模具结构强度分析方法.doc

模具結構強度分析方法 當我們在進行模具設計時,首先進行的動作便是結構確定.模具結構的合理性,對模具的承載能力有很大的影響,不合理的結構可能引起嚴重的應力集中或過高的工作溫度,從而惡化模具的工作條件,降低模具壽命,造成生產成本增加. 為確定合理的模具結構,以下幾點我們必須要有一些初步的了解: 一 模具的失效形式及原因: 在正常情況下,模具的失效主要過程為:損傷---局部失效---失效 模具損傷的基本形式有五種:塑性變形,磨損,疲勞,冷熱疲勞(主要出現在熱作模具),斷裂及開裂. 1沖壓模具的結構對損傷過程的影響: 模具的沖裁間隙是一個重要的結構參數,對模具刃口的應力水平以及其磨損速度有很大的影響. 沖裁間隙過小 在沖頭的刃口和凹模刃口處易產生裂紋.此時,被沖下的材料外形大于凹模刃口的內徑,板料上沖孔的直徑小于沖頭的直徑.當進行沖壓工作時沖頭和凹模刃口的側面將受到劇烈的磨擦,使磨損加劇. 沖裁間隙過大 間隙過大時,板料變形量增大,使刃口和板料的接觸面積減少,刃口端面的壓應力急劇增大,加速了刃口的塑性變形(鈍化). 2模具鋼的力學性能指標及治金質量對模具的失效形式及壽命有很大的影響. 3模具的熱處理是非常重要的工序,模具要通過此工序賦予其所需要的性能,才能保障模具的壽命. 二 模具結構強度分析方法: 模具結構強度分析方法到目前為止還未有統一的標準,大體上依據: 應力分析(塑性變形抗力,斷裂抗力,疲勞抗力,耐磨性,韌性或沖擊韌度ak), 材料在復雜應力狀態下的強度分析 (例如建立有限元模型,利用速度和加速度傳感器進行模擬分析), 材料疲勞的工程分析; 工程斷裂分析; 不同的試驗研究單位有各自的試驗方法,由於試驗方法不同,結果也不相同.並且此類方法也不適應目前的模具結構強度分析, 此類試驗研究尚停留在材料或模型分析過程,無法適應現在的模具設計進度要求.但是此類的研究對設計人員預防模具早期失效有很大的幫助,對提高模具的承載能力有極大的潛力. 三 模具局部結構強度改善 模具工作部份的幾何形狀,決定于沖壓產品的外形,模具非工作部份的幾何形狀決定於壓力機的結構.因此,設計模具時,其工作部份及非工作部份的幾何形狀,很難隨意改變,但是改變模具的局部結構來提高模具的承載能力方面,還是可以挖掘出巨大的潛力.下面我們就一些模具設計中的實例給大家作一些講解: 鑲套結構: 在模具設計過程中,為在局部獲得高的抗壓強度或高的耐磨性,要求其刃口或型腔具有很高的硬度,如采用整體結構,將整個模具處理成高硬度,則由於降低了模板的韌性,必將損害模具的斷裂抗力,極易發生早期斷裂.為此,可采用鑲套結構,即在工作部份鑲入高硬度的材料,如淬硬的高速鋼或硬質合金等.其它部份可采用高強韌性的材料,這樣就兼顧了高硬度和高強韌性,使模具獲得高壽命. 舉例說明: 圖示1-1 圖示1-1為一套沖裁不銹鋼產品的連續模,產量要求大於50萬次,模板材料為SKD11,熱處理硬度為HRC58,刀口入子材料為CKH9,熱處理硬度為HRC62. 刃口具有很高的硬度,而模板具有一定的強度和足夠的韌性. 組合結構: 圖示2-1 圖示2-1折彎模中成型凹模如采用整體結構,其優點是制造方便,其缺點是壽命低,凹模往往發生早期縱向開裂或底部環形開裂,壽命很低,改為組合式凹模后,在同樣硬度下不再發生上述的問題. 尺寸過渡 圖示3-1 圖示3-2 尺寸變化劇烈而且受力較大的沖頭或成型凸模,經常由於在尺寸過渡處產生裂紋而折斷.改為組合式減少因滑塊折損而造成的損傷,在入子尺寸突變處采用R角過渡,減小因在尺寸突變處引起較嚴重的應力集中而導致早期疲勞斷裂或一次性折斷. 尺寸過渡方式在細小沖頭設計時經常用到,如圖3-3所示: 圖3-3-1 圖3-3-2 圖3-3-3 圖3-3-1中沖頭兩段尺寸相差較大,屬於突變式尺寸過渡,極易在尺寸突變處引起較嚴重的應力集中而導致早期疲勞斷裂或一次性折斷.如采用圖3-3-2或圖3-3-3形式,將突變式尺寸過渡改為漸變式尺寸過渡,可明顯延長沖頭壽命.