CN103831341A - 一种凹模刃口热装镶拼结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种凹模刃口热装镶拼结构，包括：拼装镶拼凹模，所述镶拼凹模包括分体式设置的凹模刃口和凹模包容件；采用热装工艺，实现所述镶拼凹模中凹模刃口和凹模包容件的过盈配合装配。本发明所述凹模刃口热装镶拼结构，可以克服现有技术中制造成本高和使用寿命短等缺陷，以实现制造成本低和使用寿命长的优点。

Description

一种凹模刃口热装镶拼结构

技术领域

本发明涉及机械制造技术领域，具体地，涉及一种凹模刃口热装镶拼结构。 

背景技术

冲裁模广泛应用于汽车制造、仪表制造和五金配件生产等制造业中，在提高工作效率，降低产品的生产成本等方面发挥了非常重要的作用。 

如图1所示，冲裁模具的凸、凹模（刃口）等重要零件通常会使用Cr12等比较贵重的合金材料，一般来说模具材料费用要占到模具成本的70%左右，造成模具成本居高不下。通常情况下冲裁模具的凹模使用贵重合金材料较多，寿命也相对较短。 

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在制造成本高和使用寿命短等缺陷。 

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种凹模刃口热装镶拼结构，以实现制造成本低和使用寿命长的优点。 

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种凹模刃口热装镶拼结构，主要包括： 

a、拼装镶拼凹模，所述镶拼凹模包括分体式设置的凹模刃口和凹模包容件；

b、采用热装工艺，实现所述镶拼凹模中凹模刃口和凹模包容件的过盈配合装配。

进一步地，在所述步骤a拼装所得镶拼凹模中，所述凹模刃口处的外圆被凹模包容件包容，受到包容件的收缩挤压。 

进一步地，在步骤b中，所述热装工艺，是利用物体的热胀冷缩特性，将孔加热使孔径增大，后将轴装入胀大的孔中，待冷却后轴与孔间的配合面即产生过盈；热装工艺各参数之间的关系如下： 

；

上式中，t表示使孔膨胀所需的加热温度，单位℃；δ表示连接件实际过盈量，实心轴配合种可按H₇/u₇查取，也能够按0.1%计算，空心轴即所述镶拼凹模则按H₈/z₇查取或1.5%计，单位mm；△表示所选装配间隙，单位mm，考虑现场制约条件较多，推荐使用0.3%；α表示包容件的线性膨胀系数，单位1/℃，钢材为12×10^-61/℃；t₀表示装配环境温度，单位℃。

进一步地，在步骤b中，对所述凹模刃口和凹模包容件进行过盈配合装配时，过盈量取配合面直径的0.15%。 

进一步地，在步骤b中，还包括：对所述凹模刃口进行包含淬火、回火的硬化热处理。 

进一步地，在步骤b中，还包括：当所述镶拼凹模中的凹模刃口部分由数个零件组成时，需要将数个零件先用螺纹连接或非配合面的临时胶接成整体。 

进一步地，在步骤b中，还包括：将所述镶拼凹模中的凹模包容件加热到420~480℃后，嵌入凹模刃口，两者对齐后自然冷却即可； 

加热时，采用木材明火对凹模包容件进行加热，所述木材明火的最高温度700℃、呈微暗红色；加热到预设温度后，冷却过程中，当凹模刃口嵌入凹模包容件并对齐后，适当给凹模刃口滴水冷却。

进一步地，在步骤a拼装后，还包括：对所述镶拼凹模中的凹模刃口进行精整加工处理。 

进一步地，所述凹模刃口采用包含Cr12的贵金属合金材料制造或采用硬质合金制造，所述凹模包容件采用包含Q235的普通低碳钢制造。 

本发明各实施例的凹模刃口热装镶拼结构，由于包括：拼装镶拼凹模，所述镶拼凹模包括分体式设置的凹模刃口和凹模包容件；采用热装工艺，实现所述镶拼凹模中凹模刃口和凹模包容件的过盈配合装配；可以延长模具的使用寿命，降低冲裁模具的整体制造成本；从而可以克服现有技术中制造成本高和使用寿命短的缺陷，以实现制造成本低和使用寿命长的优点。 

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。 

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中： 

图1为传统镶拼凹模结构的结构示意图；

图2为本发明凹模刃口热装镶拼结构的结构示意图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下： 

1-凹模固定板；2-凹模刃口；3-凹模包容件。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。 

根据本发明实施例，如图2所示，提供了一种凹模刃口热装镶拼结构。 

本实施例的一种凹模刃口热装镶拼结构，通过优化凹模的设计，采用热装镶拼结构，不仅可以延长模具的使用寿命，而且可以降低冲裁模具的整体制造成本，对于仪表、五金配件等大批量零件生产，降低产品单件生产成本意义重大。现以常见的冲孔凹刃口热装镶拼为例，具体说明如下： 

