衝壓工藝(一)第一章簡述冲压是利用冲模在压力机上对板料施加压力使其变形或分离,从而获得具有一定形状、尺寸的零件的一种压力加工方法。冲压主要用于加工板料零件,所以有时好叫板料冲压。常温下进行的板料冲压叫冷冲压。第一節衝壓加工的特點冲压与其它加工方法比较,具有下列优点:⑴应用范围广,可冲压金属材料,亦可冲压非金属材料;可加工小型制件,也可加工大型制件;可获得一般形状的零件,也可获得其它加工方法难以加工或无法加工的制件。⑵冲压是一种高效率的加工方法。大型冲压件的生产率可达每分种几件,高速冲压的小件可达每分钟百件。⑶冲压件不但能够满足使用要求,并且还具有重量轻、刚度好和外表光滑等特点。⑷冲压生产的材料利用率高,一般可达70-85%。⑸操作简单,便于组织生产。⑹在大批量生产的条件下,冲压件的成本较低。⑺由于冲压所用毛坯是板料或卷料,一般又是冷态加工,所以在大量生产的情况下,较易实现机械化或自动化。国此,在现代的制造业中,冲压工艺被得到广泛的应用。板料冲压主要的缺点如下:⑴模具制造周期长,费用高。因此,在小批量生产中受到一定的限制。⑵冲压适于批量生产,且大部分是手工操作,这样如果不重视安全生产和缺乏必要的防护装置,就易发生事故。因此,提高冲压操作的机械化和自动化,减轻劳动强度,确保安全生产,是一个很重要的问题。第二節衝壓工序的基本分類由于冲压加工零件的形状、尺寸和精度要求不同,各企业生产规模和生产条件各异,因此,冲压的方法是多种多样的。根据材料的变形特点及工厂现行的习惯,冲压的基本工序可分为分离与塑性变形两类。分离工序是使冲压件与板料沿要求的轮廓线相互分离,并获得一定的断面质量的冲压加工方法。塑料变形工序是使冲压毛坯在不破坏的条件下发生塑料变形(通常又分为弯曲、拉深、成形三类),以获得要求的制件形状和尺寸精度的冲压加工方法。具体分类见下表。分離工序分類工序名称特点及常用范围实例切断用冲模切断板料,切断线不封闭。桶箍截断落料用冲模沿封闭线冲切板料,冲下来的部分为制件。桶盖落料冲孔用冲模封闭线冲切板料,冲下来的部分为废料。桶口冲孔切口在毛坯或半成品上,沿不封闭线冲缺口,切口部分发生弯曲。桶底透气口修边将制件边缘部分切掉。喷雾罐盖切边剖切把半成品切开成两个或几个制件。桶箍分切塑性變形工序分類工序类型工序名称特点及常用范围实例弯曲压弯把板料弯成一定角度和形状。桶口件卷圆把板料端部卷圆。锁耳扭曲把制件扭转成一定角度。折弯在折弯机上进行折弯成各种形状的弯曲件。滚压通过一系列轧辊把平板卷料滚弯成复杂形状。桶箍成形曲弯把毛坯或半成品在曲弯机上弯成一定形状的制件。拉弯使毛坯在拉伸状态下进行弯曲,适用于曲率半径很大的弯曲件。拉深拉深把平板形毛坯或半成品件制成空心制件,壁部厚度基本不变。桶盖拉深变薄拉深把空心制件拉深成侧壁比底部薄的制件。成形翻孔把制件上孔的边缘翻出竖立的边缘。桶口翻孔翻边把已成形的制件外缘,翻出圆弧或曲线状的竖立边缘。桶身翻边扩口把空心制件的口部扩大。缩口把空心制件的口部缩小。桶口缩径成形毛坯或制件局部产生拉伸或压缩变形,形成凸出或凹入的形状。提梁卷边把空心件的边缘卷成一定形状。桶口卷管胀形把制件的中部胀起,呈凸肚形。桶身胀形旋压把平板形坯料用小滚轮旋压出一定形状。(分变薄与不变薄两种)桶盖预卷整形把形状不大准确的制件校正成形。喷雾罐盖校平校平制件的平直度。板料开平压印在制件上压出文字或花纹,只在制件厚度的一个平面上有变形。桶盖压字在实际生产中,为了提高生产效率和产品质量,往往以复合工序的形式出现。如落料冲孔、落料拉伸、修边冲孔工序等。第二章衝壓的材料準備第一節衝壓用材料一、概述冲压用材料与冲压工艺的关系非常密切。材料质量的好坏,将直接影响冲压工艺过程的设计和冲压件质量,甚至影响组织均衡生产。同时,冲压件材料的费用,约占冲压件成本的60-85%,从经济上看,正确地选择材料也是很重要的。冲压用材料,除了必须保证足够的强度以满足产品使用性要求外,还要满足冲压工艺的要求。