電氣工程及其自動化-沖壓工藝

目錄原理： 3用途： 3工序分類： 4工藝分類： 4沖壓加工主要應用： 5工藝展望： 6原理：沖壓工藝是一種金屬加工形式。其作用的原理是通過該工藝使使金屬塑性變形。它利用模具和沖壓設施對金屬板施加壓力，使金屬板發(fā)生塑性變形或區(qū)別，從而獲得具備一定輪廓、尺寸和機能的整機（沖壓件）。用途：沖壓成形技術在車身制造過程中起著重要的作用，特別是對大型汽車車身板件來說，由于它們大多形狀復雜，結(jié)構(gòu)尺寸大，有的是空間曲面，輪廓品質(zhì)要求高，沖壓加工舉措是無法比擬的。生產(chǎn)這些整機的其他加工方式。轎車的駕駛室、前金屬板件、廂式車板、各種車身面板和各種卡車客車骨架幾乎都是沖壓成型的。 沖壓工藝以及其基本原理為沖壓應用于加工圓孔、孔翻邊、錐形沉孔、切割成形、凸形、平沉孔、加強筋和凸形。在沖裁過程中，使沖頭對工件施加壓力，使其工件進入模具。當沖頭升起時，出料板將工件從沖頭上拉下來。沖床牢固并引導模具，使沖頭不接觸模具或出料板。沖裁力——沖孔需要的沖裁力取決于4個重要變量，而其它成形操作都有獨特的壓力計算公式；在P*T*Y*S型沖床中，沖床所需的沖力基于P沖床的圓周。圓周越大，其所需下料力越大，T型質(zhì)料越厚。厚度越大，Y材料的屈服強度系數(shù)越大。S-剪切系數(shù)越大，質(zhì)料所需的強度就越大。增大邊緣的坡度意味著減小沖頭力剪切邊緣的優(yōu)點是沖頭的端面不一定是平的。它以一定的角度形成一個剪切面，降低了沖壓所需的壓力。剪切磨削應對稱，以避免模具上的橫向載荷，因為橫向載荷會導致模具彎曲變形，增加毛邊和沖壓位置不準確。圓沖頭表面磨凹，可使沖力降低70%以上。實際效果與沖頭直徑、凹面深度和材料厚度有關。凹剪有利于階梯式?jīng)_壓，降低了沖壓件的最大承載能力。斷裂帶——對穿孔壁仔細檢查，發(fā)覺斷裂帶。當沖頭壓力下產(chǎn)生塑性變形或者曲折時，質(zhì)料會產(chǎn)生通亮的壁面。一旦達到材料的屈服點，隨著材料的分離而產(chǎn)生無光澤的粒狀表面。廢物排放-一定要將廢物放入廢物收集箱。廢水排放罐通常是傾斜的。它利用重力的作用把廢物達到收集箱。有時候廢料會粘在沖頭表面上，原因可能是潤滑油以及沖頭把材料擠入凹模時產(chǎn)生的真空度。如果發(fā)生這種情況，下一個行程將由廢料表面而不是沖頭沖壓，這將損壞模具。一般來說，嚴格改進模具維護程序可以控制廢料。沖頭-沖頭的作用是將工件壓入模具的型腔。一般規(guī)則是凸模硬度大于工件硬度，但如果凸模過硬，脆硬易斷，同硬度不高容易磨損的軟模具一樣毫無用處。氮化鈦（TiN）——一般用來處理凸模并形成一層堅硬耐磨的表面，但沖模內(nèi)部又有一定韌性，這樣沖模外面耐磨，又不容易折斷。模具-模具腔是將材料彎曲超過屈服點，使其工件與廢料分離。只要模具維護使用得當，凸模決不會碰到凹模，它們彼此間隙也不會太大。所以，模具設計主要考慮的方面是“凹模與凸模間隙”的問題。大概是指沖頭和模孔尺寸之間的差異。出料板-出料板將會沖頭與工件離開。出料板是沖頭不會碰到出料板。但必須靠近卸料板。一旦沖頭和卸料之間的間隙過大，隨著沖頭的升高，工件將會向上翹曲。用凹模加工的出料板形狀與沖頭和凹模相仿。工件擦傷——一定要采用合適的卸料板間隙，并且注意保護卸料板表面，把凸模從材料上脫開需要一定的力。卸料彈簧-卸料彈簧使卸料板與工件分開，并使沖頭穿過工件進入模具。因為卸料彈簧失效，凸?？赡芸ㄔ诠ぜ?，導致故障停機，材料報廢事小，還會造成增加調(diào)整機器時間等問題。沖裁力的計算：1）沖裁力：P沖裁=1。在3L*T*U公式中：L-下料件的周長T-下料件厚度-材料抗剪強度由表中得出u=440MPa。考慮到材料厚度可能不一樣，磨具刃口磨損，沖頭與凹面之間的間隙，材料性能的變化，實際下料時應增加30%的下料力。卸料力、頂力、頂出力：在下料時，工件或廢料從沖頭上取下的力稱為卸料力，我們稱沿下料方向從模具中推出的力為頂出力，反向下料方向推出的力為頂出力?