第三章板料冲压课件

第三节第三节 冲冲 压压 板料冲压板料冲压是利用冲模使板料产生分离或变形的是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法。这种加工方法通常是在冷态下进行的，加工方法。这种加工方法通常是在冷态下进行的，所以又叫所以又叫冷冲压冷冲压。按冲压温度高低可分为按冲压温度高低可分为热冲压和冷冲压两种方式热冲压和冷冲压两种方式，只有当板料厚度超过只有当板料厚度超过8 810 mm10 mm时，才采用时，才采用热冲热冲压压。热冲压适用于热冲压适用于变形抗力高、塑性较差的板料塑变形抗力高、塑性较差的板料塑性加工；性加工；冷冲压适用于冷冲压适用于可锻性好的薄板类零件塑性可锻性好的薄板类零件塑性加工，一般在室温下进加工，一般在室温下进.冲压在工程中的应用范围相当广泛，在宇航、冲压在工程中的应用范围相当广泛，在宇航、航空、军工、机械、农机、电子、信息、铁道、航空、军工、机械、农机、电子、信息、铁道、邮电、交通、化工、医疗器具、日用电器及轻工邮电、交通、化工、医疗器具、日用电器及轻工等领域都需要大量的冲压加工产品。等领域都需要大量的冲压加工产品。飞机、火车、汽车、拖拉机上有许多大、中及飞机、火车、汽车、拖拉机上有许多大、中及小型冲压件，轿车车身、车架及车圈等零部件都小型冲压件，轿车车身、车架及车圈等零部件都是冲压产品。据统计，自行车、缝纫机、手表里是冲压产品。据统计，自行车、缝纫机、手表里有有80%80%都是冲压件，电视机、收录机、摄像机里有都是冲压件，电视机、收录机、摄像机里有90%90%是冲压件，食品金属罐壳、钢精锅炉、搪瓷盆是冲压件，食品金属罐壳、钢精锅炉、搪瓷盆碗及不锈钢餐具都是冲压产品，电脑硬件中也具碗及不锈钢餐具都是冲压产品，电脑硬件中也具有相当比例的冲压件。有相当比例的冲压件。与其它加工方法相比，冲压具有如下特点：与其它加工方法相比，冲压具有如下特点：（1 1）生产效率高、操作方便，易于实现机械化与自动化。）生产效率高、操作方便，易于实现机械化与自动化。冲压是依靠冲模和压力机完成的，普通冲压是依靠冲模和压力机完成的，普通压力机压力机行程次数为行程次数为每分钟几十次、高速压力机每分钟千次以上，一次行程就每分钟几十次、高速压力机每分钟千次以上，一次行程就可以得到一个冲件。可以得到一个冲件。（2 2）质量稳定、互换性好，因为模具保证了冲压件的尺）质量稳定、互换性好，因为模具保证了冲压件的尺寸与形状精度。寸与形状精度。（3 3）可加工出尺寸较大、形状较复杂的零件。小到钟表）可加工出尺寸较大、形状较复杂的零件。小到钟表的秒针、大到汽车纵梁与车门等都可以冲压加工。的秒针、大到汽车纵梁与车门等都可以冲压加工。（4 4）零件强度和刚度均较高，因为冲压可使金属板料有）零件强度和刚度均较高，因为冲压可使金属板料有加工硬化效应。加工硬化效应。（5 5）冲压没有切屑碎料生成，材料消耗较少，而且还不）冲压没有切屑碎料生成，材料消耗较少，而且还不需加热，因而省料、节能。需加热，因而省料、节能。（6 6）冲压模具专用性强，甚至一个复杂零件需要数套模）冲压模具专用性强，甚至一个复杂零件需要数套模具才能冲压成形，且模具制造精度要求高，模具成本高。具才能冲压成形，且模具制造精度要求高，模具成本高。所以，只有大批量生产才能获得较好的经济效益。所以，只有大批量生产才能获得较好的经济效益。图图2-31 2-31 典型冲压件典型冲压件冲压设备冲压设备冷冲压：冷冲压：t 3 mm时，时，由于冲裁力较大，应适当把系由于冲裁力较大，应适当把系数数m放大。