電氣工程及其自動(dòng)化-沖壓工藝

目錄原理： 3用途： 3工序分類： 4工藝分類： 4沖壓加工主要應(yīng)用： 5工藝展望： 6原理：沖壓工藝是一種金屬加工形式。其作用的原理是通過(guò)該工藝使使金屬塑性變形。它利用模具和沖壓設(shè)施對(duì)金屬板施加壓力，使金屬板發(fā)生塑性變形或區(qū)別，從而獲得具備一定輪廓、尺寸和機(jī)能的整機(jī)（沖壓件）。用途：沖壓成形技術(shù)在車身制造過(guò)程中起著重要的作用，特別是對(duì)大型汽車車身板件來(lái)說(shuō)，由于它們大多形狀復(fù)雜，結(jié)構(gòu)尺寸大，有的是空間曲面，輪廓品質(zhì)要求高，沖壓加工舉措是無(wú)法比擬的。生產(chǎn)這些整機(jī)的其他加工方式。轎車的駕駛室、前金屬板件、廂式車板、各種車身面板和各種卡車客車骨架幾乎都是沖壓成型的。 沖壓工藝以及其基本原理為沖壓應(yīng)用于加工圓孔、孔翻邊、錐形沉孔、切割成形、凸形、平沉孔、加強(qiáng)筋和凸形。在沖裁過(guò)程中，使沖頭對(duì)工件施加壓力，使其工件進(jìn)入模具。當(dāng)沖頭升起時(shí)，出料板將工件從沖頭上拉下來(lái)。沖床牢固并引導(dǎo)模具，使沖頭不接觸模具或出料板。沖裁力——沖孔需要的沖裁力取決于4個(gè)重要變量，而其它成形操作都有獨(dú)特的壓力計(jì)算公式；在P*T*Y*S型沖床中，沖床所需的沖力基于P沖床的圓周。圓周越大，其所需下料力越大，T型質(zhì)料越厚。厚度越大，Y材料的屈服強(qiáng)度系數(shù)越大。S-剪切系數(shù)越大，質(zhì)料所需的強(qiáng)度就越大。增大邊緣的坡度意味著減小沖頭力剪切邊緣的優(yōu)點(diǎn)是沖頭的端面不一定是平的。它以一定的角度形成一個(gè)剪切面，降低了沖壓所需的壓力。剪切磨削應(yīng)對(duì)稱，以避免模具上的橫向載荷，因?yàn)闄M向載荷會(huì)導(dǎo)致模具彎曲變形，增加毛邊和沖壓位置不準(zhǔn)確。圓沖頭表面磨凹，可使沖力降低70%以上。實(shí)際效果與沖頭直徑、凹面深度和材料厚度有關(guān)。凹剪有利于階梯式?jīng)_壓，降低了沖壓件的最大承載能力。斷裂帶——對(duì)穿孔壁仔細(xì)檢查，發(fā)覺(jué)斷裂帶。當(dāng)沖頭壓力下產(chǎn)生塑性變形或者曲折時(shí)，質(zhì)料會(huì)產(chǎn)生通亮的壁面。一旦達(dá)到材料的屈服點(diǎn)，隨著材料的分離而產(chǎn)生無(wú)光澤的粒狀表面。廢物排放-一定要將廢物放入廢物收集箱。廢水排放罐通常是傾斜的。它利用重力的作用把廢物達(dá)到收集箱。有時(shí)候廢料會(huì)粘在沖頭表面上，原因可能是潤(rùn)滑油以及沖頭把材料擠入凹模時(shí)產(chǎn)生的真空度。如果發(fā)生這種情況，下一個(gè)行程將由廢料表面而不是沖頭沖壓，這將損壞模具。一般來(lái)說(shuō)，嚴(yán)格改進(jìn)模具維護(hù)程序可以控制廢料。沖頭-沖頭的作用是將工件壓入模具的型腔。一般規(guī)則是凸模硬度大于工件硬度，但如果凸模過(guò)硬，脆硬易斷，同硬度不高容易磨損的軟模具一樣毫無(wú)用處。氮化鈦（TiN）——一般用來(lái)處理凸模并形成一層堅(jiān)硬耐磨的表面，但沖模內(nèi)部又有一定韌性，這樣沖模外面耐磨，又不容易折斷。模具-模具腔是將材料彎曲超過(guò)屈服點(diǎn)，使其工件與廢料分離。只要模具維護(hù)使用得當(dāng)，凸模決不會(huì)碰到凹模，它們彼此間隙也不會(huì)太大。所以，模具設(shè)計(jì)主要考慮的方面是“凹模與凸模間隙”的問(wèn)題。大概是指沖頭和模孔尺寸之間的差異。出料板-出料板將會(huì)沖頭與工件離開(kāi)。出料板是沖頭不會(huì)碰到出料板。但必須靠近卸料板。