㈠冲裁凹模刃口热装镶拼结构

冲裁模具的凹模由于使用合金材料多，多数情况下都采用了如图1所示的镶拼凹模结构，由凹模刃口和凹模固定板组成。与整体式凹模即凹模刃口（如图1中的凹模刃口2）与凹模固定板（如图1中的凹模固定板1）为一体的凹模相比，可以减少合金材料的使用量，对于降低模具制造成本的效果还是非常不错的。

如果冲裁将凹模刃口改进为如图2所示的热装镶拼的结构，由凹模刃口（如图2中的凹模刃口2）和凹模包容件（如图2中的凹模包容件3）组成。与普通镶拼凹模结构相比，两者的区别在于前者的刃口与固定板间采用过渡配合，刃口处的外圆外露，凹模固定板与刃口的连接并不十分紧密，优点是拼装后刃口尺寸无变化，无需加工、修整，但凹模固定板无法提供有力地支撑作用，凹模刃口强度较低；后者刃口与包容件间则采用过盈配合，刃口处的外圆被包容件包容，受到包容件的收缩挤压，拼装后需对刃口进行精整加工，但是由于凹模固定板与刃口连接紧密，凹模整体强度较前者高得多。设计上两者的刃口部分一般都采用Cr12等比较贵重的合金材料制造，固定板或包容件用Q235等便宜的普通低碳钢制造。而凹模刃口采用热装镶拼结构，能够明显减少Cr12等贵重材料的使用，对降低模具制造成本、延长凹模寿命等方面的效果更加显著。现就冲裁模具采用热装镶拼凹模结构对降低成本和延长寿命的效果进行分析如下： 

⑴减少贵重的合金材料用量和费用 

如果图1、图2中的冲压工件直径φ=50mm，采用传统凹模结构时的尺寸（加工 余量按单面2-3mm计）约为：直径应φ1=86mm（毛坯直径90mm），凹模高度取H=45mm（毛坯高度51mm），则整体结构时凹模毛坯（Cr12）重量为： 

W₁=π4.5²×5.1×7.9=2563g≈2.6kg； 

按目前市场模具钢Cr12锻件毛坯的零售价18元/kg计，则图1刃口材料费用为： 

A=18×2.6=46.8元。 

改用热装镶拼凹模结构后，刃口部分外径φ1=80mm（毛坯直径85mm），凹模刃口高度取H=16mm（毛坯厚度21mm），则凹模刃口部分毛坯（Cr12）重量为： 

W₂=π4.25²×2.1×7.9=941g≈1.0kg；

图2刃口材料费用为：B=18×1.0=18.0元；

考虑到凹模固定板与包容件都为普通低碳钢Q235，当前毛坯下料市场零售价仅为5.1元/kg计，加上传统凹模的加工工作量和难度都较大等因素，两者成本持平。

传统式凹模与热装镶拼凹模的材料费用相差为：C =A—B =46.8—18.0=28.8元。 

费用减少的比例为：D=C/A=28.8/46.8=0.615=61.5%。 

由此可见，冲裁模具的凹模采用热装镶拼结构，可大大减少贵重的合金材料的用量而降低模具的制造成本。 

⑵延长模具的使用寿命 

在正常使用的条件下，传统凹模刃口部分的有效高度（如图2中的h值）较小。当冲压工件的材料厚度为1.0～3.0mm时，h取值仅为6.0～12.0mm。如果取值过大，会因冲裁作业过程中废料排除不畅而胀裂凹模，因此，冲裁模具的凹模寿命非常有限。如果凹模采用热装镶拼结构，（图2中的）h取值可增大到10.0～16.0mm。由于凹模刃口部分的外圆柱面受到包容件的均匀收缩压力作用，不会出现凹模因为废料排除不畅而被胀裂的现象。 

凹模的寿命与刃磨次数成正比，设某传统凹模刃口部分的有效高度h=10mm，每次刃磨量为0.3mm，当h≤4mm时凹模报废，则刃磨次数为： 

N₁=（10—4）/0.3=20次；

凹模采用热装的镶拼结构结构后，h的取值增大到16.0mm，刃磨次数为：

N₂=（16—4）/0.3=40次；

凹模采用热装的镶拼结构后，刃磨次数由20次增加到40次，寿命延长一倍。如果是大批量的小型零件的冲裁模具，还可以用硬质合金做镶拼凹模的刃口，模具的寿命还会更长，对降低生产成本和提高工作效率的效果更加显著。

㈡热装工艺的操作方法 

冲裁模具在冲压生产过程中反复承受着冲击力的作用，凹模采用过盈配合的镶拼结构时，如果过盈量不足，在使用过程中可能会造成松动而失效，如果过盈量太大则造成装配困难，采用热装工艺，这个问题便迎刃而解。热装工艺是利用物体的热胀冷缩特性，将孔加热使孔径增大，后将轴装入胀大的孔中，待冷却后轴与孔间的配合面即产生过盈。热装工艺各参数之间的关系如下：

