文献综述-冲压成形特点以及发展趋势

毕业设计文献综述院（系）名称工学院机械系专业名称材料成型及控制工程2012年03月10日冲压成形特点以及发展趋势摘要本文论述了冷冲压件成形的相关理论、变形机理和工艺设计步骤及冲压件结构设计与优化的基本原则。介绍其成型原理、成形工艺及其结构设计、优化过程和冲压成型的特点以及冲压成型所用材料，以及冷冲压成形的现状，以使冲压成形工艺的加工方法得到推广、应用和优化。关键词冲压，成型，优化。0前言冲压技术在现代工业生产中占有十分重要的地位，是国防工业及民用工业生产中必不可少的加工方法，在电子产品中，冲压件约占8085；在汽车、农业机械产品中，冲压件约占7580；在轻工业产品中，冲压件约占90以上。此外，在航空及航天工业中，冲压件也占有很大的比例。其材料利用率高，可加工薄壁、形状复杂的零件，形状和尺寸精度方面的互换性好，生产率高，操作简单，容易实现机械化和自动化，在工农业中应用十分广泛。由于薄壁零件特别是复杂的薄壁零件不适于用传统的成形加工方法，因此需要采用冷冲压加工工艺。1设计开题前，在指导老师的解说下，我对冲压件的成形方法及冲压件的结构设计和优化等有了初步的了解。冲压成型加工具有生产率高、质量好等优点，在各种板材、带材的成形加工中，具有明显的综合经济效益。在此期间我也查了一些资料使我对滚压成型的原理以及特点有了初步了解。为此次毕业设计的开始作了充分的准备1冲压成形的特点与基本规律冲压成形是塑性加工的一种方法。虽然它也是利用材料的塑性变形能力，改变其几何形状与尺寸，从而达到冲压成形的目的，但是，由于冲压成形所用板料毛坯的几何特点和所用设备与模具的特殊性，使冲压成形除具有塑性加工普遍存在的特点和遵循其一般的变形规律外，它还具有一些与一般的压力加工不同的特点与独特的规律。211冲压成形的特点在生产实践中应用的冲压成形工艺方法很多，有多种形式和名称，但它们在本质上是相同的，都是使平面形状的板料毛坯，在力的作用下，按既定的要求产生不可恢复的塑性变形，从而完成一定形状与精度零件的制造工艺。从利用原材料的塑性进行加工这个原则看，它和其他所有的塑性加工方法是一样的，但是，由于冲压成形中的毛坯是厚度远小于板平面尺寸的板料以及由此决定的外力作用的方式与大小等原因，致使冲压成形具有如下几个非常突出的特点。31数值不大的垂直与板面方向的单位压力，即可引起在板面方向上数值足以使板材产生塑性变形的内应力。2在没有抗失稳装置拘束作用的条件下，很难在自由状态下顺利地进行冲压成形过程。3在冲压成形时，板料毛坯里的内应力数值接近或等于材料的屈服应力，有时甚至小于板料的屈服应力。4在冲压成形时，模具对板料毛坯作用力所形成的拘束作用程度较轻。由于冲压成形具有上述一些在变形与力学方面的特点，致使冲压技术也形成了自己的一些与一般塑性加工不同的特点。1由于不需要在板料毛坯的表面作用数值很大的单位压力即可使其成形，所以在冲压技术中关于模具强度与刚度的研究并不十分重要，相反的却发展了许多简易模具技术。2因冲压成形时的平面应力状态或更为单纯的应变状态，当前对冲压成形中毛坯的变形与力能参数方面的研究较为深入，有条件运用合理的科学方法进行冲压加工。3人们在对冲压成形过程有了较为深入的了解后，已经认识到冲压成形与原材料有十分密切的关系。12冲压成形中毛坯的分析在冲压成形过程中，为使板料毛坯改变起原始形状成为零件，必须在毛坯各部分之间形成一定的受力与变形关系。每一种冲压成形方法都要求毛坯各部分之间存在一定的力与变形的关系。这是能够顺利地完成冲压成形的基本保证，所以对毛坯进行受力与变形方面的分析是十分必要的。41213在冲压成形过程中各个区（部分）之间是在相互转化而不断变化的，例如待变形区内的板料不断地进行变形区，而变形区的金属又可能不断地进入已变形去并承担起传力的作用等。对变形区与不变形区的判断，当然可以直观地根据该部分毛坯是否在改变起形状来决定。