一旦沖頭和卸料之間的間隙過(guò)大，隨著沖頭的升高，工件將會(huì)向上翹曲。用凹模加工的出料板形狀與沖頭和凹模相仿。工件擦傷——一定要采用合適的卸料板間隙，并且注意保護(hù)卸料板表面，把凸模從材料上脫開(kāi)需要一定的力。卸料彈簧-卸料彈簧使卸料板與工件分開(kāi)，并使沖頭穿過(guò)工件進(jìn)入模具。因?yàn)樾读蠌椈墒?，凸模可能卡在工件上，?dǎo)致故障停機(jī)，材料報(bào)廢事小，還會(huì)造成增加調(diào)整機(jī)器時(shí)間等問(wèn)題。沖裁力的計(jì)算：1）沖裁力：P沖裁=1。在3L*T*U公式中：L-下料件的周長(zhǎng)T-下料件厚度-材料抗剪強(qiáng)度由表中得出u=440MPa?？紤]到材料厚度可能不一樣，磨具刃口磨損，沖頭與凹面之間的間隙，材料性能的變化，實(shí)際下料時(shí)應(yīng)增加30%的下料力。卸料力、頂力、頂出力：在下料時(shí)，工件或廢料從沖頭上取下的力稱為卸料力，我們稱沿下料方向從模具中推出的力為頂出力，反向下料方向推出的力為頂出力。現(xiàn)在，大多數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式都用于計(jì)算：卸料力P卸料=K卸料*P沖（牛）擠力P推=N.K推*P沖（牛）頂件力P推=K推（牛）頂件力P沖（牛）頂件力：P沖-落料力N-卡在模具中的工件（或廢料）數(shù)量。而且N=K卸荷力K推，K推，K推分別。頂力系數(shù)工序分類：沖壓工序可分為四個(gè)基本工序： 沖壓：沖壓工藝（包括沖壓、落料、修邊、切割等）分離金屬板。 彎曲：將板料沿彎曲線彎成一定的角度和形狀的沖壓工序。 拉深：將平面金屬板加工成各種開(kāi)口空心件或進(jìn)一步改變空心件形狀和尺寸的沖壓工藝。 局部成形：用各種不同性質(zhì)的局部變形來(lái)改變毛坯或沖壓件形狀的沖壓工序(包括翻邊、脹形、校平和整形工序等) （1）沖壓是一種生產(chǎn)效率高、材料消耗少的加工方法。沖壓工藝適用于大批量生產(chǎn)零件和產(chǎn)品，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，生產(chǎn)效率較高。同時(shí)，沖壓出產(chǎn)不但力圖消減鋪張和無(wú)浪費(fèi)的生產(chǎn)，并且在某些情況下充分使用邊角余料。 （2）操作工藝方便，不需要操作者有較高水平的技藝。 （3）沖壓件一般不需要加工，尺寸精度高。 （4）沖壓件互換性高。沖壓加工穩(wěn)定性好，同一批沖壓件可以互換使用，不影響裝配和產(chǎn)品性能。 （5）因?yàn)闆_壓件為金屬板，外表質(zhì)量好，為后續(xù)的表面處理工藝（如電鍍、噴漆等）供應(yīng)了便利條件。 （6）沖壓加工能獲得強(qiáng)度高、剛度大而重量輕的零件。 （7）用模具批量生產(chǎn)的沖壓件成本低廉。 （8）沖壓可生產(chǎn)復(fù)雜零件，難以用其他金屬加工方法加工。工藝分類：沖壓一般按工藝分類，可以分為分離工藝和成形工藝兩大類。分離過(guò)程，又稱落料，是在保證分離段品質(zhì)規(guī)格的同時(shí)，沿著要求的輪廓線將沖壓件與金屬板分離。成形過(guò)程的目的是使板材塑性變形而不破壞坯料，并使工件的形狀和尺寸達(dá)到要求。在實(shí)際生產(chǎn)中，工件中往往有應(yīng)用到很多工藝，沖壓工藝中最主要的工藝有沖壓、彎曲、剪切等。在基本沖壓工藝中，沖裁使用較多，主要是依靠模具分離材料。可直接制作扁平件或?yàn)閺澢?、拉拔、成形等其它沖壓工藝制備毛坯，也可對(duì)成形的沖壓件進(jìn)行切割、修邊。下料廣泛應(yīng)用于汽車、家電、電子、儀器儀表、機(jī)械、鐵路、通訊、化工、輕工、紡織、航天等行業(yè)。沖裁工藝占整個(gè)沖壓工藝的50%-60%。