計(jì)模具零件結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)根據(jù)零件所受載荷的性質(zhì)和大?。侠泶_定零件的結(jié)構(gòu)和尺寸，保證零件有足夠的強(qiáng)度和剛度。但是，由于受到制件形狀、尺寸和設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)等條件的限制，通過增大尺寸的方法來提高零件強(qiáng)度和剛度就有一定的局限性。因此，還需在結(jié)構(gòu)上采取其他各種措施，來提高零件的強(qiáng)度和剛度。

(2)避免應(yīng)力集中  

模具受力零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免出現(xiàn)容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的部位，以防止零件因應(yīng)力集中而產(chǎn)生斷裂和疲勞、熱疲勞失效。

在模具結(jié)構(gòu)允許時(shí)，零件各表面的轉(zhuǎn)角應(yīng)盡可可能設(shè)計(jì)成圓角，避免出現(xiàn)清角尤其是尖銳的清角。凸模、型芯、頂桿等零件的工作端和固定端具有不同的尺寸時(shí)，應(yīng)避免采用圖1—3—1的突變式結(jié)構(gòu)，否則極易在尺寸突變處產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中，導(dǎo)致零件早期斷裂，或降低零件的疲勞壽命。良好的結(jié)構(gòu)如圖1—3—2所示，其中：圖1—3—2a為圓弧過渡式結(jié)構(gòu)，常用于尺寸相差較小時(shí)；圖1—3—2b為漸變過渡式結(jié)構(gòu)，常用于尺寸相差較大時(shí)；1—3—2c為組合式結(jié)構(gòu)，常用于尺寸相差很大時(shí)，或者不宜采用圖1—3—2a、b兩種結(jié)構(gòu)的場(chǎng)合。

對(duì)于凹模或型腔及部分凸?；蛐托?，采用組合或鑲拼式結(jié)構(gòu)是消除應(yīng)力集中的有效途徑。組合和鑲拼式結(jié)構(gòu)的實(shí)例如圖1—3—3a、b所示。有時(shí)凹?；蛐颓簧洗嬖谟芯植恳子趽p壞的部位，也應(yīng)采用鑲拼式結(jié)構(gòu)(圖I—3—3c)，該結(jié)構(gòu)可避免零件局部損壞，也便于模具修理。

(3)細(xì)長(zhǎng)凸模或型芯的保護(hù)  

在結(jié)構(gòu)上采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，是避免細(xì)長(zhǎng)凸模或型芯因剛度、強(qiáng)度不足而產(chǎn)生變形、斷裂失效的有效途徑。細(xì)長(zhǎng)凸模的保護(hù)方法較多，例如：使用凸模護(hù)套，如圖1—3—4a、b、c所示；排樣時(shí)注意避免小凸模承受偏載；用導(dǎo)向卸料板對(duì)凸模導(dǎo)向；提高模具導(dǎo)向精度，避免設(shè)備導(dǎo)向誤差對(duì)小凸模的影響；適當(dāng)增加凸、凹模間隙以降低沖壓力，等等。細(xì)長(zhǎng)型芯一般通過合理選擇澆口位置，防止熔融塑料或合金液直接沖擊型芯的方法進(jìn)行保護(hù)，有時(shí)也可采用1-3-4d的方法加以保護(hù)。

(4)鑲套和預(yù)應(yīng)力組合凹模  

某些模具為了獲得很高的抗壓強(qiáng)度和耐磨性，凹模常采用高速鋼、硬質(zhì)合金等材料。然而，由于這些材料的韌性較差，凹模在沖擊載荷的作用下，經(jīng)常發(fā)生斷裂失效。此時(shí)，采用圖1—3—5的鑲套結(jié)構(gòu)，即在用韌性較好的材料制作的套圈內(nèi)鑲?cè)松鲜霾牧现谱鞯墓ぷ鞑糠?，就可兼顧模具?duì)材料強(qiáng)度、耐磨性、韌性的要求，防止凹模斷裂失效。