放大。对冲裁件断面质量没有特殊要求时，系数对冲裁件断面质量没有特殊要求时，系数m可放可放大大1.5倍。倍。在凸凹模单边间隙确定之后，就可以计在凸凹模单边间隙确定之后，就可以计算凸凹模刃口尺寸了。算凸凹模刃口尺寸了。为提高生产效率，冲裁坯料一般都采用为提高生产效率，冲裁坯料一般都采用可连续送进的板料、条料或带料，如图可连续送进的板料、条料或带料，如图2-2-3535所示。所示。图图2-35 2-35 冲裁坯料冲裁坯料 冲裁常用设备是压力机，一般分为开式冲裁常用设备是压力机，一般分为开式和闭式两种类型，其外形结构如图和闭式两种类型，其外形结构如图2-362-36所所示，左图为开式压力机，右图为闭式压力示，左图为开式压力机，右图为闭式压力机，机，图图2-36 压力机外形图压力机外形图 对于大批量生产的冲裁件，还必须考虑排对于大批量生产的冲裁件，还必须考虑排样问题。样问题。排样是排样是指冲裁件在条料、带料或板料上的指冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。布置方法。合理的排样是提高材料利用率、降低成本，合理的排样是提高材料利用率、降低成本，保证冲件质量及模具寿命的有效措施。保证冲件质量及模具寿命的有效措施。衡量衡量排样方案的好坏可以用材料利用率来评价排样方案的好坏可以用材料利用率来评价.图为同一个冲裁件采用四种不同排样方式时材料图为同一个冲裁件采用四种不同排样方式时材料消耗的对比情况。消耗的对比情况。落料件的排样有两种类型：落料件的排样有两种类型：无搭边排样无搭边排样和和有搭边有搭边排样排样。有有搭搭边边排排样样是是在在各各个个落落料料件件之之间间均均留留有有一一定尺寸的搭边。定尺寸的搭边。其其优优点点是是毛毛刺刺小小，而而且且在在同同一一个个平平面面上上，冲裁件尺寸准确，质量较高，但材料消耗多。冲裁件尺寸准确，质量较高，但材料消耗多。无无搭搭边边排排样样是是利利用用落落料料件件形形状状的的一一个个边边作作为另一个落料件的边缘为另一个落料件的边缘(图图341d)341d)。优优缺缺点点：材材料料利利用用率率很很高高，尺尺寸寸不不容容易易准准确，确，因此只用于对冲裁件质量要求不高的场合。因此只用于对冲裁件质量要求不高的场合。图图2-38 不同排样方式不同排样方式a)a)直排直排 b)b)斜排斜排 c)c)对排对排 d)d)混排混排 为了提高冲裁件的断面质量，或着使冲为了提高冲裁件的断面质量，或着使冲孔件能够分成单个产品，还必须采用修正、孔件能够分成单个产品，还必须采用修正、切断等后续工序。切断等后续工序。修整是修整是利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，削一薄层金属，以切掉冲裁件上的裂带和毛刺以切掉冲裁件上的裂带和毛刺，从而从而提高冲裁件的尺寸精度，降低表面粗糙度提高冲裁件的尺寸精度，降低表面粗糙度值。值。二、修整二、修整 修整冲裁件的外形称修整冲裁件的外形称外缘修整外缘修整，修整冲裁件的内孔称修整冲裁件的内孔称内孔修整内孔修整(如图如图)。修整的机理修整的机理与切削加工相似。与切削加工相似。对于大间隙冲裁件：对于大间隙冲裁件：单边修整量一般为板单边修整量一般为板料厚度的料厚度的1010；对于小间隙冲裁件对于小间隙冲裁件：单边修整量在板料厚：单边修整量在板料厚度的度的8 8以下。以下。当冲裁件的修整总量大于一次修整量时，当冲裁件的修整总量大于一次修整量时，或板料厚度大于或板料厚度大于3 mm3 mm时，均需多次修整。