冲压成型工艺性的探讨

科研实训学院：机械工程及自动化学院专业：材料成型及控制工程年级：2011姓名：陈成希学号：021100802福州大学机械工程及自动化学院1冲压成型工艺性的探讨【摘要】：本文主要介绍了冲压成型工艺及基各工序，并集中介绍冲裁工序及弯曲工序。【关键词】：冲压成型、工艺、钣金、冲裁、弯曲一、冲压成型技术冲压成型是指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）的加工成型方法。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。技术特性：冲压成型是一种常见的机械加工方法，冲压加工所生产出来的冲压个，应用领域可说是包罗万象，比如：消费电子产品、机械、五金、运输工具等产业均少不了它的存在。冲压件具有下列的主要特性，相对于其它加工方法可说具有不可取代的地位，主要特性包括：1、可得到轻量、高刚性之制品。2、生产性良好，适合大量生产、成本代。3、可得到品质均一的制品。，4、材料利用率高、剪切性及回收性良好。冲压即能够制造尺寸很小的仪表零件，又能够制造诸如汽车大梁，压力容器封头一类的大型零件；能够制造一般尺寸公差等级和形状的零件，又能够制造精精密（公差在微米级）和复杂形状的零件。占全世界钢产60%-70%以上的板材、管材及其它型材，其中大部分经冲压制成成品。冲压在汽车、机械、家用电器、电机、仪表、航天、武器制造中，具有十分重要的地位。冲压件的重量轻、厚度薄、刚性好。它的尺寸公差取决于模具，所以质量稳定，一般不需要再经机械切削即可使用。冷冲压件的金属组织与力学性能优于原始胚料，表面光滑美观。冷冲压件的公差等级和表面状态优于热冲压件。二、冲压成型工艺冲压工艺是通过模具对毛坯施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得一定尺寸、形状和性能的工件的加工方法。冲压工艺的应用范围十分广泛，既可以加工金属板料、棒料，也可以加工多种非金属材料。由于加工通常是在常温下进行的，故又称为冷冲压。冲压工艺的特点：1用冷冲压加工方法可以得到形状复杂、用其他加工方法难以加工的工件，如薄壳零件等。冷冲压件的尺寸精度是由模具保证的，因此，尺寸稳定，互换性好。2材料利用率高，工件重量轻、刚性好、强度高、冲压过程耗能少。因此，工件的成本较低。3操作简单、劳动强度低、易于实现机械化和自动化、生产率高。4冲压加工中所用的模具结构一般比较复杂，生产周期较长、成本较高三、冲压材料的基本要求：冲压所用的材料，不仅要满足产品设计的技术要求，还应当满足冲压工艺的要求和冲压后的加工要求(如切削加工、电镀、焊接等)。冲压工艺对材料的基本要求主要有：对于成形工序，为了有利于冲压变形和制件质量的提高，材料应具有：良好的塑性(均匀伸长率δb高)、屈强比(σs/σb)小、板厚方向性系数大、板平面方向性系数小、材料的屈服强度与弹性模量的比值(σs/E)小。对于分离工序，并不需要材料有很好的塑性，但应具有一定的塑性。塑性越好的材料，福州大学机械工程及自动化学院2越不易分离。3.2对材料厚度公差的要求：材料的厚度公差应符合国家规定标准。因为一定的模具间隙适用于一定厚度的材料，材料厚度公差太大，不仅直接影响制件的质量，还可能导致模具和冲床的损坏。3.3对表面质量的要求材料的表面应光洁平整，无分层和机械性质的损伤，无锈斑、氧化皮及其它附着物。表面质量好的材料，冲压时不易破裂，不易擦伤模具，工件表面质量也好。四、钣金件的工艺性钣金件的工艺性是指零件在冲切、弯曲、拉伸加工中的难易程度。良好的工艺应保证材料消耗少，工序数目少，模具结构简单，使用寿命高，产品质量稳定。在一般情况下，对钣金件工艺性影响最大的是材料的性能、零件的几何形状、尺寸和精度要求。五、冲压成型工序5.1冲裁工序使板料分离的冲压工艺称为冲裁。5.1.1分类落料：落料是在平板的毛坯上沿封闭轮廓进行冲裁，余下的就是废料。