金属工艺学-板料冲压课件

1、第三章 冲 压 利用冲模在压力机上使板料分离或变形，从而获得冲压件的加工方法。又叫冷冲压。坯料一般为小于4mm的板料原材料：具有塑性的金属材料，如低碳钢、奥氏体不 锈钢、铜或铝及其合金等，也可以是非金属 材料，如胶木、云母、纤维板、皮革等。一、冲压概述二、冲压的特点1、可生产形状复杂的零件、零件精度高、表面粗 糙度低、互换性好。零件的强度高、刚度好； 2、材料的利用率高，一般可达7080%；3、适应性强，金属及非金属均可用冲压方法加工 ，零件可大可小。4、生产率高，每分钟可冲压小件数千件，易实 现机械化和自动化。5、模具结构复杂、制造成本高。三、冲压的基本工序分离工序变形工序基本工序剪切冲裁落

2、料冲孔切口修边剖切弯曲拉伸翻边成形分离工序示意图第一节 分离工序一、落料及冲孔 落料是被分离的部分为成品，而周边是废料；冲孔是被分离的部分为废料，而周边是成品；落料冲孔1.冲裁变形过程变形三阶段 冲裁力的变化 冲裁零件断面2.凸凹模间隙间隙小间隙大间隙适中单边间隙的计算式中 m与材料厚度、性能有关的系数； 板料厚度，单位为mm。c=m材料 m低碳钢、纯铁 m=0.060.09铜、铝合金 m=0.060.1高碳钢 m=0.081.2 冲裁间隙系数m值的选择 3.凹凸模刃口尺寸的确定 （1） 落料尺寸由凹模决定，应以凹模为设计基 准，凸模尺寸与凹模配制；（3）凹模的刃口基本尺寸应接近落料件的最小极

3、 限尺寸；凸模刃口基本尺寸应趋向于孔的最 大极限尺寸。（2）冲孔尺寸由凸模决定，应以凸模为设计基 准，凹模尺寸与凸模配制。（4）当凸、凹模采用配制加工时，刃口尺寸的制 造公差一般为冲裁件公差的1/41/3。 如果凸、凹模分别加工时，其制造公差之和应 小于或等于最大与最小间隙之差的绝对值，即： （凹+凸）Zmax Zmin。（5）刃口尺寸计算要根据模具制造特点，冲裁件 的形状简单时，其模具采用分别加工法计算， 冲裁件形状复杂时，其模具用配制法计算。落料凹模和冲孔凸模尺寸落料凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小的尺寸。冲孔凸模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大尺寸。二、修整 三、切断 （1）

4、外缘修整：修整冲裁件外形（2）内孔修整：修整冲裁件内孔4.冲裁件的排样 排样方式：有搭边排样、无搭边排样 第二节 变形工序 变形工序是使坯料一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序。1、拉深过程拉深中常见的缺陷1）拉穿拉穿出现的原因： 凸、凹模的圆角半径 凸、凹模间隙 拉深系数 m=d/D 润滑2）起皱为了防止起皱，可用压边圈把坯料压紧。起皱是由于法兰部分在切向力的作用下导致的结果。影响起皱的因素： 毛坯的相对厚度（/D） 拉深系数正确选择拉深系数 拉深系数不小于0.50.8。 坯料的塑性差取上限值，塑性好取下限值。 如果拉深系数过小，不能一次拉深成形时， 则可采用多次拉深工艺。旋压的基本要

5、点：(1)合理的转速;(2)合理的过渡形状;(3)合理加力。5、旋压圆头擀棒的旋压过程 旋压成形主要用于各类回转体，如灯罩、压力锅体、气瓶、导弹壳体及封头等。旋压系数：m=d/D一般m0.60.8二、弯曲 弯曲是将坯料弯成一定的角度，一定的曲率形成一定形状零件的工序。弯曲过程 弯曲产品弯曲中常出现的问题1）弯裂弯裂出现的原因： 内弯曲半径小 弯曲线与坯料纤维方向平行回弹现象-由于弹性变形的恢复，坯料略微弹 回一点，使被弯曲的角度增大。2）回弹弯曲时的回弹现象 1回弹前 2回弹后一般回弹角为010。 翻边是在坯料的平面部分或曲面部分上使板料沿一定的曲率翻成竖立边缘的冲压成型方法。分内孔翻边和外缘

