沖壓成形概述

.,沖壓工藝與模具設(shè)計(jì),.,第一章沖壓工藝概述,第一節(jié)沖壓工藝特點(diǎn)第二節(jié)沖壓工藝分類第三節(jié)沖壓技術(shù)的發(fā)展第四節(jié)沖壓工藝用材料第五節(jié)沖壓設(shè)備,第一節(jié)沖壓工藝特點(diǎn),一、沖壓的概念二、沖壓的特點(diǎn),一、沖壓的概念,壓力機(jī),壓力機(jī),剪板機(jī),由此可看出，要制造一個(gè)看似簡單的飯盆，需經(jīng)歷：礦石冶煉鋼錠板料條料單個(gè)毛坯飯盆等多個(gè)工序，由板料到條料，由條料到單個(gè)毛坯，由單個(gè)毛坯到飯盆均是一個(gè)沖壓過程。,圓形平板毛坯空心件(一次沖壓拉深）,產(chǎn)生變形,條料圓形毛坯(一次沖壓沖裁）,產(chǎn)生分離,板料條料(一次沖壓沖裁）,產(chǎn)生分離,之所以產(chǎn)生了變形和分離是因?yàn)槭艿搅肆Γ挥挟?dāng)內(nèi)力b時(shí)才會分離，當(dāng)sb時(shí)只會變形，并且整個(gè)過程均在常溫下進(jìn)行，由此可得出沖壓的概念：,在常溫下，利用壓力機(jī)傳外力給模具，模具將受到的力傳給板料，板料的內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)力，當(dāng)內(nèi)力的作用達(dá)到一定程度時(shí)，板料就會產(chǎn)生與內(nèi)力的作用性質(zhì)相適應(yīng)的變形，從而得到具有一定形狀、尺寸和性能的零件。,簡單的說，即是：常溫下,由此概念可知：沖壓是在常溫下進(jìn)行的,即不需加熱,故又叫冷加工。沖壓加工的對象都是板料，故又稱為板料沖壓。沖壓是由設(shè)備和模具完成其加工過程的，需具備三個(gè)要素：沖床(設(shè)備）、模具、原材料。,沖壓是塑性變形的基本形式之一。,.,生產(chǎn)率高，操作簡單，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。,二、沖壓的特點(diǎn),材料利用率高，一般可達(dá)70%85%，有的高達(dá)95%，不需加熱，可以節(jié)約能源，且表面質(zhì)量好?？傻玫狡渌庸し椒y以加工或無法加工的形狀復(fù)雜的零件，如薄殼拉深件?？傻玫街亓枯p，剛性好，強(qiáng)度大的零件。不需要加熱，可以節(jié)省能源，且表面質(zhì)量好(7)大量生產(chǎn)時(shí)，產(chǎn)品成本低。,由此可見，沖壓能集優(yōu)質(zhì)、高效、低能耗、低成本于一身，這是其它加工方法無法能與之相比擬的，因此沖壓的應(yīng)用十分廣泛，如汽車，拖拉機(jī)行業(yè)中，沖壓件占60%70%，電子儀表占到35%，還有日常生活中的各種不銹鋼餐具等等。從精細(xì)的電子元件，儀表指針到重型汽車的覆蓋件和大梁以及飛機(jī)蒙皮等均需沖壓加工。,沖模與沖壓件有“一模一樣”的關(guān)系,一般沖床每分鐘的行程次數(shù)是幾次到幾十次，而高速沖床每分鐘可達(dá)幾百次，目前最高速度已經(jīng)達(dá)到3000次/分，送料速度100m/min，最快可達(dá)300m/min,尺寸精度高，互換性好。,.,.,沖壓加工的缺點(diǎn)：模具制造周期長，成本高。,如采用快速原型制造技術(shù)制造模具，采用低熔點(diǎn)合金材料制造模具。,但隨著先進(jìn)的模具加工技術(shù)及新型模具材料的出現(xiàn)，這種缺點(diǎn)也可逐漸被克服。,傳統(tǒng)加工方法和手段及傳統(tǒng)模具材料,4033504.74萬元,自動(dòng)疊鉚級進(jìn)模：98萬元,車門板修邊沖孔模：98萬元,.,總之，模具工業(yè)是一個(gè)國家的基礎(chǔ)工業(yè)，模具設(shè)計(jì)與模具制造水平的高低已成為衡量一個(gè)國家產(chǎn)品制造水平的高低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2000年，粗加工的75%，精加工的50%是由模具完成。