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文檔簡介
1、塑膠模具常用鋼材介紹(一) C45W 中炭鋼美國標準編號: AISI10501055 ;日本標準編號:S50CS55C德國標準編號:1.1730。中炭鋼或45#鋼香港稱為王牌鋼, 此鋼材的硬度為: HB170HB220 ,價格便宜,加工容易,在模具上用作模架, 頂柱, 及一些不重要的零件上,市場上一般標準模架是采用此種鋼材。(二) 40CrMnMo7 預硬塑膠模具鋼美國、日本、新加坡、香港、中國標準編號:AISIP20,德國及有些歐洲國家編號: DIN: 1.2311 、 1.2378、 1.2312。此種鋼是預硬鋼, 一般不適宜熱處理, 但是可以氮化處理,此鋼種的硬度差距也很大,由 280H
2、RC400 視乎那間鋼廠的標 準,由于已作預硬處理,機械切削也不太困難,所以很合適做一些中下價模具的鑲 件,有些生產(chǎn)大批量的模具模架也采用此鋼材(有些客戶指定要用此鋼作模架) ,好 處是硬度比中炭鋼高,變形也比中炭鋼穩(wěn)定,P20此種鋼由于在塑膠模具被廣泛采用, 所以品牌也很多,其中在華南地區(qū)較為普遍的品牌有: ASSAB 一勝百牌,瑞典產(chǎn)的 有兩種不同硬度, 718SHB290HB330 (330340HRC )、 718HHB330HB370(340380HRC )。大同鋼廠,日本產(chǎn):NAK80 (硬度 400HRC+20 )及 NAK55 (硬 度400HRC+20 )兩種,一般情況下,N
3、AK80做定模鑲件,NAK55做動模鑲件,要 留意NAK55不能直接做EDM皮紋,據(jù)鋼材代理解釋是含硫的關系,所以 EDM后留 有條紋的;德勝鋼廠THYSSEN,德國產(chǎn),有好幾種編號:GS-711(硬度340360HRC )、GS738(硬度 320350HRC )、GS808VAR(硬度 380420HRC )、GS318(硬度 290330HRC )、GS312 (硬度 290330HRC),GS312 含硫不能做 EDM 紋,在歐洲做模架較為普遍,GS312的Code為40CrMNMoS8,百祿(BOHLER)奧國產(chǎn), 編號有: M261(380420HRC )、M238(360420H
4、RC )、M202 (290330HRC ),M202 不能做 EDM 紋,也是含硫,尚有其他品牌,不能盡錄。三) X40CrMoV51 熱作鋼美國、中國、香港、新加坡、標準編號:AISIH13 , DIN :(歐洲)1.2344 ;日本SKD61,此種鋼材出廠硬度是:HB185HB230須熱處理。用在塑膠模具上的硬度一般是 480520HRC ,也可氮化處理,由于須 要熱處理,加工較為困難, 故在模具的價格上比較貴一些, 若是須要熱處理到 40HRC 以上的硬度,模具一般用機械加工比較困難,所以在熱處理之前一定要先做工件的 粗加工,由其是:運水孔,螺釘孔,及攻牙必須做好才進行熱處理,否則要退
5、火重 做,那么是費時失事的,此種鋼材也很普遍用在塑膠模具上,所以也有很多的品牌, 我們廠常用的品牌是:一勝百(ASSAB他們的編號是:8407 ;德勝(THYSSEN 他們的編號是GS344ESR或GS344EFS (我們一般用在定件的是 GS344ESR用在 動件的是GS344EFS;日本的大同制鋼DAIDOSTEELHI(日本客戶多數(shù)指定用),尚 有很多的品牌,由于我們廠不常用,所以不能盡錄。(四)X45NiCrMo4冷作鋼AISI6F7歐洲編號:DIN1.2767,此種鋼材出廠硬度HB260,須要熱處理,一般應用硬度為 500540HRC ,歐洲客人比較常用此鋼,此鋼韌性好,打光效 果也
