材料成型及控制工程專業(yè)科技創(chuàng)新實(shí)踐活動報(bào)告(DOC)

1、實(shí)踐報(bào)告課 程 名 稱： 材料成型及控制工程專業(yè)科技創(chuàng)新實(shí)踐活動題目 :沖壓工藝論述學(xué)院（直屬系） :材料科學(xué)與工程學(xué)院年級 、專業(yè) :2010 級材料成型及控制工程學(xué) 生姓名:王先偉學(xué)號 :312010080302215指 導(dǎo)教師:廖慧敏完 成 時(shí) 間: 2013 年 11 月 20 日學(xué)習(xí)態(tài)度（ 20 分）創(chuàng)新性（ 30 分）技術(shù)水平（ 20 分）報(bào)告質(zhì)量（ 30 分）總評（ 100 分）材料成型及控制工程專業(yè)科技創(chuàng)新實(shí)踐活動報(bào)告沖壓工藝論述摘要 : 沖壓作為一種效率高、精度好、機(jī)械自動化程度高的加工工藝是機(jī)械 生產(chǎn)中最常用的加工工藝之一。不同的沖壓工藝應(yīng)用于加工不同需求的零件。沖壓 工藝

2、的在我國未來的發(fā)展是機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的態(tài)勢 。關(guān)鍵詞 : 沖壓特點(diǎn) 沖壓工藝 發(fā)展趨勢前言沖壓加工是借助于常規(guī)或?qū)Ｓ脹_壓設(shè)備的動力，使板料在模具里直接受到變形力并進(jìn)行變形，從而獲得一定形狀,尺寸和性能的產(chǎn)品零件的生產(chǎn)技術(shù)。板料，模具和設(shè)備是沖壓加工的三要素。按沖壓加工溫度分為熱沖壓和冷沖壓。前者適合變形 抗力高，塑性較差的板料加工；后者則在室溫下進(jìn)行，是薄板常用的沖壓方法。它 是金屬塑性加工（或壓力加工）的主要方法之一，也隸屬于材料成型工程技術(shù)。與機(jī)械加工及塑性加工的其它方法相比， 沖壓加工無論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟(jì)方面 都具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。主要表現(xiàn)如下。（1） 沖壓加工的生產(chǎn)效率高，且操作方便，

3、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動化。這是因 為沖壓是依靠沖模和沖壓設(shè)備來完成加工，普通壓力機(jī)的行程次數(shù)為每分鐘可達(dá)幾 十次，高速壓力要每分鐘可達(dá)數(shù)百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到 一個(gè)沖件。（ 2） 沖壓時(shí)由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓件 的表面質(zhì)量 ,而模具的壽命一般較長 ,所以沖壓的質(zhì)量穩(wěn)定 ,互換性好 ,具有“一模一樣” 的特征。（ 3） 沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復(fù)雜的零件，如小到鐘表的秒表， 大到汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時(shí)材料的冷變形硬化效應(yīng)，沖壓的強(qiáng)度和剛度 均較高。（ 4） 沖壓一般沒有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設(shè)備， 因而是一

4、種省料，節(jié)能的加工方法，沖壓件的成本較低。由于沖壓具有如此優(yōu)越性，沖壓加工在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。 例如，在宇航，航空，軍工，機(jī)械，農(nóng)機(jī)，電子，信息，鐵道，郵電，交通，化工， 醫(yī)療器具，日用電器及輕工等部門里都有沖壓加工。不但整個(gè)產(chǎn)業(yè)界都用到它，而- 3 -且每個(gè)人都直接與沖壓產(chǎn)品發(fā)生聯(lián)系。像飛機(jī)，火車，汽車，拖拉機(jī)上就有許多大， 中，小型沖壓件。小轎車的車身，車架及車圈等零部件都是沖壓加工出來的。據(jù)有 關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，自行車，縫紉機(jī)，手表里有80%是沖壓件；電視機(jī)，收錄機(jī)，攝像機(jī)里有 90% 是沖壓件；還有食品金屬罐殼，鋼精鍋爐，搪瓷盆碗及不銹鋼餐具，全都 是使用模具的沖壓加工產(chǎn)品；