时，均需多次修整。三、切断三、切断 切断切断是指用剪刃将板料沿不封闭轮廓进行是指用剪刃将板料沿不封闭轮廓进行分离的工序。分离的工序。剪刃安装在剪床上剪刃安装在剪床上，把大板料剪切成一定，把大板料剪切成一定宽度的条料，供下一步冲压工序用。宽度的条料，供下一步冲压工序用。图2-40 切断机械二、精冲二、精冲 精冲是精密冲裁的简称，它是在普通冲精冲是精密冲裁的简称，它是在普通冲裁技术基础上发展起来的一种精密板料冲裁技术基础上发展起来的一种精密板料冲裁工艺，裁工艺，在压力机一次或几次冲压行程中，在压力机一次或几次冲压行程中，由原材料直接获得比普通冲裁零件精度高、由原材料直接获得比普通冲裁零件精度高、粗糙度小、平面度高、垂直度好的高质量粗糙度小、平面度高、垂直度好的高质量冲裁零件的冲压方法。冲裁零件的冲压方法。精冲生产效率高，能以较低的成本改精冲生产效率高，能以较低的成本改善产品质量，在实际生产中获得了广泛应善产品质量，在实际生产中获得了广泛应用。图用。图2-412-41为精密冲裁的典型零件。为精密冲裁的典型零件。凸模在压力机压头的带动下压入冲裁凸模在压力机压头的带动下压入冲裁件，对坯料施加压力；同时带动反向压力件，对坯料施加压力；同时带动反向压力顶杆向上顶紧坯料，对坯料施加一个反向顶杆向上顶紧坯料，对坯料施加一个反向压力。压力。图图2-42 精冲原理精冲原理压头同时还带动精冲模关键部件压头同时还带动精冲模关键部件VV形压形压边圈向下压紧，对坯料施加纵向压力的同边圈向下压紧，对坯料施加纵向压力的同时也施加了极大的横向压力，时也施加了极大的横向压力，有效阻止了有效阻止了坯料在变形区内的横向流动，从而可避免坯料在变形区内的横向流动，从而可避免坯料的横向撕裂。坯料的横向撕裂。变形区金属在凸模、反向压力顶杆及压变形区金属在凸模、反向压力顶杆及压边圈三个部件共同作用下处于三向压应力边圈三个部件共同作用下处于三向压应力状态，其塑性得到了很大提高。状态，其塑性得到了很大提高。由于由于V V形压边圈阻止了变形区金属的横形压边圈阻止了变形区金属的横向撕裂，因此向撕裂，因此精冲件断面几乎没有断裂带精冲件断面几乎没有断裂带只有光亮带。只有光亮带。和普通冲裁相比，精冲件断和普通冲裁相比，精冲件断面质量明显提高。面质量明显提高。精冲和普通冲裁对比见表精冲和普通冲裁对比见表2-72-7。一般情况下，精冲工艺只能使用塑性好、一般情况下，精冲工艺只能使用塑性好、变形抗力低的板材。生产中常用的精冲材变形抗力低的板材。生产中常用的精冲材料有钢、铜合金及铝合金，具体材料牌号料有钢、铜合金及铝合金，具体材料牌号见表见表2-8。精冲压力机属于专用压力机，专门为完成精冲工艺而设计精冲压力机属于专用压力机，专门为完成精冲工艺而设计制造的。能同时提供冲裁力、压边力和反向压力，滑块可制造的。能同时提供冲裁力、压边力和反向压力，滑块可实现快速闭合、快速回程及快速冲裁。生产中常用精冲压实现快速闭合、快速回程及快速冲裁。生产中常用精冲压力机如图力机如图2-432-43所示。所示。精冲模具结构与普通冲裁模具结构相似，精冲模具结构与普通冲裁模具结构相似，但由于精冲原理与普通冲裁原理不同，有但由于精冲原理与普通冲裁原理不同，有一些明显的区别：一些明显的区别：（1 1）精冲模具使用齿圈压板（如）精冲模具使用齿圈压板（如V V形压边形压边模）和推板，使金属板料变形区产生三向模）和推板，使金属板料变形区产生三向压应力。而普通冲裁模的卸料板和顶件板，压应力。