發(fā)達(dá)國家非常重視模具的發(fā)展，日本認(rèn)為：“模具就是進(jìn)入富裕社會的原動(dòng)力”，德國：“金屬加工業(yè)中的帝王”，羅馬尼亞：“模具就是黃金”，模具在國際上被認(rèn)為是點(diǎn)石成金的行業(yè)。不過這里的模具還包括塑模、鍛模、壓鑄模、橡膠模等，但目前以冷沖模和塑料模的應(yīng)用最廣，各占40%左右。,.,第二節(jié)沖壓工藝分類,一、按變形性質(zhì)分類：,分離工序、成形工序,分離工序,沖壓成形時(shí)，變形材料內(nèi)部的應(yīng)力超過強(qiáng)度極限b，使材料的一部分與另一部分發(fā)生斷裂而產(chǎn)生分離，從而形成一定形狀和尺寸的零件。分離工序主要有剪裁、沖孔、落料、切口等。,.,.,表1.2分離工序,.,成形工序,沖壓成形時(shí)，變形材料內(nèi)部應(yīng)力超過屈服極限s，但未達(dá)到強(qiáng)度極限b，使材料產(chǎn)生塑性變形，從而得到一定形狀和尺寸的零件。成形工序主要有彎曲、拉深、翻邊等。,.,D,.,.,二、按變形區(qū)受力性質(zhì)分伸長類成形：變形區(qū)的最大主應(yīng)力為拉應(yīng)力，其破壞形式為拉裂，特征是厚度減薄。壓縮類成形：變形區(qū)的最大主應(yīng)力為壓應(yīng)力，其特征是厚度增厚，破壞形式為起皺。,.,三、按基本變形方式分,沖裁彎曲拉深成形,.,四、按工序組合形式分,簡單工序組合工序1、復(fù)合工序2、連續(xù)沖壓3、連續(xù)沖壓復(fù)合,.,第三節(jié)沖壓技術(shù)的發(fā)展,1.我國沖壓技術(shù)現(xiàn)狀技術(shù)落后、經(jīng)濟(jì)效益低。主要原因：沖壓基礎(chǔ)理論與成形工藝落后；模具標(biāo)準(zhǔn)化程度低；模具設(shè)計(jì)方法和手段、模具制造工藝及設(shè)備落后；模具專業(yè)化水平低。所以，我國模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與先進(jìn)工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具相比差距相當(dāng)大。,.,國內(nèi)外模具制造精度比較,.,國內(nèi)外模具生產(chǎn)周期比較,.,國內(nèi)外模具壽命比較,.,2、存在的主要問題,設(shè)計(jì)方面：國內(nèi)模具設(shè)計(jì)以二維CAD設(shè)計(jì)為主，近年采用3D設(shè)計(jì)型腔模的要求越來越高，但是3D設(shè)計(jì)的能力普遍較低。工藝方面：國內(nèi)仍以經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)為主，很少采用CAPP技術(shù)，與CAD/CAM/CAE技術(shù)的要求不相適應(yīng)。制造方面：盡管一些企業(yè)采用CAM技術(shù)，但是應(yīng)用水平不平衡，與CAD/CAM一體化要求有一定的距離，影響了加工效率、精度以及周期。檢測方面：采用一般通用測量手段，精度低，不能對測量結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)數(shù)據(jù)處理，只有少數(shù)企業(yè)采用三座標(biāo)測量機(jī)進(jìn)行自動(dòng)測量和與CAD/CAM系統(tǒng)聯(lián)機(jī)測量技術(shù)。