第八章 板料冲压成形工艺.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第八章 板料冲压成形工艺,熟悉,冲裁、拉深,的变形过程、有关工艺计算及影响成形的因素；,了解,冲模的基本类型及冲压工艺的制定过程。,重点：,冲裁、拉深,的成形过程及影响成形的因素。,难点：,冲压工艺方案的选择及优化。,板料的冲压成形：,利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法。,常温下又叫,冷冲压,或,薄板冲压,。,只有当板料厚度,8,10mm,时，采用,热冲压,。,板料冲压的特点：,（,1,）可冲出,形状复杂,的零件，,废料较少,；,（,2,）产品,精度高,，表面,粗糙度较低,，互换性好；,（,3,）能获得,质量轻,、材料消耗少、强,度和刚度较高,的零件；,（,4,）操作简单，工艺过程便于机械化，自动化，生产率很高，成本低。,故应用广泛，特别在,汽车、拖拉机、航空、电器、仪表及国防,等工业，占有极其重要的地位。,常用金属材料：,低碳钢、铜合金、铝合金、镁合金及塑性高的合金钢等。,常用设备：,剪床、冲床。,冲压生产可进行多种工序，其,基本工序,：,分离工序、,变形工序。,开式冲床,1,脚踏板,2,工作台,3,滑块,4,连杆,5,偏心套,6,制动器,7,偏心轴,8,离合器,9,皮带轮,10,电动机,11,床身,12,操作机构,13,垫板,8-1,分离工序,使坯料的一部分与另一部分,相互分离,的工序。如：落料、冲孔、切断、精冲、修整等。,一、落料及冲孔,（统称冲裁）,使坯料,按封闭轮廓分离,的工序。,其坯料变形过程和模具结构都是一样，只是取舍不同。,落料：,被分离的部分为成品，而周边是废料。,冲孔：,被分离的部分为废料，而周边是成品。,如,平面垫圈：,制取外形,落料。,如制取,内孔,冲孔。,1,冲裁变形过程,冲裁件质量,、,冲裁模结构,与冲裁时板料变形过程关系密切。,其过程分,三个阶段,：,（,1,）弹性变形阶段,（,2,）塑性变形阶段,（,3,）断裂分离阶段,冲裁变形区的应力与变形情况和冲裁件的,切断面,的状况：,2,凸、凹模间隙,不仅严重影响冲裁件的,断面质量,，而且影响,模具寿命,、,卸料力,、,推件力,、,冲裁力,和冲裁件的,尺寸精度,。,1,）间隙过小,增大了,冲裁力、卸料力和推件力,；,加剧了凸、凹模的,磨损,；,降低了,模具寿命,（冲硬材突出）。,外表尺寸略有增大，内腔尺寸略有缩小（弹性回复）。,光面宽度增加，塌角、毛刺、斜度等都有所减小，,工件质量较高,。,2,）间隙过大,断面,光面减小,，,塌角,与,斜度,增大，形成厚而大的拉长,毛刺,，且难以去除；,冲裁的,翘曲,现象严重；,外形尺寸缩小，内腔尺寸增大；,模具寿命较高,。,对于批量较大而公差又无特殊要求的冲裁件，采用“,大间隙,”冲裁，,提高模具寿命,。,3,）间隙合适,冲裁力、卸料力和推件力,适中,；,模具有,足够的寿命,；,光面约占板厚的,1/2,1/3,左右，切断面的塌角、毛刺和斜度均很小；,零件的,尺寸几乎与模具一致,，完全可以满足使用要求。,合理的间隙值可,查表选取,。,冲裁模合理间隙值,3,凸、凹模刃口尺寸的确定,1,）,设计落料模,落料件确定凹模刃口尺寸,；,取凹模作设计基准件,根据间隙,Z,确定凸模尺寸；,缩小凸模刃口尺寸保证间隙值。,2,）设计冲孔模,冲孔件确定凸模尺寸；,取凸模作设计基准件,根据间隙,Z,确定凹模尺寸；,用扩大凹模刃口尺寸保证间隙值。,4,冲裁力的计算,冲裁力是选用,冲床吨位,和,检验模具强度,的一个重要依据。