彎曲：將金屬板、管件和型材彎曲成一定角度、曲率和形狀的塑性成形方法。彎曲是沖壓生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的重要工藝之一。金屬材料之所以會(huì)彎曲是因?yàn)榻饘俚膹椥运茏冃巍Ｒ坏┬读弦院?，工件?huì)發(fā)生回彈，彈性會(huì)恢復(fù)。回彈影響工件的精度，是彎曲加工中需要考慮的重要技術(shù)。素描：又稱素描或壓延，是一種利用模具將坯料的坯料改為敞開(kāi)的中空部分的沖壓工藝。對(duì)于圓柱形、階梯狀、圓錐形、球形、箱形等不規(guī)則形狀的薄壁件，可采用拉拔加工。如果與其他沖壓工藝相配合，也可以制造形狀極其復(fù)雜的零件。在沖壓生產(chǎn)中，有種種深沖件。因?yàn)槠鋷缀翁卣鞯挠绊?，胚料的位置、性質(zhì)及其各個(gè)部分的應(yīng)力狀態(tài)以及其力的分布規(guī)律都會(huì)有很大的區(qū)別，甚至其本質(zhì)上都會(huì)有所不同。所以，工藝參數(shù)的確定方法、工序的數(shù)量和順序以及模具設(shè)計(jì)的規(guī)則和方式是不一樣的。根據(jù)變形力學(xué)的特點(diǎn)可以將深沖件分成四種，分別是直壁回轉(zhuǎn)體（圓柱部分）、直壁非回轉(zhuǎn)體（盒體）、曲面回轉(zhuǎn)體（曲面形狀部分）和曲面非回轉(zhuǎn)體。拉深是利用拉深模對(duì)金屬板施加張力，使金屬板發(fā)生不均勻的拉應(yīng)力和應(yīng)變，然后使金屬板與拉深模結(jié)合面慢慢的擴(kuò)展，直到完全符合拉深模型面。拉伸成形的一般應(yīng)用對(duì)象是具有一定塑性的雙曲面，表面積大，曲率變化平緩平滑，質(zhì)量高（形狀準(zhǔn)確，流線流暢，質(zhì)量穩(wěn)定）。因?yàn)椴捎玫墓に囋O(shè)備簡(jiǎn)單方便，拉伸成形成本低，柔性大。但是材料利用率和生產(chǎn)率都很低。紡紗是一種金屬旋轉(zhuǎn)加工技術(shù)。在加工的過(guò)程中，坯料與紡絲模一起主動(dòng)旋轉(zhuǎn)，紡絲頭在坯料和紡絲模具周圍主動(dòng)旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)頭相對(duì)于芯模和坯料移動(dòng)，導(dǎo)致坯料局部局部變形，并獲得所需的空心旋轉(zhuǎn)部件。成形是基于已確定的磨料形狀對(duì)產(chǎn)品形狀進(jìn)行二次修改。一般體現(xiàn)在壓面、彈簧腳等部位。針對(duì)部分材料存在彈性，沒(méi)有辦法保證一次成型品質(zhì)時(shí)，采用的再次加工。脹形的原理是用模具加工零件，使板材拉伸變薄，增加局部表面積的一種方法。經(jīng)常使用的有波狀成形、圓柱形（或管狀）毛坯的脹形和扁平毛坯的拉伸成形。脹形一般可以通過(guò)剛性模脹形、橡膠脹形和液壓脹形等不同的方式實(shí)現(xiàn)。翻邊是將薄板預(yù)制孔邊沿或預(yù)制孔邊緣的狹小區(qū)域內(nèi)的質(zhì)料沿曲線或直線彎曲成垂直邊緣的一種塑性加工方式。一般翻邊工藝主要是用于加強(qiáng)零件的邊緣位置，將零件之間連接起來(lái)，使得零件的結(jié)構(gòu)更加合理并且具有特別的形狀，并且對(duì)零件的剛度也有很好的提升。當(dāng)形成大的金屬板時(shí)，它也可以作為控制斷裂或皺紋的一種手段。因而廣泛應(yīng)用于汽車、航空、航天、電子、家電等行業(yè)。收縮是一種沖壓方法，可以減小已拉伸的無(wú)法蘭空心件或管坯開(kāi)口端的直徑。工件頸縮先后的端部直徑變化不應(yīng)過(guò)大，否則端部質(zhì)料會(huì)因過(guò)大的壓力變形而起皺。因此，通常需要將頸部從較大直徑縮小到較小直徑。 