第一章冷冲压成形工艺概论

第一章冷冲压成形工艺概论主要内容1、冷冲压概念、冲压工序分类；2、模具分类与模具的结构；3、冲压常用材料与模具用材料；4、常用压力机的类型结构与选择。本章重点、难点重点：冲压工序分类；正确判断冲压工序；模具的典型结构；冲压设备的选择。难点：根据工件或零件图正确判断冲压工序；模具结构各部分的名称、作用、模具工作过程。教学要点【目的要求】1、冷冲压概念2、冷冲压的特点及优势3、冲压工序分类1.1冷冲压工艺概述教学要点【重点】1、冲压工序分类2、正确判断冲压工序【难点】根据零件图准确判断冲压工序1.1冷冲压工艺概论一、基本概念（掌握）冲压定义：是利用安装在压力机上的模具，对板料施加压力，使板料产生塑性变形或分离，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件。冲压的特点：质量稳定，互换性好。能加工壁薄、重量轻、刚性好、表面质量高、形状复杂的零件。节能且节约金属。是一种高效率的加工方法。应用：航空航天、机械、电子信息、交通、兵器、日用电器等产业都有冲压加工。冲压材料可使用黑色金属、有色金属以及某些非金属材料。冲压成形产品示例二、冲压工序分类（重点）分离工序和塑性成形工序分离工序是指使板料按一定的轮廓线分离而得到一定形状、尺寸和切断面质量的冲压件，可分为冲孔、落料、切边等，具体见表1-1。塑性成形工序是使冲压件在不破坏的条件下发生塑性变形，转化成所要求的制件形状，可分为弯曲、拉深、翻孔、翻边、胀形、缩口等，具体见表1-2。下一页表1-1分离工序工序名称简图特点及应用范围落料用冲模沿封闭轮廓曲线冲切，封闭线内是制件，封闭线外是废料。用于制造各种形状的平板零件，冲下部分是工件冲孔用冲模沿封闭轮廓曲线冲切，封闭线内是废料，封闭线外是制件。用于在零件上去除废料，冲下部分是废料切断用剪刀或冲模沿不封闭曲线切断，多用于加工形状简单的平板零件切舌将材料沿敞开轮廓局部而不是完全分离的一种冲压工序。被局部分离的材料，具有工件所要求的一定位置，不再位于分离前所处的平面上切边将成形零件的边缘修切整齐或切成一定形状剖切把冲压加工后的半成品切开成为两个或数个零件，多用于不对称零件的成双或成组冲压成形之后返回表1-2塑性成形工序工序名称简图特点及应用范围弯曲把板材沿直线弯成各种形状，可以加工形状较复杂的零件卷圆把板材端部卷成接近封闭的圆头，用以加工类似铰链的零件扭曲把冲裁后的半成品扭转成一定角度拉深把板材毛坯成形成各种开口空心的零件变薄拉深把拉深加工后的空心半成品进一步加工成为底部厚度大于侧壁厚度的制件翻孔在板材或半成品上冲制成具有一定高度开口的直壁孔部翻边在板材或半成品的边缘按曲线或圆孤开成竖立的边缘拉弯在拉力与弯矩共同作用下实现弯曲变形，可得精度较好的制件胀形将空心毛坯成形成各种凸肚曲面形状的制件起伏在板材毛坯或零件的表面上用局部成形的方法制成各种形状的凸起与凹陷扩口在空心毛坯或管状毛坯的某个部位上使其径向尺寸扩大的变形方法缩口在空心毛坯或管状毛坯的口部使其径向尺寸减小的变形方法旋压在旋转状态下用辊轮使毛坯逐步变形的方法校形为了提高已成形零件的尺寸精度或获得较小的圆角半径而采用的成形方法表1-2塑性成形工序返回例：判断下列零件包含那些冲压工序教学要点【目的要求】1、模具的分类2、模具结构1.2模具分类及结构教学要点【重点】1、模具的分类方法及分类2、模具的结构能根据模具装配图判断该模具属于何种模具【难点】1、模具的结构一、模具分类（掌握）模具可分为冷冲模和型腔模两大类。冷冲模的结构形式很多，通常按如下几种方式分类：(1)按工序性质分类：落料模、冲孔模、弯曲模、拉深模等；(2)按工序组合方式分类：单工序模、级进模和复合模；(3)按上、下模的导向方式分类：无导向模、有导向的导板模、导柱模；(4)按凸、凹模的材料分类：硬质合金冲模、钢皮冲模、锌基合金冲模、聚氨脂冲模等；(5)按凸、凹模的结构和布置方法分类：整体模和镶拼模；正装模和倒装模；(6)按自动化程度分类：手工操作模、半自动模、自动模。