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1、冲压工艺基础 1 一 概述板料冲压是在冲床上 利用冲模使板料产生分离或变形 获得零件或毛坯的压力加工方法 通常为冷冲压 超过8mm钢板采用热冲压 1 特点 1 可制作形状复杂的零件 废料少 2 精度高 互换性好 3 能获得重量轻 强度 刚度好的零件 4 操作方便 生产率高 2 设备 1 剪床 把板料切成条料 为冲压件的毛坯 2 冲床 实现冲压加工 制成所要求的形状和尺寸的产品 2 剪床 51 目录 3 冲床 4 3 板材的分类 1 板材是指各种形状的半成品 如 薄板 中板 厚板 窄带材 带材等 2 按生产方法分类 热轧钢板 冷轧钢板3 按表面特征分类 镀锌板 热镀锌板 电镀锌板 镀锡板 复合钢
2、板 彩色 涂层钢板4 按用途分类 桥梁钢板 锅炉钢板 造船钢板 装甲钢板 汽车钢板 屋面钢板 结构钢板 电工钢板 硅钢片 弹簧钢板及其他5 按厚度分 厚板 4MM以上 中板 3 4MM 薄板 3MM以下 5 二 板料冲压的基本工序 分离工序将坯料的一部分和另一部分分开的工序 如落料 冲孔 切断 修边等 变形工序是坯料的一部分相对余量一部分产生塑性变形而不破裂的工序 如弯曲 拉深 翻边 成形等 板料冲压的基本工序 6 一 分离工序 7 二 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塑性变形而不破裂的工序 如弯曲 拉深 翻边 成形等 1 弯曲 使坯料的一部分相对于另一部分弯曲成一定角度的工
3、序叫弯曲 弯曲时材料内侧受压缩 外侧受拉伸 当外侧拉应力超过坯料的抗拉强度时 会造成金属破裂 坯料越厚 内弯曲半径r越小 应力越大 越易弯裂 一般 弯曲的最小半径应为 0 25 1 板厚 材料塑性好 弯曲半径可小一些 8 弯曲时还应尽可能使弯曲线与坯料纤维方向垂直 与坯料纤维方向垂直 9 拉深过程如图示 其凸模和凹模有一定的圆角 其间隙一般稍大于板料厚度 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 为避免拉穿 拉伸件直径d与坯料直径D相比 即m d D m叫拉深系数 应在一定范围之内 一般m 0 5 0 8 m越小 表明拉深件直径越小 变形程度越大 越容易出现拉穿现象 如果拉深系数
4、过小 不允许一次拉的过深 应分几次进行 逐渐增加工件的深度 减小工件的直径 即多次拉深 2 拉深使坯料变形成开口空心零件的工序 10 使带孔坯料孔口周围获得凸缘的工序 内孔翻边 图9 15 和外缘翻边 3 翻边 11 利用局部变形使坯料或半成品改变形状的工序成为成型 用橡皮芯子来增大半成品的中间部分 在凸模轴向压力作用下 对半成品壁产生均匀的侧压力而成形 凹模是可以分开的 4 成形 12 三 实例 冲压工艺编制 以某车型翼子板为例 规划生产线信息 输入 分析 平面孔数 位置 负角检查形状 深度 3 纵壁孔数 位置 4 修边条件检查 13 三 实例 冲压工艺编制 侧冲孔 直冲孔 整形 45 确认
5、孔与孔的加工方式是否有干涉 如干涉就要分序 翻边 侧冲孔 如果轮罩处有向内的翻边需要研讨5工序 模具结构是否能实现 14 冲压模具是实现坯料分离或变形的工艺装备 工作时必须保证冲出合格的制件 同时能适应生产规模的需要 还应使模具制造及维修方便 操作简单 安全可靠 一副完整的冲模应由工作零件 定位零件 卸料零件 导向零件 基础零件及紧固零件六大部分组成 53 三 冲压模具 15 按冲压工序的组合程度不同可分为简单模 连续模和复合模三种 1 简单冲模在一次冲程中 只完成一个冲压工序的冲模 如图3 53的凸凹模 2 连续冲模在一次冲程中 在冲模不同部位上完成两道或数道冲压工序的冲模 图3 54 冲孔