,平刃冲模的,冲裁力,P,（,N,）,按下式计算：,L,冲裁周边长度（,mm,）；,S,坯料厚度（,mm,）；,K,系数，常取,1.3,；,材料抗剪强度（,MPa,）查手册，或取 。,5,冲裁件的排样,排样,是指落料件在条料、带料或板料上合理布置的方法；,排样合理,可使废料最少，材料利用率高。,排样方法,a,）有废料排样法,b,）少废料排样法,c,）无废料排样法,排样图,不同排样方式材料消耗对比,落料件的排样有两种类型：,无搭边排样：,用落料件形状的一个边作为另一个落料件的边缘；,材料利用率很高,，但毛刺不在同一平面上，且,尺寸不易准确,。,有搭边排样：,各落料件之间均,留有一定尺寸的搭边,；,毛刺小,，且在同一平面上，,尺寸准确，质量高,，但,材料消耗多,。,二、修整,利用修整模沿冲裁件外缘或内孔,刮削,一薄层金属，以,切掉,普通冲裁时在冲裁件断面上存留的,剪裂带,和,毛刺,；,尺寸精度，表面粗糙度。,修整后，冲裁件公差等级,IT6,IT7,表面粗糙度,Ra0.8,1.6,m,三、精密冲裁,特点：,公差,IT6,IT8,级，表面粗糙造度,Ra0.8,0.4,m,，且生产率高。,基本出发点：,改变,冲裁条件,，以,增大变形区,的静水压作用，,抑制材料的断裂,，使塑性剪切变形延续到剪切的全过程，在材料不出现剪裂纹的冲裁条件下实现材料的分离,得到,断面光滑而垂直的,精密零件。,精冲法,与,普通冲裁,法所用模具的比较,8-2,变形工序,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。,如：,拉深、弯曲、翻边、胀型、旋压,等。,一、拉深,1,拉深过程及变形特点,利用模具使平面坯料变成,开口空心件,的冲压工序；,可制成,筒形、阶梯形、盒形、球形、锥形,及,其它复杂形状,的薄壁零件。,拉深的特点,凸模和凹模特点：,与冲裁模不同，它们都,有一定的圆角,而不是锋利的刃口，其,间隙一般稍大于板料厚度,。,变形特点：,拉深件的,底部一般不变形，厚度基本不变，直壁厚度有所减小,。,2,拉深中常见的废品及防止措施,最危险部位：,直壁与底部,过渡圆角,处；,拉应力,材料强度极限时,拉裂,防裂措施：,（,1,）正确选择拉深系数,d,拉深件直径；,D,坯料直径。,md,变形程度易成拉裂。,一般,m0.5,0.8,；,坯料的,塑性差取上限值,，,塑性好取下限值,。,若,m,过小,可采用多次拉深,。,第一次拉深系数,m,1,=d,1,/D,；,第二次拉深系数,m,2,=d,2,/d,1,；,第,n,次拉深系数,m,n,=d,n,/d,n-1,；,总的拉深系数,m,总,=m,1,m,2,m,n,坯料经过一两次拉深后，应安排工序间的,退火处理,。,（,2,）合理设计拉深模工作零件,凸凹模的圆角半径,材料为钢的拉深件，取,r,凹,=10s,（板厚），而,r,凸,=,（,0.6,1,）,r,凹,。,这两个圆角半径过小，产品容易拉裂。,凸凹模间隙,一般取,Z=,（,1.1,1.2,）,s,，比冲裁模的间隙大。,间隙过小,，模具与拉深件间的摩擦力增大，容易,拉裂,工件，擦伤工作表面，降低模具寿命。,间隙过大,，又容易使拉深件,起皱,，影响拉深件的精度。,（,3,）注意润滑,目的,：减小摩擦，以降低拉深件壁部的拉应力，减少模具的磨损。,（,4,）起皱的防止措施,可采用设置,压边圈,的方法解决；,增加毛坯的,相对厚度,（,T/D,）或,拉深系数,的途径来解决。,3,毛坯尺寸及拉深力的确定,毛坯尺寸计算,：拉深前后的,面积不变,原则进行。