材料成型工艺课程专业论文金属塑形成形之冲压工艺.docx

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材料成型工艺课程专业论文金属塑形成形之冲压工艺

河南工程学院

2014～2015学年第二学期

材料成型工艺

课程论文

金属塑形成形之冲压工艺

学院机械工程学院

专业班级

成绩等级

2015年6月25日

金属塑形成形之冲压工艺

摘要

冲压是金属塑性加工的基本方法之一，利用冲模使板料产生分离和变形，板料冲压可以制造其他加工难以加工或无法加工的形状复杂的薄壁零件，可以获得重量轻、材料消耗少、强度和刚度都较好的零件。

[1]冲压产品具有足够的精度和较低的表面粗糙度，互换性能好，一般不再进行机械加工即可装配使用。

关键词

冲模外力板料应用

一、冲压工艺发展历程

冲压技术是一种具有悠久历史的加工方法和生产制造技术。

根据文献记载和考古文物证明我国古代的冲压加工技术走在世界之前，对人类早期文明社会的进步发挥了重要的作用，作出重要贡献。

[2]利用冲压机械和冲压模具进行的现代冲压加工技术已近有二百年的发展历史。

如今的国内冲压模具企业大部分甩掉了传统的绘图板，摒弃了落后的手工绘图方式。

在实际中，充分运用计算机技术发展模具设计、制造将会给企业带来莫大益处。

用户对压力机速度、精度、换模效率等方面不断提高的要求，促进了冲压工艺的发展。

二、冲压

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。

[3]冲压和锻造同属塑性加工（或称压力加工），合称锻压。

冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。

全世界的钢材中，有60～70%是板材，其中大部分经过冲压制成成品。

汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包，容器的壳体，电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。

仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。

冲压加工是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状,尺寸和性能的产品零件的生产技术。

板料，模具和设备是冲压加工的三要素。

按冲压加工温度分为热冲压和冷冲压。

前者适合变形抗力高，塑性较差的板料加工；后者则在室温下进行，是薄板常用的冲压方法。

它是金属塑性加工（或压力加工）的主要方法之一，也隶属于材料成型工程技术。

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。

冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。

冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。

三、冲压加工特点

冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。

冲压可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。

由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔窝、凸台等。

冷冲压件一般不再经切削加工，或仅需要少量的切削加工。

热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少。

冲压件（如图1所示）

图1冲压件

冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机（单工位或多工位的）上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。

生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。

　与机械加工及塑性加工的其它方法相比，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。

主要表现如下。

（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可达几十次，高速压力要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冲件。

（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,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，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压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，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。

冲压也存在一些缺点,主要表现在冲压加工时的噪声、振动两种公害.这些问题并不完全是冲压工艺及模具本身带来的,而主要是由于传统的冲压设备落后所造成的.

四、工艺分类

冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。

分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求，成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。

在实际生产中,常常是多种工序综合应用于一个工件。

冲裁、弯曲、、拉深、胀形、翻边是几种主要的冲压工艺。

[4]

分离工序（冲裁）是使用模具分离材料的一种基本冲压工序，（冲压模具如图2）它可以直接制成平板零件或为其他冲压工序如弯曲、拉深、成形等准备毛坯，也可以在已成形的冲压件上进行切口、修边等。

