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  • 冲压

    冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力,使之产生塑性变形或分离,从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。冲压和锻造同属塑性加工(或称压力加工),合称锻压。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。全世界的钢材中,有60~70%是板材,其中大部分经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片,锅炉的汽包,容器的壳体,电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中,也有大量冲压件。

    冲压加工是借助于常规或专用冲压设备的动力,使板料在模具里直接受到变形力并进行变形,从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的生产技术。板料,模具和设备是冲压加工的三要素。按冲压加工温度分为热冲压和冷冲压。前者适合变形抗力高,塑性较差的板料加工;后者则在室温下进行,是薄板常用的冲压方法。它是金属塑性加工(或压力加工)的主要方法之一,也隶属于材料成型工程技术。

    冲压所使用的模具称为冲压模具,简称冲模。冲模是将材料(金属或非金属)批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要,没有符合要求的冲模,批量冲压生产就难以进行;没有先进的冲模,先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素,只有它们相互结合才能得出冲压件。

    编辑摘要

    目录

    加工特点/冲压 编辑

    冲压件 冲压件

    冲压件与铸件、锻件相比,具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其他方法难于制造的带有加强筋、 肋、起伏或翻边的工件,以提高其刚性。由于采用精密模具,工件精度可达微米级,且重复精度高、规格一致,可以冲压出孔窝、凸台等。冷冲压件一般不再经切削加工,或仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件,但仍优于铸件、锻件,切削加工量少。

    冲压三通 冲压三通

    冲压是高效的生产方法,采用复合模,尤其是多工位级进模,可在一台压力机(单工位或多工位的)上完成多道冲压工序,实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高,劳动条件好,生产成本低,一般每分钟可生产数百件。 与机械加工及塑性加工的其它方法相比,冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优 点。主要表现如下。

    (1) 冲压加工的生产效率高,且操作方便,易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工,普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次,高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上,而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。

    (2) 冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度,且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。

    (3) 冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件,如小到钟表的秒针,大到汽车纵梁、覆盖件等,加上冲压时材料的冷变形硬化效应,冲压的强度和刚度均较高。

    (4) 冲压一般没有切屑碎料生成,材料的消耗较少,且不需其它加热设备,因而是一种省料,节能的加工方法,冲压件的成本较低。

    由于冲压具有如此优越性,冲压加工在国民经济各个领域应用范围相当广泛。例如,在宇航,航空,军工,机械,农机,电子,信息,铁道,邮电,交通,化工,医疗器具,日用电器及轻工等部门里都有冲压加工。不但整个产业界都用到它,而且每个人都直接与冲压产品发生联系。像飞机,火车,汽车,拖拉机上就有许多大,中,小型冲压件。小轿车的车身,车架及车圈等零部件都是冲压加工出来的。据有关调查统计,自行车,缝纫机,手表里有80%是冲压件;电视机,收录机,摄像机里有90%是冲压件;还有食品金属罐壳,钢精锅炉,搪瓷盆碗及不锈钢餐具,全都是使用模具的冲压加工产品;就连电脑的硬件中也缺少不了冲压件。[1]

    存在问题/冲压 编辑

    1、模具问题

    冲压加工所使用的模具一般具有专用性,有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形,且模具制造的精度高,技术要求高,是技术密集型产品。所以,只有在冲压件生产批量较大的情况下,冲压加工的优点才能充分体现,从而获得较好的经济效益的。

    2、安全问题

    冲压加工也存在着一些问题和缺点。主要表现在冲压加工时产生的噪音和振动两种公害,而且操作者的安全事故时有发生。不过,这些问题并不完全是由于冲压加工工艺及模具本身带来的,而主要是由于传统的冲压设备及落后的手工操作造成的。随着科学技术的进步,特别是计算机技术的发展,随着机电一体化技术的进步,这些问题一定会尽快而完善的得到解决。

    3、高强度钢冲压

    当今高强钢、超高强钢很好的实现了车辆的轻量化,提高了车辆的碰撞强度和安全性能,因此成为车用钢材的重要发展方向。但随着板料强度的提高,传统的冷冲压工艺在成型过程中容易产生破裂现象,无法满足高强度钢板的加工工艺要求。在无法满足成型条件的情况下,目前国际上逐渐研究超高强度钢板的热冲压成形技术。该技术是综合了成形、传热以及组织相变的一种新工艺,主要是利用高温奥氏体状态下,板料的塑性增加,屈服强度降低的特点,通过模具进行成形的工艺。但是热成型需要对工艺条件、金属相变、CAE分析技术进行深入研究,目前该技术被国外厂商垄断,国内发展缓慢。[2]

