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第二章冲压成形概述 2 1冲压成形特点与分类2 2冲压模具设计与制造的内容2 3冲压常用材料2 4冲压设备简介 1 在开始本章课程时让我们来看看如下零件是如何加工的 2 航天器发动机喷管 3 某导弹舵面零件 4 某导弹翼面零件 5 汽车发动机用垫圈 汽车发动机用垫圈 6 汽车发动机支架 7 普通垫片 8 常用五金件 9 汽车主要零件 10 2 1冲压成形特点与分类2 2冲压模具设计与制造的内容2 3冲压常用材料2 4冲压设备简介 11 冲压是将各种不同规格的板料或坯料 金属或非金属 在室温下对其施加压力 如通过压力机及模具等 使之变形或分离 以获得各种形状零件的一种加工工艺 冲压工艺是塑性加工的基本方法之一 它主要用于加工板料零件 所以有时也称之为板料冲压 冲压不仅可以加工金属板料 而且也可以加工非金属板料 1 什么是冲压 12 挤压件 坯料 气门顶杆 坯料 13 2 冲压加工的优点 经济方面 原材料省 且利用率高 一般可达70 90 操作工艺方便 生产效率高 便于机械化与自动化 成本低 14 汽车覆盖件 15 2 冲压加工的优点 技术方面 可以获得用其他加工工艺难以加工的各种形状复杂的零件与制品 尺寸精度较高 质量稳定 互换性良好 一般IT8 10 最高达IT7 在材料消耗不大的情况下 可获得强度高 刚度大 重量轻的零件 16 3 冲压生产的局限性 制模成本高 技术要求高 不适用于单件及小批量生产 17 4 冲压工艺在工业生产中的地位和作用 在机械制造业中 冷冲压是一种生产效率很高的加工工艺 它给生产提供了及其方便及最有利的条件 冲压工艺的应用范围很广 大到汽车的覆盖件 小至钟表及仪器仪表的元件 18 大多是冷冲压制成的 统计表明 汽车制造业中 60 75 冲压件 电机仪器仪表业中 60 70 国防工业中 冲压件的比重也相当大 19 冲压应用领域 汽车行业的冲压 汽车等行业零部件类冲压 电器件冲压 生活日用品冲压 家用电器部件冲压 航空航天工业 国防工业 20 航空航天制造业 21 22 23 24 汽车制造业 25 26 27 5 冲压成形分类 由于冲压加工的零件形状 尺寸 精度要求 批量大小 原材料性能等地不同 当前在生产中所采用的冲压工艺方法也是多种多样的 但是 概括起来可以分为两大类 分离工序 shearing 成形工序 forming 28 冷冲压基本工序分类图 冷冲压工序分离工序变形工序复合工序装配工序冲裁弯曲拉延成形体积冲压 剪裁 落料 冲孔 切口 切边 弯曲 扭曲 拉延 起伏 成形 压印 冲眼 29 30 31 1 分离工序 shearing 是指板料受力后 应力超过材料的强度极限 b 而使板料产生剪裂或局部剪裂 其目的是在冲压过程中 使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离 同时 冲压件分离断面的质量也要满足一定的要求 32 冲裁的内容包括 主要有 落料blanking冲孔piercing次要有 切口notching剖切或切断parting修边trimming 33 冲裁的作用及加工对象 作用有 零件part毛料stock加工对象非常广泛 料厚 0 01 20 40 尺寸 1x1 2000 x3000材质 金属 非金属 34 普通冲裁 落料 用冲模沿封闭轮廓曲线冲切 冲下部分是零件 用于制造各种形状的平板零件 冲孔 用冲模按封闭轮廓曲线冲切 冲下部分是废料 切断 用剪刀或冲模沿不封闭轮廓曲线切断 多用于加工形状简单的平板零件 35 切边 将成形零件的边缘修切整齐或切成一定的形状 剖切 把冲压加工成的半成品切开成为二个或多个零件 多用于不对称零件的成双或成组成压成形之后 36 精密冲裁 普通冲裁所得工件尺寸精度在IT11以下 切断面表面粗糙度值Ra为12 5 6 3 且有锥度 对于一些要求光洁和尺寸精度较高的零件或要求剪切断面与工件表面垂直的零件 一般的冲裁方法达不到要求 这样就发展了精密冲裁工艺 37 2 