精冲模工艺及技术介绍资料

第一讲精冲概数1、何谓精冲精冲—是精密冲裁的简称。精冲是在普冲的基础上，发展起来的一种精密冲压加工工艺。它虽然与普冲同属于分离工艺，但是包含有特殊工艺参数的加工方法。由它生产的零件也具有不同的质量特征。特别是在精冲与冷成型（如弯曲、拉深、翻边、镦挤、压沉孔、半冲孔和挤压等）加工工艺相结合后，精冲零件已有可能在许多领域（如汽车、摩托车、电子工业等），取代以前由普冲、机加工、锻造、铸造和粉末冶金加工的零件，因而发挥其巨大的技术优势和经济效益。2、精冲分类各种不同的精冲方法，按其工艺方式，主要分类如下：3、精冲工艺原理3.1普冲与精冲的区别我们常说的精冲，指的是强力压板精冲(见图1)。PR－齿圈力、PS－冲裁力、PG－反压力。强力压板精冲的基本原理是在专用压力机上，借助特殊结构模具，在强力作用下，使材料产生塑性—剪切变形，从而得到优质精冲件。3.2精冲工艺特点表1为普冲和精冲二种不同工艺方法的特点。技术特征普冲精冲1.材料分离形式剪切变形(控制撕裂)塑—剪变形(抑制撕裂)2.工件品质●尺寸精度ISO11-13ISO7-11●冲裁面粗糙度Ra(μm)Ra＞6.3Ra0.4～1.6平面度大小(0.02mm/10mm)不垂直度大小(单面0.0026mm/1mm)塌角(20～35)%S(10～25)%S毛刺双向,大单向,小3.模具●间隙双边(5～10)%T单边0.5%～1%T●刃口锋利倒角4.冲压材料无要求塑性好(球化处理)5.润滑一般特殊6.压力机●力态普通(单向力)特殊(三向力)●工艺负载变形功小变形功为普冲的2～2.5倍表13.3模具工作原理精冲机是实现精冲工艺的专用设备。如图2所示，精冲时精冲机上有三种力（PS、PR、PG）作用于模具上。冲裁开始前通过齿圈力PR，经剪切线外的导板（6），使V形齿圈（8）压入材料并压紧在凹模上，从而在V形齿圈的内面产生横向侧压力，以阻止材料在剪切区内撕裂和在剪切区外金属的横向流动。同时反压力PG又在剪切线内由顶件器（4）将材料压紧在凸模上，并在压紧状态中，在冲裁力PS作用下进行冲裁。剪切区内的金属处三向压应力状态，从而提高了材料的塑性。此时，材料就沿着凹模刃口形状，呈纯剪切的形式冲裁零件。冲裁结束后，PR和PG压力释放，模具开启，由退料力PRA和顶件力PGA分别将零件和废料顶出。并用压缩空气将其吹除。1.凸凹模;2.凹模;3.冲孔凸模;4.顶件器;5.推杆;6.导板;7.顶杆;8.齿圈;9.精冲材料;10.精冲零件;11.内形废料;PS—冲裁力;PR—齿圈力;PG—反压力;PRA—卸料力;PGA—顶件力;SP—冲裁间隙3.4、精冲工作过程（见图3）a）模具开启，送入材料；b）模具闭合，在刃口（冲裁线）内外的材料利用齿圈力和反压力压紧；c）用冲裁力PS冲裁材料，压紧力PR和PG全过程有效压紧；d）滑块行程结束，冲件在凹模内，内孔废料冲入落料凸模中；e）齿圈力PR和反压力PG卸除，模具开启；f）在施加齿圈力的位置，此时作用为：顶出内孔废料和卸除冲压搭边的卸料力PRA；g）在施加反压力的位置，此时作用为：从凹模中顶冲件的顶件力PGA。材料开始送进；h）吹卸或清除精冲件和内孔废料。材料送进完成。PR—齿圈力PG—反压力PS—冲裁力PRA—卸料力PGA—顶件力1—压板2—凹模3—冲裁（落料）凸模4—顶件器5—精冲材料6—精冲零件7—冲内孔废料第二讲精冲零件（上）1.精冲零件的工艺性精冲零件的工艺性，主要指保证零件的技术和使用要求，并在一定的批生产条件下，在制造上应最简单、最经济。而影响它的主要因素有：（1）零件结构的工艺性；（2）零件尺寸公差和形位公差；（3）材料性能和厚度；（4）冲裁面质量；（5）模具设计、制造质量及寿命；（6）精冲机的选择等。精冲零件结构的工艺性，是指构成零件几何形状的结构单元，它包括：最小圆角半径、孔径、壁厚、环宽、槽宽、冲齿模数等的确定尤为重要。图1所示，可供选择精冲零件结构参数的极限值。它们都小于普冲零件。