冲压成形原理

1.1冲压加工概述1.1.1冲压加工工序的分类1.1.2冲压加工的工艺特点1.1.3冲压加工的发展现状1.2冲压加工设备1.2.1曲柄压力机的组成及应用1.2.2曲柄压力机的主要类型1.2.3曲柄压力机的型号和技术参数1.2.4其他冲压设备第1章绪论能力要求了解冲压的应用，能根据冲压件的结构特征初步判断出该冲压件所需的基本冲压工序熟悉冲压材料的种类及供应规格熟悉常用冲压设备的类型及适应工艺冲压与人们的生活息息相关，你身边就会有许多冲压件所组成的产品：大到汽车飞机，小到手表相机。模具是工业生产的基础工艺装备，被称为“制造业之母”。75%的粗加工工业产品零件、50%的精加工零件均由模具成形，机电新产品的开发往往取决于模具的研发能力。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。一块普通的金属板料如何会在冲压之后成为一件形状复杂、外观漂亮、价值昂贵的产品呢？1.1.1冲压的概念日常生活用品1.1冲压加工概述食品行业电机行业仪器、仪表行业家用电器、电脑行业空调背板洗衣机滚筒电子行业接插件端子电子行业汽车行业航空业及军事苏33舰载战斗机美国F18战斗机什么是冲压？在常温下，利用冲模在压力机上对金属（或非金属）板料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而得到具有一定形状、尺寸和性能的零件。分离塑性变形冲压的概念⑴冲压是在常温下进行的,即不需加热,故又叫冷冲压。⑵冲压加工的对象都是板料，故又称为板料冲压。⑶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。⑷冲压是塑性变形的基本形式之一。由冲压概念可知：在冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冲压模具(俗称冲模)。冲模是实现冲压加工必不可少的工艺装备，没有先进的模具技术，先进的冲压工艺就无法实现。1.1.1冲压加工工序的分类1.按变形性质分类分离工序成形工序（1）分离工序冲压成形时，被加工材料在外力作用下产生变形，当变形区材料受到的剪切应力达到材料的抗剪强度，材料便产生剪切而分离，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、剖切等。DDDD落料剪切分离工序示意有分离现象发生，但不改变空间形状表1-1分离工序表1-1分离工序（续）冲压成形时，被加工材料在外力作用下，变形区材料所受到的等效应力达到材料的屈服极限σs，但未达到强度极限σb，使材料只产生塑性变形，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、翻孔、缩口、胀形等。（2）成形工序D只改变毛坯形状，不发生分离成形工序示意表1-2成形工序表1-2成形工序（续）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。2.按变形区受力性质分拉深——压缩类成形胀形——伸长类成形3.按基本变形方式分冲裁弯曲拉深成形4.按工序组合形式分单工序冲压复合冲压级进冲压⑴生产率高，操作简单，便于实现机械化和自动化。1.1.2冲压的特点及应用⑶材料利用率高，一般可达70%~85%，有的高达95%。⑷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。⑸可得到重量轻，刚性好，强度大的零件。⑹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。⑵尺寸精度高，互换性好。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%，仪器仪表占到60~70%，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。冲压加工的缺点传统加工方法和手段及传统模具材料自动叠铆级进模：98万元模具制造周期长，成本高。车门板修边冲孔模：98万元如采用低熔点合金材料制造模具采用快速原型制造技术制造模具采用经济模具。但随着先进的模具加工技术及非传统意义上的模具材料的出现，这种缺点也可逐渐被克服。缺点将不复存在1模具行业现状改革开放以来，我国的模具工业经过多年发展，整体实力和综合竞争力显著增强，对汽车、家电等行业的服务能力大大提升。目前，我国模具企业超过2万家、规模以上5000家、重点骨干企业133家、上市公司13家。（1）精密、大型模具发展良好，模具技术水平及其附加值不断提高。（2）模具设计制造水平及生产方式进步巨大，CAD/CAM应用得到普及，CAE应用也得到普遍重视，CAPP、PLM、ERP等数字化技术已有一部分企业开始采用，高速加工、并行工程、逆向工程、虚拟制造和标准生产已在一些重点企业实施。（3）模具集聚区已经形成，形成了一大批颇具规模的模具城，产业聚集效应明显，模具集聚区主要集中在珠三角和长三角区，目前正在向全国范围扩展。1.1.3冲压的发展现状与趋势2模具工业面临的困境和挑战我国模具年生产总量虽然已位居世界第一位，但设计制造水平在总体上与工业发达国家相比尚有不少差距，主要表现在以下几方面:（1）我国模具工业与世界先进水平相比，仍存在一定差距;（2）研发及自主创新能力较弱;（3）企业管理落后于技术的进步;（4）数字化信息化水平较低;（5）模具人才发展滞后于行业发展;（6）国产模具自给率近88%，不足之处主要反映在以大型、精密、高性能为主的高技术含量模具，高水平模具仍然依赖进口;（7）随着美国“再工业化”，德国“工业4.0”，法国“汽车产业振兴计划”等战略，加上国内“人口红利”消退，劳动力成本的提高，给我国模具企业发展提出了巨大挑战。3技术发展重点模具技术的发展趋势主要如下:（1）CAD/CAE/CAM的广泛应用及其软件的不断改进，CAD/CAE/CAM技术的进一步集成化、一体化、智能化。