落料常用于工件的首工序。冲孔：冲孔是以落料件或其他成形件为工序件，完成各种形状孔的冲孔冲裁加工。切边：修边是指对成形件边缘进行冲裁，以获得工件要求的形状和尺寸。切口：在材料上将局部材料切开并弯成一定的角度，但不与主体完全分离，称为切口，也可称为冲切成形。剖切：将已成形的立体形状工序件分割为两件，称为剖切。落料冲孔切口切边5.1.2冲裁变形过程1．弹性变形阶段(图中Ⅰ)在凸模压力下，材料产生弹性压缩、拉伸和弯曲变形，凹模上的板料则向上翘曲，间隙越大，弯曲和上翘越严重。同时，凸模稍许挤入板料上部，板料的下部则略挤入凹模洞口，但材料内的应力末超过材料的弹性极限。福州大学机械工程及自动化学院32．塑性变形阶段(图中Ⅱ)因板料发生弯曲，凸模沿宽度为b的环形带继续加压，当材料内的应力达到屈服强度时便开始进入塑性变形阶段。凸模挤入板料上部，同时板料下部挤入凹模洞口，形成光亮的塑性剪切面。随凸模挤入板料深度的增大，塑性变形程度增大，变形区材料硬化加剧，冲裁变形抗力不断增大，直到刃口附近侧面的材料由于拉应力的作用出现微裂纹时，塑性变形阶段便告终，此时冲裁变形抗力达到最大值。由于凸、凹模间存在有间隙，故在这个阶段中板料还伴随着弯曲和拉伸变形。间隙越大，弯曲和拉伸变形也越大。3．断裂分离阶段(图中Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ)材料内裂纹首先在凹模刃口附近的侧面产生，紧接着才在凸模刃口附近的侧面产生。已形成的上下微裂纹随凸模继续压入沿最大切应力方向不断向材料内部扩展，当上下裂纹重合时，板料便被剪断分离。随后，凸模将分离的材料推人凹模洞口。5.1.3冲裁件的质量冲裁件的质量包括断面质量、工件形状、尺寸精度、表面平直度等。冲裁件的质量不仅影响成品制件的精度要求，而且也影响后续工序的顺利进行，所以对冲裁件有较高的质量要求。冲裁过程中，由于各方面的原因，冲裁件往往会出现这样或那样的质量缺陷，工艺人员应及时分析质量缺陷产生的原因，提出解决的方法，才能保证冲裁件达到质量要求。冲裁件缺陷分析及解决措施1断面质量分析及解决措施2落料外形和冲孔位置不正成偏位现象落料外形和冲孔位置不正成偏位现象产生的原因主要有：（1）挡料销位置不正；（2）落料凸模上导正销尺寸过小或无导正销；（3）导料板和凹模送料中心不平行使孔偏斜；（4）侧刃定距不准确等。要解决这种现象，只要找到相应的原因，进行相应的调整或更换。即对应地调整挡料销和导料板位置，更换导正销和侧刃，增加导正销等。3冲压件不平整冲压件不平整产生的原因有：（1）落料凹模有上口大，下口小的倒锥形，冲件从孔中通过时被压弯；（2）冲模结构不当，落料时无压料装置；（3）顶件器与材料接触面过小，使冲件外侧向上翘起等。解决方法有：研修凹模孔，去除倒锥现象；加压料装置；更换顶件器等。4冲裁件形状和尺寸不正确冲裁件形状和尺寸不正确，主要是凸模和凹模刃口形状尺寸不正确所引起的。此时应修准凸模和凹模的形状，并调整好冲模的间隙。5冲压件扭曲（1）将带状材料剪断时，产品免呈扭歪形状。采用有顶料杆，卸料板的落料摸即可解决。（2）落料模时，如果斜剪切角过大，也会产生扭曲现象。解决措施是：在减小剪切角的同时，更换成吨位更大的压力机。福州大学机械工程及自动化学院4（3）如因间隙不均匀而产生扭曲，则需修正刃口。（4）碰到凹模的后角而不能均匀落料时，则易发生扭曲现象。措施是观察冲裁断面，修正后角。6冲裁加工过程中由发热引起的冲压件质量缺陷目前，消除冲裁加工中所产生的缺陷方法，往往是以调整模具间隙为主。但近年来随着自动化的逐年普及．加工速度的快速提高，在加工过程巾常产生发热现象。根据金属材料塑性变形原理，在剪切过程中，尤其是高速冲裁时会引起温升。据资料报道，对于低碳钢冲裁时，瞬时可达700℃的高温。因此，冲裁程中，由于凸凹模在高温下连续作业，软化后的被加工材料会粘着凸模侧面并不断增大，只有大到一定极限才会自行脱落。