    解决方案/冲压 编辑

    过去在生产深冲或者重冲工件,大家都认为耐压型(EP) 润滑油是保护模具的最好选择。硫和氯EP添加剂被混合到纯油中来提高模具寿命已经有很长的历史了。但是随着新金属--高强度钢的出现,环保要求的严格,EP油基润滑油的价值已经减少,甚至失去市场。

    在高温下高强度钢的成型,EP油基润滑油失去了它的性能,无法在极温应用中提供物理的模具保护隔膜。而极温型的IRMCO高固体聚合物润滑剂则可以提供必要的保护。随着金属在冲压模具中变形,温度不断升高,EP油基润滑油都会变薄,有些情况下会达到闪点或者烧着(冒烟)。IRMCO水基冲压润滑剂一般开始喷上去时稠度低得多。随着成形过程中温度的上升,会变得更稠更坚韧。实际上高分子聚合物极温润滑剂都有“热寻性”而且会粘到金属上,形成一个可以降低摩擦的隔膜。这个保护屏障可以允许工件延展,在最高要求的工件成型时没有破裂和粘接,以此来控制摩擦和金属流动。有效的保护了模具,延长了模具使用寿命,提高了冲压的强度。[3]

    工艺分类/冲压 编辑

    冲压件 冲压件

    冲压主要是按工艺分类,可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁,其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离,同时保证分离断面的质量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形,制成所需形状和尺寸的工件。在实际生产中,常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉伸、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。[3]

    分离工序

    (冲裁)

    是使用模具分离材料的一种基本冲压工序,它可以直接制成平板零件或为其他冲压工序如弯曲、拉深、成形等准备毛坯,也可以在已成形的冲压件上进行切口、修边等。冲裁广泛用于汽车、家用电器、电子、仪器仪表、机械、铁道、通信、化工、轻工、纺织以及航空航天等工业部门。冲裁加工约占整个冲压加工工序的50%~60%。[2]

    成形工序

    弯曲:将金属板材、管件和型材弯成一定角度、曲率和形状的塑性成型方法。弯曲是冲压件生产中广泛采用的主要工序之一。金属材料的弯曲实质上是一个弹塑性变形过程,在卸载后,工件会产生方向的弹性恢复变形,称回弹。回弹影响工件的精度,是弯曲工艺必须考虑的技术关键。[1]

    拉深:拉深也称拉延或压延,是利用模具使冲裁后得到的平板坯料变成开口的空心零件的冲压加工方法。 用拉深工艺可以制成筒形、阶梯形、锥形、球形、盒形和其他不规则形状的薄壁零件。如果与其他冲压成形工艺配合,还可制造形状极为复杂的零件。在冲压生产中,拉深件的种类很多。由于其几何形状特点不同,变形区的位置、变形的性质、变形的分布以及坯料各部位的应力状态和分布规律有着相当大的、甚至是本质的差别。所以工艺参数、工序数目与顺序的确定方法及模具设计原则与方法都不一样。各种拉深件按变形力学的特点可分为直壁回转体(圆筒形件)、直壁非回转体(盒形体)、曲面回转体(曲面形状零件)和曲面非回转体等四种类型。

    拉形是通过拉形模对板料施加拉力,使板料产生不均匀拉应力和拉伸应变,随之板料与拉形模贴合面逐渐扩展,直至与拉形模型面完全贴合。拉形的适用对象主要是制造材料具有一定塑性,表面积大,曲度变化缓和而光滑,质量要求高(外形准确、光滑流线、质量稳定)的双曲度蒙皮。拉形由于所用工艺装备和设备比较简单,故成本较低,灵活性大;但材料利用率和生产率较低。

    旋压是一种金属回转加工工艺。在加工过程中,坯料随旋压模主动旋转或旋压头绕坯料与旋压模主动旋转,旋压头相对芯模和坯料作进给运动,使坯料产生连续局部变形而获得所需空心回转体零件。[2]

    整形是利用既定的磨具形状对产品的外形进行二次修整。主要体现在压平面、弹脚等。针对部分材料存在弹性,无法保证一次成型品质时,采用的再次加工。

    胀形是利用模具使板料拉伸变薄局部表面积增大以获得零件的加工方法。常用的有起伏成形,圆柱形(或管形)毛坯的胀形及平板毛坯的拉张成形等。胀形可采用不同的方法来实现,如刚模胀形、橡皮胀形和液压胀形等。

