金屬材料的沖壓成型

1、【精品文檔】如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除，僅供學(xué)習(xí)與交流金屬材料的沖壓成型.精品文檔.金屬材料的沖壓成型一. 沖壓成型 沖壓成型是借助于常規(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。沖壓成型是一種金屬冷變形加工方法，所以被稱為冷沖壓或板料沖壓，簡稱沖壓。它是金屬塑性加工的主要方法之一。沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡稱沖模。沖模是將材料（金屬或非金屬）批量加工成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關(guān)重要，沒有符合要求的沖模，批量沖壓生產(chǎn)就難以進(jìn)行；沒有先進(jìn)的沖模，先進(jìn)的沖壓工藝就無法實現(xiàn)。沖壓工

2、藝與模具、沖壓設(shè)備利沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的重要要素，只有它們相互結(jié)合才能生產(chǎn)出沖壓件，如圖1所示。圖1 沖壓成型的要素二. 沖壓成型的特點 與機(jī)械加工及塑性加工的其他方法相比，沖壓成型無論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟(jì)方面都具有許多獨特的優(yōu)點。主要表現(xiàn)如下：（1）沖壓加工的生產(chǎn)效率高，且操作方便，易于實現(xiàn)機(jī)械化與自動化。（2）沖壓時由于模具保證丁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，加上沖壓時材料的冷變形硬化效應(yīng)，沖壓的強(qiáng)度

3、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，且不需其他加熱設(shè)備，因而是一種省料、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都有沖壓加工。不但整個產(chǎn)業(yè)界都用到它，而且每個人都直接與沖壓產(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，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

4、罐殼、鍋爐、搪瓷盆碗及不銹鋼餐具都是使用模具的沖壓加工產(chǎn)品，即使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，有時一個復(fù)雜零件需要數(shù)套模具才能加工成型，且模具制造的精度高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密集型產(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)點才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)然，沖壓加工也存在著一些問題和缺點，主要表現(xiàn)在沖壓加工時產(chǎn)生的噪聲和振動，而操作者的安全事故也時有發(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，特別是計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的進(jìn)

5、步，這些問題一定會盡快得到解決。三. 沖壓工藝生產(chǎn)中為滿足沖壓零件形狀、尺寸、精度、批量、原材料性能等方面的要求，采用多種多樣的沖壓加工方法。概括起來沖壓加工可以分為分離工序與成形工序兩大類。1. 分離工序分離工序是使坯料的部分沿封閉或非封閉輪廓線與另一部分相分離的工序。其中，不沿封閉輪廓線實現(xiàn)分離的有剪切、修整等，沿封閉輪廊線實現(xiàn)的分離工序主要有落料和沖孔。落料時被分離的部分為工件，同邊為廢料；沖孔時校分離部分為廢料，周邊為成品（如圖2）。通常，分離工序稱為沖裁。沖裁加工由凸模和凹模完成，其過程分為三個階段，如圖3所示。圖2 落料與沖孔示意圖 圖3 沖裁過程 1凸模，2凹模，3坯料（1）彈性

6、變形階段 凸模下行至接觸坯料后隨著凸模的繼續(xù)下行，坯料內(nèi)應(yīng)力逐漸增大，使得坯料產(chǎn)生彈性壓縮、彎曲和拉伸等變形，并略微擠入凹模型腔。此時坯料內(nèi)應(yīng)力低于屈服點。（2）塑性變形階段 凸模繼續(xù)下行，坯料內(nèi)應(yīng)力達(dá)到屈服點，材料開始產(chǎn)生塑性變形。隨著凸模的不斷壓下，材料的變形程度增大，拉應(yīng)力和彎炬也增大，變形區(qū)內(nèi)材料加工硬化加劇，變形抗力上升，直至壞料內(nèi)部達(dá)到強(qiáng)度極限，并在凸、凹模刃口附近材料內(nèi)部出現(xiàn)微裂紋。（3）斷裂分離階段 凸模繼續(xù)下行，已形成的上、下裂紋不斷向坯料內(nèi)部擴(kuò)展，當(dāng)上下裂紋相遇時，坯料被剪斷分離。觀察沖裁件的斷面，發(fā)現(xiàn)它具有明顯的區(qū)域特征。斷面由塌角、光亮帶、剪裂帶和毛刺四部分組成。材料塑

