《模具构造与制造》第1章：冲压加工与冲压设备

第1章冲压加工与冲压设备（时间：2次课，4学时）第1章冲压加工与冲压设备在机械制造业中，冲压加工是一种常用的加工方法，它主要用于加工金属和非金属的板料零件。冲压加工一般是在室温下进行的，所以也可以称为冷冲压。冷冲压加工的三要素：(1)冲床冲床供给变形所需的力；(2)模具冲压所用的工具是各种形式的冲模，冲模对板料塑性变形加以约束，并直接使板料变成所需的零件；(3)原材料冲压所用的原材料多为金属和非金属的板料。本章主要讲述冲压加工的各种基本工序、冲模的分类、各种冲压设备的工作原理和主要技术参数。本章要点：冲压基本工序的分类、冲模分类、曲柄压力机的工作原理与主要技术参数、液压机的工作原理与主要技术参数。本章难点：曲柄压力机的工作原理与主要技术参数第1章冲压加工与冲压设备1.1冲压工序与冲模分类1.2冲压设备简介绪论1.模具工业在国民经济中的地位模具工业是“百业之母”，是工业产品的“效益放大器”。各国对模具的美誉很多，美国工业界认为：“模具工业是美国工业的基石”；日本模具协会认为：“模具是促进社会繁荣富裕的动力”；国际模具协会认为：“模具是金属加工业的帝王”。模具在现代生产中，是生产各种工业产品的重要工艺装备，它以其特定的形状通过一定的方式使原材料成形。例如，冲压件和锻件是通过冲压或锻造方式使金属材料在模具内发生塑性变形而获得的，金属压铸件、粉末冶金零件以及塑料、陶瓷、橡胶、玻璃等非金属制品，绝大多数也是用模具成形的。由于模具成形具有优质、高产、省料和低成本等特点，现已在国民经济各个部门，特别是汽车、拖拉机、航空航天、仪器仪表、机械制造、家用电器、石油化工、轻工日用品等工业部门得到极其广泛的应用。据统计，利用模具制造的零件，在飞机、汽车、拖拉机、电机电器、仪器仪表等机电产品中占60％～70％；在电视机、录音机、计算机等电子产品中占80％以上；在自行车、手表、洗衣机、电冰箱、电风扇等轻工产品中占85％以上。据国际生产技术协会统计，到2000年，机械零件粗加工的75％和精加工的50％都由模具成形来完成。世界上一些工业发达国家，模具工业的发展是很迅速的。据有关资料介绍，某些国家的模具总产值已超过了机床工业的总产值，其发展速度超过了机床、汽车、电子等工业。模具工业在这些国家已摆脱了从属地位而发展成为独立的行业，是国民经济的基础工业之一。模具技术，特别是制造精密、复杂、大型、长寿命模具的技术，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一。为了适应工业生产对模具的需求，在模具生产中采用了许多新工艺和先进加工设备，不仅改善了模具的加工质量，也提高了模具制造的机械化、自动化程度。电子计算机的应用给模具设计和制造开辟了新的前景。预计工业发达国家的模具工业还将有新的发展。绪论2.我国模具技术的现状与发展近年来，我国的模具工业也有较大发展，全国已有模具生产厂数千个，拥有职工数十万人，每年能生产上百万套模具。多工位级进模具和长寿命硬质合金模具的生产及应用有了进一步扩大。为满足新产品试制和小批量生产的需要，我国模具行业制造了多种结构简单、生产周期短、成本低的简易冲模，如钢皮冲模、聚氨脂橡胶模、低熔点合金模具、锌合金模具、组合冲模、通用可调冲孔模等。数控铣床、数控电火花加工机床、加工中心等加工设备已在模具生产中被采用。电火花和线切割加工已成为冷冲模制造的主要手段。为了对硬质合金模具进行精密成型磨削，已研制成功了单层电镀金刚石成形磨轮和电火花成形磨削专用机床，使用效果良好，对型腔的加工正在根据模具的不同类型采用电火花加工、电解加工、电铸加工、陶瓷型精密铸造、冷挤压、超塑成形，以及利用照相腐蚀技术加工型腔皮革纹表面等多种工艺。模具的计算机辅助设计和制造(CAD／CAM)也已进行开发和应用。尽管我国的模具工业这些年来发展较快，模具制造的水平也在逐步提高，但和工业发达国家相比，仍存在较大差距，主要表现在模具品种少、精度差、寿命短、生产周期长等方面。绪论3.本课程的适应性近几年，随着模具工业的迅速发展，模具高技术人才紧缺，年薪30万也招不到高级模具技工曾轰动一时，能设计模具、操作数控与电加工设备的人才非常紧俏。为了适应我国国民经济发展的需要，发展我国的模具工业，近几年来，我国的绝大多数工科类型的高等职业技术学院都开设了模具专业，招生与就业情况也都比较理想。在学科门类中，模具专业与机电专业、数控专业、机制专业同为机械大类的若干个分支之一，在专业基础、专业课程、专业实习等教学过程中有许多相同与相近之处。模具专业中的许多知识与技能是机电专业、数控专业、机制专业学生深化本专业知识的理想选择。如机电专业学生可深化学习模具的电加工技术与技能；数控专业的学生可深化模具的数控加工与CAM软件的应用；机制专业的学生可深化复杂模具的加工技能；并且都可以学习模具的设计与结构知识。绪论4.本课程的性质、任务和要求《模具构造与制造》是为非模具专业学生选学模具课程而设置的专业课程。通过本课程教学，并配合其他教学环节使学生初步掌握模具设计、模具构造的知识；掌握模具制造工艺规程的制定；掌握模具零件常规与特种加工知识与操作技能。为毕业后从事与模具相关的工作打下必要的基础。《模具构造与制造》涉及的知识面广，是一门综合性较强的课程。它综合了《冲塑设备》、《冲压模具设计》、《塑料成形工艺及塑料模具设计》、《模具制造工艺学》等模具专业课程知识，并且与《金属材料及热处理》、《数控技术》、《机械制造工艺及设备》等课程的有关内容都将在《模具构造与制造》课程中得到综合应用。因此在学习中善于综合应用相关课程的知识，对于学好《模具构造与制造》是十分重要的。