6、非常好,由于此鋼在華南地區(qū)不普遍,所以品牌不多,我們公司用的是德勝THYSSEN)GS767。(五)X42Cr13 (不銹鋼)AISI :420STAVAXDIN:1.2083 出廠硬度 HB180240 ,須要熱處理, 應用硬度 480520HRC ,不適合氮化熱處理(銳角的地方會龜裂) 。此鋼耐腐蝕及拋 光的效果良好,所以一般透明膠件及有腐蝕性的膠料,例如:PVC 及防火料、 V2、V1 、V0 類的塑料很合適用此種鋼材,此鋼材也很普遍用在塑膠模具上,故此品牌也 很多,我們公司常用的有: 一勝百( ASSAB) S-136ESR 德勝( THYSSEN) GS083-ESR、 GS083G
7、S083VAR;如果采用德勝的要注意,如果是透明件,那么定及動模鑲件都要 GS083ESR(據(jù)鋼廠資料ESR電渣重溶是提高鋼材的晶體均勻,拋光效果更佳),不 是透明膠件動模件一般不須要高光潔度的,可選用普通的GS083,因為鋼材價格比較廉宜一些,也不影響模具的質量,此鋼料有時客戶也會要求用作模架,因為防銹 關系,可以保證冷卻管道的運水暢順,以達到生產(chǎn)周期穩(wěn)定,此鋼種尚有很多品牌, 不能盡錄。(六)X36CrMo17 (預硬不銹鋼)DIN : 1.2316、AISI420STAVAX、出廠硬度 HB265380,視乎鋼廠的規(guī)格,如果是透明膠件我們公司一般不采用此鋼材,因為拋光到高光潔度時,由于
8、硬度不夠很容易有坑紋,同時在啤塑也很易有花痕,要經(jīng)常再拋光,所以還是用 1.2083ESR 經(jīng)過熱處理調質硬至 480520HRC 省卻很多的麻煩(雖然此鋼硬度不高, 機械切削較易,模具完成周期短一些) 。我們公司采用此鋼大多數(shù)是防銹功能的中等價格模具上,例如有腐蝕塑膠料,如上提及的 PVC、V1、V2、V0 類,此鋼用在塑膠模具上也很普遍,品牌也 多,我們公司常用的品牌:一勝百( ASSAB)S-136H 、出廠硬度為 HB290330 、德 勝鋼廠( THYSSEN) GS316( HB265310 )、 GS316ESR( 3034HRC )、 GS083M (HB290340 )、GS
9、128H (3842HRC )、日本大同(DAIDO) PAK90(HB300330 )。2008-1-7 11:11:20 摘要 : 在介紹目前國內轎車沖壓模具設計制造情況的基 礎上,闡述了國外汽車公司轎車覆蓋件特別是外覆蓋件的沖壓工藝設計現(xiàn)狀及模具 新技術應用情況。關鍵詞 : 機械制造 ; 轎車覆蓋件 ; 沖壓工藝 ; 模具設計1 前言近幾年來,我國轎車市場發(fā)展十分迅猛, 2002 年在轎車銷售超過 100 萬輛 的基礎上,2003年則向 200 萬輛人關邁進,達到了 197 萬輛。然而,在轎車熱迅速 升溫的同時,不得不尷尬地面對這樣的現(xiàn)實 市場上熱銷的絕人多數(shù)車型是直接從國 外引進的。由
10、于國內轎車覆蓋件模具設計制造能力從總體上看還比較薄弱,為了生 產(chǎn)這些車型,各人汽車公司不得不耗資幾億、十幾億元采購海外模具。與國外人汽 車公司相比,由于生產(chǎn)規(guī)模比較小,這就造成單車均攤的模具成木遠高于國外車, 這也是造成國產(chǎn)車整車制造成木居高不下的主要原因之一。2 國產(chǎn)轎車覆蓋件模具開發(fā)能力國內主要的轎車模具制造商有 : 一汽模具制造有限公司、東風汽車模具廠、 天津汽車模具有限公司、成飛集成科技股份有限公司、南京模具裝備有限公司、上 海千緣汽車車身模具有限公司等等。 作為國內最人轎車生產(chǎn)銷售商 上海人眾汽車有 限公司,也有自己的模具設計制造部門 (TMM 部)。目前,雖然國內模具商在轎車內 覆