模具企業(yè)由于其生產(chǎn)特點(diǎn)，一般以中小企業(yè)為主，自主開發(fā)能力較弱，影響了我國模具產(chǎn)業(yè)整體素質(zhì)的提高，因此迫切需要建立技術(shù)開發(fā)服務(wù)機(jī)構(gòu)，幫助企業(yè)解決發(fā)展中的共性技術(shù)難題。,.,3、發(fā)展方向,發(fā)展高精密、高速度、復(fù)雜、長壽命模具模具新材料和表面改性技術(shù)的研究和應(yīng)用提高數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造水平模具超精加工技術(shù)的發(fā)展提高標(biāo)準(zhǔn)化程度,.,我國十一五模具發(fā)展重點(diǎn),模具技術(shù)集合了機(jī)械、電子、化學(xué)、光學(xué)、材料、計(jì)算機(jī)、精密監(jiān)測和信息網(wǎng)絡(luò)等諸多學(xué)科，是一個(gè)綜合性多學(xué)科的系統(tǒng)工程。模具技術(shù)的發(fā)展趨勢主要是模具產(chǎn)品向著更大型、更精密、更復(fù)雜及更經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展，模具產(chǎn)品的技術(shù)含量不斷提高，模具制造周期不斷縮短，模具生產(chǎn)朝著信息化、無圖化、精細(xì)化、自動(dòng)化的方向發(fā)展，模具企業(yè)向著技術(shù)集成化、設(shè)備精良化、產(chǎn)品品牌化、管理信息化、經(jīng)營國際化的方向發(fā)展。,.,汽車覆蓋件模具精密沖壓模具大型及精密塑料模具主要模具標(biāo)準(zhǔn)件其他高技術(shù)含量的模具先進(jìn)生產(chǎn)管理模式,我國十一五模具發(fā)展重點(diǎn),.,第三節(jié)沖壓成形的基本理論,1、塑性、塑性變形與塑性條件,1)塑性：固體材料在外力的作用下發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力。,注：A.塑性和柔軟性的比較：B.同一變形條件下不同的材料具有不同的塑性，同種材料在不同的變形條件下具有不同的塑性。,2）影響塑性變形的主要因素：內(nèi)因：金屬材料本身的結(jié)構(gòu)和組成外因：變形溫度、變形速度和應(yīng)力狀態(tài),3）塑性條件：在變形金屬中某點(diǎn)處于單向應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，只要該點(diǎn)達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度，該點(diǎn)就處于塑性狀態(tài)，即開始產(chǎn)生塑性變形。,注：當(dāng)材料處于兩向或三向應(yīng)力狀態(tài)，材料產(chǎn)生塑性變形主要取決于最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力之差，中間主應(yīng)力對塑性影響不大。,.,2、真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線1）加工硬化金屬變形過程中隨著塑性變形程度的增加，其變形抗力增加，硬度提高，而塑性和塑性指標(biāo)降低,2）真實(shí)應(yīng)力、真實(shí)應(yīng)變的概念真實(shí)應(yīng)力：材料上某點(diǎn)的瞬時(shí)載荷與試棒初始截面積之比。真實(shí)應(yīng)變：每一瞬間的長度增量與變形后總試棒長度的比值。,3、板料力學(xué)性能與沖壓成形性能的關(guān)系板料對沖壓工藝的適應(yīng)能力稱為板料的沖壓成形性能。,兩種失穩(wěn)：拉伸失穩(wěn)在拉應(yīng)力的作用下出現(xiàn)局部縮頸或斷裂；壓縮失穩(wěn)在壓應(yīng)力的作用下失穩(wěn)起皺。