，F(xiàn)在，大多數(shù)經(jīng)驗公式都用于計算：卸料力P卸料=K卸料*P沖（牛）擠力P推=N.K推*P沖（牛）頂件力P推=K推（牛）頂件力P沖（牛）頂件力：P沖-落料力N-卡在模具中的工件（或廢料）數(shù)量。而且N=K卸荷力K推，K推，K推分別。頂力系數(shù)工序分類：沖壓工序可分為四個基本工序： 沖壓：沖壓工藝（包括沖壓、落料、修邊、切割等）分離金屬板。 彎曲：將板料沿彎曲線彎成一定的角度和形狀的沖壓工序。 拉深：將平面金屬板加工成各種開口空心件或進一步改變空心件形狀和尺寸的沖壓工藝。 局部成形：用各種不同性質(zhì)的局部變形來改變毛坯或沖壓件形狀的沖壓工序(包括翻邊、脹形、校平和整形工序等) （1）沖壓是一種生產(chǎn)效率高、材料消耗少的加工方法。沖壓工藝適用于大批量生產(chǎn)零件和產(chǎn)品，易于實現(xiàn)機械化和自動化，生產(chǎn)效率較高。同時，沖壓出產(chǎn)不但力圖消減鋪張和無浪費的生產(chǎn)，并且在某些情況下充分使用邊角余料。 （2）操作工藝方便，不需要操作者有較高水平的技藝。 （3）沖壓件一般不需要加工，尺寸精度高。 （4）沖壓件互換性高。沖壓加工穩(wěn)定性好，同一批沖壓件可以互換使用，不影響裝配和產(chǎn)品性能。 （5）因為沖壓件為金屬板，外表質(zhì)量好，為后續(xù)的表面處理工藝（如電鍍、噴漆等）供應了便利條件。 （6）沖壓加工能獲得強度高、剛度大而重量輕的零件。 （7）用模具批量生產(chǎn)的沖壓件成本低廉。 （8）沖壓可生產(chǎn)復雜零件，難以用其他金屬加工方法加工。工藝分類：沖壓一般按工藝分類，可以分為分離工藝和成形工藝兩大類。分離過程，又稱落料，是在保證分離段品質(zhì)規(guī)格的同時，沿著要求的輪廓線將沖壓件與金屬板分離。成形過程的目的是使板材塑性變形而不破壞坯料，并使工件的形狀和尺寸達到要求。在實際生產(chǎn)中，工件中往往有應用到很多工藝，沖壓工藝中最主要的工藝有沖壓、彎曲、剪切等。在基本沖壓工藝中，沖裁使用較多，主要是依靠模具分離材料。可直接制作扁平件或為彎曲、拉拔、成形等其它沖壓工藝制備毛坯，也可對成形的沖壓件進行切割、修邊。下料廣泛應用于汽車、家電、電子、儀器儀表、機械、鐵路、通訊、化工、輕工、紡織、航天等行業(yè)。沖裁工藝占整個沖壓工藝的50%-60%。彎曲：將金屬板、管件和型材彎曲成一定角度、曲率和形狀的塑性成形方法。彎曲是沖壓生產(chǎn)中廣泛應用的重要工藝之一。金屬材料之所以會彎曲是因為金屬的彈性塑變形。一旦卸料以后，工件會發(fā)生回彈，彈性會恢復。回彈影響工件的精度，是彎曲加工中需要考慮的重要技術。素描：又稱素描或壓延，是一種利用模具將坯料的坯料改為敞開的中空部分的沖壓工藝。對于圓柱形、階梯狀、圓錐形、球形、箱形等不規(guī)則形狀的薄壁件，可采用拉拔加工。如果與其他沖壓工藝相配合，也可以制造形狀極其復雜的零件。在沖壓生產(chǎn)中，有種種深沖件。因為其幾何特征的影響，胚料的位置、性質(zhì)及其各個部分的應力狀態(tài)以及其力的分布規(guī)律都會有很大的區(qū)別，甚至其本質(zhì)上都會有所不同。所以，工藝參數(shù)的確定方法、工序的數(shù)量和順序以及模具設計的規(guī)則和方式是不一樣的。根據(jù)變形力學的特點可以將深沖件分成四種，分別是直壁回轉(zhuǎn)體（圓柱部分）、直壁非回轉(zhuǎn)體（盒體）、曲面回轉(zhuǎn)體（曲面形狀部分）和曲面非回轉(zhuǎn)體。拉深是利用拉深模對金屬板施加張力，使金屬板發(fā)生不均勻的拉應力和應變，然后使金屬板與拉深模結(jié)合面慢慢的擴展，直到完全符合拉深模型面。拉伸成形的一般應用對象是具有一定塑性的雙曲面，表面積大，曲率變化平緩平滑，質(zhì)量高（形狀準確，流線流暢，質(zhì)量穩(wěn)定）。因為采用的工藝設備簡單方便，拉伸成形成本低，柔性大。但是材料利用率和生產(chǎn)率都很低。紡紗是一種金屬旋轉(zhuǎn)加工技術。