11、蓋件模具設計制造方面已小有能力,并可承接整車廠的部分模具開發(fā)項目,但對 于有很高型面精度和表面質量要求的外覆蓋件,特別是中高檔轎車的外覆蓋件,整 車廠很少會將這類模具交由國內開發(fā)。上海人眾汽車有限公司為了降低整車生產(chǎn)成本,同時也為了提高公司的核 心技術能力, 從 2001 年開始, 涉足轎車沖壓模具設計制造領域。 2001 年-2002 年完 成了 POLO轎車在手動壓機線上生產(chǎn)的10只簡單零件的模具,通過了公司質保部門 驗收并投產(chǎn)。 2002 年開始向人型化、復雜化、自動化發(fā)展,設計制造了 6000kN 自 動線上生產(chǎn)的 POLO 轎車備胎座模具 ( 該零件外形尺寸人、拉深深度深、形狀復 雜
12、)2003 年,為進一步提高模具設計制造的能力和水平,我們涉足20000kN 多工位壓力機和 10000kN 自動線生產(chǎn)使用的模具設計。 過去上海人眾在 20000kN 多工位壓 力機上使用的模具,全部需進u,國內模具商還沒有能力設計制造這樣的模具。為此, 我們選擇了 POLO 轎車中柱內板的模具進行設計。 20000kN 多工位壓力機是世界上 最先進的壓力機之一,集成化、自動化程度非常高,當然這對模具設計的要求也相 應地提高。零件的送料高度、步距、機械手的位置有嚴格的要求,還要保證機械手 在運動過程中與模具無干涉,這樣給予模具設計的空間就小了很多。在考慮諸多因 素之后,我們最終完成了整套模具
13、的設計,其 CAD裝配狀態(tài)如圖1所示。另外,我 們還完成了 POLO 轎車在 10000kN 自動線上生產(chǎn)的后輪罩的模具設計,在去年的基 礎上更進一步。這些工作的順利完成,標志著上海人眾模具設計能力已經(jīng)達到了國內先進水平,從而為今后上海人眾汽車模具國產(chǎn)化打下了堅實的基礎。盡管如此, 與國際先進水平比較,仍有較人差距,比如在轎車外覆蓋件模具設計方面還是空自。在轎車沖模中,難度最人的是外覆蓋件模具設計,主要表現(xiàn)在以下兩個方面:(1) 克服由回彈造成的零件型面偏差破裂、起皺、回彈是轎車沖壓件成形過程中的主要缺陷,由于轎車外覆蓋 件外形尺寸人、拉深深度淺、塑性變形程度低,一般不易拉裂,因而回彈就成為該
14、 類零件制造過程中的主要問題,它將嚴重影響零件間的相互配合關系。有限元模擬 軟件在沖壓模具設計中得到普遍應用,已經(jīng)能夠比較準確地預測破裂和起皺,從而 有助于設計合適的工藝補充面來改善拉深過程中材料的流動狀況,提高零件的成形 ft 。然而,迄今為 卜,人多數(shù)有限元軟件還不能精確地預測沖壓件從模具當中取出 后的回彈變形。因此,對外覆蓋件回彈問題的處理,主要還是依靠經(jīng)驗來修改模具 型面,使沖壓件過正成形,來抵消由于回彈導致的變形。(2) 沖壓件的取件由于外覆蓋件 (如前蓋外板、 車頂、翼子板 )都需進行復雜的翻邊整形或預卷 邊工藝,這就使得在模具結構設計時,必須考慮沖壓件成形后的取件問題,目前,人都
15、依靠復雜的多斜楔機構聯(lián)動來實現(xiàn)模具工作部分對零件讓位,以實現(xiàn)方便取件, 由此造成整個模具的結構十分復雜。3 國外覆蓋件模具設計目前,國外人汽車公司為了降低模具開發(fā)、制造成本,縮短生產(chǎn)周期,將 除轎車外覆蓋件之外的人部分轎車沖壓件的模具都交由專業(yè)模具公司( 如 FontanaPietro.Kuka.Laepple.Schuler Cartec.Ogi-hala-Fuji Techniaca 等等 )設計和制造,這些 公司都有很強的開發(fā)能力,并在某些零件的模具制造方面擁有獨到的優(yōu)勢。但作為 整車廠,考慮到新車型開發(fā)過程中的保密,對諸如翼子板、行李箱蓋、車門、側圍、 車頂、前蓋等敏感零部件的模具,則
16、都由自己的模具制造部門來設計和制造。3.1 軟件環(huán)境沖壓模具設計, 除了必要的 CAD 軟件之外,還大量應用了有限元模擬軟件, 如 AutoForm.PamStamp. DynaForm. Indeed 等,來輔助沖壓工藝設計。下面,以 AutoForm 為例,說明如何利用 CAE 軟件來設計拉深工序工藝補充面。AutoForm 是一款由瑞士開發(fā)的專業(yè)薄板成形快速模擬軟件, 可以用于薄板、 拼焊板的沖壓成形、液壓脹形等過程的模擬,配合不同的功能模塊,還可以進行沖 壓件單步法成形模擬以及拉深工序工藝補充面 (Addendum) 的設計。轎車沖壓件中, 約有 2/3 可以利用 AutoForm 的
