冲压成形概述

冲压工艺与模具设计 第一章冲压工艺概述 第一节冲压工艺特点第二节冲压工艺分类第三节冲压技术的发展第四节冲压工艺用材料第五节冲压设备 第一节冲压工艺特点 一 冲压的概念二 冲压的特点 一 冲压的概念 压力机 压力机 剪板机 由此可看出 要制造一个看似简单的饭盆 需经历 矿石冶炼 钢锭 板料 条料 单个毛坯 饭盆等多个工序 由板料到条料 由条料到单个毛坯 由单个毛坯到饭盆均是一个冲压过程 圆形平板毛坯空心件 一次冲压 拉深 产生变形 条料圆形毛坯 一次冲压 冲裁 产生分离 板料条料 一次冲压 冲裁 产生分离 之所以产生了变形和分离是因为受到了力 而只有当内力 b时才会分离 当 s b时只会变形 并且整个过程均在常温下进行 由此可得出冲压的概念 在常温下 利用压力机传外力给模具 模具将受到的力传给板料 板料的内部产生内力 当内力的作用达到一定程度时 板料就会产生与内力的作用性质相适应的变形 从而得到具有一定形状 尺寸和性能的零件 简单的说 即是 常温下 由此概念可知 冲压是在常温下进行的 即不需加热 故又叫冷加工 冲压加工的对象都是板料 故又称为板料冲压 冲压是由设备和模具完成其加工过程的 需具备三个要素 冲床 设备 模具 原材料 冲压是塑性变形的基本形式之一 生产率高 操作简单 便于实现机械化和自动化 二 冲压的特点 材料利用率高 一般可达70 85 有的高达95 不需加热 可以节约能源 且表面质量好 可得到其它加工方法难以加工或无法加工的形状复杂的零件 如薄壳拉深件 可得到重量轻 刚性好 强度大的零件 不需要加热 可以节省能源 且表面质量好 7 大量生产时 产品成本低 由此可见 冲压能集优质 高效 低能耗 低成本于一身 这是其它加工方法无法能与之相比拟的 因此冲压的应用十分广泛 如汽车 拖拉机行业中 冲压件占60 70 电子仪表占到35 还有日常生活中的各种不锈钢餐具等等 从精细的电子元件 仪表指针到重型汽车的覆盖件和大梁以及飞机蒙皮等均需冲压加工 冲模与冲压件有 一模一样 的关系 一般冲床每分钟的行程次数是几次到几十次 而高速冲床每分钟可达几百次 目前最高速度已经达到3000次 分 送料速度100m min 最快可达300m min 尺寸精度高 互换性好 冲压加工的缺点 模具制造周期长 成本高 如采用快速原型制造技术制造模具 采用低熔点合金材料制造模具 但随着先进的模具加工技术及新型模具材料的出现 这种缺点也可逐渐被克服 传统加工方法和手段及传统模具材料 403 3504 74万元 自动叠铆级进模 98万元 车门板修边冲孔模 98万元 总之 模具工业是一个国家的基础工业 模具设计与模具制造水平的高低已成为衡量一个国家产品制造水平的高低 据统计 到2000年 粗加工的75 精加工的50 是由模具完成 发达国家非常重视模具的发展 日本认为 模具就是进入富裕社会的原动力 德国 金属加工业中的帝王 罗马尼亚 模具就是黄金 模具在国际上被认为是点石成金的行业 不过这里的模具还包括塑模 锻模 压铸模 橡胶模等 但目前以冷冲模和塑料模的应用最广 各占40 左右 第二节冲压工艺分类 一 按变形性质分类 分离工序 成形工序 分离工序 冲压成形时 变形材料内部的应力超过强度极限 b 使材料的一部分与另一部分发生断裂而产生分离 从而形成一定形状和尺寸的零件 分离工序主要有剪裁 冲孔 落料 切口等 表1 2分离工序 成形工序 冲压成形时 变形材料内部应力超过屈服极限 s 但未达到强度极限 b 使材料产生塑性变形 从而得到一定形状和尺寸的零件 成形工序主要有弯曲 拉深 翻边等 D 二 按变形区受力性质分伸长类成形 变形区的最大主应力为拉应力 其破坏形式为拉裂 特征是厚度减薄 压缩类成形 变形区的最大主应力为压应力 其特征是厚度增厚 破坏形式为起皱 三 按基本变形方式分 冲裁弯曲拉深成形 四 按工序组合形式分 简单工序组合工序1 复合工序2 连续冲压3 连续 冲压复合 第三节冲压技术的发展 1 我国冲压技术现状技术落后 经济效益低 主要原因 冲压基础理论与成形工艺落后 模具标准化程度低 模具设计方法和手段 模具制造工艺及设备落后 模具专业化水平低 所以 我国模具在寿命 效率 加工精度 生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大 国内外模具制造精度比较 国内外模具生产周期比较 国内外模具寿命比较 2 存在的主要问题 设计方面 国内模具设计以二维CAD设计为主 近年采用3D设计型腔模的要求越来越高 但是3D设计的能力普遍较低 工艺方面 国内仍以经验设计为主 很少采用CAPP技术 与CAD CAM CAE技术的要求不相适应 制造方面 尽管一些企业采用CAM技术 但是应用水平不平衡 与CAD CAM一体化要求有一定的距离 影响了加工效率 精度以及周期 检测方面 