板料成形技术

3.4板料精密成形工艺及理论3.4.1精冲技术的发展与应用3.4.2液压成形技术3.4.3金属板料数字化成形技术3.4.1精冲技术的发展与应用（１）精冲工艺的类型及其发展（２）精冲技术的发展历史（３）精冲技术的发展前景a)精冲材料方面的发展b)精冲零件结构工艺性及其扩展c)精冲模具的发展d)精冲设备及其自动化（４）推广应用精冲技术面临的问题（１）精冲工艺的类型及其发展相对于普通冲裁而言，精密冲裁就是采用各种不同的冲裁方法，直接用板料冲制出尺寸和形位精度高冲切面平整、光洁的精密冲裁件。从最早的冲裁件修边（也称整修）到现在推广用于生产的强力齿圈压板精冲以及表(所列的各种精冲方法，其共同目的，都是要获取冲切面平整光洁、尺寸与形位精度高的平板冲裁件。已开发研试的各种精冲方法已开发研试的各种精冲方法（续）（２）精冲技术的发展历史FritzSchiess于1919年开始研究至1923年3月9日由德国专利局批准了他申请的《金属零件的液压冲裁与冲压装置》技术专利。1924年FritzSchiess在德国建立了精冲模制造车间并于1925年生产出第一个精冲件。此后到1950年，该技术一直秘密地用于钟表制造业。1952年瑞士出现了第一个研究与开发精冲技术的专业公司，即HeinrichSchmid公司，该公司首先设计并制造出肘杆传动机械式三动精冲压力机。1956年该公司还制造了第一台全液压三动精冲压力机。1957年该项技术从秘密走向公开，瑞士又相继成立了几个精冲专业公司，为强力齿圈压板精冲技术在1958年以后的推广及发展注入了新活力，该技术很快推广到法国、意大利、英国与美国。精冲零件的加工水平精冲件最大外廓尺寸：800mm精冲件最大料厚tmax：铝板tmax=25mm钢板tmax=16mm(σb≤500MPa)tmax=20mm(σb≤420MPa)（３）精冲技术的发展前景a)精冲材料方面的发展钢板精冲取决于其机械性能、化学成分、金相组织及外观质量。对钢而言，屈强比σs/σb≈60%，延伸率尽可能高，球化退化后σb≤500MPa是其可否精冲的基本条件。为了突破上述极限，精冲高强度厚钢板，开发精冲性能好的高强度微量合金细晶粒钢获得突破，见表。由于高强度微量合金细晶粒钢良好的使用性能，愈来愈多地用于精冲件生产。原材料的初始强度及其在精冲过程中的冷作硬化可获得冲切面硬度很高的精冲件，而且冲切面上还无裂纹与其它缺陷。精冲新钢种（３）精冲技术的发展前景b)精冲零件结构工艺性及其扩展精冲早已不限于平板零件的冲裁而从平面零件向各种立体成形零件延伸，包括：弯曲、拉伸、翻边、压形、冷挤、沉孔等精冲工艺作业。精冲已从纯冲裁进入板料冲压的所有工艺作业。因此，称为精密冲压更确切。精冲料厚的范围已达到t0.5~25mm，精冲材料强度σb已突破600MPa而达到900MPa；精冲件结构尺寸的限制数据也随模具的高强度、高韧性、高耐磨材料的应用而有所突破。（３）精冲技术的发展前景c)精冲模具的发展精冲模向“高精度、高效率、高寿命”即所谓“三高”及大型化方向发展，促进了精冲工艺应用的普及和扩展。（３）精冲技术的发展前景d)精冲设备及其自动化精冲设备是指一个完整的精冲机组，通常包括：开卷机、校平机（或随机校平装置）、送料装置、自动润滑系统、主机、自动检测系统、主机与模具保险系统、出件装置、废料切断及卸料系统、成品冲件分选及输送系统、自动去毛刺装置以及故障与事故报警系统、噪声防护装置、人身安全保护系统等等。用计算机辅助精冲机组以自动控制精冲过程，实现全部工艺过程由计算机控制，实现全自动化生产。上述全过程通过摄录像并在操作间或调度指挥室计算机荧屏上显示出来。无论哪个环节违规动作，计算机都会捕追到第一手信息传送给指挥机以便及时纠正。（４）推广应用精冲技术面临的问题（1）板状零件，特别是中厚板、厚板零件改用精冲生产要承担多次试验甚至多次失败的风险。有些零件还要修改结构尺寸及技术要求甚至改材料牌号才能实施精冲。