冲压工艺及模具－设计与实践第1章冲压工艺和冲压模具概述

出 版 社 理 工 分 社冲压工艺及模具设计与实践 退 出页第 1章 冲 压 工 艺 和 冲压 模 具 概 述 出 版 社 理 工 分 社冲压工艺及模具设计与实践 退 出页 1.1 本 课 程 学 习 的 方 法 和 要 求冲 压 工 艺 与 模 具 设 计 是 一 门 实 践 性 和 实 用 性 很 强 的 学 科 。 它 以 金 属 学 与 热 处理 、 塑 性 力 学 、 金 属 塑 性 成 形 原 理 以 及 许 多 技 术 基 础 学 科 为 基 础 。1.2 冲 压 工 艺 及 模 具 的 概 念 及 特 点冲 压 是 利 用 安 装 在 冲 压 设 备 （ 主 要 是 压 力 机 ） 上 的 模 具 对 材 料 施 加 压 力 ， 使其 产 生 分 离 或 塑 性 变 形 ， 从 而 获 得 所 需 零 件 （ 俗 称 冲 压 件 或 冲 件 ） 的 一 种 压力 加 工 方 法 。 冲 压 通 常 是 在 常 温 下 对 材 料 进 行 冷 变 形 加 工 ， 且 主 要 采 用 板 料来 加 工 成 所 需 零 件 ， 所 以 也 叫 冷 冲 压 或 板 料 冲 压 。冲 压 所 使 用 的 模 具 称 为 冲 压 模 具 ， 简 称 冲 模 。 冲 模 是 将 材 料 （ 金 属 或 非 金 属） 批 量 加 工 成 所 需 冲 件 的 专 用 工 具 。 冲 压 工 艺 与 模 具 、 冲 压 设 备 以 及 冲 压 材 料 构 成 冲 压 加 工 的 三 要 素 ， 它 们 之 间的 相 互 关 系 如 图 1.1所 示 。 出 版 社 理 工 分 社冲压工艺及模具设计与实践 退 出页 图 1.1 冲 压 加 工 的 要 素与 机 械 加 工 及 塑 性 加 工 的 其 他 方 法 相 比 ， 冲 压 加 工 无 论 在 技 术 方 面 还 是 经 济 方 面 都 具 有 许 多 独 特 的 优 点 。 主 要 表 现 在 ： 出 版 社 理 工 分 社冲压工艺及模具设计与实践 退 出页 1.冲 压 加 工 的 生 产 效 率 高 ， 且 操 作 方 便 ， 易 于 实 现 机 械 化 与 自 动 化 。 这 是 因为 冲 压 是 依 靠 冲 模 和 冲 压 设 备 来 完 成 加 工 ， 普 通 压 力 机 的 行 程 次 数 为 每 分 钟几 十 次 ， 高 速 压 力 机 每 分 钟 可 达 数 百 次 甚 至 千 次 以 上 ， 而 且 每 次 冲 压 行 程 就可 能 得 到 一 个 或 多 个 冲 压 件 。2.冲 压 时 由 模 具 保 证 了 冲 压 件 的 尺 寸 与 形 状 精 度 ， 且 一 般 不 破 坏 冲 压 材 料 的表 面 质 量 ， 而 模 具 的 寿 命 一 般 较 长 ， 所 以 冲 压 件 的 质 量 稳 定 ， 互 换 性 好 ， 具有 “ 一 模 一 样 ” 的 特 征 。3.冲 压 可 加 工 出 尺 寸 范 围 较 大 、 形 状 较 复 杂 的 零 件 ， 如 小 到 钟 表 的 秒 针 ， 大到 汽 车 纵 粱 、 覆 盖 件 等 ， 加 上 冲 压 时 材 料 的 冷 变 形 硬 化 效 应 ， 冲 压 件 的 强 度和 刚 度 均 较 高 。 4.冲 压 一 般 没 有 切 屑 碎 料 生 成 ， 材 料 的 消 耗 较 少 ， 且 不 需 其 他 加 热 设 备 ， 因而 是 一 种 省 料 、 节 能 的 加 工 方 法 ， 冲 压 件 的 成 本 较 低 。 出 版 社 理 工 分 社冲压工艺及模具设计与实践 退 出页 1.3 冲 压 工 艺 基 本 工 序 及 模 具由 于 冲 压 加 工 的 零 件 种 类 繁 多 ， 可 分 为 分 离 工 序 和 成 形 工 序 两 大 类。 分 离 工 序 是 指 使 坯 料 沿 一 定 的 轮 廓 线 分 离 而 获 得 一 定 形 状 、 尺 寸和 断 面 质 量 的 冲 压 件 （ 俗 称 冲 裁 件 ） 的 工 序 ； 成 形 工 序 是 指 使 坯 料在 不 破 裂 的 条 件 下 产 生 塑 性 变 形 而 获 得 一 定 形 状 和 尺 寸 的 冲 压 件 的工 序 。分 离 工 序 和 成 形 工 序 ， 按 基 本 变 形 方 式 不 同 又 可 分 为 冲 裁 、 弯 曲 、拉 深 、 成 形 和 冷 挤 压 五 种 基 本 工 序 ， 主 要 冲 压 工 序 名 称 、 工 序 简 图、 工 序 特 征 及 相 应 模 具 简 图 见 表 1.1。 