冲压工艺.pptx

1,靖长青,供方品质保证科,冲压工艺,2,目录,1,2,3,4,5,6,冲压概述,冲压工序,冲压模具,冲压设备,冲压材料,冲压质量,3,冲压概述,一、冲压定义 冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产 生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。 又名板金冲压加工定义为“Sheet metal stamping“ 。,二、分类 冷冲压：金属在常温下的加工，一般板料厚度4mm； 热冲压：将金属加热到一定的温度范围的冲压加工方法。 板料厚度8 10mm以上时，需加热后冲压。,4,冲压概述,冲压特点是： 1.制件复杂废料少； 2.精细光滑互换好； 3.刚强较高节省料； 4.生产效率高； 5.大批生产成本低； 6.产品尺寸稳定，重量轻，刚度好,5,冲压概述,零件,模具,设备,材料,冲压三要素,6,冲压工序,7,冲压工序,分离工序：指冲压过程中使冲压件与板料沿一定的轮廓相互分离的工序。,冲孔、落料,冲孔、剖切,8,冲压工序,塑性成形工序： 指材料在不破裂的条件下产生塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和精度要求的零件。,弯曲,拉延,9,冲压工序,10,冲压工序,11,冲压工序,12,冲压工序,缩口：指将预先拉深好的圆筒或管状坯料，通过 模具将其口部缩小的冲压工序。,13,冲压工序,各工序代号及名称,14,冲压工序,冲压工艺流程图,15,冲压工序,16,冲压工序,17,冲压工序,18,冲压工序,19,冲压工序,20,冲压工序,21,冲压工序,22,冲压工序,23,冲压模具,按照工作原理可分为,24,冲压模具,按照生产方式可分为： 单工序模 复合模 级进模,级进模，由多个工位组成，各工位按顺序关联完成不同的加工，在冲床的一次行程中完成一系列的不同的冲压加工,复合模是指冲床在一次行程中，完成落料、冲孔等多个工序的一种模具结构。,单工序模是指只有一个工位，只完成一道工序的冲模，它可分为冲裁模、弯曲模、拉伸模、翻孔模和整形模等,25,冲压模具,26,冲压模具,级进模,单工序模,27,冲压模具,落料模,冲孔模,28,冲压模具,29,冲压模具,30,冲压模具,31,冲压模具,模具的基本组成部分,上模座 主要作用：放置外导套、限位柱以及 卸料弹簧上模座厚度的大小与卸料弹簧的长度有直接的关系,上垫板 主要作用：承受冲头或镶件在冲压过程受力回让，避免上模座 发生凹陷或变形。,上模座,上垫板,上夹板,夹板 主要作用：固定各冲头、镶件，保证零件作用位置和精度； 其与上模座用定位销来定位,32,冲压模具,脱料板 作用：1.放置卸料镶件， 保证位置的精确性 2.当冲头冲剪完成后， 借由卸料弹簧提供的 力将冲头与冲压材料分离,下模板 作用：1.放置凹模镶件， 保证位置的精确性 2.承受冲剪时的旁侧力,下模板,下垫板,下垫板 作用：承受镶块冲压时所产生的力， 防止下模座凹陷或变形,下模座 作用：放置外导柱、限位柱、 弹簧以及浮料销组件,下模座,33,冲压模具,凸模又叫冲针、冲头 、阳模、上模等，凸模是模具中用于成型制品内表面的零件。主要功能用于成型制品内表面零件。,凹模亦称型腔，是成型塑件外表面的主要零件。可在定模上安装也可以在动模上安装。,34,冲压模具,模具零件的结构,1、凸模组件及其结构 2、凹模结构 3、定位零件 4、卸料与推件零件 5、模架,35,冲压模具,凸模组件:凸模、凸模固定板、垫板和防转销、上模座、螺钉、销钉固定,a) 直通式凸模： 工作部分与固定部分的形状和尺寸做成一样。 b) 台阶式凸模 工作部分与固定部分的形状和尺寸不同。 固定部分多做成圆形或者矩形。,凸模的结构形式,36,冲压模具,直通式凸模,这类凸模可以采用成型磨削、线切割等方法进行加工，加工容易；但固定板的型孔加工比较复杂。