5、就連電腦的硬件中也缺少不了沖壓件。但是，沖壓加工所使用的模具一般具有專用性，有時(shí)一個(gè)復(fù)雜零件需要數(shù)套模 具才能加工成形，且模具制造的精度高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密集形產(chǎn)品。所以， 只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點(diǎn)才能充分體現(xiàn)，從而獲得較 好的經(jīng)濟(jì)效益的。當(dāng)然，沖壓加工也存在著一些問題和缺點(diǎn)。主要表現(xiàn)在沖壓加工時(shí)產(chǎn)生的噪音 和振動兩種公害，而且操作者的安全事故時(shí)有發(fā)生。不過，這些問題并不完全是由 于沖壓加工工藝及模具本身帶來的，而主要是由于傳統(tǒng)的沖壓設(shè)備及落后的手工操 作造成的。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，隨著機(jī)電一體化技術(shù) 的進(jìn)步，這些問題一定會盡快而完善的得到解

6、決。沖壓主要是按工藝分類，可分為分離工序和成形工序兩大類。分離工序也稱沖 裁，其目的是使沖壓件沿一定輪廓線從板料上分離， 同時(shí)保證分離斷面的質(zhì)量要求 成形工序的目的是使板料在不破坯的條件下發(fā)生塑性變形，制成所需形狀和尺寸的 工件。在實(shí)際生產(chǎn)中 ,常常是多種工序綜合應(yīng)用于一個(gè)工件。沖裁、彎曲、剪切、拉 深、脹形、旋壓、矯正是幾種主要的沖壓工藝。沖裁 是利用沖裁使板料沿封閉的輪廓分離的工序，包括沖孔各落料兩個(gè)工序。 二者的區(qū)別是沖孔是在板料上沖出孔洞，以獲得帶孔的制件，落料的部分為廢 料；而落料則是為了獲得具有一定的形狀和尺寸的落料件，沖落的部分是成品 余下的部分是余料或是廢料。沖裁時(shí)板料的變形和

7、分離過程如下圖所示；凸模各凹模的邊緣都帶有鋒利的刃口。當(dāng)沖頭向下運(yùn)動壓住板料進(jìn)，板料愛擠材料成型及控制工程專業(yè)科技創(chuàng)新實(shí)踐活動報(bào)告壓產(chǎn)生彈性變形，并進(jìn)而發(fā)生塑性變形，當(dāng)上、下刃口附近材料內(nèi)的應(yīng)力超過一定 的限度后，即開始出現(xiàn)裂紋，隨著沖頭繼續(xù)下壓，上、下裂紋逐漸向板料內(nèi)部擴(kuò)展 直至?xí)?，板料即被切離。沖裁的切口形狀如下圖； 切口由塌角、 光亮帶、 剪裂帶和毛 刺組成。光亮帶具有良好的尺寸精度 和光潔的表面，其他三個(gè)區(qū)域(尤其 是毛刺)則降低沖裁件的質(zhì)量。這四 個(gè)區(qū)域的尺寸比例與材料的性質(zhì)、板料的厚度、模具結(jié)構(gòu)各尺寸、模具間隙、刃口鋒利程度等因素有關(guān)。模具間隙對沖裁質(zhì)量和模具壽命有重大的影響，是

8、沖裁的工藝參數(shù)。間隙合適 時(shí)，上、下裂紋自然會合，光亮帶約占板厚的 1/3 左右，毛刺不太； 間隙過大，上、 下裂紋不能自然會和，斷口呈撕裂現(xiàn)象，塌角及毛刺增大，斷口粗糙，間隙過小， 不僅裂紋不能自然會合，并且沖模刃口很快磨鈍，大大縮短模具壽命。對于低碳鋼 及銅、鋁等合金，可選 Z(雙面間隙)( 10%-15% )s(s 為板料的厚度 )。 d1=d0+Z因此在設(shè)計(jì)沖孔模具時(shí)，應(yīng)使凸模刃口尺寸等于所要求的孔尺寸，凹模刃口尺 寸則是孔的尺寸加上沖模尺寸的雙面間隙；設(shè)計(jì)落料模具時(shí)，凹模刃口尺寸應(yīng)等于 落料件尺寸，凸模尺寸是應(yīng)減去相應(yīng)的雙面間隙。為此對于沖裁件的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下要求：1) 簡化模具制造