不过，有时候变形区的形状与尺寸并不发生变化（如再次拉深时的变形区），所以最根本的判断方法是如果毛坯内某个部分内任意两点的距离不产生变化，也就是它们之间不产生相对的位移，即使该部分产生总体的位移，或做等角速度的转动，这部分也不一定不是变形区，而是非变形区。513冲压变形的分类在冲压加工的技术工作与生产管理工作中，根据各自不同的需要与目的，按不同的标准出现了许多分类方法。从本质上看，冲压成形就是冲压毛坯的变形区，在力的作用下产生相应的塑性变形，所以变形区内的应力状态和变形性质应该是决定成形性质的基本因素。因此，根据变形区应力状态和变相特点进行的冲压成形分类方法，可以把成形性质相同的成形方法概括成同一个类型并进行体系化的研究。2冲压加工与传统加工方法的比较21板料冲压加工的优点1材料利用率高。2可加工薄壁、形状复杂的零件。3冲压件在形状和尺寸精度方面的互换性好。4能获得质量轻而强度高、刚性好的零件。5生产率高，操作简单，容易实现机械化和自动化。冲压生产设备由剪床和冲床。剪床是用来将板料剪切成具有一定宽度的条料，以供后续冲压工序使用，冲床可用于剪切及成形。61422传统板料加工的缺点1材料利用率低。2不能加工形状复杂的零件，成形的零件质量差。3生产效率低，全部是人工操作。3冷冲压加工的现状和发展趋势31冲压技术的历史与应用现状在20世纪50年代，冲压技术还处于主要依靠从实践中总结出来的冲压工艺方法和工艺参数，能够制造出具有典型特征与规则形状的冲压件。但是对所应用的冲压成形方法的变形机理和冲压成形的规律并不十分了解，缺少必要的理论基础知识作为实际工作的指导。因此，当冲压生产中遇到与变形机理有关较为复杂的问题时，就会感到束手无策，无从着手，致使问题长时间得不到解决。到20世纪末，冲压技术有了很大的进步，人们已经对常用的各种工艺方法的成形机理有了基本的了解，也总结出一些可以作为冲压成形理论内容的冲压变形规律，可以在对冲压成形机理深入了解的基础上，开发更为先进的冲压工艺方法和改进冲压工艺过程。随着冲压技术的发展，冲压技术在现代工业中占有十分重要的地位，是国防工业和民用工业生产中必不可少的加工方法。在国防工业中，特别是飞机的制造中，冲压成形以成为必不可少的关键技术之一。在民用工业中，在电子产品中冲压件约占8085；在汽车、农业机械产品中冲压件约占7580；在轻工业产品中，冲压件约占90以上。71532冲压工艺的研究随着计算机软硬件技术的发展，众多融合了计算机图形学、有限元技术和塑性成形理论的模拟软件开始出现，例如DYNAFORM,PAMSTAMPLSDYNA3D,AUTOFORM,OPTRIS,ABAQUS/EXPLICIT等，得到了许多工业部的重视和应用。美国的GM,FORD,CHRYSLER,德国的大众、奔驰，日本的丰田、三菱、日产等大型汽车制造公司，己开始应用这类软件指导板料成形件的开发和生产，产生了良好的经济效益。数值分析技术以其高效率、低成本的优势在薄板冲压成形领域中得到了广泛的应用。美国、日本等世界一流的科学研究中心采用有限元数值模拟和网格技术对零件、模具、冲压工艺和材料性能之间的相互适应性进行了三维动态仿真分析，涉及领域之广泛、研究成果之显著，引人瞩目。我国在板料成形数值模拟方面起步较晚，较发达国家美、日等晚了十几年。经过多年的发展，我国在板料成形数值模拟方面已经取得了很大进展，但主要集中在部分高校里，华中理工大学针对不完全对称盒形件的成形特点，开发了有限变形弹塑性薄膜有限元程序对其进行分析研究。吉林工业大学采用更新的LAGRANGE法以及有限元变形虚功率增量型原理的弹塑性大变形有限元法，研究了金属板料成形的塑性流动规律以及成形过程中发生的起皱、裂纹等现象，首次提出了多点成形时非连续接触边界约束的处理方法，建立了基于MINDLIN壳理论三维金属板料成形过程分析的有限元模型，编制了用于板料多点成形分析的有限元专用软件，成功分析了多点成形时的金属流动规律。8哈尔滨工业大学采用刚粘塑性本构关系，开发了粘塑性板壳成形有限元分析程序，并对方盒件的成形过程进行了分析；对板料粘性介质胀形过程中的应变速率变化也进行了模拟研究。