,37,冲压模具,台阶式凸模,固定部分一般为圆形或者矩形，其固定板的型孔为标准尺寸孔，加工容易。,38,冲压模具,凸模固定方法,用螺钉、销钉直接固定,39,冲压模具,凸模的表面粗糙度,工作部分:Ra0.80.4 固定部分:Ra1.60.8,40,凹模外形结构及其固定方法,冲压模具,外形结构: 整体式 镶拼式,41,冲压模具,（凹模一般采用螺钉和销钉固定在下模座上）,42,冲压模具,横向定位装置,导料销 导料销两个，位于条料的同侧 导料板 两导料板之间距离L=条料最大宽度+间隙值 整体式导料板其长度和宽度与凹模板外形尺寸相同。 在实际应用时，导料板与卸料板可以作成一体 侧压装置 当材料t0.3时不适用。,43,冲压模具,导料板结构,44,冲压模具,1-凸模 2-凹模 3-挡料杆,4-侧压板 5-侧压簧片,侧压装置,45,冲压模具,侧压装置,46,冲压模具,纵向定位装置,固定挡料销：圆形挡料销（常用）、 钩形挡料销 活动挡料销 侧刃 导正销,47,冲压模具,固定挡料销,挡料销的主要作用是对材料起定位作用，它需要保证每次冲裁是所要的合理的搭边值。 它是属于定位零件，在定位方面有很重要的地位，尤其是在冲裁模具中。 挡料销有固定的，活动的。,48,活动挡料销,冲压模具,49,冲压模具,侧刃结构,50,导正销是伸入工件的孔中导正其在凹模内位置的销形金属零件。导正销一般采用高速钢、钨钢、硬质合金等硬度较高的材料制造，用于引导工件的位置，以保证精准冲裁工件。导正销外观上类似红缨枪的枪头。导正销是一种常见的模具配件，精密度非常高。,导正销结构,51,冲压模具,卸料与推件结构,卸料板 刚性卸料装置 弹性卸料装置 推件装置和顶件装置,52,卸料板的作用是将冲裁后套在凸模上的条料卸下。卸料板有固定卸料板和弹压卸料板两类。 (1)固定卸料板刚性的安装在凹模上，与凹模之间的间隙固定不变。 (2)弹性卸料板安装在凸模一侧，用卸料螺钉连接于上模座或凸模固定板，上模座和卸料板之间安装有弹簧或橡皮等弹性元件，弹簧有一定的预压缩量，用于提供卸料力。弹性卸料板还可提供压料力，防止条料不平或翘曲。,冲压模具,53,冲压模具,模架,模具的支撑也叫模架，将模具各部分按一定规律和位置加以组合和固定，并使模具能安装到压铸机上工作的部分就叫模架。 模架是由上、下模座、模柄及导向装置组成,对角导柱式模架,中间导柱式模架,四导柱式模架,后侧导柱式模架,54,冲压模具,a) A型导柱 b)B型导柱 c) C型导柱 d) A型小导柱 e) B型小导柱 f) A型可卸导柱 g) B型可卸导柱 h) 压圈固定导柱,导柱形式,导柱是用于模具中与组件组合使用确保模具以精准的定位进行活动引导模具行程的导向元件。,55,冲压模具,a) A型导套 b) B型导套 c) C型导套 d) 小导套 e) 压圈固定导套,导套的形式,模具配件，与导柱配合使用，起到一个导向的作用，一般配合间隙很小，在0.05mm以内；一般多用在模具或一些机械中，来保证运动的准确性。,56,冲压模具,模柄结构,模柄是在安装在上模架最上面上的一个柄状的零件,类型有很多种,因为冲压模是要装到压力机上的,在压力机的滑块上会有一个孔,这个孔就是模柄插进去的地方,滑块上会有锁紧机构,模柄的作用是使上模在压力机上有一个比较准确的位置(精度要求高时还需要导柱导套),并且压力机的滑块在上升时,也需要模柄来传递上模向上运动的动力.,57,冲压模具,成型模,58,冲压模具,修边冲孔模,59,冲压模具,为提高模具的质量、使用寿命和降低生产成本，各种模具表面处理技术被广泛应用，通过改变模具表层的成分、组织、性能，从而大幅度地改善和提高模具的表面性能。如硬度、耐磨性、摩擦性能等其他性能，从而实现模具寿命的提高。,表面处理技术的分类,模具表面处理技术,60,冲压模具,TD表面覆层处理技术是热扩散法碳化物覆层处理 (Thermal Diffusion Coating Process) 的简称。 