《模具构造与制造》是一门实践性较强的课程。因此。学生在学习本课程时，除了重视其中必要的基础知识、工艺方法等理论学习外，还应特别注意实践环节，要通过参观冲压厂、塑料厂、模具厂等生产现场教学和安排模具拆装、特种加工等实训环节，增加感性认识，掌握实际操作技能。冲压工序与冲模分类1.1.1冷冲压概念1.1.2冲压加工的特点及其应用1.1.3冷冲压的现状和发展动向1.1.4冲压基本工序的分类1.1.5冲模分类1.1.6常用冷冲压材料冲压工序与冲模分类在机械制造业中，冷冲压加工是一种常用的加工方法。冷冲模就是冲压加工所用的工艺装备。没有先进的冷冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冷冲压概念冷冲压是在常温下利用冲模在压力机上对材料施加压力，使其产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件的加工方法。它是压力加工方法的一种，是机械制造中先进的加工方法之一。因为它通常是在室温下进行加工，所以称为冷冲压。又因为它主要是用板料加工成零件，所以又称为板料冲压。冷冲压不但可以加工金属材料，而且还可以加工非金属材料。冲压加工的特点及其应用冷冲压加工与其他加工方法相比，有以下特点：(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。因此，在单件、小批量生产中采用冲压工艺受到一定限制。冲压工艺多用于成批、大量生产。近年来发展的简易冲模、组合冲模、锌基合金冲模等为单件、小批量生产采用冲压工艺创造了条件。综上所述，冷冲压与其他加工方法相比，具有独到的特点，所以在工业生产中，尤其在大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部门都越来越多地采用冷冲压加工产品零部件，如汽车、拖拉机、电器、仪表、电子、国防以及日用品等行业。在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当大，不少过去用铸造、锻造、切削加工方法制造的零件，现在已被质量轻、刚度好的冲压件所代替。据粗略统计，在汽车制造业中有60％~70％的零件是采用冲压工艺制成的，冷冲压生产所占的劳动量为整个汽车工业劳动量的25％~30％。在机电及仪器、仪表生产中有60％~70％的零件是采用冷冲压工艺来完成的。在电子产品中，冲压件的数量约占零件总数的85％以上。通过冲压加工制造，大大提高了生产率，降低了成本。冷冲压的现状和发展动向随着近代工业的发展，对冷冲压提出了越来越高的要求，因而也促进了冷冲压技术的迅速发展。1.冲压工艺方面提高劳动生产率及产品质量，降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种冲压新工艺，是研究和推广的大方向。冷挤压是一种生产率高、产品质量好的先进加工工艺。用冷挤压方法生产的零件一般不需要或只需要进行少量切削加工。目前，冷挤压不但用于生产有色金属零件，而且还用于生产黑色金属零件。随着模具设计与制造技术及模具材料的发展，冷挤压的应用范围将越来越广泛。精密冲裁是提高冲裁零件质量的有效方法。它可以扩大冲压加工范围。目前，精冲技术已用于大型、厚、硬材料的加工。精密冲裁加工零件的厚度已达25mm。一部分过去用切削加工方法生产的零件现在已改为用精密冲裁方法制造。不仅如此，三维精冲件已在生产中开发和应用。超塑性成形方法具有突出的特点，即能在很低的变形抗力下得到非常大的变形，这对于制造形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性，可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序。目前，这种新工艺虽然还处于开发和推广应用阶段，但在实际生产中已显示出其优越性，可用超塑性加工的金属材料的品种也正在不断增加。冷冲压的现状和发展动向2.冲模方面冲模是实现冲压生产的基本条件。在冲模的设计和制造上，目前正朝着以下两方面发展。一方面，为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代化生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命、自动化方向发展。在我国，工位数达37位甚至更多的级进模，寿命达千万次以上甚至亿次的硬质合金模，精度和自动化程度相当高的冲模都已经应用在生产中。同时，由于这样的冲模对加工、装配、调整、维修要求很高，因此各种高效、精密、数控、自动化的模具加工机床和检测设备也正在迅速发展，如我国的数控铣床、数控加工中心和坐标磨床等先进模具加工设备已达到一定的水平。另一方面，为了产品更新换代和试制或小批量生产的需要，锌基合金模、聚氨酯橡胶模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造工艺也得到迅速发展。为适应汽车工业的发展，大型覆盖件冲模设计与制造水平也有很大提高，已能生产成套轿车覆盖件模具。在模具材料及热处理、模具表面处理等方面，国内外都进行了不少研制工作，并取得了很好的实际效果，如65Nb、LDl、012Al、CG2等就是我国研制的性能优良的冲模材料。模具的标准化和专业化生产，已得到模具行业的广泛重视。这是由于模具标准化是组织模具专业化生产的前提，而模具的专业化生产是提高模具质量、缩短模具制造周期、降低成本的关键。我国已经颁布了冷冲压术语、冷冲模零部件的国家标准。冲模的专业化生产正处于积极组织和实施之中。