9、，降低生產(chǎn)成本。在滿足使用要求的前提下，應(yīng)盡簡化沖 裁件的形狀，多采用圓形、矩形等規(guī)則形狀，以便于使用通用機(jī)床加 工模具，并減少鉗工修配的工作量。2) 切口上線段相交處必須圓弧過渡低碳鋼沖裁件的最小圓角半徑r=( 0.25 0.60 ) s。彎曲 是將板料彎成一定的角度各圓弧的變形工序。3) 要考慮排料方便，以便節(jié)約原材料。彎曲變形的過程如右圖所 示：沖頭下降與板料接觸后，板料開始彎曲，此時(shí)彎曲半徑 R0 材料成型及控制工程專業(yè)科技創(chuàng)新實(shí)踐活動報(bào)告較大，板料發(fā)生彎曲的部分是寬度為 L0 范圍內(nèi)的金屬；隨著凸模下壓，彎曲半徑 由 R0 減小為 R1, 板料外側(cè)與凹模工作表面的接觸距離 （即板料上

10、受彎曲作用的寬度） 由 L0 縮短為 L1 ；凸模繼續(xù)向下壓，彎曲半徑和彎曲寬度繼續(xù)減小。并且板料的內(nèi) 側(cè)與凸模的工作表面接觸長度增加，此后 L2 段以外與凸模和凹模工作表面接觸點(diǎn) 之間的部分板料又向相反的方向 彎曲，直到最后板料與凸模和凹模完全貼合。板料上各部分金屬變形前后的情況如圖所示：- 11 -彈復(fù)角的大小與材料的力學(xué)性能、彎曲半徑、板料彎曲后，只有內(nèi)徑 r 、角度的那一部分金屬發(fā)生了變形， 其余部分的金屬沒 有發(fā)生變形。顯然，板料內(nèi)鍘的金屬在切向壓應(yīng)力的作用下，產(chǎn)生壓縮變形；外側(cè) 金屬在切拉應(yīng)力作用下，產(chǎn)生了拉伸變形。板料的外表面層金屬產(chǎn)生的拉伸應(yīng)變量 最大，所受的拉應(yīng)力也就最大，甚

11、至可能拉裂。彎曲應(yīng)力的數(shù)值與彎曲半徑、彎曲 角度、板料的厚度及板料金屬的力學(xué)性能等因素有關(guān)。為了防止拉裂，應(yīng)盡量選用強(qiáng)度高而塑性好的材料；限制工件的彎曲半徑小于 材料允許的最小彎曲半徑 （低碳鋼、 純鋁、黃銅的最小彎曲半徑約為板料厚度的0.30.8 倍）；下料時(shí)要注意，使彎曲圓弧的切線方向與板料軋制的流紋方向一致。防止板料表面劃傷，以免劃傷部位處于拉伸位置而造成應(yīng)力集中。 彎曲件的彈復(fù)：塑性彎曲與任何 的塑性變形一樣，在外加載荷的作用 下，板料的塑性變形保留下來，而有 一部分變形在除去外加載荷后要恢 復(fù)，從而使板料發(fā)生與彎曲方向相反 的變形，這種現(xiàn)象稱為彈復(fù)，又稱回 彈如左圖：彈復(fù)程度通常用表