而普通冲裁模的卸料板和顶件板，只起到卸料和顶件的作用。只起到卸料和顶件的作用。（2 2）精冲模具间隙比普通冲模小得多，所）精冲模具间隙比普通冲模小得多，所以以对凸、凹模同轴度要求更为严格。对凸、凹模同轴度要求更为严格。（3 3）精冲模的凹模（或凸模）刃口带有小）精冲模的凹模（或凸模）刃口带有小圆角，而普通冲模的凸、凹模刃口锋利。圆角，而普通冲模的凸、凹模刃口锋利。（4 4）精冲模冲孔的废料，都采用顶杆顶出。）精冲模冲孔的废料，都采用顶杆顶出。普通冲模的冲孔废料，大都从内凹模孔漏普通冲模的冲孔废料，大都从内凹模孔漏下。下。生产中常用精冲模具如图生产中常用精冲模具如图2-442-44所示。所示。图2-44 精冲模具 变形工序变形工序 变形工序是使坯料的一部分相对于另一部变形工序是使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序，分产生位移而不破裂的工序，如如拉深、弯曲、拉深、弯曲、翻边、成形等翻边、成形等。一、拉深一、拉深 1 1拉深过程拉深过程 拉深拉深是利用模具使冲裁后得到的平板坯是利用模具使冲裁后得到的平板坯料变形成开口空心零件的工序。料变形成开口空心零件的工序。变形过程为：变形过程为：把直径为把直径为D D的平板坯料放在凹模上，的平板坯料放在凹模上，在凸模作用下，坯料被拉入凸模和凹模的间隙中，形在凸模作用下，坯料被拉入凸模和凹模的间隙中，形成空心拉深件。成空心拉深件。拉深件的拉深件的底部金属一般不变形，只起传递拉底部金属一般不变形，只起传递拉力的作用，力的作用，厚度基本不变。厚度基本不变。直壁与底部之间的直壁与底部之间的过渡圆角部过渡圆角部被拉薄得最被拉薄得最为严重。为严重。2 2拉深中的废品拉深中的废品 拉穿与起皱缺陷如图拉穿与起皱缺陷如图2-46所示。所示。最危险部位是直壁与底部的过渡圆角处最危险部位是直壁与底部的过渡圆角处 为防止起皱，可采用为防止起皱，可采用设置压边圈设置压边圈来解决来解决(图图347)347)。实践证明，实践证明，起皱现象与毛坯的相对厚度起皱现象与毛坯的相对厚度(/D)(/D)有关。相对厚度越小，越容易起皱。有关。相对厚度越小，越容易起皱。当一个圆筒形拉深零件的当一个圆筒形拉深零件的直径过小时，直径过小时，为了保证合理的拉深系数，一般会采用多为了保证合理的拉深系数，一般会采用多次拉深的方式。这样既可以保证每次拉深次拉深的方式。这样既可以保证每次拉深系数都在一个合理的范围，同时又能成形系数都在一个合理的范围，同时又能成形出直径小且高度深的筒形件。多次拉深工出直径小且高度深的筒形件。多次拉深工艺过程如图艺过程如图2-472-47所示。所示。拉深工序的一个关键工艺参数是拉深拉深工序的一个关键工艺参数是拉深系数，它是拉深件直径系数，它是拉深件直径d d与坯料直径与坯料直径D D的比的比值，拉深系数不应小于值，拉深系数不应小于0.50.50.80.8。在多次拉深过程中，为了消除金属材在多次拉深过程中，为了消除金属材料在塑性变形中产生的内应力及加工硬化，料在塑性变形中产生的内应力及加工硬化，需要进行工序间退火和成品退火。表需要进行工序间退火和成品退火。表2-92-9给给出了不同金属材料可以不进行中间退火的出了不同金属材料可以不进行中间退火的拉伸次数。拉伸次数。退火后的钢、铜等工件表面有氧化皮，退火后的钢、铜等工件表面有氧化皮，在继续加工时氧化皮会在继续加工时氧化皮会加剧模具的磨损，加剧模具的磨损，所以退火后的工件应该酸洗。所以退火后的工件应该酸洗。