前者如低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)中的縮頸現(xiàn)象，后者如壓桿失穩(wěn)現(xiàn)象。這樣就有了成形極限，有總體成形極限和局部成形極限之分，成形極限愈高說明沖壓成形性能愈好。,.,（一）屈服強(qiáng)度ss定形性、貼模性好(二)s/bs/b抗破裂性好(三)伸長率允許產(chǎn)生較大的塑性變形,影響沖壓成形性能的力學(xué)指標(biāo),(四)硬化指數(shù)nn不易產(chǎn)生裂紋(五)厚向異性指數(shù)=b/t抗破裂性好（六）板平面各向異性指數(shù)=（0+90-245）/2各相異性愈嚴(yán)重,.,第四節(jié)沖壓工藝用材料,一、沖壓對板料的基本要求使用性能要求沖壓工藝的要求（一）對力學(xué)性能的要求要求板料在力學(xué)性能上比較容易沖壓成形，即可用比較少的工序，比較簡單的模具就能制出合格產(chǎn)品。，s/b,E，n，r有利于各種沖壓成形工序。,.,（二）對化學(xué)成分的要求鋼中一些元素的含量不同會導(dǎo)致材料的塑性、脆性不同。（三）對金相組織的要求不同的金相組織會導(dǎo)致材料具有不同的強(qiáng)度，塑性等力學(xué)性能的不同。,（四）對表面質(zhì)量的要求要求表面光滑、無氧化皮、裂紋、劃傷等缺陷。（五）對材料厚度公差的要求一定的厚度對應(yīng)一定的模具間隙，材料厚度公差應(yīng)符合國標(biāo)。,.,三、常用沖壓材料及其力學(xué)性能GB中的規(guī)格：鋼板：710X1420，1000X2000等，適用于大批量生產(chǎn)鋼帶（卷料）：適用于大批量生產(chǎn)塊料：單件小批量生產(chǎn)或貴重金屬,.,第五節(jié)沖壓設(shè)備,沖壓設(shè)備的選用原則：沖壓工序的性質(zhì)：沖裁或成型沖壓力的大?。洪_式、閉式模具結(jié)構(gòu)形式模具閉合高度、輪廓尺寸生產(chǎn)批量生產(chǎn)成本產(chǎn)品質(zhì)量結(jié)合單位現(xiàn)有設(shè)備條件,.,液壓機(jī)：小批量，大型厚板沖壓曲柄壓力機(jī)：開式，適用于中小型沖壓件閉式，適用大型沖壓件雙動(dòng)壓力機(jī)高速壓力機(jī)多工位自動(dòng)壓力機(jī),一、沖壓設(shè)備類型的選擇,.,二、壓力機(jī)主要部件的結(jié)構(gòu)和作用,（一）工作機(jī)構(gòu)曲柄連桿機(jī)構(gòu)：由曲軸，連桿和滑塊一起組成曲柄連桿機(jī)構(gòu)，其中連桿長度可調(diào)節(jié)，適合不同裝模高度。,.,（二）傳動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)、皮帶、飛輪、齒輪等組合（三）操作系統(tǒng)空氣分配系統(tǒng)、離合器、制動(dòng)器電氣控制箱等（四）支承部件機(jī)身：開式、閉式（五）輔助系統(tǒng)氣路系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)（六）附屬裝置,.,三、壓力機(jī)的型號和技術(shù)參數(shù)（一）型號1.鍛壓機(jī)床類別：J-機(jī)械壓力機(jī)D-鍛機(jī)Y-液壓壓力機(jī)A-剪切機(jī),Z-自動(dòng)壓力機(jī)W-彎曲校壓機(jī)C-錘T-其它,2.代號說明JB23-63AJ-壓力機(jī)類別B-變型設(shè)計(jì)代碼2-壓力機(jī)的列別3-壓力機(jī)的級別63-公稱壓力A-改進(jìn)設(shè)計(jì)號63T開式雙柱可傾式第二種改進(jìn)型壓力機(jī),.,（二）技術(shù)參數(shù)1.公稱壓力F,2.公稱壓力行程SF3.滑塊行程S上死點(diǎn)下死點(diǎn)4.滑塊行程次數(shù)n上死點(diǎn)下死