,最大拉伸力（圆筒件）：,二、弯曲,坯料的一部分相对于另一部分弯曲成一定角度的工序。,坯料,内侧受压，,外侧受拉。,弯曲时，尽可能使,弯曲线,与坯料,纤维方向垂直,以免破裂。,弯曲的最小半径：,应为,r,min,=,（,0.25,1,）,s,。,材料塑性好，则弯曲半径可小些。,回弹现象：,由于弹性变形的恢复，坯料略微弹回一点，使被,弯曲的角度增大,。,一般回弹角为,0,10,。,三、其它冲压成形,1,胀形,主要用于平板毛坯的局部胀形（或叫,起伏成形,），,压制,凹坑、加强筋、花纹、标记,等。,胀形时，毛坯,两向拉应力,状态，不会产生失稳起皱现象,零件表面光滑、质量好。,模具：,刚模、软模（广泛采用）,2,翻边,在坯料的,平面部分,或,曲面部分,上使板料沿一定的曲率翻成,竖立边缘,的冲压成形工序。,分类：,内孔翻边、不变薄翻边、外缘翻边、变薄翻边。,3,旋压,旋压过程,旋压的,基本要点,:,合理的转速；,合理的过渡形状；,合理加力。,8-3,冲模的分类和构造,一、简单冲模,二、连续冲模,三、复合冲模,一、,简单冲模,在冲床的一次冲程中,只完成一个工序,的冲模，称为简单冲模。,模具简单,造价低。,冲床的一次冲程中，在模具不同部位上同时,完成数道冲压工序,的模具，称为连续模。,生产率高，要求定位精度高。,二、,连续冲模（级进模）,冲床的一次冲程中，在模具同一部位上同时完成数道冲压工序的模具，称为复合模。,精度高，模具复杂。,三、复合模,落料拉伸复合模,拉伸件,落料模,弯曲模,拉深模,连续冲模,（续）,复合冲模,（续）,简单模、复合模和连续模的特点比较,项目,简单模,复合模,连续模,冲压精度,一般较低,中、高级精度,中、高级精度,原材料要求,不严格,除条料外，小件,也可用边角料,条料或卷料,冲压生产率,低,较高,高,实现操作机械化,自动化的可能性,较易,，尤其适合于,在多工位压力机上,实现自动化,难,，只能在单机,上实现部分机械,操作,容易,，尤其适合于在,单机上实现自动化,生产通用性,好,，适合于中、小,批量生产及大型件,的大量生产,较差,，仅适合于,大批量生产,较差,，仅适合于中、,小型零件的大批量生,产,冲模制造的复杂,性和价格,结构简单，制造周,期短，价格低,结构复杂，制造,难度大，价格高,结构复杂，制造和调,整难度大，价格与工,位数成比例上升,8-4,冲压工艺过程的制定,根据冲压件的,特点、,生产批量,、,现有设备,和,生产能力,等制定一种技术上,可行、经济,上合理的工艺方案。,汽车发动机支架 汽车离合器壳体,模具凸、凹模,汽车左连接板,一,.,分析冲压件的工艺性,二,.,拟定冲压工艺方案,三,.,确定模具类型与结构形式,四,.,选择冲压设备,五,.,编写冲压工艺文件,一、分析冲压件的工艺性,冲压件对冲压加工工艺的适应性。,影响工艺性的主要因素有冲压件的,形状、尺寸、精度及材料,等。,1,、冲压件的结构工艺性,在满足零件使用性能的情况下，应,有良好的工艺性能,，以减少材料的消耗，延长模具寿命，提高生产率，降低成本及保证冲压件质量。,（,1,）对,冲裁件,的要求,（,2,）对,弯曲件,的要求,（,3,）对,拉深件,的要求,1,）对落料和冲孔件的要求：,零件外形力求,简单对称,；,尽量,避免槽,与,细长悬臂,结构；,冲孔及有关,尺寸,应符合工艺,要求；,转角处应设,圆角,。,不合理的落料外形,冲孔件尺寸与厚度关系,不同排样方式材料消耗对比,冲裁件外形应能使,排样合理,，废料最少，有利于材料的合理利用。