17、 Diedesigner Module 模塊設計 Addendum ,該模塊根 據(jù)由設計者指定的或由軟件自動產(chǎn)生的壓邊圈型面,以及工藝補充面的多條截面線(Profile) ,能夠快速地生成工藝補充面,用于拉深工序的模擬,如圖 2 所示。壓邊圈 型面、 Profile 均可進行參數(shù)化式的調整。這種快速設計是建立在對 Addendum 曲面 的粗略構造上的,即曲面面片本身以及曲面面片之間的連續(xù)并非十分光順,盡管這 種曲面不能夠直接用于模具表面的機械加工,但是對于模擬精度的影響卻不是很人。 根據(jù)模擬結果,設計者可以很方便地對工藝補充面進行調整,直到模擬結果滿足設 計要求。最后,將壓邊圈、 Adden
18、dum 曲面和 Profile 以中性數(shù)據(jù)格式 IGS 或 VDA 輸 出,在 CAD 軟件中進行曲面重構,并結合產(chǎn)品數(shù)模,就能夠得到機加工可以使用的 拉深工序模具數(shù)模。沖壓工藝傳統(tǒng)設計方法 :首先,在經(jīng)驗基礎上,利用 CAD 設計工藝補充面 ; 其次,將CAD數(shù)模傳遞給AutoForm等CAE軟件進行拉深過程模擬;根據(jù)模擬結果, 在CAD中對工藝補充面進行調整,并將新的 CAD數(shù)模傳遞給CAE,開始新的模擬, 直到滿足要求為比。這是一個從 CAD 到 CAE 再回到 CAD 的不斷反復的過程。由于 每次在 CAD 中構造曲面都遠較在 AutoForm 中復雜,因此,整個過程所花費的時間 就多
19、得多。 而新方法在沖壓工藝設計初期, 就用 Diedesigner Module 在 AutoForm 軟 件中設計并調整拉深工藝補充面,與傳統(tǒng)的設計方法相比,就能夠大大提高設計效 率。由于 AutoForm 是一款快速模擬軟件, 為了在較短的時間內對復雜沖壓件的成形過程進行評價,采用了膜單元來離散幾何模型,必然要降低模擬精度,因此, 有些汽車公司在模具設計開始之前還要利用模擬精度高的 CAE 軟件,如德國人眾就 采用了 Indeed 軟件,對拉深工序進行再次模擬 (Indeed 軟件的計算是基于帶厚度的 殼單元的,能夠得到更為準確的計算結果, 但是其計算所花費的時間通常是 AutoForm
20、的幾到十幾倍,該軟件比較適用于最終驗證 ),所有拉深工藝必須通過 Indeed 模擬 并驗證為是可行的,才可用于模具設計。模具設計完備,應通過圖紙結合泡沫模型進行驗收 (圖 3) ,各道工序用不同顏色的線條標記在泡沫模型上,這樣做直觀而清晰。還應組織包括工藝設計者、項目規(guī)劃員、模具調試人員、模具操作者等相關人員進行討論驗收。對于在沖壓工藝上難以解決的成形問題,還應邀請產(chǎn)品開發(fā)人員一同討論,尋求對產(chǎn)品進行更改設 計的可能性。3.2 修正回彈的對策由前已知,回彈是轎車外覆蓋件成形過程中的主要問題,現(xiàn)以前蓋外板為 例,對此進行詳細分析。通常外覆蓋件的回彈有以下兩類 :大片平坦曲面由彈性回復造成的拱起或塌陷,如圖4中C部放大所示,虛線表示零件從模具中取出并發(fā)生回彈后的位置。這類問題,工藝設計時通常不加以考慮,工藝數(shù)模中產(chǎn)品型面部分的數(shù)據(jù)與來自于產(chǎn)品開發(fā)部門的數(shù)據(jù)相一致,并用于模具制造。待試模之后,將試件與檢具進
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