北京航空航天大学对板料成形过程中的接触摩擦和悬空区起皱进行数值模拟。上海铁道学院的李尧臣用有限元法模拟了金属板材的冲压成形过程，分析了金属板材在冲压过程中的屈曲现象，建立了增量形式的变分原理，跟踪了板料起皱的发展、折叠、衰减的全过程。上海交通大学对板料成形的回弹进行了较为系统的研究，提出在板料回弹模拟中采用修正的拉格朗日法较为合适。11板料成形数值模拟技术的一个突出成就是实现了汽车覆盖件的成形模拟，通过对板料成形过程进行高精度数值模拟，可以观察冲压速度、模具间隙、摩擦因素等对成形性能的影响。在汽车覆盖件模拟方面，FORD公司的SCTANG作了长期的卓有成效的研究，早在1980年就用小变形有限元程序分析了当汽车车身零件成形中采用曲面压料面时，压边圈夹紧阶段工件的变形。CQDU等还对轿车顶弧ROOFBOW、后加强板RAILREINFORCEMENT、轮毂DISKWHEEL成形时的回弹题进行了模拟研究，日本的板料成形研究协会更是开发了模拟软件ROBST，该软件与MITSUBISHICAD/CAM系统连接后设计出来的覆盖件模具，已初步在生产实际中得到验证。MAZDAMOTOR用PAMSTAMP分析了边框外覆盖件。我国对复杂汽车覆盖件成形过程的数值模拟技术也进行了探索，林忠钦等运用有限元软件AUTOFORM和LSDYNA3D对SANTANA2000的外侧板的成形过程进行了模拟，包向军等运用LSDYNA3D，在综合考虑了毛坯尺寸、压边力、拉延筋的布置等因素的情况下，实现了汽车内门板的优化设计。933冲压技术存在的问题1理论研究还不完善，尚需进一步加强理论工作；2冲压件的工艺制定之后，还需要进行试验，并根据试验的结果修正工艺规程，这一点在复杂冲压件成形过程中尤为突出，占用了生产时间的很大一部分；3冲压模拟仿真在我国的应用率还有待提高。104结束语由于具有生产效率高，产品重量轻，可冲压出形状复杂的零件等优点，因此，在汽车、航空航天等领域应用越来越广。同时在轻工业，军工等行业所占的比例也有增长的趋势。但同是我们也应看到，我国在冲压领域与发达国家还有很大的距离，我们必须以更大的步伐更快的速度占领这个领域。参考文献1李尧金属塑性成形原理M北京机械工业出版社，20042夏琴香冲压成形工艺及模具设计M广州华南理工大学出版社，20043李硕本冲压工艺理论与新技术M北京机械工业出版社，20024张士宏冲压工艺的新发展材料、工艺、测控一体化J机械工人，2006，（12A）5马东，陈新春座椅安全带支架的成形工艺方案与模具结构J模具制造2006，（10A）23246余平具有特殊斜面的冲压件展开尺寸计算J宁夏工程技术，2005，4（2A）7段维峰，王长昕，翟德梅车架冲压工艺优化研究及模具设计J拖拉机与农用运输车，2006，33（1A）88898彭东升波形片冲压工艺几成形模设计J模具工业，2006，32（7A）21229孔玉民，王义文汽车中马鞍形零件冲压工艺分析及模具设计J10王晓莉软管支架冲压工艺及模具设计J机械研究与应用，2006，19（6A）727311崔令江汽车覆盖件冲压成形技术M北京机械工业出版社200312YANGDY,JUNGDW,SONGIS,ETALCOMPARATIVEINVESTIGATIONINTOIMPLICIT,EXPLICIT,ANDITERATIVEIMPLICIT/EXPLICITSCHEMESFORTHESIMULATIONOFSHEETMETALFORMINGPROCESSESJJOURNALOFMATERIALSPROCESSINGTECHNOLOGY199550395313RONDAJ,MERCERCD,BOTHMAAS,ETALSIMULATIONOFSQUARECUPDEEPDRAWINGWITHVARIOUSFRICTIONANDMATERIALMODELSJJOUNRALOFMATERIALSPROCES