这样循环下去会加速凸凹模的磨损，使凸凹模间隙发生变化，最终会产生啃模致使冲压件产生前述部分质量缺陷。为此，若条件许可，可使用液体润滑法，用水或其他液体进行清洗、冷却、润滑；如不能用液体润滑法，可采用吹压缩空气的办法，以达到降温的目的。5.1.4冲裁工件的排样冲裁件在条料上的布置方法称为排样排样原则：1.提高材料利用率2.使工人操作方便、安全，减轻工人的劳动强度。3.使模具结构简单、模具寿命较高。4.排样应保证冲裁件的质量。排样方法1.有废料排样法：沿制件的全部外形轮廓冲裁，在制件之间及制件与条料侧边之间，都有工艺余料(称搭边)存在。因留有搭边，所以制件质量和模具寿命较高，但材料利用率降低。2.少废料排样法：沿制件的部分外形轮廓切断或冲裁，只在制件之间(或制件与条料侧边之间)留有搭边，材料利用率有所提高。3.无废料排样法：无废料排样法就是无工艺搭边的排样，制件直接由切断条料获得。5.2弯曲工序将金属材料沿弯曲线弯成一定的角度和形状的工艺方法称为弯曲。弯曲是冲压的基本工序之一，在冲压生产中占有很大的比重。弯曲方法可分为压弯、拉弯、折弯、滚弯等。5.2.1弯曲过程：1.弹性弯曲。在变形开始时变形程度较小，坯料变形区应力最大的内、外表面的材料没有产生屈服，变形区内材料仅为弹性变形。2.弹-塑性弯曲。随着变形的增大，坯料变形区内、外表面材料首先屈服，进入塑性变形状态。随着变形的进一步增大，塑性变形由表面向中心逐步扩展。3.纯塑性弯曲。变形到一定程度，整个变形区的材料完全处于塑性变形状态。福州大学机械工程及自动化学院55.2.2弯曲变形的特点弯曲前，材料侧面线条均为直线,组成大小一致的正方形小格，纵向网格线长度aa=bb。弯曲后，通过观察网格形状的变化，（如图2b所示）可以看出弯曲变形具有以下特点1.弯曲圆角部分是弯曲变形的主要区域可以观察到位于弯曲圆角部分的网格发生了显著的变化，原来的正方形网格变成了扇形。靠近圆角部分的直边有少量变形，而其余直边部分的网格仍保持原状，没有变形。说明弯曲变形的区域主要发生在弯曲圆角部分。2.弯曲变形区内的中性层在弯曲圆角变形区内，板料内侧（靠近凸模一侧）的纵向网格线长度缩短，愈靠近内侧愈短。比较弯曲前后相应位置的网格线长度，可以看出圆弧为最短，远小于弯曲前的直线长度，说明内侧材料受压缩。而板料外侧（靠近凹模一侧）的纵向网格线长度伸长，愈靠近外侧愈长。最外侧的圆弧长度为最长，明显大于弯曲前的直线长度，说明外侧材料受到拉伸。从板料弯曲外侧纵向网格线长度的伸长过渡到内侧长度的缩短，长度是逐渐改变的。由于材料的连续性，在伸长和缩短两个变形区域之间，其中必定有一层金属纤维材料的长度在弯曲前后保持不变，这一金属层称为应变中性层。应变中性层长度的确定是今后进行弯曲件毛坯展开尺寸计算的重要依据。当弯曲变形程度很小时，应变中性层的位置基本上处于材料厚度的中心，但当弯曲变形程度较大时，可以发现应变中性层向材料内侧移动，变形量愈大，内移量愈大。3.变形区材料厚度变薄的现象弯曲变形程度较大时，变形区外侧材料受拉伸长，使得厚度方向的材料减薄；变形区内侧材料受压，使得厚度方向的材料增厚。由于应变中性层位置的内移，外侧的减薄区域随之扩大，内侧的增厚区域逐渐缩小，外侧的减薄量大于内侧的增厚量，因此使弯曲变形区的材料厚度变薄。变形程度愈大，变薄现象愈严重。变薄后的厚度t′=ηt,（η是变薄系数，根据实验测定，η值总是小于1）4.变形区横断面的变形板料的相对宽度b/t（b是板料的宽度，t是板料的厚度）对弯曲变形区的材料变形有很大影响。一般将相对宽度b/t3的板料称为宽板，相对宽度b/t≤3的称为窄板。窄板弯曲时，宽度方向的变形不受约束。由于弯曲变形区外侧材料受拉引起板料宽度方向收缩，内侧材料受压引起板料宽度方向增厚，其横断面形状变成了外窄内宽的扇形。变形区横断面形状尺寸发生改变称为畸变。宽板弯曲时，在宽度方向的变形会受到相邻部分材料的制约，材料不易流动，因此其横断面形状变化较小，仅在两端会出现少量变形，由