沖壓技術

科學知識 9547 666 2015-01-05

沖壓


         靠壓力機和模具對板材、帶材、管材和型材等施加外力,使之產生塑性變形或分離,從而獲得所需形狀和尺寸的工件(沖壓件)的成形加工方法。沖壓和鍛造同屬塑性加工(或稱壓力加工),合稱鍛壓。沖壓的坯料主要是熱軋和冷軋的鋼板和鋼帶。全世界的鋼材中,有60~70%是板材,其中大部分經過沖壓制成成品。汽車的車身、底盤、油箱、散熱器片,鍋爐的汽包,容器的殼體,電機、電器的鐵芯硅鋼片等都是沖壓加工的。儀器儀表、家用電器、自行車、辦公機械、生活器皿等產品中,也有大量沖壓件。

沖壓的優勢


  與機械加工及塑性加工的其它方法相比,沖壓加工無論在技術方面還是經濟方面都具有許多獨特的優點。主要表現如下。   

       (1) 沖壓加工的生產效率高,且操作方便,易于實現機械化與自動化。這是因為沖壓是依靠沖模和沖壓設備來完成加工,普通壓力機的行程次數為每分鐘可達幾十次,高速壓力要每分鐘可達數百次甚至千次以上,而且每次沖壓行程就可能得到一個沖件。   

     (2) 沖壓時由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度,且一般不破壞沖壓件的表面質量,而模具的壽命一般較長,所以沖壓的質量穩定,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,沖壓的強度和剛度均較高。   

     (4) 沖壓一般沒有切屑碎料生成,材料的消耗較少,且不需其它加熱設備,因而是一種省料,節能的加工方法,沖壓件的成本較低。   

       由于沖壓具有如此優越性,沖壓加工在國民經濟各個領域應用范圍相當廣泛。例如,在宇航,航空,軍工,機械,農機,電子,信息,鐵道,郵電,交通,化工,醫療器具,日用電器及輕工等部門里都有沖壓加工。不但整個產業界都用到它,而且每個人都直接與沖壓產品發生聯系。像飛機,火車,汽車,拖拉機上就有許多大,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。據有關調查統計,自行車,縫紉機,手表里有80%是沖壓件;電視機,收錄機,攝像機里有90%是沖壓件;還有食品金屬罐殼,鋼精鍋爐,搪瓷盆碗及不銹鋼餐具,全都是使用模具的沖壓加工產品;就連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,有時一個復雜零件需要數套模具才能加工成形,且模具制造的精度高,技術要求高,是技術密集形產品。所以,只有在沖壓件生產批量較大的情況下,沖壓加工的優點才能充分體現,從而獲得較好的經濟效益的。
問題和缺點
  

       當然,沖壓加工也存在著一些問題和缺點。主要表現在沖壓加工時產生的噪音和振動兩種公害,而且操作者的安全事故時有發生。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,而主要是由于傳統的沖壓設備及落后的手工操作造成的。隨著科學技術的進步,特別是計算機技術的發展,隨著機電一體化技術的進步,這些問題一定會盡快而完善的得到解決。

沖壓特點

  沖壓件與鑄件、鍛件相比,具有薄、勻、輕、強的特點。沖壓可制出其他方法難于制造的帶有加強筋、肋、起伏或翻邊的工件,以提高其剛性。由于采用精密模具,工件精度可達微米級,且重復精度高、規格一致,可以沖壓出孔窩、凸臺等。冷沖壓件一般不再經切削加工,或僅需要少量的切削加工。熱沖壓件精度和表面狀態低于冷沖壓件,但仍優于鑄件、鍛件,切削加工量少。   

       沖壓是高效的生產方法,采用復合模,尤其是多工位級進模,可在一臺壓力機(單工位或多工位的)上完成多道沖壓工序,實現由帶料開卷、矯平、沖裁到成形、精整的全自動生產。生產效率高,勞動條件好,生產成本低,一般每分鐘可生產數百件。

沖壓分類

  沖壓主要是按工藝分類,可分為分離工序和成形工序兩大類。分離工序也稱沖裁,其目的是使沖壓件沿一定輪廓線從板料上分離,同時保證分離斷面的質量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的條件下發生塑性變形,制成所需形狀和尺寸的工件。在實際生產中,常常是多種工序綜合應用于一個工件。沖裁、彎曲、剪切、拉深、脹形、旋壓、矯正是幾種主要的沖壓工藝。

沖壓材料

  沖壓用板料的表面和內在性能對沖壓成品的質量影響很大。對于沖壓材料的要求是:   

       ? 厚度精確、均勻。沖壓用模具精密、間隙小,板料厚度過大會增加變形力,并造成卡料,甚至將凹模脹裂;板料過薄會影響成品質量,在拉深時甚至出現拉裂。   

       ? 表面光潔,無斑、無疤、無擦傷、無表面裂紋等。一切表面缺陷都將存留在成品工件表面,裂紋性缺陷在彎曲、拉深、成形等過程可能向深廣擴展,造成廢品。   

       ? 屈服強度均勻,無明顯方向性。各向異性(見塑性變形的板料在拉深、翻邊、脹形等沖壓過程中,因各向屈服的出現有先后,塑性變形量不一致,會引起不均勻變形,使成形不準確而造成次品或廢品。   

       ? 均勻延伸率高。抗拉試驗中,試樣開始出現細頸現象前的延伸率稱為均勻延伸率。在拉深時,板料的任何區域的變形不能超過材料的均勻延伸范圍,否則會出現不均勻變形。   

       ? 屈強比低。材料的屈服極限與強度極限之比稱為屈強比。低的屈強比不僅能降低變形抗力,還能減小拉深時起皺的傾向,減小彎曲后的回彈量,提高彎曲件精度。   

       ? 加工硬化性低。冷變形后出現的加工硬化會增加材料的變形抗力,使繼續變形困難,故一般采用低硬化指數的板材。但硬化指數高的材料的塑性變形穩定性好(即塑性變形較均勻),不易出現局部性拉裂。   

       在實際生產中,常用與沖壓過程近似的工藝性試驗,如拉深性能試驗、脹形性能試驗等檢驗材料的沖壓性能,以保證成品質量和高的合格率。

沖壓模具

  模具的精度和結構直接影響沖壓件的成形和精度。模具制造成本和壽命則是影響沖壓件成本和質量的重要因素。模具設計和制造需要較多的時間,這就延長了新沖壓件的生產準備時間。模座、模架、導向件的標準化和發展簡易模具(供小批量生產)、復合模、多工位級進模(供大量生產),以及研制快速換模裝置,可減少沖壓生產準備工作量和縮短準備時間,能使適用于大批量生產的先進沖壓技術合理地應用于小批量多品種生產。

沖壓設備


  除厚板用水壓機成形外,一般都采用機械壓力機。以現代高速多工位機械壓力機為中心,配置開卷、矯平、成品收集、輸送等機械以及模具庫和快速換模裝置,并利用計算機程序控制,可組成高生產率的自動沖壓生產線。



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