冲裁广泛用于汽车、家用电器、电子、仪器仪表、机械、铁道、通信、化工、轻工、纺织以及航空航天等工业部门。

冲裁加工约占整个冲压加工工序的50%～60%。

a）b）

图2冲压模具

弯曲：

将金属板材、管件和型材弯成一定角度、曲率和形状的塑性成型方法。

弯曲是冲压件生产中广泛采用的主要工序之一。

金属材料的弯曲实质上是一个弹塑性变形过程，在卸载后，工件会产生方向的弹性恢复变形，称回弹。

回弹影响工件的精度，是弯曲工艺必须考虑的技术关键。

拉深：

拉深也称拉延或压延，是利用模具使冲裁后得到的平板坯料变成开口的空心零件的冲压加工方法。

用拉深工艺可以制成筒形、阶梯形、锥形、球形、盒形和其他不规则形状的薄壁零件（如图3所示）。

如果与其他冲压成形工艺配合，还可制造形状极为复杂的零件。

在冲压生产中，拉深件的种类很多。

由于其几何形状特点不同，变形区的位置、变形的性质、变形的分布以及坯料各部位的应力状态和分布规律有着相当大的、甚至是本质的差别。

所以工艺参数、工序数目与顺序的确定方法及模具设计原则与方法都不一样。

各种拉深件按变形力学的特点可分为直壁回转体（圆筒形件）、直壁非回转体（盒形体）、曲面回转体（曲面形状零件）和曲面非回转体等四种类型。

图3冲压拉深件

胀形是利用模具使板料拉伸变薄局部表面积增大以获得零件的加工方法。

常用的有起伏成形，圆柱形（或管形）毛坯的胀形及平板毛坯的拉张成形等。

胀形可采用不同的方法来实现，如刚模胀形、橡皮胀形和液压胀形等。

（如图4所示）

a）液压胀形b）橡皮胀形

1-液体2,6-凸模3,7-橡皮4,8-制件5,9-凹模

图4冲压胀形

翻边是沿曲线或直线将薄板坯料边部或坯料上预制孔边部窄带区域的材料弯折成竖边的塑性加工方法（如图5所示）。

翻边主要用于零件的边部强化，去除切边以及在零件上制成与其他零件装配、连接的部位或具有复杂特异形状、合理空间的立体零件，同时提高零件的刚度。

在大型钣金成形时，也可作为控制破裂或折皱的手段。

所以在汽车、航空、航天、电子及家用电器等工业部门中得到十分广泛的应用。

图5冲压翻边模

五、专用设备

压力机除厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。

（如图6所示）以现代高速多工位机械压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。

机械冲床：

机械传动，高速，效率高，吨位大，最常见。

液压冲床：

液压传动，速度比机械的慢，吨位大，价格比机械的便宜。

气动冲床：

气压传动，与液压相当，但稳定性不如液压，通常较少见。

高速机械冲床：

主要用于电子类产品等连续模冲裁，如电机定、转子片等，数控，速度极高，能到普通机械冲床的100倍左右。

图6压力机

常见还有一种数控冲床，这种冲床相对比较特殊，主要适合加工孔数较多且分布密集的零件。

冲压零件的产品设计和结构设计

冲压零件的产品和结构设计应以提高其技术经济效益、增强市场竞争能力为最终目标的，因此不仅要提高产品的使用性能，而且要提高产品的工艺性能，简化结构、减轻重量、降低成本。

[5]产品设计中应注意的问题有：

（1）充分认识标准化的重要性。

（2）尽量选用标准、通用或者成熟的结构和设计，以保证产品质量、减少生产准备时间和节约投资，并可加快新产品的开发周期。

（3）注意设计中的结构工艺性和成本方面的问题，使之与生产条件、生产规模、加工方法以及工艺装备相适应。

冲压零件的成本在产品设计阶段就已经大部分被确定下来了，因此在满足其功能和使用要求的前提下，设计人员需要着重考虑冲压零件的结构工艺性。

[6]评价冲压零件的结构工艺性应遵循如下几个原则：

（1）有利于简化冲压工艺，减少零件废品，确保质量稳定。

（2）有利于降低对材料可成形性能的要求，减少材料的品种和规格，提高材料的利用率。

（3）有利于简化模具设计、制造以及维修，并能提高模具工作部件的使用寿命。

（4）有利于批量生产操作，便于组织实施机械化和自动化。

（5）有利于保证零件焊接、装配以及表面处理等工艺要求。

（6）有利于采用现有设备、工装和工艺流程进行生产制造。

（7）有利于零件的通用性和互换性。

总的原则

（1）冲压零件设计应合理。

零件形状尽可能的简单、规则和对称，以便于节省原材料，减少制造工序并提高模具寿命，降低零件成本。

（2）冲压零件上的尺寸和形位公差应当在满足零件功能要求的前提下尽可能的大，否则过于严格的尺寸和形位公差将会缩短模具寿命、增加制造成本，且需对零件进行抽检或全检。

（3）冲压零件设计时应尽量创造左右件共用的条件，这将有利于减少零件的品种、方便生产组织和管理、节约生产线并提高生产效率。

如果所设计零件可以共用于不同的产品平台，则对降低零件的制造成本意义更大。

冲压工艺的应用

冲压在国民经济各个领域应用范围相当广泛。

例如，在宇航，航空，军工，机械，农机，电子，信息，铁道，邮电，交通，化工，医疗器具，日用电器及轻工等部门里都有冲压加工。

[7]冲压可制造钟表及仪器中的小型精密零件,也可制造汽车、拖拉机的大型覆盖件.冲压材料可使用黑色金属、有色金属以及某些非金属材料。

参考文献

[1]刘辰宇．钣金冲压工艺窍门与钣金件设计制造技术方法及图集典范实用手册［M］：

银声音像出版社，2005.3．

[2]中国大百科全书总编委．中国大百科全书（第二版）［M］：

中国大百科全书出版社，2009.3．

[3]王孝培．冲压手册（第二版）［M］．北京：

机械工业出版社，2000.10：

328-343．

[4]俞汉青，陈金德.金属塑性成形原理[M].北京：

机械工业出版社，2010.

[5]陈琰嗣．多工位级进模设计与制造［M］．北京:

机械工业出版社，2013．

[6]张正修．冲模结构设计方法、要点及实例［M］．北京:

机械工业出版社，2014．

[7]陈志超，夏琴香，郭新年，等．某高强钢板汽车结构件多工位级进模设计［J］．锻压技术，2012，37

（2）:

47－50．