面对欲精冲零件要仔细进行工艺分析与可行性研究后提出实施方案。（2）推广应用精冲工艺的最终目的是要获取更高的效益、更高的产品质量。由于精冲的设备、模具等都比普通冲裁贵的多，只有达到足够大的生产批量才能靠比切削加工工（台）时少而节约的费用给予弥补后，余额越多效益也越好。故根据零件复杂程度和产量，用多个工艺方案对比后，选定精冲工艺才比较稳妥。（3）广泛开展大协作，实行精冲件生产专业化。有些企业暂时需要精冲的零件品种少、产量不大，可委托行业或地区的专业精冲加工中心精冲，也可以获取节能降耗的效果。目前汽车与汽车零部件行业已有自己的精冲加工中心，规模尚小，还处在发展中。现在面临的问题是突破行业界限、克服地区壁垒、无条件开展大协作。（４）推广应用精冲技术面临的问题（4）精冲模的设计与制造要走专业化生产的路子。精冲模制造不仅需要多种高、精、尖制模专用设备，制模工艺及技术都要求很高，除专业模具厂外，精冲加工中心应具有较强的精冲模设计、制造与修理能力，其它多数企业不应添置精冲模制造设备扩大其制造能力，应以外协为主。（5）薄料t3mm、小尺寸L150mm精冲件，当其品种多而批量不大时，可以用国产普通冲床或液压机，配通用液压装置或液压模架进行精冲。也可用碟簧、螺簧或聚氨酯橡胶作为弹性元件驱动齿圈压边与反顶，在普通冲床上用这种简易三动精冲模实施精冲。如面临上述简易精冲、外协精冲以及配置精冲成套设备推广精冲技术3种方案时，应考虑企业长远规划，进行成本核算与比较后确定。（6）推广精冲工艺要求完善的配套工艺技术，主要是精冲材料前处理，包括：钢的球化处理、铝及铜合金的软化处理，涉及到热处理工艺。精冲中润滑要求很高，必须采用精冲专用高效润滑剂进行专门、定时润滑。这些配套技术若跟不上也难以成功实施精冲作业。3.4.2液压成形技术（１）管材液压成形（２）液压胀球（３）板材液压成形（１）管材液压成形管材液压成形起源于19世纪末,当时主要用于管件的弯曲。由于相关技术的限制,在以后相当长一段时间内,管材液压成形只局限于实验室研究阶段,在工业上并未得到广泛应用。但随着计算机控制技术的发展和高液压技术的出现,管材液压成形开始得到大力发展。上世纪90年代,伴随着汽车工业的发展以及对汽车轻量化、高质量和环保的要求,管材液压成形受到人们重视,并得到广泛应用。管材液压成形的原理首先将原料(直管或预先弯曲成形的钢管)放入底模,然后管件两端的冲头在液压缸的作用下压入,将管件内部密闭,冲头内有液体通道,液体不断流入管件,此时上模向下移动,与下模共同形成封闭的模腔,最后高压泵与阀门控制液体压力不断增大,冲头向内推动管件,管壁逐渐贴近模具变形,最终得到所需形状的产品。如果零件较为复杂,还需在成形前进行预成形——将管坯弯曲或冲压成与最终零件较为近似的形状,接下来退火以消除预成形所带来的残余应力;在管坯最终成形后,还需要进行一些后处理,如切除废料或表面处理等。管材液压成形的关键问题管材液压成形的关键问题是怎样控制材料的流动,以保证得到合格的零件。这主要取决于液体压力的控制。如果有轴向加载,还同轴向加载大小以及这两者之间的匹配关系有关。成形中常见的缺陷主要是折曲起皱和破裂。这需要从实验中获得,在找出最佳的加载策略后,通过计算机对液体压力和轴向推力进行精确控制,从而加工出合格的零件。除此之外,影响成形的还有其它一些因素,例如润滑条件、工件和模具的材料性能以及表面质量等。提高工件和模具的表面质量,再加上良好的润滑条件可以减小材料流动的摩擦力,有助于成形。管材液压成形的应用宝马汽车后桥管材液压成形的应用宝马汽车的排气系统零件（２）液压胀球液压胀球技术为哈尔滨工业大学王仲仁教授首创,此技术产生于上世纪80年代,曾先后获得省科技进步一等奖及国家发明奖,同时在第18届北美加工研究会上,液压胀球被列为五项新成果之首。相对于传统的球形容器加工工艺,此技术具有缩短生产周期,降低生产成本,提高成形质量等优点,且利用此技术不要大型压力机和模具。因此,此技术已逐渐成为制造形容器的主流技术。