（2）PDM(产品数据管理)、CAPP(计算机辅助工艺设计管理)、KBE(基于知识工程)、ERP(企业资源管理)、MIS(模具制造管理信息系统)及Internet平台等信息网络技术的不断发展和应用。（3）智能成形技术、超高强钢板热成形、液压成形、激光拼焊板成形、不等厚板成形、模内多工艺集成、热流道技术、快速变模温技术等新技术的发展和应用。（4）高速、高精加工技术的发展与应用。（5）超精加工、复合加工、先进表面加工和处理技术的发展与应用。（6）快速成形与快速制模(RP/RT)技术的发展与应用。（7）精密测量及高速扫描技术、逆向工程及并行工程的发展与应用。（8）模具标准化及模具标准件的发展及进一步推广应用。（9）高性能模具材料的研制、系列化及其正确选用。（10）模具自动加工系统的研制与应用。（11）虚拟技术和纳米技术等的逐步应用。1.1.3.4产品开发重点（1）汽车覆盖件模具（2）精密冲压模具（3）大型精密注塑模具（4）主要模具标准件模具的生产过程集精密制造、计算机技术、智能控制和绿色制造为一体，既是高新技术载体，又是高新技术产品。没有高水平的模具，也就没有高水平的工业产品，因此模具技术成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。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。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、食品模、建材模等等，但目前以冷冲模和塑料模的应用最广，各占40%左右。1.2冲压加工设备冲压设备的选用原则：冲压工序的性质：分离或成型工序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在冷冲压生产中，根据冲压件生产的需要，可选用不同类型的冲压设备。按传动方式分，有：机械压力机主要有曲柄压力机（俗称冲床）摩擦压力机其中曲柄压力机最为常用。液压压力机有油压压力机（油压机）和水压压力机（水压机）按自动化程度分，有：冷冲压设备主要有普通压力机、数控（CNC）压力机、自动压力机等按传动方式分机械压力机（以Jxx表示其型号)（冲床）.数控冲床摩擦压力机曲柄压力机油压机液压机（以Yxx表示其型号）水压机(以Kxx表示其型号)开式曲柄压力机数控转塔冲床多工位压力机液压机闭式单点曲柄压力机闭式双点曲柄压力机压力机的种类很多，按传动方式分类，主要有机械压力机和液压压力机。机械压力机在冲压生产中广泛应用。机械压力机又可分为曲柄压力机和摩擦压力机，其中曲柄压力机应用较广。1.2.1曲柄压力机的组成及应用图1-1所示为一种曲柄压力机实物图，图1-2所示为此种曲柄压力机结构简图。图1-2曲柄压力机结构简图图1-1曲柄压力机实物图1.2.1曲柄压力机的组成及应用曲柄压力机由下列几部分组成：（1）床身床身是压力机的机架；（2）运动系统运动系统的作用是将电动机的转动变成滑块连接的模具的往复冲压运动，如图1-3；运动的传递路线为：电动机→小带轮→传送带→大皮带轮→传动轴→小齿轮→大齿轮→离合器→曲柄轴→连杆→滑块。大齿轮转动惯量较大，滑块惯性也较大，在运动中具有储存和释放能量、并且使压力机工作平稳的作用图1-3运动系统（3）离合器离合器是用来接通或断开大齿轮→曲柄轴的运动传递的机构，即控制滑块是否产生冲压动作，由操作者操纵，如图1-4；大齿轮空套在曲柄轴上，可以自由转动。离合器壳体和曲柄轴通过抽键刚性连接。在离合器壳体中，抽键随着离合器壳体同步转动。通过抽键插入到大齿轮中的弧形键槽或从键槽中抽出来，实现传动接通或断开。将闸叉下拉使抽键在弹簧作用下插入大齿轮中的弧形键槽，从而接通传动。当操作者松开时，复位弹簧将闸叉送回原位，闸叉的楔形和抽键的楔形相互作用，使抽键从弧形键槽中抽出，从而断开传动。图1-4离合器（4）制动器制动器是确保离合器脱开时，滑块比较准确地停止在曲柄轴转动的上死点位置。利用制动轮对旋转中心的偏心，使制动带对制动轮的摩擦力随转动而变化来实现制动。当曲柄轴转到上死点时，制动轮中心和固定销中心之间的中心距达到最大。此时，制动带的张紧力就最大，从而在此处产生制动作用。转过此位置后，制动带放松，制动器则不制动。制动力的大小可通过调节拉紧弹簧来实现。图1-5制动器（5）上模紧固装置模具的上模部分固定在滑块上，由压块、紧固螺钉压住模柄来进行固定，如图1-6所示。（6）滑块位置调节装置为适应不同的模具高度，滑块底面相对于工作台面的距离必须能够调整。由于连杆的一端与曲轴连接，另一端与滑块连接，所以拧动调节螺杆，就相当于改变连杆的长度，即可调整滑块行程下死点到工作台面的距离。图1-6上模紧固（7）打料装置在有些模具的工作中，需要将制件从上模中排出。（8）曲柄压力机其他部分：导轨、安全块和漏料孔。图1-7打料装置图1-8落料孔冲压设备类型按照滑块驱动力不同有机械压力机、液压机和气压机等；按照床身的结构不同有开式和闭式压力机等；按照滑块数量不同有单动（一个滑块）、双动（2个滑块）压力机等；按照连杆数量不同有单点（一个连杆）、双点（2个连杆）、四点（四个连杆）压力机等……类型：按床身结构分开式闭式•按滑块行程是否可调分偏心压力机曲轴压力机•按工作台结构分固定式可倾式升降式（1）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）曲柄压力机代号说明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1.2.3压力机的型号和技术参数63T开式双柱可倾式第二种改进型压力机（2）技术参数1）公称压力F2）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→上死点5）压力机的闭合高度6）工作台板及滑块底面尺寸7）喉深C8）模柄孔尺寸指滑块在下死点前某一位置滑块所具有的压力。