二、冷冲模基本结构(如图1-5)（掌握）冷冲模结构是由以下四大部分零件组成的：(1)工作零件工作零件是直接参加冲压工作的零件，包括凸模、凹模、凸凹模。(2)定位零件定位零件是保证板料(或毛坯)在冲裁模中具有准确位置的零件。包括挡料销、导尺、侧刃、导正销等。(3)卸料及压料零件包括卸料板、压边圈、顶件装置等。(4)导向零件用以确定上下模的相对位置，保证运动导向精度的零件，如导套、导柱、导板等。(5)支撑零件即工作零件和上下模的固定零件，包括上下模座、凸模固定板、模柄等。(6)紧固及其他零件包括螺钉、销钉、弹簧、橡胶垫及其他。图1-5冲裁模的基本结构弯曲模动画拉深模动画三、模具工作过程（动画）尽管冷冲模具的结构零件千变万化的,但模具工作的过程是基本相同。教学要点【目的要求】1、冲压常用材料2、新型冲压材料3、模具常用材料1.3工艺中常用材料教学要点【重点】1、冲压常用材料熟悉常用材料【难点】一、冲压常用材料冲压最常用的材料是金属板料，有时也用非金属板料，金属板料分黑色金属和有色金属两种。黑色金属板料按性质可分为：1)普通碳素钢钢板如Q195、Q235等。2)优质碳素结构钢钢板这类钢板的化学成分和力学性能都有保证。其中碳钢以低碳钢使用较多，常用牌号有：08、08F、08Al、10、15、20等，冲压性能和焊接性能均较好，用以制造受力不大的冲压件。3)低合金结构钢板常用的如Q345（16Mn）、Q295（09Mn2）。用以制造有强度要求的重要冲压件。4)电工硅钢板如DT1、DT2。5)不锈钢板如1Crl8Ni9Ti，1Cr13等，用以制造有防腐蚀防锈要求的零件。常用的有色金属有铜及铜合金（如黄铜）等，牌号有红铜T1、T2、H62、H68等，其塑性、导电性与导热性均很好。还有铝及铝合金，常用的牌号有L2、L3、LF21、LY12等，有较好塑性，变形抗力小且轻。非金属材料有胶木板、橡胶、塑料板等。实例：冰箱二、常用金属冲压材料的规格1、常用金属材料的规格最常用的是板料，常见规格见附录B、附录C等。对大量生产可采用专门规格的带料（卷料）。特殊情况可采用块料，它适用于单件小批生产和价值昂贵的有色金属的冲压。2、轧制精度、质量等级等的规定板料按厚度公差可分为A、B、C三种；按表面质量可分为I、II、III三种。用于拉深复杂零件的铝镇静钢板，其拉深性能可分为ZF（最复杂拉深）、HF（很复杂拉深）、F（复杂拉深）3种。一般深拉深低碳薄钢板可分为Z（最深拉深件）、S（深拉深件）、P（普通拉深件）3种。3、材料供应状态板料供应状态可为：退火状态M、淬火状态C、硬态Y、半硬（1／2硬）Y2等。板料有冷轧和热轧两种轧制状态。三、新型冲压材料展望当代材料科学的发展已经做到：根据使用与制造上的要求，设计并研发新的材料，因此很多冲压用的新型板材应运而生。新型冲压用板材包括：高强度钢板、耐腐蚀钢板、双相钢板、涂层板及复合板材。1、高强度钢板是指对普通钢板加以强化处理而得到的钢板。通常采用金属强化，原理有：固溶强化、析出强化、细晶强化、组织强化(相变强化及复合组织强化)、时效强化及加工强化等。其中，前5种是通过添加合金成分和热处理工艺来控制板材性质的。高强度钢板的高强度有两方面涵义：其一，屈服强度、抗拉强度高，在270〜3l0MPa范围之内。用于汽车零件的高强度钢板，其抗拉强度可以达到600〜800MPa，而相应的普通冷轧软钢板的抗拉强度只有300MPa；其二，高强度钢板的应用，能减轻冲压件的重量，节省能源和降低冲压产品成本。2、耐腐蚀钢板开发新耐腐蚀钢板的主要目的是增强普通钢板冲压件的抗腐蚀能力。它有两类：一类是加入新元素的耐腐蚀钢板，如耐大气腐蚀钢板等。我国研制的耐大气腐蚀钢板中，有10CuPCrNi(冷轧)和9CuPCrNi(热轧)，其耐蚀性是普通碳素钢板的3～5倍；第二类是在表面涂或镀一层防腐材料，也为涂层板的一种。