    翻边是沿曲线或直线将薄板坯料边部或坯料上预制孔边部窄带区域的材料弯折成竖边的塑性加工方法。翻边主要用于零件的边部强化,去除切边以及在零件上制成与其他零件装配、连接的部位或具有复杂特异形状、合理空间的立体零件,同时提高零件的刚度。在大型钣金成形时,也可作为控制破裂或折皱的手段。所以在汽车、航空、航天、电子及家用电器等工业部门中得到十分广泛的应用。

    缩口是一种将已经拉伸好的无凸缘空心件或管坯开口端直径缩小的冲压方法。缩口前、后工件端部直径变化不宜过大,否则端部材料会因受压缩变形剧烈而起皱。因此,由较大直径缩成很小直径的颈口,往往需要多次缩口。[3]

    材料/冲压 编辑

    冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大。对于冲压材料的要求是:

    冲压原材料 冲压原材料

    ①厚度精确、均匀。冲压用模具精密、间隙小,板料厚度过大会增加变形力,并造成卡料,甚至将凹模胀裂;板料过薄会影响成品质量,在拉深时甚至出现拉裂。

    ②表面光洁,无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等。一切表面缺陷都将存留在成品工件表面,裂纹性缺陷在弯曲、拉深、成形等过程可能向深广扩展,造成废品。

    ③屈服强度均匀,无明显方向性。各向异性(见塑性变形的板料在拉深、翻边、胀形等冲压过程中,因各向屈服的出现有先后,塑性变形量不一致,会引起不均匀变形,使成形不准确而造成次品或废品。

    ④均匀延伸率高。抗拉试验中,试样开始出现细颈现象前的延伸率称为均匀延伸率。在拉深时,板料的任何区域的变形不能超过材料的均匀延伸范围,否则会出现不均匀变形。

    ⑤屈强比低。材料的屈服极限与强度极限之比称为屈强比。低的屈强比不仅能降低变形抗力,还能减小拉深时起皱的倾向,减小弯曲后的回弹量,提高弯曲件精度。

    ⑥加工硬化性低。冷变形后出现的加工硬化会增加材料的变形抗力,使继续变形困难,故一般采用低硬化指数的板材。但硬化指数高的材料的塑性变形稳定性好(即塑性变形较均匀),不易出现局部性拉裂。

    在实际生产中,常用与冲压过程近似的工艺性试验,如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能,以保证成品质量和高的合格率。[1]

    模具/冲压 编辑

    冲压 冲压

    模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。模具设计和制造需要较多的时间,这就延长了新冲压件的生产准备时间。模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具(供小批量生产)、复合模、多工位级进模(供大量生产),以及研制快速换模装置,可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间,能使适用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产。[1]

    专用设备/冲压 编辑

    压力机 压力机

    除厚板用水压机成形外,一般都采用机械压力机。以现代高速多工位机械压力机为中心,配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置,并利用计算机程序控制,可组成高生产率的自动冲压生产线。[2]

    润滑/冲压 编辑

    一般工件在冲压过程中,由于冲压过程中,尤其是在冷锻冲压加工过程中,温度会很快升高,必须加润滑油润滑,如果不使用润滑而直接冲压,除工件光洁度受到影响外,模具寿命将缩短,同时精度降低,为此模具方面的改进将投入大量费用。正是由于此种原因,所以在冷锻冲压中必须要冲压润滑。[2]

    安全生产/冲压 编辑

    在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下,在短暂时间内完成送料、冲压、出件、排废料等工序,常常发生人身、设备和质量事故。因此,冲压中的安全生产是一个非常重要的问题。冲压的安全措施是:

    ①实现机械化、自动化进出料。②设置机械防护装置,防止伤手。应用模具防护罩、自动退料装置和手工工具进出料。③设置电气保护、断电装置。设置光电或气幕保护开关、双手或多手串联启动开关、防误操作装置等。④改进离合器和制动结构,在危险信号发出后,压力机的曲轴、连杆、冲头能立即停止在原位上。[2]

    相关文献

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    参考资料
    [1]^引用日期:2019-07-05
    [2]^引用日期:2019-07-05
    [3]^引用日期:2019-07-05

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