这是由精冲原理决定的。然而，合理的零件结构参数，有利于提高产品质量，降低生产成本。2.精冲零件的难度等级根据零件几何形状及其结构单元，在图1各图中划分为S1、S2和S3三级。S1—简单的，适于精冲材料抗剪强度Ks=700N/mm2S2—中等的，适于精冲材料抗剪强度Ks=530N/mm2S3—复杂的，适于精冲材料抗剪强度Ks=430N/mm2在S3以下的范围，不适宜精冲，或者要采用特别措施。使用S3的范围时，其条件是冲裁元件要用高速钢制造，且精冲材料抗拉强度δb≤600N/mm2（抗剪强度Ks≤430N/mm2）。例：图1中开关凸轮，材料为Cr15（球化），Ks=420N/mm2，确定其难度等级。·孔径d＝4.1mmS1·搭边b＝3.5mmS3·齿模数m＝2.25mmS2·圆角半径Ra＝0.75mmS1/S2此零件最大难度是搭边b，故总难度为S3，可以精冲。3.精冲零件的技术要求3.1尺寸公差精冲零件的尺寸公差，取决于：零件形状、模具制造质量、材料厚度及性能、润滑剂和压力机调整等因素。可由表1中选取。3.2平面度公差精冲零件的平面度是指零件平面的挠度（见图2），其值为：f＝h－s由于精冲材料是在压紧状态下进行的，故精冲件具有较好的平面度。而这种平面度随零件尺寸、形状、材料厚度及机械性能等不同而有所差别。一般来说，1）、厚料比薄料零件平直；2）、低强度材料比高强度材料平直；3）、压边力大比压边力小的平直。在凸模侧的材料表面总是中凹的，凹模侧总是中凸的。但如果零件还需要压印、压痕、切口、弯形等工序或用连续模冲裁，由于在零件上产生局部的变形或冲裁方向不同，致使平面度有较大的波动范围。但无论如何，精冲件总是要比普通冲压件的平面度好的多。图3是在100mm距离上测定的一般直线度。图1精冲零件几何单元及难度等级A—孔径；B—槽宽、搭边；C—齿模数；D—圆角半径。料厚S(mm)抗拉强度600N/mm2内形J外形A孔距XISO公差等级0.5～16～7771～27772～37773～47874～57～8885～6.38986.3～88～9988～109～1010810～12.59～1010912.5～1610～111093.3垂直度公差精冲零件的冲裁面与基面成一定的角度公差（倒锥），谓之不垂直度。它与料厚及其性能、冲裁刃口状态、模具刚度、压力机的调整等有关。一般料厚为1mm时，不垂直度为0.0026mm，若料厚为10mm，则毛刺侧比塌角大0.052mm。图4为料厚与不垂直度的关系。图2零件平面图图3平面度公差图4料厚与X值的关系3.4冲裁面质量冲裁面是精冲零件质量高低的主要标志。它与材料种类、性能、金相组织、模具质量和刃口状况、润滑剂及压力机调整等因素有关。冲裁面的结构组成包括：光洁面、撕裂面、塌角面和毛刺面。冲裁面状况的表示方法和意义如图5所示，其质量特征表现为三个方面。图5冲裁面的表示方法图中：S—材料厚度；h—断裂时，最小光洁面部分占材料厚度S的百分比（%）；l—鱼鳞状断裂时，最小光洁面部分占材料厚度S的百分比（%）；b—最大允许的鱼鳞状断裂宽度，b的总和不大于相关轮廓的10%；t—允许的断裂深度为1.5%S；e—毛刺高度（mm）；c—塌角宽度为30%S（最大）；d—塌角深度为20%S（最大）（齿形件时为30%S）；E—撕裂带的最大宽度。（1）冲裁面粗糙度冲裁面的光洁程度，在冲裁方向和沿周边便于不同位置是有差别的。即塌角侧优于毛刺侧。冲裁面的粗糙度用算术平均值aR表示。其值一般Ra＝0.2～3.6，共分为六个等级（见表2），测量方向——垂直于冲裁方向；测量位置——在冲裁面的中部（见图6a）。冲裁面的粗糙度与材料抗拉强度的关系如图6b所示。表2冲裁面粗糙度粗糙度等级12345Ra（μm）0.20.40.6(0.8)2.43.4代号N4N5N6N7图6冲裁面粗糙度与抗拉强度的关系（2）冲裁面完好率精冲零件冲裁面完好率分为五个等级（见表3）。