對(duì)于承受載荷極大的冷擠壓模，采用圖1—3—6a、b的整體式、組合式凹模都難以避免凹模產(chǎn)生縱向破裂。此時(shí)，應(yīng)將凹模設(shè)計(jì)成預(yù)應(yīng)力組合凹棋，如圖1—3—6c、d所示。

(5)防止制件或廢料堵塞、回升  

在沖裁成形時(shí)，制件或廢料由于各種原因可能堵塞在凹模型孔內(nèi)，或者隨凸模向上回升。當(dāng)制件或廢料堵塞在凹模型孔內(nèi)時(shí)，容易使凹模脹裂及凸模受力過大而折斷；隨凸?；厣龝r(shí)，會(huì)影響模具的正常工作，甚至損壞模具。凹模刃口采用斜刃壁式結(jié)構(gòu)是防止制件或廢料堵塞的有效措施，但是這種結(jié)構(gòu)在凹模修磨后會(huì)引起成形尺寸的變化，在制件尺寸精度要求較高時(shí)不宜采用。凹模刃口采用直刃壁式結(jié)構(gòu)時(shí)，為了防止制件或廢料堵塞，應(yīng)適當(dāng)減小凹模刃口長(zhǎng)度。此外，適當(dāng)增大凸、凹模間隙也能防止制件或廢料堵塞。防止制件或廢料回升可采用圖1—3—7的方法，其中：圖1—3—7a、b是利用裝在凸模中的彈頂銷防止制件或廢料回升的，常用于凸模尺寸較大的場(chǎng)合；圖1—3—7c是利用壓縮空氣防止制件或廢料回升的，常用于凸模尺寸較小的場(chǎng)合。

(6)模具安全檢測(cè)裝置  

當(dāng)因某種意外原因危及模具的安全時(shí)，如果在模具上設(shè)計(jì)、安裝有安全檢測(cè)裝置，能夠及時(shí)地指令設(shè)備停止工作并且發(fā)出警報(bào)，就能使模具免遭損壞。常用的模具安全檢測(cè)裝置有光電式安全檢測(cè)裝置和接觸式安全檢測(cè)裝置。圖1—3—8是用于檢測(cè)制作是否起模的光電式安全檢測(cè)裝置的工作原理。其中：圖(1—3—8a為透射型，發(fā)射器能發(fā)出的可見或紅外光線被接收器接收。模具在工作時(shí)，每完成一個(gè)工作循環(huán)，制件起模后必須穿過發(fā)射器和接受器之間使光線被遮斷一次，設(shè)備才能開始下一個(gè)工作循環(huán)；否則，設(shè)備將停止工作，并發(fā)出報(bào)警。圖1—3—8b為反射型，制件起模后，必須經(jīng)過檢測(cè)裝置附近，使發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)制件反射后被接收器接收到，設(shè)備才能開始下一個(gè)工作循環(huán)。

圖1—3—9是在多工位級(jí)進(jìn)模上檢測(cè)送料是否準(zhǔn)確的接觸式安全檢測(cè)裝置。如果送料不到位，或因凸模折斷沒有沖出導(dǎo)正孔，在上模下行時(shí)，導(dǎo)正銷將受到條料(或帶料)的阻礙而相對(duì)上模向上運(yùn)動(dòng)，然后通過觸銷使微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作，指令壓力機(jī)停止工作并且發(fā)出警報(bào)。

2．材料選擇

除了耐磨性外，材料還有下列使用性能指標(biāo)：

(1)塑性交形抗力指標(biāo)，包括抗拉屈服極限、抗壓屈服極限、抗彎屈服極限。

(2)斷裂抗力指標(biāo)，包括抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度。

(3)韌性指標(biāo)，通常用沖擊韌度Aku作為評(píng)價(jià)材料韌性的指標(biāo)。

(4)疲勞抗力指標(biāo)，即材料的耐疲勞性。

(5)熱疲勞抗力指標(biāo)，即材料的耐熱疲勞性。

不同類型的材料具有各自的性能特點(diǎn)，在模具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)全面了解模具的工作條件和主要失效形式，針對(duì)特定模具對(duì)材料性能的要求，選擇合適的材料。

