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1、机械制造基础,第五章 板料冲压,第五章 板料冲压,板料冲压是利用模具,借助冲床的冲击力使板料产生分离或变形,获得所需形状和尺寸的制件的加工方法。这种方法通常是在冷态下进行的,所以又称为冷冲压。所用板料厚度一般不超过6mm。 用于冲压加工的材料应具有较高的塑性。常用的有低碳钢、铜、铝及其合金,此外非金属板料也常用于冲压加工,如胶木、云母、石棉板和皮革等。 冲压件尺寸精确、表面光洁、重量轻、刚性好,一般不再进行机械加工。而且冲压工作容易实现自动化,生产率很高。,冲压设备,冲压的基本工序,冲压模具,板料冲压件结构的工艺性,1,2,3,4,钣金成形,5,第一节 冲压设备,第五章 板料冲压,第一节 冲压
2、设备,一、冲床 冲床是冲压加工的基本设备,如图1-5-1所示。 冲床的主要技术参数是冲床的公称压力、滑块行程和封闭高度。,图1-5-1 开式双柱冲床 a)外观图 b)传动简图,第一节 冲压设备,(1)公称压力 即冲床的吨位,它是滑块运行至最下位置时所产生的最大压力。 (2)滑块行程 曲轴旋转时,滑块从最上位置到最下位置所移动的距离,它等于曲柄回转半径的两倍。 (3)封闭高度 滑块在行程达到最下位置时,其下表面到工作台间的距离。冲床的封闭高度应与冲模的高度相适应。冲床连杆的长度一般都是可调的,调节连杆的长度即可对冲床的封闭高度进行调整。,第一节 冲压设备,二、剪板机 剪板机是下料用的基本设备。其
3、主要参数是所能剪切的最大板厚和宽度。其传动机构和剪切示意图如图1-5-2所示。,图1-5-2 剪板机结构及剪切示意图,第一节 冲压设备,三、数控冲床 随着计算机技术的飞速发展,计算机控制软件型数控压力机(CNC压力机)已逐渐取代老式的硬件型数控压力机(NC压力机)。在CNC压力机上,只要改变冲压零件的软件程序,即可冲制新的零件,改变加工对象的灵活性很大,而所需调整的时间却很少,因此,CNC压力机适合于多品种的中、小批量制件及大尺寸板料零件实现冲压自动化。现对数控快速换模步冲压力机予以简单介绍。,第一节 冲压设备,数控快速换模步冲压力机是利用数控技术对板类工件进行自动单冲或步冲的压力机之一,其工
4、作台可按规定的程序通过伺服电动机驱动作前后或左右移动,使之能在板料的各个位置上完成冲裁加工。压力机上使用规格较小的通用模具,能按冲裁要求用手工快速更换,通过模具与工作台的相互配合能冲出各种形状和尺寸的工件。,第一节 冲压设备,1.数控快速换模步冲压力机的组成 图1-5-3所示为数控快速换模步冲压力机的结构简图。其传动系统采用机械驱动,机身为开式,移动工作台内置。压力机工作时由主电动机7通过传动系统6、曲轴及连杆带动滑块5作上下冲压运动。滑块的下面安装凸模配接器4及凸模2,机身8上的固定工作台上面则安装凹模配接器13及凹模。,图1-5-3 数控快速换模步冲压力机 的结构简图,第一节 冲压设备,安
5、装在X向导轨11上的三个夹钳10将板料夹在移动工作台12的上表面上,通过移动支架上的X向伺服电动机9及相应的减速箱与齿轮齿条机构驱动X向导轨11作X向运动(左右运动),夹钳10上的板料也随之移动。移动工作台12和移动支架一起安装在Y向导轨3上。同理,当固接在机身上的Y向伺服电动机(图中未示出)转动时,将通过相应的减速箱和齿轮齿条机构使工作台和移动支架一起作Y向运动(前后运动),通过移动工作台和夹钳的X、Y双向运动时配合,可使板料在水平面上的任意方向移动,并在任意位置进行冲孔。如果使板料在X、Y向按一定的步距移动,并与各种通用小规格模具相配合,可步冲各种形状的轮廓和孔。,第一节 冲压设备,压力机