,b,）图比,a,）图更为合理，材料利用率,70%,冲裁件的形状应力求,简单、对称,，,凸、凹部分不能太窄太深,，,孔间距离,或,孔与零件边缘之间的距离不可太小,。,孔的尺寸不能太小：,硬钢圆孔：,d1.3 t,（板料厚度）；,软钢用黄铜圆孔：,d1.0 t,；,铝及锌圆孔：,d0.8 t,。,硬钢方孔：,a1.0 t,；,软钢用黄铜方孔：,a 0.7 t,；,铝及锌方孔：,a 0.5 t,。,2,）对弯曲零件的要求：,要考虑材料的,最小弯曲半径,和,锻造流线方向,。,弯曲的,平直部分,H2S,。,弯曲带孔零件时，应注意,孔的位置,。,弯曲边高,H2S,带孔弯曲件,为避免孔的变形，孔的边缘距弯曲中心应有一定的距离,L,1.5,2,s,弯曲半径较小的弯边易产生应力集中而开裂，可,钻止裂孔,再弯。,3,）对拉深件的要求,形状应,简单,、,对称,，,高度不易过大,。,以便使拉深次数尽量少，并容易成型。,转弯处应有,一定圆角,。,拉深件最小允许半径,拉深件的,壁厚变薄量,一般要求不应超出拉伸工艺壁厚变化的规律（,最大变薄率约在,10%,18%,左右,）。,2,、改进结构以简化工艺及节省材料,（,1,）复杂件可采用,冲压,-,焊接,结构。,（,2,）注意采用,冲口工艺,，以减少一些组合零件。,（,3,）注意,局部加强筋,的应用，以减少材料消耗和提高刚度。,冲压焊接结构零件,冲口工艺的应用,3,、冲压件的精度和表面质量,落料,最高,IT10,；,冲孔,最高,IT9,；,弯曲,最高,IT9,IT10,；,拉深件高度,IT8-IT9,，整形,IT6-IT7,；,拉深件直径,IT9,IT10,。,表面质量,不高于,原材料的表面质量。,二,.,拟定冲压工艺方案,1,、选择冲压基本工序,根据冲压件,形状、大小、尺寸公差,及,生产批量,确定。,（,1,）,剪裁和冲裁,：板料分离。,（,2,）,弯曲,：手工工具、折弯机、弯曲模。,（,3,）,拉深：,空心件（拉深、修边）,旋转体空心件,（批量不大）采用旋压；,大型空心件,（小批）采用铆接或焊接代替拉深。,2,、确定冲压工序原则,主要根据零件的形状而确定。,(1),对于有孔或有切口的平板零件：,当采用,单工序模冲裁,时，一般应,先落料,，,后冲孔,（或切口）；,当,采用,连续模,冲裁,时，则,应,先冲孔,（或切口）,后,落料,。,(2),对于多角弯曲件：,当采用,简单弯模,分次弯曲成型时，应,先弯外角,，,后弯内角,。,对于,孔位于变形区,（或靠近变形区）或,孔与基准面有较高的要求,时，必须,先弯曲,，,后冲孔,。否则，都应先冲孔，后弯曲。,(3),拉深件：,旋转体复杂拉深件：,一般是,由大到小的顺序进行拉深,，或,先拉深大尺寸的外形,，,后拉深小尺寸的内形,；,非旋转体复杂拉深件：,则应,先拉深小尺寸的内形,，,后拉深大尺寸的外形,。,对于,有孔,或,缺口,的拉深件，一般应,先拉深,，,后冲孔,（或缺口）。,对于,带底孔,的拉深件，有时为了减少拉深次数，当孔径,要求不高,时，可,先冲孔,，,后拉深,。,当,底孔要求较高,时，一般应,先拉深后冲孔,，也可,先冲孔,，,后拉深,，再,冲切底孔边缘,达到要求。,(5),校平,、,整形,、,切边工序,，应分别安排在冲裁、弯曲拉深之后进行。,三,.,确定模具类型与结构形式,根据确定的,冲压工艺方案,，,选用冲模类型,，并进一步,确定各零件、部件的具体结构形式,。,四,.,选择冲压设备,根据,冲压工序的性质,，,选定设备类型；,根据,冲压工序所需冲压力,和,模具尺寸的大小,来选定冲压设备的,技术规格,。,开式曲柄压力机,刚度差,，模具寿命、,冲件质量降低,，但,成本低,，三个方向操作；,广泛用于,中小型,冲裁件、弯曲件或拉深件。