酸洗就是酸洗就是在加热的稀酸液中浸泡工件，在加热的稀酸液中浸泡工件，然后在冷水中漂洗，再在弱碱中将残留的然后在冷水中漂洗，再在弱碱中将残留的酸液中和，然后再在热水中洗涤，最后还酸液中和，然后再在热水中洗涤，最后还要放在烘房中烘干。要放在烘房中烘干。拉深过程中还要经常使用润滑油，以拉深过程中还要经常使用润滑油，以防止两者直接接触，降低摩擦力并抑制零防止两者直接接触，降低摩擦力并抑制零件破裂，提高成形极限；同时，还能减少件破裂，提高成形极限；同时，还能减少因烧结粘着而产生擦伤的可能性，提高拉因烧结粘着而产生擦伤的可能性，提高拉深产品质量，延长模具寿命。深产品质量，延长模具寿命。借助旋轮、擀棒等工具对随模具转动的借助旋轮、擀棒等工具对随模具转动的金属圆板或预成形坯料做进给运动并施加金属圆板或预成形坯料做进给运动并施加压力，主要改变直径尺寸使其成为所需零压力，主要改变直径尺寸使其成为所需零件的冲压方法。件的冲压方法。作为拉深工序的一种补充工艺，旋压特作为拉深工序的一种补充工艺，旋压特别适用于一些大尺寸和复杂截面的回转体别适用于一些大尺寸和复杂截面的回转体薄壁件塑性成形，这些零件拉深成形实现薄壁件塑性成形，这些零件拉深成形实现起来都比较困难，而旋压成形则比较容易。起来都比较困难，而旋压成形则比较容易。3 3旋压旋压 原理：原理：工作时先将冲裁后工作时先将冲裁后的的坯料坯料1 1用用顶柱顶柱2 2压在压在模型模型4 4的端部。模型通常固定在的端部。模型通常固定在旋转卡盘上。旋转卡盘上。推动压杆推动压杆3 3使使坯料在压力作用下变形，坯料在压力作用下变形，最后获得与模型形状一样最后获得与模型形状一样的成品。的成品。特点：特点：这种工艺方法不需要复杂的冲这种工艺方法不需要复杂的冲模，变形力较小，但生产率较低。模，变形力较小，但生产率较低。应用：应用：目前，除一般中小批量生产采目前，除一般中小批量生产采用此种工艺外，用此种工艺外，某些厚板件和某些厚板件和大型容器大型容器(锅炉、化工用的锅炉、化工用的巨型罐等巨型罐等)的封头也采用旋的封头也采用旋压成形。压成形。常用的数控旋压机床如图2-52所示。二、弯曲二、弯曲 弯曲是弯曲是将坯料弯成将坯料弯成具有一定角度和曲率的变具有一定角度和曲率的变形工序形工序(图图)弯曲过程中，板料弯曲部分的内侧弯曲过程中，板料弯曲部分的内侧受压缩，而外层受拉伸。受压缩，而外层受拉伸。回弹：回弹：在弯曲结束后，由于弹性变形的恢复，板在弯曲结束后，由于弹性变形的恢复，板料略微弹回一点，使被弯曲的角度增大，此现料略微弹回一点，使被弯曲的角度增大，此现象称为象称为回弹回弹。一般回弹角为一般回弹角为 010 。因此，在设计。因此，在设计弯曲模时，必须弯曲模时，必须使模具的角度比成品件角度小使模具的角度比成品件角度小一个回弹角一个回弹角，以保证成品件的弯曲角度准确。，以保证成品件的弯曲角度准确。四、翻边四、翻边 翻边翻边是在带孔的平坯料是在带孔的平坯料上用扩孔的方法获得凸缘上用扩孔的方法获得凸缘的工序的工序(图图3-51)3-51)凸模圆角半径凸模圆角半径r r凸凸=(4=(49)9)在进行翻边工序时，如果在进行翻边工序时，如果翻边孔的直径超过允许值，会翻边孔的直径超过允许值，会使孔的边缘造成破裂。使孔的边缘造成破裂。图2-57 圆孔翻边式中：式中：d d0 0翻边前的孔径尺寸；翻边前的孔径尺寸；dd翻边后的内孔尺寸。翻边后的内孔尺寸。对于镀锡铁皮，对于镀锡铁皮，K K0 0不小于不小于0.650.65 对于酸洗钢，对于酸洗钢，K K0 0不小于不小于0.680.68。