；

上式中，t表示使孔膨胀所需的加热温度，单位℃；δ表示连接件实际过盈量，实心轴配合种可按H₇/u₇查取，也可以按0.1%计算，空心轴（凹模）则按H₈/z₇查取或1.5%计，单位mm；△表示所选装配间隙，单位mm，考虑现场制约条件较多，推荐使用0.3%；α表示包容件的线性膨胀系数，单位1/℃，钢材为12×10^-61/℃；t₀表示装配环境温度，单位℃。

现以配合直径为100mm的镶拼凹模的热装为例计算加热温度，取配合过盈量为0.15mm，装配间隙取0.3mm，装配环境温度为35℃，则包容件加热温度为： 

；

一般情况下，常用的冲裁模具热装镶拼凹模的装配工艺的具体操作方法如下：

⑴根据设计要求，完成凹模刃口部分和包容件的机械加工、钳工制作等工作；凹模刃口部分和包容件配合的过盈量取配合面直径的0.15%；

⑵按设计要求完成凹模刃口部分的淬火、回火等硬化热处理工作；

⑶如果镶拼凹模的刃口部分由数个零件组成，则应先用螺纹连接或临时（非配合面）胶接成整体；

⑷将镶拼凹模的包容件加热到450℃左右，然后嵌入凹模刃口部分，两者对齐后自然冷却即可。受现场条件限制，为防止对包容件加热温度过高，使嵌入后的凹模刃口部分回火软化，凹模包容件可用木材的明火（最高温度700℃，呈微暗红色）来加热，将凹模刃口部分嵌入包容件并对齐后，可适当给凹模刃口部分滴水冷却。

在冲裁模具中，通常凹模的制造费用高，寿命短。因此，采用上述实施例的凹模刃口热装镶拼结构，不仅能保证模具可靠工作，减少了Cr12等比较贵重的合金材料的使用量，从而降低模具的制造成本，同时可通过加大凹模刃口部分的有效高度的方法增加凹的刃磨次数而延长凹模寿命1倍左右；从而提高冲压件生产的工作效率，降低生产成本并提高产品的市场竞争能力。 

Claims (8)

1.一种凹模刃口热装镶拼结构，其特征在于，主要包括：

a、拼装镶拼凹模，所述镶拼凹模包括分体式设置的凹模刃口和凹模包容件；

b、采用热装工艺，实现所述镶拼凹模中凹模刃口和凹模包容件的过盈配合装配。

2.根据权利要求1所述的凹模刃口热装镶拼结构，其特征在于，在所述步骤a拼装所得镶拼凹模中，所述凹模刃口处的外圆被凹模包容件包容，受到包容件的收缩挤压。

3.根据权利要求1所述的凹模刃口热装镶拼结构，其特征在于，在步骤b中，所述热装工艺，是利用物体的热胀冷缩特性，将孔加热使孔径增大，后将轴装入胀大的孔中，待冷却后轴与孔间的配合面即产生过盈；热装工艺各参数之间的关系如下：

；

上式中，t表示使孔膨胀所需的加热温度，单位℃；δ表示连接件实际过盈量，实心轴配合种可按H₇/u₇查取，也能够按0.1%计算，空心轴即所述镶拼凹模则按H₈/z₇查取或1.5%计，单位mm；△表示所选装配间隙，单位mm，考虑现场制约条件较多，推荐使用0.3%；α表示包容件的线性膨胀系数，单位1/℃，钢材为12×10^-61/℃；t₀表示装配环境温度，单位℃。

4.根据权利要求3所述的凹模刃口热装镶拼结构，其特征在于，在步骤b中，还包括：对所述凹模刃口进行包含淬火、回火的硬化热处理。

5.根据权利要求3所述的凹模刃口热装镶拼结构，其特征在于，在步骤b中，还包括：当所述镶拼凹模中的凹模刃口部分由数个零件组成时，需要将数个零件先用螺纹连接或非配合面的临时胶接成整体。

6.根据权利要求3所述的凹模刃口热装镶拼结构，其特征在于，在步骤b中，还包括：将所述镶拼凹模中的凹模包容件加热到420~480℃后，嵌入凹模刃口，两者对齐后自然冷却即可；

加热时，采用木材明火对凹模包容件进行加热，所述木材明火的最高温度700℃、呈微暗红色；加热到预设温度后，冷却过程中，当凹模刃口嵌入凹模包容件并对齐后，适当给凹模刃口滴水冷却。

7.根据权利要求1-7中任一项所述的凹模刃口热装镶拼结构，其特征在于，在步骤a拼装后，还包括：对所述镶拼凹模中的凹模刃口进行精整加工处理。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的凹模刃口热装镶拼结构，其特征在于，所述凹模刃口采用包含Cr12的贵金属合金材料制造或采用硬质合金制造，所述凹模包容件采用包含Q235的普通低碳钢制造。

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