沖壓加工主要應(yīng)用： 由于沖壓擁有這些好處，沖壓加工在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域獲得了普遍的應(yīng)用。舉個(gè)例子，在化工、醫(yī)療器械、家用電器和輕工業(yè)，航空航天、航空、軍事、機(jī)械、交通、中都有沖壓工藝。它不僅在各個(gè)行業(yè)都有應(yīng)用到，在生活中我們每個(gè)人都對(duì)沖壓產(chǎn)品有所接觸，如飛機(jī)、火車等產(chǎn)品上都有一些大大小小的沖壓件，其車身、車架等都是由這些沖壓件加工而來(lái)。另外根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，絕大多數(shù)的車和手表都是屬于沖壓件，電視等物品中沖壓件占的比例更高。另外在食品中，金屬罐以及一些不銹鋼餐具均是用的模具沖壓產(chǎn)品。即便是計(jì)算機(jī)的硬件也不會(huì)沒(méi)有沖壓件。 但是，在沖壓過(guò)程中使用的模具一般是特殊的。復(fù)雜零件在某些時(shí)候會(huì)需要幾套模具加工成形，在制作模具的時(shí)候，對(duì)制作人員的技術(shù)有很高的要求，需要很高的制作精度。它基于的是一種技術(shù)密集型產(chǎn)品。因此，當(dāng)生產(chǎn)沖壓件是，只有通過(guò)大規(guī)模的生產(chǎn)才能夠體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)，并且為生產(chǎn)者帶來(lái)相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益。 當(dāng)然，燙印也有一些問(wèn)題和缺陷。大部分表現(xiàn)在沖壓過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲和振動(dòng)兩種公害，在作業(yè)過(guò)程中一些安全事故時(shí)有發(fā)生。但是，出現(xiàn)安全事故主要是因?yàn)橹谱鬟^(guò)程中使用的是傳統(tǒng)的設(shè)備以及操作人員的技術(shù)問(wèn)題，并不是因?yàn)闆_壓工藝以及模具本身的問(wèn)題?，F(xiàn)在，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，還有機(jī)電一體化技術(shù)的進(jìn)步，這些問(wèn)題將盡可能快的得到解決。工藝展望： （1）沖壓技術(shù)未來(lái)會(huì)更加科學(xué)、數(shù)字化?？茖W(xué)化一般體現(xiàn)在對(duì)成形進(jìn)程、產(chǎn)物品質(zhì)、老本和效益的預(yù)算和控制上。成形過(guò)程的數(shù)值模擬技術(shù)將在實(shí)用性上取得很大進(jìn)步，并與數(shù)字化制造系統(tǒng)很好地進(jìn)行集成。人工智能技術(shù)和智能控制將從簡(jiǎn)單的形狀件成形發(fā)展到復(fù)雜的形狀件成形，比如面板，從而真正意義上進(jìn)入實(shí)用階段。這就是說(shuō)，這一趨勢(shì)是向信息化、高速生產(chǎn)和高精度發(fā)展。因此，從設(shè)計(jì)技術(shù)的角度來(lái)看，發(fā)展的重點(diǎn)是大力推廣CAD/CAE/CAM技術(shù)的應(yīng)用，不斷提高效率，尤其是板料成形過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬分析技術(shù)。模具CAD和CAE技術(shù)應(yīng)向宣傳、集成、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，提高模具CAD和CAM系統(tǒng)的專業(yè)化程度。 （2）產(chǎn)品制造的