液压胀球的基本原理其基本原理是用单曲率壳体或板料,经过焊接后组装成一个封闭的多面壳体或单曲率壳体,在壳体中充入传压介质,使之发生塑性变形并逐步胀形成为球形容器。理论依据:一是力学上的趋球原理,即曲率半径不同的壳体在趋球弯矩的作用下将逐渐趋于一致;二是金属材料存在塑性变形的自动调节能力,当某一区域的变形过为集中,则该区域将发生变形强化,塑性变形将转移至它处。液压胀球的主要工序a.下料b.弯曲c.组装焊接d.液压胀形液压胀球成形时有两个关键点一是传压介质的加载,二是焊接的质量。传压介质的加载包括液压泵的流量、加载速度以及保压时间。一般来说,在成形初期可使用大流量和大的加载速度,但在成形末期,必须降低流量和加载速度。同时在成形过程中,当压力达到适当的值时,还须保持一段时间,以利于球壳成形。焊接质量也决定着成形的成功与否。焊接质量不好,会造成成形过程中焊接处开裂。因此在成形前需对焊接处进行表面探伤,一旦发现焊接处有裂纹,需及时修补。液压胀球技术的优点液压胀球的应用液压胀球的应用液压胀球的应用液压胀球的应用液压胀球的应用液压胀球的应用液压胀球的应用液压胀球的应用液压胀球的应用液压胀球的应用液压胀球的应用（３）板材液压成形板材液压成形则是从管件液压成形推广而来。美国、德国和日本相继于上世纪五、六十年代开发出了橡皮囊液压成形技术。但由于橡皮囊易损坏需经常更换,并且成形时需很高压力以消除法兰部位的起皱,在实际生产中并没有得到广泛应用。后来日本学者对此进行了改进,去除了橡皮囊,开发出对向液压拉深技术。板材液压成形的原理在板材液压成形中,应用最为广泛,技术也最为成熟的是对向液压拉深技术。首先将板料放置于凹模上,压边圈压紧板料,使凹模型腔形成密封状态。当凸模下行进入型腔时,型腔内的液体由于受到压缩而产生高压,最终使毛坯紧紧贴向凸模而成形。当然,如果成形初期对液体压力要求较高,板料液压成形示意图可在成形一开始使用液压泵实行强制增压,使液体压力达到一定值,以满足成形要求。板材液压成形的原理板材液压成形的原理板材液压成形的现场板材液压成形的现场板料液压成形的应用板料液压成形的应用板料液压成形的应用板料液压成形的应用板料液压成形的应用板料液压成形的应用板料液压成形的应用板料液压成形的应用板材液压成形的新进展现在板材液压成形的进展主要体现在以下几个方面,一是对现有工艺的引申和扩展。例如周向液压拉深技术以及板材成对液压成形技术等。周向液压拉深技术是在对向拉深的基础上将液体介质引导至板材外周边,从而对板材产生径向推力,使板材更易向凹模内流动,同时在板材上下两面实现双面润滑,减小了板材流动阻力,进一步提高成形极限。周向液压拉深的拉深比可达到3.3,高于一般的液压拉深所能达到的拉深比。板材液压成形的新进展板材成对液压成形工艺适用于箱体零件的成形。成形前需先将板材充液预成形,切边后再将周边焊接,然后在两板中间充入高压液体使其贴模成形。中间过程采用焊接,可使两块板材准确定位,保证了零件精度。同时焊接后再充液成形,能消除焊接引起的变形。板材液压成形的新进展另一方面则是技术的改进。由于压边力在成形中起着重要的作用,对于不规则的零件,在成形时法兰处材料的流动情况是不一样的,为了控制法兰不同区域材料的流动,有关专家研制出了多点压边系统。此系统具有多个液压缸,每个液压缸独立控制一个区域的压边力,这样就达到了不同区域所需压边力不同的目的，采用此系统可以大大提高成形极限和成形质量。3.4.3金属板料数字化成形1市场的竞争要求企业不仅能快速响应市场的变化，而且能不断地通过技术创新，推出新产品去引导市场；2传统成形工艺模具的设计和制造过程周期长、费用高；3金属板料的数字化成形法，为新车型的开发提供了一种先进手段。国内外概况1旋压成形是最常用的板料无模成形技术之一2CNC成形锤渐进成形法3多点成形法4金属板料数控渐进成形冲头工件弹性下模这是一种基于计算机技术、数控技术和塑性成形技术基础之上的先进制造技术，其特点是采用快速原型制造技术（Rap