6、换模时借助一个手携式快速换模器,如图1-5-4所示。换模器上同时放置凸模、凹模和卸料圈。装模时,用换模器将模具推入压力机的锁紧缸上,模具自动被锁紧缸夹紧,模具间隙与相对位置不需再调整即可开始工作。卸模时,换模器可一次将全套模具退出。由于模具的三部分同时更换,模具在机外调整,所以换模时间极短,一次只需612s就可完成。,图1-5-4 手携式快速换模器,第一节 冲压设备,加工图1-5-5所示的工件,改进前的数控快速换模步冲压力机使用固定模具,矩形凸模每次只能冲裁某一固定角度的矩形孔,冲完后需改变孔的角度时就要重新退下模具,并重新在机外调整凸模和凹模的方向(角度),再装夹加工。同一副模具需装夹八次。
7、改进后的数控快速换模步冲压力机带有旋转模具。旋转模具的上模和下模在一个直流伺服电动机带动下通过齿轮齿条传动产生同步旋转。在360范围内,模具可在任意角度上定位,定位精度为0.001。模具每旋转90仅需0.5s。,图1-5-5 旋转模具的加工工件,第一节 冲压设备,如利用旋转模具加工图1-5-6所示的工件,只需一次装夹矩形模具即可完成多个孔的冲裁加工。换模时间及次数大大减少。,图1-5-6 步冲组合压力机的加工工件,第一节 冲压设备,2.数控快速换模步冲压力机的数控系统 数控快速换模步冲压力机的数控系统大都采用德国西门子(Siemens)公司生产的SINUMERIK3N系统或日本法那科(Fanu
8、c)公司生产的FANUC 6 MB系统,可进行图形编程、手工编程。,第二节 冲压的基本工序,第五章 板料冲压,第二节 冲压的基本工序,一、切断 切断是使板料沿不封闭轮廓分离的冲压工序。通常是在剪板机上将大板料或带料切断成适合生产的小板料、条料。,第二节 冲压的基本工序,二、冲裁 冲裁是使板料沿封闭轮廓分离的冲压工序。冲裁包括落料和冲孔,如图1-5-7所示。它们的操作方法和板料分离过程是完全一样的,只是用途不同。落料时,被分离的部分是成品,周边是废料。冲孔则是为了获得孔,周边是成品,被分离的部分是废料。,图1-5-7 冲裁,第二节 冲压的基本工序,三、弯曲 弯曲是将板料弯成具有一定曲率和角度的冲
9、压变形工序,如图1-5-8所示。弯曲时,板被弯曲部分内侧被压缩,外侧被拉伸,弯曲半径越小,拉伸和压缩变形就越大,故过小的弯曲半径有可能造成外层材料被拉裂,因此,对弯曲半径有所规定(弯曲的最小半径rmin=0.251倍的板厚)。另外弯曲模冲头的端部与凹模的边缘,必须加工出一定的圆角,以防止工件弯裂。,图1-5-8 弯曲,第二节 冲压的基本工序,由于塑性变形过程中伴随着弹性变形,因此弯曲后冲头回程时,弯曲件有回弹现象,回弹角度的大小与板料的材质、厚度及弯曲角等因素有关(一般回弹角度为010),故弯曲件的角度比弯曲模的角度略有增大。,第二节 冲压的基本工序,四、拉深 拉深是将平直板料加工成空心件的冲
10、压成形工序,如图1-5-9所示。平直板料在冲头的作用下被拉成杯形或盒形工件。为避免零件被拉裂,冲头和凹模的工作部分应加工成圆角。冲头和凹模间要留有1.11.2倍板厚的间隙,以减小拉深时的摩擦阻力。为防止板料起皱,必须用压板将板料压紧。每次拉深时,板料的变形程度都有一定的限制,通常是拉深后圆筒的直径不应小于板料直径的一半左右(1/24/5)。对于要求拉深变形量较大的零件,必须采用多次拉深。,图1-5-9 拉深,第三节 冲压模具,第五章 板料冲压,第三节 冲压模具,一、简单冲模 简单冲模指在冲床滑块一次行程中只完成一道工序的冲模,其结构如图1-5-10所示。冲模分上模(凸模4)和下模(凹模11)两
11、部分。上模借助模柄7固定在冲床滑块上,随滑块上下移动;下模通过下模板由凹模压板和螺栓安装紧固在冲床工作台上。,图1-5-10 冲模,第三节 冲压模具,凸模也称冲头,与凹模配合使坯料产生分离式变形,是冲模的主要工作部分。 导套9和导柱10分别固定在上、下模板上,保证冲头4与凹模11对准。导板2控制坯料的进给方向,定位销1控制坯料的进给长度。当冲头回程时,卸料板3使冲头从工件或坯料中脱出,实现卸料。,第三节 冲压模具,二、连续冲模 在滑块一次行程中,能够同时在模具的不同部位完成数道冲压工序的冲模称为连续冲模。这种冲模生产率高,但冲压件精度不够高。 三、复合冲模 在滑块一次行程中,可在模具的同一部位