成形工序 是指板料受力后 应力超过了材料的屈服极限 s 但小于材料的拉伸强度极限 b 经过塑性变形后 成为一定形状的零件的加工工序 其目的是使冲压坯料在不破坏的前提下 发生塑性变形兵转化成所需要的成品形状 38 2 成形工序 弯曲 把板料沿直线弯成各种形状 可以加工形状极为复杂的零件 拉深 把平板毛坯冲制成各种空心的零件 也有称之为拉延 压延 引伸 39 forming 变薄拉深 把拉深加工后的空心半成品进一步加工成底部厚度大于侧壁厚度的零件 成形 把弯曲和拉深以外的许多变形类工序统称为成形 包括 翻边 局部成形 胀形 扩口 缩口 旋压 强力旋压 校平与整形等 40 forming 翻边 把板料的边缘按曲线翻成竖立的边缘 可分为内孔翻边和外缘翻边内孔翻边 圆孔翻边 异形孔翻边外缘翻边 凸曲线翻边 凹曲线翻边 41 forming 局部成形 在板料或零件表面上制成各种形状的凸起或凹陷 以提高零件的刚性 也可称之为起伏 压梗 压筋 胀形 将空心件或管状毛坯向外扩张 扩口 将空心件口部直径扩大 42 Specialforming 缩口 将空心件口部直径缩小 旋压 毛料随旋压机主轴旋转 赶棒加压于毛坯 使毛坯逐渐紧贴模具以获得所需形状和尺寸的制件 有时也称为赶形 43 强力旋压 在旋转状态下 用辊轮使毛坯逐步成形的方法 有时也称为旋薄 校平与整形 为了提高成形零件的平整度 尺寸精度或获得小的圆角半径而采用的成形方法 44 45 46 47 48 49 50 3 复合工序 把两个或两个以上的基本工序合并成一个工序 可以提高冲压生产的效率 降低工件的成本 便于实现自动化生产 如 冲孔 落料 落料 拉深 切边 落料 冲孔 弯曲 51 实现冲压的基本条件 要实现冲压必须对材料施加作用力 使得材料产生分离或塑性变形 所以要具备以下两个条件 一 冲压模具冲压模具是实现冲压工艺的工具 二 冲压设备冲压设备是实现冲压时提供外力的装置 52 四 冲压技术的发展方向 1 工艺分析计算方法的现代化2 模具设计制造技术现代化3 冲压生产的机械化与自动化4 适应产品更新换代快和生产批量小的特点5 改进板料性能 以提高其成形能力和使用效果 53 1 工艺分析计算方法的现代化 近几年来国内外开始采用有限元法 对复杂成形件 如汽车覆盖件 的成形过程进行应力应变分析和计算机模拟 以预测某一工艺方案对零件成形的可能性和会发生的问题 将结果显示出来 供设计人员进行修改和选择 54 这样 不但可以节省模具试制费用 缩短新产品的试制周期 还可以逐步建立一套能结合生产实际的先进设计方法 既促进了冲压工艺的发展 也将使塑性成形理论逐步完善到对生产实际的指导作用 55 2 模具设计制造技术现代化 为了加快产品的更新换代 缩短模具设计 制造周期 工业先进国家正在大力开展模具计算机辅助设计和制造 CAD CAM 的研究 并在生产中应用 采用这一技术 一般可以提高模具设计制造效率2 3倍 56 发展这一技术 最终是实现模具CAD CAM一体化 应用这一技术 不仅可以缩短模具设计制造周期 还可以提高模具质量 减少设计和制造人员的重复劳动 使设计者有可能把精力用在创新开发上 57 3 冲压生产的机械化与自动化 为了满足大批量生产的需要 冲压设备由低速压力机发展到高速自动压力机 国外还加强了由计算机控制的现代化全自动冲压加工系统的研究与应用 使冲压生产达到高度自动化 从而减轻劳动强度和提高生产效率 punch 500k wmv 58 4 适应产品更新换代快和生产批量小的特点 为了满足产品更新换代和小批量生产的需要 发展了一些新的成形工艺 如高能成形等 简易模具 如软模和低熔点合金模等 数控冲压设备和冲压柔性制造系统 FMS 等 这样 就使冲压生产既适合大批量生产 也适合小批量生产 59 5 改进板料性能 以提高其成形能力和使用效果 目前世界各先进工业国不断研制出冲压性能良好的板材 以提高冲压成形能力和使用效果 例如 研制高强度钢板 用来生产汽车覆盖件 以减轻零件重量和提高其结构强度 60 2 1冲压成形特点与分类2 2冲压模具设计与制造的内容2 3冲压常用材料2 4冲压设备简介 