因此,从工艺的角度出发,存在着一个材料选用问题。例如同是08钢,就有不同的拉深级别和精度等级。不同的拉深级别,表示不同的极限变形程度,它直接影响拉深成形等工序的质量;不同的精度等级,有不同的公差带。公差带范围的大小与弯曲、校平等工序的质量密切相关。因此,这就存在着选用哪一级最合理的问题。综上所述可以看出,冲压用材料对于冲压工艺来说,是一个非常重要的因素。合理地选择材料,对提高产品质量,减轻零件重量,减少材料消耗,降低生产成本,保证均衡生产起到重要的作用。二、冲压工艺对材料的要求冲压工艺对材料的主要要求如下:㈠应具有良好的塑性材料塑性高低对完成冲压工艺过程有很大的影响。在变形工序中(如压弯、拉深、成形等),塑性好的材料,允许的变形程度大。这样可减少因材质不良而产生的废品。塑性指标一般常用冷弯试验(弯心直径)及杯突试验(杯突值),延伸率和屈强比来衡量。弯心直径越小,杯突值越大,延伸率越大,屈强比越小,则塑性越好。㈡钢板应具有好的表面质量⒈表面无缺陷钢板表面应光洁平整,无缺陷。如有擦伤、麻点、划痕等缺陷,在冲压过程中,有缺陷部位易产生应力集中而引起破裂。⒉表面平整材料表面如翘曲不平,影响剪切。冲压时,也会由于定位不稳而造成废品,或因冲裁过程中钢板变形展开而损坏冲头。⒊表面无锈如钢板表面有锈,不仅对冲压不利,并将严重地影响模具寿命,而且还影响后续焊接、涂漆工序的正常进行。㈢厚度公差应符合规定材料厚度公差应符合有关技术标准规定,因为一定的模具间隙,适应于一定的毛坯厚度。厚度超差则影响产品质量,过薄则回弹难以控制,过厚会拉伤制件表面,甚至会损坏设备和模具。三、材料的种类从工艺角度,习惯上有以下几种分法。⒈按钢板的品质高低分⑴普通碳素钢板。这类钢板保证机械性能供应的叫A类钢,牌号有A1、A2……A7等。保证化学成分供应的叫B类钢,牌号有B1、B2……B7等。⑵优质碳素结构钢。同时保证化学成分和机械性能,牌号分为两组:第一组,普通含锰(Mn)量钢,牌号有05F、08F、10F、10、15F、15、20F、20、25、30、35……85等;第二组,较高含锰量钢,牌号有15Mn、20Mn……70Mn。另外还有塑性好的普通低合金高强度热轧、冷轧钢板,钢号有09Mn、09MnR、16Mn、16MnR、10Ti、13MnTi等。普通碳素钢,用于平板类零件或变形量小的简单零件。优质碳素结构钢板,主要用于复杂的弯曲件、拉深件和成形件。普通低合金高强度钢多用于受力复杂的关键零件,它不仅能提高零件寿命,还能减薄零件厚度,减轻重量,节省材料和降低成本。⒉按制造方法分钢板一般分为热轧钢板和冷轧钢板。热轧钢板是坯料在加热状态下轧至所需要的尺寸;冷轧钢板是坯料在热轧状态下轧至一定厚度,然后再在常温状态下轧至所需尺寸。⒊按轧制的形态分⑴钢板为冲压使用最广泛的材料,规格尺寸按“GB”、“YB”标准规定,在大量使用钢板的单位,大多数按专用规格尺寸订货供应。⑵钢带(卷钢)钢厂将钢板成卷成卷料直接供应,或将卷料纵向切成一定宽度的窄钢带供应。⑶扁钢厚度多数为3-8毫米的热轧扁条料,其特点是两侧面为弧状。四、材料检验为了保证产品质量和生产正常进行,进厂的材料必须按“GB”、“YB”及协议书进行复验。只有经复验合格的材料才允许投入生产。㈠冲压板料的主要检验内容⒈外观检验检验表面有无缺陷、外廓尺寸、厚度公差、瓢曲度和侧弯等。⒉机械性能检验主要进行拉伸试验,测定强度极限、屈服极限、延伸率等。⒊化学分析分析钢中的碳、硅、锰、磷、硫等元素的含量。⒋金相分析判定晶粒度大小和均匀程度;判定游离渗碳体和带状组织的级别;判定有无魏氏组织的存在;观察有无缩孔和杂质。⒌工艺性能检验主要进行冷弯试验和杯突试验。㈡钢板标记方法钢板标记举例:钢号20,尺寸精度B,钢板尺寸1.0×750×1500毫米,表面质量组别II,拉伸级别S级,则标为:第二节剪切下料在板料冲压中,剪切是最基础的工序之一。剪切的任务是根据冲压工艺的要求,将板料剪成适合冲压工序的片料、条料或其它形状的毛坯。