針對模具的設(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)的場合。

對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)凹模或型腔上存在有局部易于損壞的部位，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)長凸?；蛐托镜谋Ｗo(hù)  

在結(jié)構(gòu)上采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，是避免細(xì)長凸?；蛐托疽騽偠?、強(qiáng)度不足而產(chǎn)生變形、斷裂失效的有效途徑。細(xì)長凸模的保護(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?，就可兼顧模具對材料?qiáng)度、耐磨性、韌性的要求，防止凹模斷裂失效。

對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合。

(6)模具安全檢測裝置  

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裝置有光電式安全檢測裝置和接觸式安全檢測裝置。圖1—3—8是用于檢測制作是否起模的光電式安全檢測裝置的工作原理。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是在多工位級進(jìn)模上檢測送料是否準(zhǔn)確的接觸式安全檢測裝置。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)的阻礙而相對上模向上運(yùn)動，然后通過觸銷使微動開關(guān)動作，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，針對特定模具對材料性能的要求，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。

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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