6、和落料同时进行 3 复合冲模在一次冲程中 在冲模同一部位上完成两道或数道冲压工序的冲模 图3 55 落料和拉深同时进行 16 17 18 19 四 质量知识 缺陷及产生原因 冲压常见缺陷及产生原因 1 落料冲孔 修边 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 20 四 质量知识 缺陷及产生原因 冲压常
7、见缺陷及产生原因 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 21 四 质量知识 缺陷及产生原因 冲压常见缺陷及产生原因 2 拉延缺陷 拉裂 起皱 表面拉伤 波浪 鼓包 凹坑 麻点等 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
8、面脏 透气孔堵塞 模具型面不平 润滑油脏等 22 冲压常见缺陷及产生原因 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 四 质量知识 缺陷及产生原因 23 冲压常见缺陷及产生原因 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 四 质量知识 缺陷及产生原因 残
9、余应力造成扭曲 24 冲压常见缺陷及产生原因 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 四 质量知识 缺陷及产生原因 25 冲压常见缺陷及产生原因 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 四 质量知识 缺陷及产生原因 26 冲压常见缺陷及产生原因 6 滑移线和冲击痕 外观件 产生原因产品或者模具设计不合理 导致板料在成
10、形过程中在圆角处发生板料流动 产生滑移线解决措施 1 产品结构变更 增大圆角半径 增大面夹角 2 调整拉延模面设计 改善接触状态 3 工艺设计时调整冲压方向 进料阻力 改善滑移状态 四 质量知识 缺陷及产生原因 1 滑移线移动4 0mm 2 滑移线移动8 8mm 3 滑移线移动15 3mm 27 五 板料冲压件的结构工艺性 1 落料和冲孔工序对零件的要求 1 零件的孔形应尽量简单对称 尽量采用圆形 矩形等规则图形 应避免长槽和细长悬臂零件 使排样时的废料降低到最少 28 2 孔间距离或孔与零件边缘的距离不宜过小 孔径也不能过小 否则会因凸模强度不够而发生折断 所有的直线与直线 曲线与直线的交接
11、应为圆弧连接 转角处圆角半径r与板厚 有关 90 r 0 3 0 5 90 r 0 6 0 7 29 1 弯曲半径不宜小于最小弯曲半径 以免弯裂 Rmin 0 2 0 8 顺着坯料的纤维方向弯曲 或Rmin 0 4 1 2 垂直坯料的纤维方向弯曲 2 弯曲边不能过短 一般h 2 否则难以获得形状准确的工件 3 如果弯曲附近有孔时 应使孔的位置离开弯曲变形区 否则孔容易变形 2 弯曲工序对零件的要求 30 尽量减少拉深零件的高度 减少拉深次数 弯曲处的圆角半径不宜过小 对拉深零件的精度要求不宜过高 复杂的冲压件可采用冲 焊结构 简化冲压工艺 3 拉深工序对零件的要求 31 粉末冶金基础 32 一