采用一般通用测量手段 精度低 不能对测量结果进行自动数据处理 只有少数企业采用三座标测量机进行自动测量和与CAD CAM系统联机测量技术 模具企业由于其生产特点 一般以中小企业为主 自主开发能力较弱 影响了我国模具产业整体素质的提高 因此迫切需要建立技术开发服务机构 帮助企业解决发展中的共性技术难题 3 发展方向 发展高精密 高速度 复杂 长寿命模具模具新材料和表面改性技术的研究和应用提高数字化设计与制造水平模具超精加工技术的发展提高标准化程度 我国十一五模具发展重点 模具技术集合了机械 电子 化学 光学 材料 计算机 精密监测和信息网络等诸多学科 是一个综合性多学科的系统工程 模具技术的发展趋势主要是模具产品向着更大型 更精密 更复杂及更经济的方向发展 模具产品的技术含量不断提高 模具制造周期不断缩短 模具生产朝着信息化 无图化 精细化 自动化的方向发展 模具企业向着技术集成化 设备精良化 产品品牌化 管理信息化 经营国际化的方向发展 汽车覆盖件模具精密冲压模具大型及精密塑料模具主要模具标准件其他高技术含量的模具先进生产管理模式 我国十一五模具发展重点 第三节冲压成形的基本理论 1 塑性 塑性变形与塑性条件 1 塑性 固体材料在外力的作用下发生永久变形而不破坏其完整性的能力 注 A 塑性和柔软性的比较 B 同一变形条件下不同的材料具有不同的塑性 同种材料在不同的变形条件下具有不同的塑性 2 影响塑性变形的主要因素 内因 金属材料本身的结构和组成外因 变形温度 变形速度和应力状态 3 塑性条件 在变形金属中某点处于单向应力状态时 只要该点达到材料的屈服强度 该点就处于塑性状态 即开始产生塑性变形 注 当材料处于两向或三向应力状态 材料产生塑性变形主要取决于最大主应力和最小主应力之差 中间主应力对塑性影响不大 2 真实应力 应变曲线1 加工硬化金属变形过程中随着塑性变形程度的增加 其变形抗力增加 硬度提高 而塑性和塑性指标降低 2 真实应力 真实应变的概念真实应力 材料上某点的瞬时载荷与试棒初始截面积之比 真实应变 每一瞬间的长度增量与变形后总试棒长度的比值 3 板料力学性能与冲压成形性能的关系板料对冲压工艺的适应能力称为板料的冲压成形性能 两种失稳 拉伸失稳 在拉应力的作用下出现局部缩颈或断裂 压缩失稳 在压应力的作用下失稳起皱 前者如低碳钢拉伸实验中的缩颈现象 后者如压杆失稳现象 这样就有了成形极限 有总体成形极限和局部成形极限之分 成形极限愈高说明冲压成形性能愈好 一 屈服强度 s s 定形性 贴模性好 二 s b s b 抗破裂性好 三 伸长率 允许产生较大的塑性变形 影响冲压成形性能的力学指标 四 硬化指数nn 不易产生裂纹 五 厚向异性指数 b t 抗破裂性好 六 板平面各向异性指数 0 90 2 45 2 各相异性愈严重 第四节冲压工艺用材料 一 冲压对板料的基本要求使用性能要求冲压工艺的要求 一 对力学性能的要求要求板料在力学性能上比较容易冲压成形 即可用比较少的工序 比较简单的模具就能制出合格产品 s b E n r 有利于各种冲压成形工序 二 对化学成分的要求钢中一些元素的含量不同会导致材料的塑性 脆性不同 三 对金相组织的要求不同的金相组织会导致材料具有不同的强度 塑性等力学性能的不同 四 对表面质量的要求要求表面光滑 无氧化皮 裂纹 划伤等缺陷 五 对材料厚度公差的要求一定的厚度对应一定的模具间隙 材料厚度公差应符合国标 三 常用冲压材料及其力学性能GB中的规格 钢板 710X1420 1000X2000等 适用于大批量生产钢带 卷料 适用于大批量生产块料 单件小批量生产或贵重金属 第五节冲压设备 冲压设备的选用原则 冲压工序的性质 冲裁或成型冲压力的大小 开式 闭式模具结构形式模具闭合高度 轮廓尺寸生产批量生产成本产品质量结合单位现有设备条件 液压机 小批量 大型厚板冲压曲柄压力机 开式 适用于中小型冲压件闭式 适用大型冲压件双动压力机高速压力机多工位自动压力机 一 冲压设备类型的选择 二 压力机主要部件的结构和作用 一 工作机构曲柄连杆机构 由曲轴 连杆和滑块一起组成曲柄连杆机构 其中连杆长度可调节 适合不同装模高度 二 传动系统电动机 皮带 飞轮 齿轮等组合 三 操作系统空气分配系统 离合器 制动器电气控制箱等 四 支承部件机身 开式 闭式 五 辅助系统气路系统 润滑系统 六 附属装置 三 压力机的型号和技术参数 一 型号1 锻压机床类别 J 机械压力机D 锻机Y 液压压力机A 剪切机 Z 自动压力机W 弯曲校压机C 锤T 其它 2 代号说明JB23 63AJ 压力机类别B 变型设计代码2 压力机的列别3 压力机的级别63 公称压力A 改进设计号63T开式双柱可倾式第二种改进型压力机 二 技术参数1 公称压力F 2 公称压力行程SF3 滑块行程S上死点 下死点4 滑块行程次数n上死点 下死点 上死