1972年由日本(株)丰田中央研究所开发出来的 1973年日本TOYOTA及美国的其它汽车公司开始将这 项技术应用于汽车模具中 其原理是: 将工件置于硼砂(或其他) 熔盐的混合物中, 通过高温热扩散作用, 在工件表面形成一层数微米至数十微米的金属碳化物覆层。目前国内外应用最广的是碳化钒 (VC) 覆层，由于这些碳化物具有很高的硬度 (HV=28003200)和更严密的组织, 所以经过 TD 处理的汽车模具性能大幅提高, 具有极高的耐磨性、抗咬合性( 拉伤)、耐蚀性；据资料统计: 日本大批量生产的模具, 85%以上是经过 TD 处理的。,TD模具表面处理技术,61,冲压设备,62,冲压设备,冲床就是一台压力机,63,冲压设备,64,冲压设备,65,冲压设备,66,冲压设备,67,冲压设备,68,冲压设备,69,冲压设备,2、按滑块的数量：单动的、双动的、三动的。 3、按滑块驱动机构：曲柄式、肘杆式、摩擦式。 4、按连杆数目：单连杆、双连杆、四连杆。,机械冲床与液压冲床的区别。 1、传动结构：机械冲床是用电机带动飞轮，经一到两或三级齿轮副降速，驱动曲柄滑块进行上下往复运动实行冲压。液压冲床是电机带动油泵电机将液压油打成高压，通过电磁阀控制油缸驱动滑块进行上下往复运动。 2、下死点控制：机械冲床下死点是固定的，液压冲床下死点可以通过调节开关位置进行调节。 3、普通冲床速度可以通过调速进行行程次数的调节，而液压冲床一般不好调节。 因此，机械冲床适应范围比液压冲床要广，生产量、保有量也很多，如果是机械离合器的价格也比同吨位的液压冲床便宜。除非用到拉伸工艺，一般的冲孔、落料、成形、折弯工艺普通冲床均能胜任，且效率要快得多。,70,冲压设备,机械冲床,液压冲床,71,冲压设备,双动冲床是针对于传统的单动作冲床来说的，传统的单动冲床，驱动装置旋转一圈带动一个冲压滑块做一次往复运动，双动冲床驱动装置每旋转一圈带动两个滑块各做一次往复运动；这样就简化了生产的工艺，减少了能耗。,单动冲床,双动机床,72,冲压设备,单连杆,双连杆,73,冲压材料,冷冲压材料应具备的条件,1.材料应具有良好的塑性,即较高的伸长率和断面收缩 率,较低的屈服点和较高的抗拉强度; 2.材料应具有光洁平整无缺陷损伤的表面状态.加工时 不易破裂、不易擦伤模具,制成的制品零件表面状态 好; 3.材料厚度公差应符合国家规定的标准; 4.材料应对机械接合及继续加工有良好的适应性能.,74,冲压材料,1.黑色金属材料; A.碳素钢 B.合金钢 2.有色金属材料. A.铜及铜合金: B.铝及铝合金: 比重小、塑性好、但强度低，导电、导热性好， 纯铝有很好的塑性及导电性。有硬铝和软铝。 3.非金属材料.,常用冲压材料,75,材料的力学性能: 材料在外力作用下所具有抵抗能力,包括材料的塑性、弹性、屈服强度、抗拉强度、抗剪硬度、硬度韧度和抗疲劳性。,冲压材料,材料的力学性能是什么？,76,冲压材料,金属材料的弹性： 是指材料在外力作用下发生变形，当外力消失后，材料仍然恢复到原来形状和大小的一种金属特性。（各部分之间联系完好，仍保持一个整体、无裂纹等） 金属材料的塑性： 是指材料在外力作用下发生变形，当外力消失后，材料并不恢复得到原来形状和大小，而保持变形后的形状和大小。,说明： 金属材料的弹性和塑性，确定了金属的冲压性能，弹性对零件本身有价值，但对冷冲压某些工序却是极为不利。,77,冲压材料,金属材料的硬度： 在外力作用下能抵抗力物压隔能力力大小的一种性能。有布氏HB、洛氏两种，常以金属材料的硬度来决定材料的强度，即硬度高则金属强度也高，硬度低的材料其强度也低，但金属硬度越高，说明其金属塑性越差。故硬度高的金属材料对冲压成形是很不利的。弯曲、拉伸及成形等工序，适宜选用硬度较纸的金属材料。,78,冲压材料,1.表面必须光洁平整,无划痕、无杂质，无气孔和缩化； 2.材料的断面应没有分层现象,并表面没有明显的力学性 能损伤; 3.