沖薄板的沖模所受的載荷較小，選擇材料時(shí)應(yīng)以耐磨性為主．兼顧韌性、抗疲勞性等其他性能。沖厚板的沖模在工作時(shí)承受較大的沖擊載荷，應(yīng)選擇既有足夠的耐磨性同時(shí)又有良好韌性的材料，如基體鋼(LD；65Nb；CG2；LMl；LM2)、低合金高強(qiáng)度鋼(GD)、降碳高速鋼(6W6Mo5Cr4V)、火焰淬火鋼(7CrSiMnMov)、馬氏體時(shí)致鋼(18Ni)等。冷擠壓模在有重載條件下工作時(shí)，要求材料同時(shí)具備足夠的耐磨性和良好的抗壓強(qiáng)度和韌性。高速鋼(W18Cr4V；W6Mo5CrV2)的抗壓強(qiáng)度和耐磨性在冷作模具鋼中是最高的，因而常用于制作冷擠壓模。但是，高速鋼的韌性較差，易發(fā)生脆性斷裂失效，其中尤其以W18Cr4V更為嚴(yán)重。與高速鋼相比，降碳高速鋼、基體鋼、低合金高強(qiáng)度鋼、馬氏體時(shí)效鋼等材料的耐磨性稍差，然而它們具有良好的韌性，用這些材料代替高速鋼，能顯著提高冷擠壓模的承載能力和使用壽命。

鋅合金壓鑄模的型腔表層溫度較低，可以選用5CrNiMo、5CrMnMo等高強(qiáng)度而耐熱疲勞性較低的材料，在模具壽命要求較低時(shí)甚至可以選用40Cr、30CrMnSi等合金結(jié)構(gòu)鋼。如選用3Cr2W8V、4CrMoSiV等材料，能延長(zhǎng)模具的使用壽命。鋁合金、鎂合金壓鑄模的型腔表層溫度較高，要求材料既有良好的熱穩(wěn)定性，又有較高的耐熱疲勞性。符合上述要求的鋁合金、鎂合金壓鑄模常用材料有3Cr2W8V、4Cr5MoSiv、4Cr5MoSiVl，其中3Cr2W8V的熱穩(wěn)定性最好，但其耐熱疲勞性最差。因此，對(duì)于鋁合金、鎂合金壓鑄模，選用4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiVl時(shí)的模具使用壽命遠(yuǎn)高于選用3Cr2W8V時(shí)的使用壽命。銅合金壓鑄模的型腔表層溫度很高，工作條件極為苛刻，要求材料具有很好的綜合性能，即同時(shí)具有很高的熱穩(wěn)定性、韌性、導(dǎo)熱性、耐疲勞性、耐熱疲勞性等。目前國(guó)內(nèi)使用3Cr2W8V、4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiVl等材料制作銅合金壓鑄模．模具壽命較低。國(guó)外已采用加鉆的鎢系高熱強(qiáng)模具鋼、鎢基合金、鉬基合金、馬氏體時(shí)效鋼、加鈷的鉻鉬釩鋼等材料制作銅合金壓鑄模，模具壽命較長(zhǎng)。

塑料模承受的載荷較輕，型腔表層溫度較低，選材的靈活性較大。目前，塑料模常用的材料有：滲碳鋼(20、20Cr、12CrNi3A)、調(diào)質(zhì)鋼(45、40Cr、30CrMnSi、38CrMoAIA、35CrMo)、碳素工具鋼(T7A、T10A)、合金工具鋼(9Mn2v、CrWMn、9CrWMn、Cr12、Crt2MoV)、熱作模具鋼(5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2w8V)等。其中：合金工具鋼具有良好的耐磨性；熱作模具鋼具有良好的韌性、熱穩(wěn)定性和耐熱疲勞性；38CrMoA1A、3Cr2W8V調(diào)質(zhì)后經(jīng)滲氮處理，既有良好的耐磨性、韌性、熱穩(wěn)定性、耐熱疲勞性，又有很好的耐腐蝕性。

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