12、示。 彎曲角等因素有關(guān)。材料的屈服強(qiáng)度越高，彈復(fù)角越大；彎曲半徑越大，則在整個(gè)彎曲過程中，彈復(fù)變形后所占的比例越大，彈復(fù)角也越大，這也是彎曲半徑大的沖壓件不易彎曲成形的原因?？朔棌?fù)變形影響常用的方法是在設(shè)計(jì)模具時(shí)，使凸模和凹模工作面的角度等于板料彎 曲后的夾角減去彈復(fù)角，這樣彈復(fù)后即可得到所需要的彎曲角度。對于彎曲角度不 大的工件 ，也可以采用拉彎要工藝。 （由于拉彎時(shí)，整個(gè)橫截面上都處應(yīng)力狀態(tài)， 應(yīng)力公布與均勻拉伸近似，卸載后不發(fā)生角度彈復(fù)） 。拉深 是將平面板料變開為中空形狀沖壓件的工序，又稱拉延。拉深的過各如右圖所示：拉 深的缺陷及防止：拉深正常進(jìn)行的條件是：拉 深件底部和側(cè)壁的拉應(yīng)力

13、應(yīng)限 制在不使板料發(fā)生塑性變形的 限度內(nèi)；環(huán)形區(qū)內(nèi)的徑向 拉應(yīng)力應(yīng)達(dá)到和超過材料的屈服強(qiáng)度，并且切向壓應(yīng)力不致引起板料失穩(wěn)，否則就會產(chǎn) 生拉穿或皺褶缺陷防止拉穿或皺褶的措施有：a. 設(shè)計(jì)拉深件時(shí)，在滿足使用要求的前提下，應(yīng)使拉深件的形狀盡量簡單，盡 量采用回轉(zhuǎn)體形狀，深度越小易于拉深。b. 拉 深模具的工作部分必須加工成圓角，凹模圓角半徑Rd 和凸模半徑 Rp 分別為 Rd（ 5 30） sRpRdc. 控制模具的雙面間隙，使雙面間隙（雙邊）Z=（2.2 3.0）s 。d. 限制拉深系數(shù) 板料的拉伸程度以拉深系數(shù) K 表示e. 為防止由于徑向 壓應(yīng)力過大而產(chǎn)生皺褶，通常都用壓邊圈將板料壓住。但

14、 壓邊圈的壓力不宜過大，能壓住工作不致引起皺即可。壓力過大易導(dǎo) 致工件拉裂。f. 為了減少由于摩擦引起的拉深伯的內(nèi)應(yīng)力增加及減少模具的磨損， 拉深前應(yīng) 在板料上涂有潤滑劑。其他沖壓工序起伏脹形翻邊是在板料或半 成品上使局部 金屬變薄以形 成局部凸超或 凹陷的變形工 序是將板料或空心狀半成品的 局部表面面積 脹大的工序是將板料或半 成品上沿一定 的曲線翻超豎 立的邊緣的成 形工序未來的發(fā)展趨勢： 據(jù)統(tǒng)計(jì)，據(jù)統(tǒng)計(jì)， 2003 年中國生產(chǎn)汽車沖壓件約 240 萬噸/8億件，摩托車沖壓件約 28萬噸/19 億件，拖拉機(jī)、農(nóng)用車沖壓件約 96萬噸/7.1 億件，家用空調(diào)和冰箱沖壓件100萬噸/12.8

15、億件。業(yè)內(nèi)專家預(yù)計(jì)，隨著沖壓成形行業(yè)最大用戶市場 - 汽車行業(yè)今后繼續(xù)迅猛發(fā)展，中國沖壓行業(yè)已迎來了一個(gè)快速發(fā) 展機(jī)遇期，但能否抓住機(jī)遇獲得新的更快的發(fā)展，專家指出，前進(jìn)的道路上尚有許 多阻力和障礙需要克服與突破。中型沖壓美國 680 條沖壓線中有 70% 為多工位壓力機(jī)， 日本國內(nèi) 250 條生產(chǎn)線有 32%為多工位壓力機(jī)，而這種代表當(dāng)今國際水平的大型多工位壓力機(jī)在我國的應(yīng)用 卻為數(shù)不多；中小企業(yè)設(shè)備普遍較落后，耗能耗材高，環(huán)境污染嚴(yán)重；封頭成形設(shè) 備簡陋，手工操作比重大；精沖機(jī)價(jià)格昂貴，是普通壓力機(jī)的 510 倍，多數(shù)企業(yè)無 力投資阻礙了精沖技術(shù)在中國的推廣應(yīng)用；液壓成形，尤其是內(nèi)高壓成形