12、 概述定义 粉末冶金是以金属粉末 或金属粉末与非金属粉末的混合物 为原料 通过成形 烧结或热成形制成金属制品或材料的一种冶金工艺技术 粉末冶金生产工艺与陶瓷制品的生产工艺类似 因此人们又常常称粉末冶金方法为 金属陶瓷法 材料 粉末冶金材料或制品种类较多 主要有 1 难熔金属及其合金 如钨 钨 钼合金 2 组元彼此不相溶 熔点十分悬殊的特殊性能材料 如钨 铜合金型电触头材料 3 难熔的化合物和金属组成的各种复合材料 如硬质合金 金属陶瓷 等 33 粉末冶金的特点 1 某些特殊性能材料的唯一制造方法 2 可直接制出尺寸准确 表面光洁的零件 是少甚至无切削生产工艺 3 节约材料和加工工时 成本低 4
13、 制品强度较低 5 流动性较差 形状受限制 6 压制成形的压强较高 制品尺寸较小 7 压模成本较高 34 二 粉末冶金基础 粉末冶金的主要工序有粉末制备 粉末预处理 成形 烧结及后处理等 一 粉末性能和粉末制备1 粉末性能固态物质按分散程度不同分成致密体 粉末体和胶体三类 致密体或常说的固体 粒径在l以上 胶体微粒 0 1以下 粉末体或简称粉末 介于二者之间 35 金属粉末的性能对其成形和烧结过程以及制品的质量都有重大影响 金属粉末的性能可以用化学成分 物理性能和工艺性能来表征 1 粉末的化学成分粉末的化学成分一般是指主要金属或组元的含量 杂质或夹杂物的含量以及气体的含量 金属或合金粉末中的主
14、要金属含量都不能低于98 99 粉末中的杂质主要指 1 与主要金属结合 形成固溶体或化合物的金属或非金属成分 如还原铁粉中的硅 锰 碳 硫 磷 氧等 2 从原料和粉末生产过程中带进的机械夹杂 如二氧化硅 三氧化二铝 硅酸盐 难熔金属或碳化物等酸不溶物 36 3 粉末表面吸附的氧 水汽和其他气体 N2 CO2 2 粉末的物理性能粉末的物理性能 粉末颗粒大小和粒度组成 粉末颗粒形状与结构 显微硬度 粉末比表面 粉末真密度以及粉末颗粒的晶格状态 在技术条件中 通常只规定各级粉末颗粒的百分含量 粒度组成或筛分组成 1 颗粒形状 主要由粉末的生产方法决定 同时也与物质的分子或原子排列的结晶几何学因素有关
15、 决定粉末工艺性能 2 粒度组成 指不同粒度的颗粒占全部粉末的百分含量 又称粒度分布 3 粉末比表面 指每克粉末所具有的总表面积 通常用cm2 g或m2 g表示 37 3 粉末的工艺性能粉末的工艺性能用粉末的松装密度 流动性 压缩性与成形性来表征 1 松装密度是指粉末试样自然地充填规定的容器时 单位体积内粉末的质量 单位为g cm3 2 流动性是50g粉末从标准的流速漏斗流出所需的时间 单位为s 50g 其倒数是单位时间内流出粉末的重量 俗称为流速 3 压缩性代表粉末在压制过程中被压紧的能力 通常以在规定单位压力下粉末的压坯密度表示 4 成形性是指粉末压制后 压坯保持既定形状的能力 通常用粉末
16、得以成形所需的最小单位压制力表示或用压坯强度来表示 38 2 粉末的制备金属粉末的制取方法可分成两大类 机械法和物理化学法 机械法是将原材料磨碎成粉而不改变原材料的化学成分的方法 如将金属切削成粉末颗粒 把金属研磨成粉末 液态金属的制粒和雾化 物理化学法是在制取粉末过程中 使原材料受到化学或物理的作用 而使其化学成分和集聚状态发生变化的工艺过程 还原金属氧化物 电解水溶液或熔盐 热离解羰基化合物 冷凝金属蒸汽 晶间腐蚀和电腐蚀法等 物理化学制粉法是以还原和离解等化学反应为基础的 工业上普遍采用的有 氧化物还原法 电解法 热离解法 球磨法 涡旋研磨法 雾化法 39 二 粉末的成形 1 成形方法成形是粉末冶金工艺的重要步骤 成形的目的是制得具有一定形状 尺寸 密度和强度的压坯 粉末冶金常用的成形方法如下所示 模压成形是最基本方法 40 1 粉末预处理预处理包括 粉末退火 筛分 混合 制粒 加润滑剂等 粉末的预先退火可使氧化物还原 降低碳和其他杂质的含量 提高粉末的纯度 同时 还能消除粉末的加工硬化 稳定粉末的晶体结构 筛分的目的在于把颗粒大小不同的原始粉末进行分级 混合一般是指将两种或两种