3、涂层板在耐腐蚀钢板中，镀覆金属层的钢板属于一种涂层板。因为传统的镀锡板、镀锌板等已不能适应汽车工业、电器工业、农用机械及建筑工业的需要，因此—些新品种的镀层钢板不断被开发出来。在涂层板中，各种涂覆有机膜层的板材具有更好的防腐蚀、防表面损伤的性能，因此正被大量用作各类结构件。4、复合板材涂覆塑料的钢板是—种复合板；不同金属板叠合在一起(如冷轧叠合等)也是一种复合板，或叫叠合复合板。这类复合板材破裂时的变形比单体材料破裂时的变形要大，其基本材料特性值(比如n值)变大四、模具常用材料1、选择材料的一般原则1）要有足够的使用性能（强度、塑性、韧性、硬度等）耐磨性坯料在模具型腔中塑性变性时，沿型腔表面既流动又滑动，使型腔表面与坯料间产生剧烈的摩擦，从而导致模具因磨损而失效。所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要的性能之一。硬度是影响耐磨性的主要因素。一般情况下，模具零件的硬度越高，磨损量越小，耐磨性也越好。另外，耐磨性还与材料中碳化物的种类、数量、形态、大小及分布有关。强韧性模具的工作条件大多十分恶劣，有些常承受较大的冲击负荷，从而导致脆性断裂。为防止模具零件在工作时突然脆断，模具要具有较高的强度和韧性。模具的韧性主要取决于材料的含碳量、晶粒度及组织状态。疲劳断裂性能模具工作过程中，在循环应力的长期作用下，往往导致疲劳断裂。其形式有小能量多次冲击疲劳断裂、拉伸疲劳断裂接触疲劳断裂及弯曲疲劳断裂。模具的疲劳断裂性能主要取决于其强度、韧性、硬度、以及材料中夹杂物的含量。高温性能当模具的工作温度较高进，会使硬度和强度下降，导致模具早期磨损或产生塑性变形而失效。因此，模具材料应具有较高的抗回火稳定性，以保证模具在工作温度下，具有较高的硬度和强度。耐冷热疲劳性能有些模具在工作过程中处于反复加热和冷却的状态，使型腔表面受拉、压力变应力的作用，引起表面龟裂和剥落，增大摩擦力，阻碍塑性变形，降低了尺寸精度，从而导致模具失效。冷热疲劳是热作模具失效的主要形式之一，帮这类模具应具有较高的耐冷热疲劳性能。耐蚀性有些模具如塑料模在工作时，由于塑料中存在氯、氟等元素，受热后分解析出HCI、HF等强侵蚀性气体，侵蚀模具型腔表面，加大其表面粗糙度，加剧磨损失效。2）良好的工艺性能模具的制造一般都要经过锻造、切削加工、热处理等几道工序。为保证模具的制造质量，降低生产成本，其材料应具有良好的可锻性、切削加工性、淬硬性、淬透性及可磨削性；还应具有小的氧化、脱碳敏感性和淬火变形开裂倾向。（1）可锻性具有较低的热锻变形抗力，塑性好，锻造温度范围宽，锻裂冷裂及析出网状碳化物倾向低。（2）退火工艺性球化退火温度范围宽，退火硬度低且波动范围小，球化率高。（3）切削加工性切削用量大，刀具损耗低，加工表面粗糙度低。（4）氧化、脱碳敏感性高温加热时抗氧化怀能好，脱碳速度慢，对加热介质不敏感，产生麻点倾向小。（5）淬硬性淬火后具有均匀而高的表面硬度。（6）淬透性淬火后能获得较深的淬硬层，采用缓和的淬火介质就能淬硬。（7）淬火变形开裂倾向常规淬火体积变化小，形状翘曲、畸变轻微，异常变形倾向低。常规淬火开裂敏感性低，对淬火温度及工件形状不敏感。（8）可磨削性砂轮相对损耗小，无烧伤极限磨削用量大，对砂轮质量及冷却条件不敏感，不易发生磨伤及磨削裂纹3）合理的经济性能在给模具选材是，必须考虑经济性这一原则，尽可能地降低制造成本。因此，在满足使用性能的前提下，首先选用价格较低的，能用碳钢就不用合金钢，能用国产材料就不用进口材料。另外，在选材时还应考虑市场的生产和供应情况，所选钢种应尽量少而集中，易购买。2、模具材料常见缺陷淬裂硬度不足变形超差脱碳放电加工引起的裂纹韧性不足磨削裂纹4、常用模具材料冷作模具钢：1）低淬透性冷作模具钢：T7A,T8A,T10A,T12A,V,MnSi,Cr2,9Cr2,Cr5.2）低变形冷作模具钢：9Mn2V,9Mn2,CrWMn,MnCrWV,9CrWMn,SiMnMo