材料表面应无锈斑、无氧化皮及其他附着物.,材料的表面质量状态,79,冲压材料,国家标准中将4mm以下的板料称为薄板; 4mm以上的称为厚板.,冲压件的回弹量都是薄料比厚料大. 厚料冲裁间隙大,故冲裁断面有明显的斜度并粗糙不平.,80,冲压材料,1.材料外形尺寸,表面质量符合国家标准; 2.材料化学分析,符合所规定的化学成分; 3.材料的金相分析:宏观组织,不可有缩化、疏松、 气孔、杂质,确定纤维组织方向、折断、裂纹； 4.材料力学性能鉴定:拉伸试验、硬度试验、剪切 性能； 5.材料的工艺性能试验:弯曲试验、拉伸试验。,金属材料冲压性能检查,81,冲压材料,材料的极限强度是指材料抵抗外力破坏作用的最大能力，当外力是拉力时叫做抗拉强度，当外力是压力时又称抗压强度； 材料的屈服点是指金属材料在拉深过程中，承受外力达到一定值时，变形就不和受力成正比例，而是外秘在增加或减少时，仍继续发生变形的最小应力。,材料的强度和屈服点,取决于钢的含碳量，含碳低、杂质含量少，则塑性愈好，硬度也低，冲压材料一般要求含碳量低、杂质少的金属材料。,82,冲压材料,金属在冷态塑性变形中，使金属的强度指标，如屈服点、硬度等提高，塑性指标伸长率降低的现象称为冷作硬化现象； 材料的冷作硬化现象，会使材料的塑性指标急剧下降，阻碍着材料的进一步变形，引起制品破裂，尤其是拉伸工作中，特别是多次担伸时这种现象更明显。,什么是冷作硬化现场,83,冲压材料,材料的力学性能决定了冲压生产能否冲出合格产品。对于变形工序、材料的塑性要求较高，对于分离工序要求材料具有适当 的塑性。若塑性太高、材料太软，冲裁毛刺就高，太硬太脆又会降低模具寿命。,冷冲压对材料力学性能的要求,84,冲压质量,缺陷：毛刺过大、变形、表面划伤、尺寸不符、少孔等。 (1)毛刺过大凸凹模间隙过大或过小,刃口磨损, 导向精度差,凸凹模位置不同心等 (2)变形孔距太小,压料板与凹模型面配合不好, 间隙过大等； (3)表面划伤操作时有拖、拉等现象；板料在剪切 过程中划伤等； (4)尺寸不符上料不到位,定位装置损坏或松动， 位置窜动等； (5)少孔冲头折断,冲头长度不够等；,冲压常见缺陷及产生原因,85,冲压质量,2、 拉延缺陷：拉裂、起皱、表面拉伤、波浪、鼓包、凹坑、麻点等。 (1)拉裂凸凹模R角半径过小，压边力过大，材料成形性能差或材料尺寸偏大，凸凹模间隙小，润滑不当，定位不准，凸凹模R 角或拉延筋不顺、拉毛等。 (2)起皱凸凹模R角半径过大，压边力过小，材料尺寸 偏小；凸凹模间隙太大；润滑过甚；定位不准；拉延筋 布置不良，高度不够等。,86,冲压质量,(3)表面拉伤 模具工作表面有伤痕, 材料表面有缺陷,润滑油中有杂质或废屑等。 (4)波浪、鼓包、凹坑、麻点压边力小，润滑不当、模具型腔脏，材料表面脏，透气孔堵塞，模具型面不平、润滑油脏等。,87,冲压质量,3、翻边缺陷：翻边不垂直、翻边高度不一致、翻边拉毛等。 (1)翻边不垂直凸凹模间隙过大。 (2)翻边高度不一致凸凹模间隙不均匀,定位不准,落料 件尺寸不准。 (3)翻边拉毛刃口有伤痕,零件表面有杂质,刃口硬度太低; (4)翻边开裂修边时毛刺大,凸凹模间隙太小,翻边处形状有 突变。,88,4、回弹、扭曲 产生原因 (1)回弹弹性变形的回复结果 (2)扭曲不均匀塑性变形区释放残余应力的卸载过程各方向的回弹量不一造成扭曲后果，造成冲压件尺寸精度与产品设计不符,残余应力造成扭曲,冲压质量,4、回弹、扭曲 解决措施 (1)调整产品设计增加型面筋等 (2)调整模具圆角半径半径越小回弹越小 (3)增加整形工序对产品进行校形 (4)工艺方法变压边力、回弹补偿法,89,冲压质量,5、产品刚性不足（软） 产生原因 (1)材料本身强度差 (2)板料变形量不足 解决措施 (1)材质变更采用强度相对较高的材料 (2)调整压边或拉延筋等，调整拉延模面设计（拉延深度、工艺补充），使板料充分变形,90,冲压发展趋势,传统的冲压设备采用单机连线的生产方式,缺乏灵活性是这一 生产方式的明显缺陷,另外，压力机的工作曲线不可变化，这些 与车型批量大,品种变化快的发展趋势的矛盾将会日渐突显。