当零件所需凸缘的高度较大时，当零件所需凸缘的高度较大时，用一次翻边成用一次翻边成形计算出的翻边系数形计算出的翻边系数K K0 0值很小，直接成形无法实现，则可采用值很小，直接成形无法实现，则可采用先拉深、后冲孔、再翻边先拉深、后冲孔、再翻边的工艺来实现。的工艺来实现。其允许值用翻边系数其允许值用翻边系数K0来衡来衡量：量：K0=d0d第四节第四节 挤挤 压压 挤挤 压：压：在三向不均匀压应力作用下，在三向不均匀压应力作用下，把坯料从模具的孔口或缝隙挤出使之横截把坯料从模具的孔口或缝隙挤出使之横截面积减小长度增加的塑性加工工艺，它是面积减小长度增加的塑性加工工艺，它是一种少无切屑的金属加工方法。一种少无切屑的金属加工方法。挤压工艺具有下面几个明显特点：挤压工艺具有下面几个明显特点：挤挤压零件尺寸准确、表面光洁，冷挤压产品压零件尺寸准确、表面光洁，冷挤压产品不经表面处理就能满足一般零件的表面质不经表面处理就能满足一般零件的表面质量要求；节约原材料，材料利用率可达量要求；节约原材料，材料利用率可达70%70%以上；生产率高，大批量生产时比切削加以上；生产率高，大批量生产时比切削加工提高几倍至几百倍；工提高几倍至几百倍；扩大了材料塑性加工范围，挤压使工件处扩大了材料塑性加工范围，挤压使工件处于三向压应力状态，一些难成形的脆性材于三向压应力状态，一些难成形的脆性材质如钛合金、铸造铜合金及镁合金等都能质如钛合金、铸造铜合金及镁合金等都能采用挤压方式获得合格的零件。采用挤压方式获得合格的零件。挤压广泛用于生产铝、铜等有色金属管挤压广泛用于生产铝、铜等有色金属管材和型材的生产，钢的热挤压既用于生产材和型材的生产，钢的热挤压既用于生产特殊管材和型材。如具有粗大头部的杆件、特殊管材和型材。如具有粗大头部的杆件、炮筒、容器等炮筒、容器等 。冷挤压原来只用于生产铅、锌、锡、铝、冷挤压原来只用于生产铅、锌、锡、铝、铜等有色金属管材和型材，如铅牙膏软管、铜等有色金属管材和型材，如铅牙膏软管、锌干电池壳、铜子弹壳等零件。锌干电池壳、铜子弹壳等零件。后来也开始用于碳素结构钢和合金结后来也开始用于碳素结构钢和合金结构钢的挤压加工，如各种截面形状的杆件、构钢的挤压加工，如各种截面形状的杆件、活塞销、扳手套筒、直齿圆柱齿轮等。活塞销、扳手套筒、直齿圆柱齿轮等。再后来对于某些高碳钢、滚动轴承钢再后来对于某些高碳钢、滚动轴承钢和不锈钢材料的金属零件也可以进行冷挤和不锈钢材料的金属零件也可以进行冷挤压加工。压加工。第五节第五节 其他塑性加工方法其他塑性加工方法一、轧制一、轧制 塑性材料在一对旋转轧辊压力作用下产生连塑性材料在一对旋转轧辊压力作用下产生连续塑性变形，获得截面形状和性能都满足要求的续塑性变形，获得截面形状和性能都满足要求的型材、板材、管材或零件的塑性加工方法。型材、板材、管材或零件的塑性加工方法。轧制是生产钢材、铜材及铝材等最常用的生产轧制是生产钢材、铜材及铝材等最常用的生产方式。方式。分类：分类：按温度不同轧制可分为冷轧和热轧两种方式，按温度不同轧制可分为冷轧和热轧两种方式，按轧辊和工件的位置关系不同轧制可分为纵轧、按轧辊和工件的位置关系不同轧制可分为纵轧、横轧、斜轧及楔横轧等。横轧、斜轧及楔横轧等。二、拉拔二、拉拔 坯料在牵引力作用下通过模孔拉出，坯料在牵引力作用下通过模孔拉出，使之产生截面缩小、长度增加的塑性加工使之产生截面缩小、长度增加的塑性加工工艺。拔工序具体包括线和棒材拉拔、管工艺。拔工序具体包括线和棒材拉拔、管材拉拔及型材拉拔。材拉拔及型材拉拔。