出 版 社 理 工 分 社冲压工艺及模具设计与实践 退 出页 表 1.1 常 用 冲 压 工 序 及 响 应 模 具 简 图 出 版 社 理 工 分 社冲压工艺及模具设计与实践 退 出页 出 版 社 理 工 分 社冲压工艺及模具设计与实践 退 出页 出 版 社 理 工 分 社冲压工艺及模具设计与实践 退 出页 在 冲 压 的 一 次 行 程 过 程 中 ， 只 能 完 成 一 个 冲 压 工 序 的 模 具 称 为 单 工 序 模 。 在不 同 的 工 位 上 同 时 完 成 两 道 或 两 道 以 上 冲 压 工 序 的 模 具 称 为 级 进 模 。 在 同 一工 位 上 完 成 两 道 或 两 道 以 上 冲 压 工 序 的 模 具 称 为 复 合 模 。1.4 冲 压 技 术 的 发 展 历 程 、 现 状 及 方 向冲 压 和 模 具 技 术 主 要 表 现 在 以 下 几 个 方 面 ：1. 冲 压 成 形 理 论 及 冲 压 工 艺 方 面冲 压 成 形 理 论 的 研 究 是 提 高 冲 压 技 术 的 基 础 。 应 用 塑 性 成 形 过 程 的 计 算 机 模拟 技 术 ， 利 用 有 限 元 （ FEM） 等 数 值 分 析 方 法 模 拟 金 属 的 塑 性 成 形 过 程 。精 密 冲 裁 加 工 零 件 的 厚 度 可 达 25mm， 精 度 可 达 IT67级 ； 用 液 体 、 橡 胶 、 聚氨 醋 等 作 柔 性 凸 模 或 凹 模 来 代 替 刚 性 凸 模 或 凹 模 的 软 模 成 形 工 艺 ； 采 用 爆 炸 等 高 能 高 效 成 形 方 法 对 于 加 工 各 种 尺 寸 大 、 形 状 复 杂 、 批 量 小 、 强 度 高 和 精度 要 求 较 高 的 板 料 零 件 。 出 版 社 理 工 分 社冲压工艺及模具设计与实践 退 出页 2. 冲 模 设 计 与 制 造 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 ， 以 下 两 方 面 发 展： 一 方 面 ， 与 此 相 适 应 的 新 型 模 具 材 料 及 其 热 表 处 理 技 术 ， 各 种 高 效 、 精 密、 数 控 、 自 动 化 的 模 具 加 工 机 床 和 检 测 设 备 以 及 模 具 CAD/CAM技 术 也 正 在 迅速 发 展 ； 另 一 方 面 ， 锌 基 合 金 冲 模 、 聚 氨 醋 橡 胶 冲 模 、 薄 板 冲 模 、 钢 带 冲 模、 组 合 冲 模 等 各 种 简 易 冲 模 及 其 制 造 技 术 也 得 到 了 迅 速 发 展 。3. 冲 压 设 备 与 冲 压 生 产 自 动 化 方 面在 数 控 四 边 折 弯 机 中 送 人 板 料 毛 坯 后 ， 在 计 算 机 程 序 控 制 下 便 可 依 次 完 成 四边 弯 曲 ， 从 而 大 幅 度 提 高 精 度 和 生 产 率 ； 在 高 速 自 动 压 力 机 上 冲 压 电 动 机 定、 转 子 冲 片 时 ， 一 分 钟 可 冲 几 百 片 ， 并 能 自 动 叠 成 定 、 转 子 铁 芯 ， 生 产 效 率 比 普 通 压 力 机 提 高 几 十 倍 ， 材 料 利 用 率 高 达 97%； 标 称 压 力 为 250kN的 高 速 压力 机 的 滑 块 行 程 次 数 已 达 2000次 /min以 上 。 出 版 社 理 工 分 社冲压工艺及模具设计与实践 退 出页 4. 冲 压 新 材 料 方 面先 进 高 强 度 钢 （ AHSS） 和 超 高 强 度 钢 （ UHSS） 越 来 越 得 到 重 视 ， 并 大 量 应 用于 车 身 冲 压 制 造 。 以 美 国 通 用 公 司 为 例 ， 15年 前 其 车 身 村 料 78%采 用 低 碳 钢， 高 强 度 钢 的 使 用 很 有 限 。 到 2004年 高 强 度 钢 的 使 用 率 大 幅 度 上 升 ， 已 开 始采 用 AHSS和 UHSS， 其 使 用 率 达 到 12%， 2006年 使 用 率 增 至 18%。5. 冲 模 标 准 化 及 专 业 化 生 产 方 面冲 模 属 单 件 小 批 量 生 产 ， 冲 模 零 件 既 具 有 一 定 的 复 杂 性 和 精 密 性 ， 又 具 有 一定 的 结 构 典 型 性 。 国 外 先 进 工 业 国 家 模 具 标 准 化 生 产 程 度 已 达 70%80%。 主要 体 现 在 标 准 化 程 度 还 不 高 （ 一 般 在 40%以 下 ） ， 标 准 件 的 品 种 和 规 格 较 少， 大 多 数 标 准 件 厂 家 未 形 成 规 模 化 生 产 ， 标 准 件 质 量 也 还 存 在 较 多 问 题 。