61 包括 冲压工艺设计 模具设计 模具制造冲模设计与制造流程图2 swf 62 2 1冲压成形特点与分类2 2冲压模具设计与制造的内容2 3冲压常用材料2 4冲压设备简介 63 1 首先要满足冲压件的使用要求 强度 刚度 导电性 导热性 重要性 耐腐蚀等 2 满足冲压工艺条件应具有良好的塑性和表面质量 板料的厚度 1 冲压工艺对材料的要求 64 黑色金属碳素结构钢板如Q234优质碳素的结构钢板如08F低合金结构钢板如Q345 Q295电工硅钢板如D12D41不锈钢板如ICN18NI9TI其他有色金属 纯铜板如T1 T2黄铜板如H62 H68铝板如1050A 23 1035 L4 钛合金板镍铜全金板其他非金属 绝缘胶木板 纸板 橡胶板 有机玻璃层压板 纤维板 毛毡 2 冲压常用材料的种类 65 2 1冲压成形特点与分类2 2冲压模具设计与制造的内容2 3冲压常用材料2 4冲压设备简介 66 机械压力机 曲柄压力机和摩擦压力机液压压力机机械压力机应用最广泛曲柄压力机最为常见 67 1 曲柄压力机 传动系统 电机 皮带 皮带轮 齿轮 传动轴等工作机构 曲柄 连轴 滑块等机身 将所有部分联成一个整体一些压力机还设有顶出机构 压边装置 68 曲柄压力机工作原理模具安装滑块往复运动完成生产所需的操作 1 曲柄压力机 69 1 曲柄压力机 曲柄压力机 闭式冲床 开式冲床 70 1 曲柄压力机 曲柄压力机 闭式冲床 特点 前后送料 操作与安装模具都不方便 床身刚度大适合 精度要求高的轻型压力机一般要求的中 大型压力机 71 1 曲柄压力机 曲柄压力机 开式冲床 特点 前面 左右面敞开 操作与安装模具都不方便床身刚度小 易变形适合 一般要求的中 小型压力机 72 1 曲柄压力机 曲柄压力机的选用选用原则 冲压工序性质 生产批量大小 模具外形尺寸 现有设备等选用内容 压力机类型选择压力机规格选择 73 1 曲柄压力机 选用内容 压力机类型选择 中小型 开式机械压力机大中型 闭式机械压力机批量大 高速压力机或多工位自动压力机薄板冲裁 精密冲裁 刚度高的精密压力机大型 复杂件 双动 三动压力机 74 1 曲柄压力机 选用内容 压力机规格选择 公称压力 滑块行程 行程次数 工作台面尺寸 滑块模柄孔尺寸 闭合高度 电动机功率 75 1 曲柄压力机 1 公称压力 定义 滑块离开下死点前某一距离或曲柄旋转至下死点前某一特定角度 公称压力角 时 滑块上所容许的最大压力 滑块作用力随曲柄旋转角度而变化 在下死点处为无穷大 时间极短 许用压力曲线由公称压力来计算 76 1 曲柄压力机 1 公称压力 许用压力曲线 图中1冲裁工艺冲裁力实际曲线 图中2拉深工艺拉深力实际曲线 图中3选择公称压力时 一般冲裁 弯曲时压力机的吨位比计算力大30 左右 拉深时比计算力大60 100 77 1 曲柄压力机 2 滑块行程 图中上死点和下死点的间距 也是曲柄直径选择原则 保证毛坯和冲压件可以顺利地放入和取出 一般取冲压件的2 5 3倍 78 1 曲柄压力机 3 行程次数 滑块每分钟打击次数 选择原则 根据材料变形要求和生产率来考虑 4 工作台面尺寸 长 宽 下模座尺寸 60 100mm工作台孔尺寸 下落件尺寸 79 1 曲柄压力机 5 滑块模柄孔尺寸 应与模柄直径相符孔深 模柄长度 80 1 曲柄压力机 6 闭合高度 定义 滑块至下死点时 滑块底面到工作台上平面之间的距离调节 通过连杆丝杆调节 连杆调节量 相应有最大 最小闭合高度需要了解 压力机闭合高度 最大闭合高度 最小闭合高度 压力机装模高度 最大 最小装模高度 模具闭合高度 81 1 曲柄压力机 定义 压力机装模高度 等于压力机闭合高度 垫板厚度 工作台上没有垫板 就等于闭合高度 最大 最小 装模高度 最大 最小 闭合高度 垫板厚度模具闭合高度 冲模在最低位置时 上模座上平面与下模座下平面的间距 82 1 曲柄压力机 Hmax最大闭合高度Hmin最小闭合高度M连杆调节量H模具闭合高度H1垫板厚度 83 1 曲柄压力机 故 Hmin H1 H Hmax H1或 Hmin H1 10 H Hma