7、性越好，光亮帶愈寬，沖裁件斷面尺寸加精度愈高；反之，剪裂帶愈寬。2. 成形工序成形工序包括拉探、彎曲、翻邊和成型等。（1）拉深拉深是將扳料沖壓成各種開口空心件的加工方法。用拉深可制造尺寸范圍相當(dāng)廣泛的旋轉(zhuǎn)體零件、盒形件及其它復(fù)雜形狀零件，如車燈殼、汽車油箱、電容器外殼、汽車覆蓋件等。由于拉深零件的種類很多，其不同形狀決定丁拉深加工過程中材料變形區(qū)的位置、變形的性質(zhì)以及分布等都有相當(dāng)大的區(qū)別。在此，僅對拉探中且簡單但又最典型的圓筒形件的拉深工藝加以介紹。將直徑為D的平板坯料放在凹模上，在凸模的作用下，坯料校拉入凸模和凹模的間隙中，形成圓筒形空心件。凸模底部材料基本不變形，厚度基本不變。簡壁部分由

8、坯料外徑D減去內(nèi)徑d的環(huán)形部分形成，拉探過程中筒壁主要受拉力作用，簡壁與筒底間的過渡處坯料變薄較為嚴(yán)重。拉深時，變形區(qū)主要是拉探件的法蘭部分。這部分材料在切向壓應(yīng)力和徑向拉應(yīng)力作用下被強(qiáng)制拉入凹模與凸模間隙內(nèi)轉(zhuǎn)化為筒壁，筒壁高度逐漸增加（如圖4所示）。圖4 拉伸示意圖（2）彎曲彎曲是格坯料彎成具有一定角度、一定形狀的零件的沖壓加工方法（圖5）。彎曲時，靠近凸模的坯料內(nèi)側(cè)材料在切向承受壓應(yīng)力作用，產(chǎn)生壓縮變形；而靠近凹模的外測材料在切向承受拉應(yīng)力作用，產(chǎn)生伸長變形。坯料越厚，彎曲半徑r越小，則外側(cè)材料切向拉應(yīng)力越大。當(dāng)該值達(dá)到材料的強(qiáng)度極服時，就會導(dǎo)致彎裂。因此，必須控制彎曲的最小半徑。材料的塑

9、性越好，坯料的厚度越小，最小彎曲半徑可取較小值。彎曲加工后，由于彈性變形的恢復(fù)，將導(dǎo)致彎曲件的角度發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為回彈。回彈降低了彎曲件的幾何精度，是彎曲加工中一個非常重要的問題。為此，在設(shè)計彎曲模時應(yīng)采取必要的措施以減小回彈。圖5 彎曲示意圖 1凸模，2凹模，3坯料（3）翻邊翻邊是用擴(kuò)孔的方法使帶孔件在孔口周圍沖制出豎直邊緣的沖壓成形工序，其過程如圖6a所示。將帶有預(yù)制孔的板坯放在凹模上，凸模向下運動，逐步壓人凹模，板坯在凸模壓應(yīng)力作用下，沿孔口按凸模和凹模提供的形狀翻出直邊。變形過程中，其變形程度極限受翻出直邊的開口處周向拉應(yīng)力限制，通常用翻邊系數(shù)k0來表示。K0越小，變形程度越大，一般k0不小于0.650.72。翻邊工序用于生產(chǎn)帶凸緣的環(huán)類成套筒類零件。圖6 （a）翻邊、（b）旋壓示意圖（4）旋壓拉深亦可用旋壓來完成。旋壓是一種等截面或不等截面成形金屈空心回轉(zhuǎn)體的工藝方法，其變形過程如圖6b所示。將板料頂在一旋轉(zhuǎn)的芯模上，并使其隨芯模旋轉(zhuǎn)，簡單的旋壓工具對旋轉(zhuǎn)的板料外側(cè)施加局部壓力，同時與芯模作相對進(jìn)給，從而使板坯在芯模上產(chǎn)生連續(xù)、逐點地變形。利用旋壓工具繞靜止的板坯與芯模旋轉(zhuǎn)，亦可完成旋壓。旋壓時，由于金屆并不是在壓力下通過模具，所以模具往往可