,发展趋势-自动化线及设备方面,91,冲压发展趋势,发展趋势-自动化线及设备方面,大型多工位压力机集机械、电子、控制和检测技术为一体， 可实现全自动、智能化，操作安全，生产率高，制件质量高， 综合成本低，满足了汽车工业大批量生产的需要。,92,冲压发展趋势,采用伺服驱动技术的伺服压力机将液压力机的灵活性与机械压 力机的高效率结合起来，同时，它在冲压过程中实现冲压运动 和冲裁力的无级调节，使压力机的工作曲线与各种不同应用 机匹配。,发展趋势-自动化线及设备方面,93,冲压发展趋势,最简单的输送系统示意图,快速横杆式输送系统示意图,94,冲压发展趋势,发展趋势-新材料的应用,碰撞安全法则的提高 特别是欧洲小型车的吸能要求 耐久性要求 油价的提升 小发动机日受关注 轻量化趋势,95,冲压发展趋势,发展趋势-新材料的应用,国外高强板料的制造技术日趋完善； 板金成型技术亦有大幅度提高;,96,冲压发展趋势,上图为日本对高强度钢板将来应用情况进行地预测,随着时间 的推移更高级别的高强度钢板将得到更加广泛的应用。,发展趋势-新材料的应用,97,冲压发展趋势,发展趋势-新材料的应用,汽车轻量化的要求推动了铝合金和镁合金等轻金属的应用；与普通钢板制造车身相比，用铝制造车身,不但重量减轻了一半，抗腐蚀性及回收性能也更优于钢。但是，铝镁合金的应用目前还面临着很多技术瓶颈未解决 ，因而还未能得到普遍应用。,奥迪A8的全铝车身结构,98,冲压发展趋势,发展趋势-新材料的应用,铝回收简便，近90的汽车 用铝可回收并循环利用，且 回收生产1吨铝较原生产1吨 铝少耗能95 。,国际上采用的铝合金板以5000系和6000系为主，主要用于发 动机罩和行李箱。,铝在发动机罩内外板应用实例,99,冲压发展趋势,发展趋势-先进的制造技术,激光拼焊技术的定义,激光拼焊板是将几块不同材质、不同厚度、不同涂层的钢材焊接成一块整体板，以满足零部件对材料性能的不同要求。,激光拼焊技术可解决的问题,减重; 增加安全性; 减少零件的数量; 减少汽车厂的生产流程; 减少汽车厂的成本和设备投入;,100,冲压发展趋势,发展趋势-先进的制造技术,激光拼焊板在车身上的分布,101,冲压发展趋势,发展趋势-先进的制造技术,实现车身减重的案例,减少了铰链加强板，重量有 一定程度的减少,M11前纵梁，与普通焊接方式 相比，重量有一定程度的减少,102,板材热成形的定义 板材热成形是将坯料加热到再结晶温度以上某一适当温度，使板料在奥氏体状态时进行成形，降低板料成形时的流动应力，提高板料的成形性。 热冲压成形工艺的优点 优化零件集成，减少零部件数量，有非常显著的减重效果。,冲压发展趋势,发展趋势-先进的制造技术,热冲压成形工艺的流程,103,冲压发展趋势,发展趋势-先进的制造技术,板料热冲压成形具有以下优点,变形抗力小、塑性好、成形极限高、易于成形； 能够生产具有复杂几何形状的工件，成形零件具有 良好的尺寸精度； 配以合适的热处理方式，可使板料发挥其最佳的性能，为汽 车提供高质量的零部件；,某车型侧门防撞梁,某车型B柱加强板,104,冲压发展趋势,发展趋势-先进的制造技术,热成形件在车身上的分布,105,热冲压成形技术面临的问题,冲压发展趋势,发展趋势-先进的制造技术,如热成形在加工过程，材料的性能随温度变化而变化， 因此,必须获得不同温度下的应力应变曲线以及不同温度下 材料参数，才能保证热冲压成形模拟分析的准确性。 必须研究不同应变速率下热成形材料应力应变曲线， 以便提高碰撞安全分析准确性； 当前热成形技术应用成本较高，必须深入研究如何通过提高 生产节拍、控制好加工成形的热处理降低废品率以及开发低成 本的耐蚀性处理，以便降低热成形技术应用成本。,106,