,闭式曲柄压力机：,刚度好、精度高，两个方向操作，适用,大中型,冲压件；,双动曲柄压力机：,有两个滑块，压边可靠易调，适用,较复杂大中型拉深件,；,高速压力机,或,多工位自动压力机：,适于,大批量生产,；,液压机：,无固定行程，压力恒定，但速度低、效率低，适于,小批量,，尤其,大型厚板,冲压件；,摩擦压力机：,结构简单、造价低、不易发生超负荷损坏，用于,小批量,完成弯曲、成形等；,肘杆式精压机：,刚度大、滑块行程小，行程末端停留时间长，适于,校正、校平、整形,等。,五,.,编写冲压工艺文件,指,工艺过程卡,之类。,栏目,有：工序,序号,，工序,名称,，工序,半成品,形状、尺寸示意图，工序,模具类型,与,编号,，工序的,设备型号,，工序,检验要求,等。,例：,托架冲压工艺 方案制定,材料,：,08,钢板；,年产量,：,2,万件。,1.,工艺分析,5,个孔：,10,1,、,5,4,。,精度,IT9,，不允许变形，表面不允许严重划伤。,弯曲半径,最小弯曲半径。,2.,工艺方案及模具结构形式的确定,基本工序,：,冲孔、落料、弯曲。,方案一,：,冲,10,孔，落料,弯外角和,45,顶角（一副模具）,中间顶角弯成,90,(,另一模具,),冲,4,个,5,孔。,优点：,模具结构简单，寿命长，制造周期短，投产快；弯曲回弹容易控制，尺寸和形状准确，表面质量高；除工序一外，后面工序都以,10,孔和一个侧边定位，定位基准一致且与设计基准重合；操作比较方便。,缺点,：,工序较分散,，需要模具、压力机和操作人员,较多,，,劳动量较大,。,a,）冲孔落料,b,）,弯外角与,45,顶角,c,）弯中间角,d,）冲孔,方案二,：冲,10,孔，落料,弯外角（一副模具）,弯中间内角（另一模具）,冲,4,个,5,孔。,与,方案一,相比，该方案弯中间两角时零件的,回弹难以控制,，尺寸和形状不精确，且同样具有,工序分散,的缺点。,a,）弯两外角,b,）弯中间角,方案三,：冲,10,孔，落料,同时弯内、外角（一副模具）,冲,4,个,5,孔。,该方案,工序比较集中,，占用设备和人员少，但,模具寿命低,，零件表面有划伤，工件厚度有变薄，回弹不易控制，尺寸和形状不够精确。,方案四,：全部工序采用,带料连续冲压成形,。,该方案采用工序集中，生产效率高，适合,大批量生产,。但是模具结构复杂，安装、调试、维修较困难，制造周期长，当批量不大时成本较高。,方案比较：,优选,方案一,。,理由：冲压件要求较高，批量不大。,3,、填写冲压工艺卡片,讨论,:,确定油封内、外夹圈的工艺方案,a,）,所示为油封内夹圈，（,b,）,所示为油封外夹圈，均为冲压件。试分别列出冲压基本工序，并说明理由。（材料的极限圆孔翻边系数,K,0.68,）。,提示,d,0,=,d,1,2,H,-0.43,R,-0.22,t,式中：,d,0,冲孔直径（,mm,）；,d,1,翻边后竖立直边的外径（,mm,）；,H,从孔内测量的竖立直边高度（,mm,）；,R,圆角半径（,mm,）；,t,板料厚度（,mm,）。,1,落料,2,冲孔,3,翻边,1,落料,4,翻边,3,冲孔,2,拉深,如图所示冲压件，采用厚,l.5mm,低碳钢板进行批量生产。试确定冲压的基本工序，并在表,8-1,中绘出工序简图。,落料,弯曲,冲孔,翻边,1,落料,2,冲孔,3,弯曲,4,翻边,2,图,8-6,（,a,）,所示的常啮合齿轮，年产,15,万件，锻坯由,锤上模锻,生产。试在（,b,）,图上修改零件不合理的结构，在（,c,）,图上定性绘出修改后齿轮的锻件图。,