16、，設(shè)備投 資大，中國難以起步。要改變當(dāng)前大部分還是手工上下料的落后局面，結(jié)合具體情況，采取新工藝， 提高機(jī)械化、自動化程度。汽車車身覆蓋件沖壓應(yīng)向單機(jī)連線自動化、機(jī)器人沖壓 生產(chǎn)線，特別是大型多工位壓力機(jī)方向發(fā)展。爭取加大投資力度，加速沖壓生產(chǎn)線 的技術(shù)改造，使盡早達(dá)到當(dāng)今國際水平。而隨著微電子技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展使板 材成形裝備自動化、柔性化有了技術(shù)基礎(chǔ)。應(yīng)加速發(fā)展數(shù)字化柔性成形技術(shù)、液壓 成形技術(shù)、高精度復(fù)合化成形技術(shù)以及適應(yīng)新一代輕量化車身結(jié)構(gòu)的型材彎曲成形 技術(shù)及相關(guān)設(shè)備。同時(shí)改造國內(nèi)舊設(shè)備，使其發(fā)揮新的生產(chǎn)能力。許多汽車集團(tuán)大而全，形成封閉內(nèi)部配套，導(dǎo)致各企業(yè)的沖壓件種類多，生產(chǎn) 集

17、中度低，規(guī)模小，易造成低水平的重復(fù)建設(shè)，難以滿足專業(yè)化分工生產(chǎn)，市場競 爭力弱；摩托車沖壓行業(yè)面臨激烈的市場競爭，處于“優(yōu)而不勝，劣而不汰”的狀 態(tài)；封頭制造企業(yè)小而散，集中度僅39.2% 。迅速改變“大而全” 、“散亂差”的格局，盡快從汽車集團(tuán)中把沖壓零部件分離 出來，按沖壓件的大、中、小分門別類，成立幾個(gè)大型的沖壓零部件制造供應(yīng)中心 及幾十個(gè)小而專的零部件工廠。通過專業(yè)化道路，才能把沖壓零部件做大做強(qiáng)，成 為國際上有競爭實(shí)力的沖壓零部件供應(yīng)商。沖壓板材自給率不足，品種規(guī)格不配套：中國汽車薄板只能滿足60%左右，而高檔轎車用鋼板， 如高強(qiáng)度板、 合金化鍍鋅板、 超寬板 （1650mm 以上

18、）等都依賴進(jìn)口。用材應(yīng)與行業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展：流水線汽車用鋼板的品種應(yīng)更趨向合理，朝著高強(qiáng)、 高耐蝕和各種規(guī)格的薄鋼板方向發(fā)展，并改善沖壓性能。鋁、鎂合金已成為汽車輕 量化的理性材料，擴(kuò)大應(yīng)用已勢在心行。在中國，許多沖壓新技術(shù)起步并不晚，有些還達(dá)到了國際先進(jìn)水平，但常常很 難形成生產(chǎn)力。先進(jìn)沖壓工藝應(yīng)用不多，有的僅處于試用階段，吸收、轉(zhuǎn)化、推廣 速度慢。技術(shù)開發(fā)費(fèi)用投入少，導(dǎo)致企業(yè)對先進(jìn)技術(shù)的掌握應(yīng)用慢，開發(fā)創(chuàng)新能力 不足，中小企業(yè)在這方面的差距更甚。國內(nèi)企業(yè)大部分仍采用傳統(tǒng)沖壓技術(shù)，對下 一代輕量化汽車結(jié)構(gòu)和用材所需的成形技術(shù)缺少研究與技術(shù)儲備。中國與歐、美、日等相比，存在的最大的差距就是還沒有一個(gè)產(chǎn)、學(xué)研聯(lián)合體， 科研難以做大，成果不能盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。所以應(yīng)圍繞大型開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目， 以高校和科研單位為技術(shù)支持，企業(yè)為應(yīng)用基地，形成產(chǎn)品、設(shè)備、材料、技術(shù)的 企業(yè)聯(lián)合實(shí)體，形成既能開發(fā)創(chuàng)新，又能迅速產(chǎn)業(yè)化的良性