冲裁面完好率hl100%S100%S90%S75%S50%S100%S90%S75%S----（3）冲裁面撕裂等级精冲零件冲裁面撕裂等级分为四个级别（见表4）。表4冲裁面撕裂等级E（mm）级别0.30.6121234（4）冲裁面质量的表示方法和意义如图7所示为冲裁面质量特征的表示方法和意义。示例：图7冲裁面长度表示实例例中，冲裁面粗糙度Ra＝2.4μm；完好率h＝90%S；l＝75%S；撕裂级别为2。图8求塌角值tE和bE4.精冲零件的塌角塌角系指精冲零件内、外廓平面与光洁面交界处的不规则外凸曲线的下陷塑性变形（见图8）。塌角的大小与料厚、材质、零件形状、反压力及齿圈高度等有关。塌角的计算方法可参看图8选取。一般tE≈（5～10）S，bE≈（5～10）tE。5.精冲零件的毛刺毛刺系指精冲零件冲裁面端部上的不规则突起。其大小与材料种类、间隙、模具刃口状况、凸模进入凹模深度及冲裁次数等有关。精冲时产生的毛刺，不是切削毛刺而是挤压毛刺。判断毛刺的大小，不仅是毛刺高度，而且还有毛刺根部的厚度。根据VDI3345标准，当模具刃口锋利时，只产生薄毛刺，e＝0.01～0.08mm；当模具刃口变钝时，产生厚毛刺，e＝0.1～0.3mm（见图9）。图9精冲毛刺高度第二讲精冲零件（下）6.1尺寸公差因为精冲是一个流动—剪切过程，在精冲时，冲裁凸模首先使金属组织的晶体发生强烈的变形，而后分离。一定的精冲材料影响精冲零件的表面质量、尺寸精度和模具寿命。对它的基本要求是：（1）必须具有良好的可塑性和较大的变性能力这主要是使剪切区材料的流动持续到剪切终结而无撕裂。采用抗拉强度δb≤650N/mm2，含碳量到0.35%的钢，其精冲效果最好。［1］材料的精冲性能—抗拉强度—屈服极限—延伸率—硬度—渗碳体和碳化物（球化）变形程度［2］材料的变形能力—屈服极限低—抗拉强度低—断裂延伸率高—端面收缩率高精冲材料具有较高的断裂延伸率值和端面收缩率值就具有较高的变形性能。低的屈服极限值说明材料在较低的压力作用下就开始流动。精冲材料强度的适宜范围，见图10。图中的含碳量是按当量含碳量计算，即低碳钢含碳量及低合金钢当量含碳量（重量％）图10合金含碳量与材料强度的关系（2）必须具有良好的组织结构精冲材料，对金相组织有较高的要求。同样的材料，热处理不同，其金相组织和延伸率亦不同，对精冲件的质量也有显著的影响。如对含碳量大于0.35％的碳钢、合金钢来说，渗碳体（Fe3C）的形状及其分布对剪切表面光洁度有决定性的影响，其中以球化后（经球化退火）碳化物以细粒状均匀分布最为理想，而有片装珠光体组织很难冲出光洁的剪切表面。图11所示，系含碳量为0.45％的碳钢，由于金相组织的不同，而得到不同的剪切表面质量。左边是未处理前铁素体－珠光体结构，右边是经球化后的球状渗碳体。图11不同金相组织对剪切面的影响（C45）（3）精冲时的冷作硬化由于精冲是挤压－剪切过程的复合，因而材料在剪切区内晶体组织产生了强烈的冷作变形。突出表现在冷作硬化区内材料的硬度比基体硬度有显著的增大。为此，掌握精冲冷作硬化的变形规律，确定其冷作硬化的大小、形状和深度以及对精冲件的实际作用，是非常必要的。图12所示，为普冲与精冲时材料的冷作硬化情况。图12普冲与精冲时材料的冷作硬化6.2精冲材料的选择（1）选择原则从技术上要满足精冲零件的功能要求，同时要考虑经济性，以降低成本。它包括：供应类型和状态、尺寸公差、表面质量和精冲难度。（2）材料品种黑色金属，包括：软钢（C≤0.13%）；非合金钢（0.12～1.0%C）合金钢（0.15～0.20%C）不锈钢（C≤0.15%）细晶粒钢（0.10～0.22%C）有色金属，包括：铜和铜合金；铝和铝合金。（3）供应状态对于钢材要求：a.供应类型：热轧带钢、冷轧带钢、扁钢，但状态各不一样，有退火、软化退火、球化退火等。b.尺寸大小：按设计模具确定。c.厚度公差：要与零件相符。d.表面质量：不同的轧制方法得到不同的表面质量，为酸洗的、喷砂的、酸洗平整的、冷轧的等。e.金相组织：根据产品零件要求，分为三级：FSGⅠ