合理地选择剪切设备,正确地排样以及提高剪切工作机械化、自动化程度,对提高剪切件质量、提高生产效率、改善劳动条件、提高材料利用率、降低生产成本都有着重要的意义。㈠剪切方式根据生产批量的大小、所剪的几何形状和尺寸大小的不同,板料剪切通常采用以下几种方式:⒈手剪与如剪用于单件生产的下料或半成品的修整工作。手剪适用于1毫米以内厚的板料。台剪适用于1.0-2.0毫米厚的板料。⑸卷钢比钢板料价格低。开卷线上的剪切,可根据工艺要求,采用不同形式的自动下料机组。例如,纵向机组是将宽料剪成窄卷料。工艺流程为:宽卷料开卷→多辊校平→圆盘剪纵剪→条料成卷。横剪机组是将宽卷料按工艺要求剪成不同形式的片料。一种是专用剪切机剪切成矩形片料,其工艺流程为:宽卷料开卷→多辊校正→剪断(专用剪切机或飞剪);另一种是使用压力机落料,其工艺流程为:宽卷料开卷→多辊校正→压力机落料。在这种横剪机组上,通过更换冲模,可以冲压任何形状的毛坯,可以多排或混合下料。㈡剪切力在一般情况下,是不需要计算剪切力的。因为在剪床规格中,已给出最大剪切厚度,只要被剪料厚不超过允许最大板厚便可以了。但剪床允许的最大剪切板厚在设计中一般是以钢25-30(即σb=50公斤/毫米2)的强度极限为依据计算出来的。如果被剪板料的强度大于50公斤/毫米2,就需对剪切力进行核算,或选择功率大一档的剪床剪切。剪切力的计算较为专业,我们在此不再详细介绍。㈢剪切件常见缺陷及其原因分析剪切件常见缺陷及原因分析见下表。这些缺陷不仅引起材料消耗的增加,冲压工序废品的产生,同时还影响到成形、焊接、装配等工序质量。剪切件常见缺陷及原因分析剪切缺陷内容产生的原因解决方法1、外形尺寸及形状超差1、定位和导板不准确2、操作时靠不到位3、板形翘曲度大,有侧弯、端头斜1、重新调整定位2、认真操作3、采用临时工艺校直和先剪出一基准面2、弯曲线与毛坯板料轧纹方向的夹角不对1、操作不认真2、管理不善3、工艺排样错误1、认真按工艺要求操作2、加强管理3、改进工艺排样3、毛刺大1、剪切间隙过大2、剪刃钝1、调整刃口间隙2、磨锋或更换刀片4、扭曲1、剪床斜角过大2、剪切板料窄而厚1、调整剪刃角度2、采取校平措施或使用平口剪床第三章衝壓工藝第一节冲裁冲裁是利用冲模使材料分离的一种冲压工艺方法,它是切断、落料、冲孔、修边、剖切、切口等工序的总称。根据材料分离形式不同,冲裁工序可分为两大类:以破坏形式实现分离的一般冲裁,简称冲裁;以变形形式实现分离的称精密冲裁。制桶冲压件多属一般冲裁。一、板料的冲裁过程及分析冲裁时,板料的分离过程,按其特点,可分为三个阶段。第一阶段:毛坯在凸模作用下,表面承受弹性压缩和弯曲,并略有挤入凹模洞口的情况。板料与凸模、凹模接触处形成很小的圆角,此时材料内应力没有超过材料的屈服极限,所以这上阶段叫弹性变形阶段。第二阶段:凸模继续下降,材料内应力达到屈服极限,部分金属被挤入凹模洞口,产生塑剪变形,形成光亮带。由凸模与凹模之间存在着间隙,毛坯发生弯曲和轻微拉伸,材料在凸模和凹模刃口部分产生应力集中,一直到开始出现细微裂纹。这一阶段叫塑性变形阶段。第三阶段:随着凸模继续下行,已形成的上、下两面微裂纹将扩大,并向材料内部延伸。当上下两条裂纹相遇重合,材料便剪断分离,开成粗糙的断裂带,留在冲裁制件上。以后再向下行,可使已经开始形成的毛刺作不同程度的拉长,最后也留在冲裁件上。这一阶段叫剪断阶段。冲裁断面的这四个部分——塌角、光亮带、剪裂带和毛刺在整个断面上所占的大小比例并非一成不变。它随材料的种类、状态、材料厚度和冲裁条件的不同而变化。对塑性差的材料,靠塑性流动而形成的光亮带和塌角的这两部分所占比例要小,断面大部分是剪断面。而塑性良好的材料,其光亮带所占比例大,它随冲裁条件(间隙、刃口形状和刃口状态等)的改变而改变。如间隙比较大时,光亮带就要小一些,剪裂部分要大一些,塌角、毛刺也都较大,且弓弯现象也显著。间隙较小时,光亮带变大,塌角、斜度、弓弯现象减小。二、冲裁间隙冲裁间隙就是凹模