12、同时完成若干冲压工序的冲模称为复合冲模。复合冲模冲制的零件精度高、平整、生产率高。但复合冲模的结构复杂,成本高,只适于大批量、生产精度要求高的冲压件。,第四节 板料冲压件结构的工艺性,第五章 板料冲压,第四节 板料冲压件结构的工艺性,一、冲压件的形状与尺寸 1.落料、冲孔件的形状与尺寸 设计时,应尽可能使落料件的外形和冲孔件的形状简单、对称,尽量采用圆形、矩形等规则形状;尽量避免长槽和细长臂结构;尽量考虑排样时能最大限度地利用材料。图1-5-11所示的落料件工艺性很差。图1-5-12所示零件,采用图1-5-12b所示方案时,材料利用率可明显提高。,图1-5-12 零件形状与节约材料 的关系,图
13、1-5-11 不合理的落料件 外形,第四节 板料冲压件结构的工艺性,对冲孔件的孔及有关尺寸的要求(图1-5-13):圆孔的直径不小于材料的厚度,方孔的边长不小于0.9;孔的间距、孔与工件边缘之间的距离不小于;外缘凸出或凹进的尺寸不小于1.5。,图1-5-13 冲孔件尺寸与厚度的关系 2.弯曲件的形状与尺寸,第四节 板料冲压件结构的工艺性,冲孔、落料件上直线与直线、直线与曲线、曲线与曲线的交接处,均应用圆弧连接,以避免尖角处应力集中而被冲裂。表1-5-1列出了一些材料的最小圆角半径。,表1-5-1 落料件、冲孔件的最小圆角半径(单位:mm),第四节 板料冲压件结构的工艺性,2.弯曲件的形状与尺寸
14、 弯曲件的形状要尽量对称,内弯曲半径不得小于材料的最小允许值,并应使弯曲线与材料纤维方向垂直。 弯曲边过短难以成形(图1-5-14)时,一般应使弯曲边的平直部分高度H2。如果要求H很短,工艺设计时应先取较大的H,待弯曲成形后再切去多余材料。 弯曲带孔件时,应保证孔的位置,图1-5-15中的L须大于1.5,以避免孔发生变形。,图1-5-14 弯曲边,图1-5-15 带孔的弯曲件,第四节 板料冲压件结构的工艺性,3.拉深件的形状与尺寸 拉深件的形状应尽可能简单、对称,且不宜过高,这样可以减少拉深次数,容易成形。在不增加工序的前提下,拉深件圆角半径的最小允许值如图1-5-16所示。如果圆角半径太小,
15、必然会增加拉深次数和整形工件,增加模具数量,容易产生废品,使生产成本提高。,图1-5-16 拉深件圆角半径的最小允许值,第四节 板料冲压件结构的工艺性,4.冲压件的厚度 只要能保证要求的强度和刚度,就应尽可能采用较薄的板材来制作冲压件,以减少材料消耗。在局部刚度不够的部位,可设计成加强肋结构(图1-5-17),从而实现用薄材料代替厚材料。,图1-5-17 用加强肋举例 a)无加强肋 b)有加强肋,第四节 板料冲压件结构的工艺性,二、冲压件的精度和表面质量 冲压件的精度要求不应超过冲压工艺所能达到的一般精度,而应该在满足使用要求的前提下尽量降低精度要求,否则将增加工序,降低生产率,提高产品成本。
16、 冲压工艺的一般尺寸公差等级如下: 落料件不高于IT10,冲孔件不高于IT9,弯曲件不高于IT10。 拉深件直径的尺寸公差等级为IT9IT10,拉深件高度的尺寸公差等级为IT8IT10,经过整形工序后的尺寸公差等级则可达IT6IT7。 冲压件的表面质量要求一般不应高于原材料本身所具有的表面质量,否则会因需增加切削加工等工序而大大提高产品成本。,第四节 板料冲压件结构的工艺性,三、冲压件结构设计改进实例 1.采用冲焊结构 形状复杂的冲压件可以先分别冲制成几个容易成形的简单件,然后再组焊成整体零件(图1-5-18)。,图1-5-18 冲焊结构零件,第四节 板料冲压件结构的工艺性,2.采用冲口工艺 图1-5-19所示的零件,原设计采用三个简单件铆接或焊接组合制作,改进后采用冲口工艺(包括冲口和弯曲)制成整体零件,减少了组合件数量,简化了工艺过程,减少了材料消耗。,图1-5-19 冲口工艺的应用,第四节 板料冲压件结构的工艺性,3.尽量简化拉深件的结构 在不改变使用性能的前提下,