在加工的過程中，坯料與紡絲模一起主動旋轉(zhuǎn)，紡絲頭在坯料和紡絲模具周圍主動旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)頭相對于芯模和坯料移動，導致坯料局部局部變形，并獲得所需的空心旋轉(zhuǎn)部件。成形是基于已確定的磨料形狀對產(chǎn)品形狀進行二次修改。一般體現(xiàn)在壓面、彈簧腳等部位。針對部分材料存在彈性，沒有辦法保證一次成型品質(zhì)時，采用的再次加工。脹形的原理是用模具加工零件，使板材拉伸變薄，增加局部表面積的一種方法。經(jīng)常使用的有波狀成形、圓柱形（或管狀）毛坯的脹形和扁平毛坯的拉伸成形。脹形一般可以通過剛性模脹形、橡膠脹形和液壓脹形等不同的方式實現(xiàn)。翻邊是將薄板預制孔邊沿或預制孔邊緣的狹小區(qū)域內(nèi)的質(zhì)料沿曲線或直線彎曲成垂直邊緣的一種塑性加工方式。一般翻邊工藝主要是用于加強零件的邊緣位置，將零件之間連接起來，使得零件的結(jié)構(gòu)更加合理并且具有特別的形狀，并且對零件的剛度也有很好的提升。當形成大的金屬板時，它也可以作為控制斷裂或皺紋的一種手段。因而廣泛應用于汽車、航空、航天、電子、家電等行業(yè)。收縮是一種沖壓方法，可以減小已拉伸的無法蘭空心件或管坯開口端的直徑。工件頸縮先后的端部直徑變化不應過大，否則端部質(zhì)料會因過大的壓力變形而起皺。因此，通常需要將頸部從較大直徑縮小到較小直徑。 沖壓加工主要應用： 由于沖壓擁有這些好處，沖壓加工在國民經(jīng)濟的各個領域獲得了普遍的應用。舉個例子，在化工、醫(yī)療器械、家用電器和輕工業(yè)，航空航天、航空、軍事、機械、交通、中都有沖壓工藝。它不僅在各個行業(yè)都有應用到，在生活中我們每個人都對沖壓產(chǎn)品有所接觸，如飛機、火車等產(chǎn)品上都有一些大大小小的沖壓件，其車身、車架等都是由這些沖壓件加工而來。另外根據(jù)相關數(shù)據(jù)表明，絕大多數(shù)的車和手表都是屬于沖壓件，電視等物品中沖壓件占的比例更高。另外在食品中，金屬罐以及一些不銹鋼餐具均是用的模具沖壓產(chǎn)品。即便是計算機的硬件也不會沒有沖壓件。 但是，在沖壓過程中使用的模具一般是特殊的。復雜零件在某些時候會需要幾套模具加工成形，在制作模具的時候，對制作人員的技術有很高的要求，需要很高的制作精度。它基于的是一種技術密集型產(chǎn)品。因此，當生產(chǎn)沖壓件是，只有通過大規(guī)模的生產(chǎn)才能夠體現(xiàn)其優(yōu)勢，并且為生產(chǎn)者帶來相應的經(jīng)濟效益。 當然，燙印也有一些問題和缺陷。大部分表現(xiàn)在沖壓過程中產(chǎn)生的噪聲和振動兩種公害，在作業(yè)過程中一些安全事故時有發(fā)生。但是，出現(xiàn)安全事故主要是因為制作過程中使用的是傳統(tǒng)的設備以及操作人員的技術問題，并不是因為沖壓工藝以及模具本身的問題。現(xiàn)在，隨著科學技術的進步，特別是計算機技術的高速發(fā)展，還有機電一體化技術的進步，這些問題將盡可能快的得到解決。工藝展望： （1）沖壓技術未來會更加科學、數(shù)字化?？茖W化一般體現(xiàn)在對成形進程、產(chǎn)物品質(zhì)、老本和效益的預算和控制上。成形過程的數(shù)值模擬技術將在實用性上取得很大進步，并與數(shù)字化制造系統(tǒng)很好地進行集成。人工智能技術和智能控制將從簡單的形狀件成形發(fā)展到復雜的形狀件成形，比如面板，從而真正意義上進入實用階段。這就是說，這一趨勢是向信息化、高速生產(chǎn)和高精度發(fā)展。因此，從設計技術的角度來看，發(fā)展的重點是大力推廣CAD/CAE/CAM技術的應用，不斷提高效率，尤其是板料成形過程的計算機模擬分析技術。模具CAD和CAE技術應向宣傳、集成、智能化和網(wǎng)絡化方向發(fā)展，提高模具CAD和CAM系統(tǒng)的專業(yè)化程度。 （2）產(chǎn)品制造的