6、翻边两种。3、翻边翻边筒翻边系数：K0=d0/d镀锡铁皮：K00.65酸 洗 钢：K00.681）胀形主要用于平板毛坯的局部胀形（或叫起伏 成型），如压制凹坑，加强筋，起伏形的花纹 及标记等。4、成形管坯胀形1凸模； 2凹模；3坯料；4橡胶；5外套2）另外，管类毛坯的胀形（如波纹管）、平板毛坯 的拉形等，均属胀形工艺。第三节 冲裁件结构工艺性 1.对冲裁件的要求一、冲压件的形状及尺寸（1）落料件的外形和冲孔件的内形应力求简单（2）冲裁件的结构尺寸必须考虑材料的厚度（3）转角处应尽量避免尖角，以圆角过渡。一般圆角半径为R0.25t（t为板厚）；1）弯曲件形状应尽量对称，弯曲半径不能小于材 料允许

7、的最小弯曲半径；2）弯曲边过短不易弯成型，故应使弯曲边高度H2s；2.对弯曲件的要求若H2s，则必须压槽，或增加弯曲边高度，然后加工去掉。弯曲边高 带孔弯曲件4）当L过小时,可在弯曲线上冲工艺孔,如对零件孔 的精度要求较高，则应弯曲后再冲孔。3）弯曲带孔零件时，为避免孔的变形，孔的位置 如图所示，L（1.52）s3.对拉伸件的要求1）外形应简单、对称；一般：rd2s，R（24）s，r3s。2）应尽量避免直径小而深度过深；3）底部与侧壁、凸缘与侧壁应有足够的圆角； 4）拉深件的壁厚变薄量一般要求不应超出拉伸 工艺壁厚变化的规律； 最大变薄率约在10%18%左右5）不要对拉深件提出过高的精度和表面

8、质量要求；二、简化工艺及节省材料的设计冲压焊接结构零件冲口工艺的应用消音器后盖零件结构三、冲压件的厚度尽可能采用较薄的材料；局部采用加强筋。四、冲压件的精度和表面质量落料件：不超过IT10冲孔件：不超过IT9弯曲件：不超过IT10IT9拉深件：高度尺寸精度不超过IT10IT8 直径尺寸精度不超过IT10IT94整修与精密冲裁 1凸模 2齿圈压板 3坯料 4凹模 5顶板a）带齿圈压板精冲b）普通冲裁 修整后冲裁件公差等级达IT6IT7，表面粗糙度Ra为0.81.6m。1、简单冲模五、冲模的分类和构造简单冲模模具简单，造价低。2、连续冲模（级进模）连续冲模生产率高，要求定位精度高。3、复合冲模落料

9、拉伸复合冲模拉伸件精度高，模具复杂。特种压力加工方法简介 精密模锻 零件挤压 零件轧制 超塑性成形 在模锻设备上锻造出形状复杂、高精度锻件的锻造工艺。如精密锻造锥齿轮，其齿形部分可直接锻出而不必再切削加工。 精密模锻件尺寸精度可达 ITl5ITl2、表面粗糙度值Ra3.21.6 m。右图是TSl2差速齿轮锻件图。 1、精密模锻 保证精密模锻的措施： (1) 精确计算原始坯料的尺寸，否则会增大锻件尺寸公差，降低精度。 (2) 精细清理坯料表面，除净坯料表面的氧化皮、脱碳层及其它缺陷等。 (3) 采用无氧化或少氧化加热法，尽量减少坯料表面形成的氧化皮。 (4) 精锻模膛的精度必须比锻件精度高两级。

10、精锻模应有导柱导套结构，以保证合模准确。精锻模上应开有排气小孔，以减小金属的变形阻力，更好地充满模膛。 (5) 模锻进行中要很好地冷却锻模和进行润滑。设备：精密模锻一般都在刚度大、运动精度高的设备(如曲柄压力机、摩擦压力机、高速锤等)上进行。特点：精度高；生产率高；成本低等。2、零件挤压挤压是使坯料在挤压模内受压被挤出模孔而变形的加工方法。按金属的流动方向与凸模运动方向的不同，挤压可分为如下四种： 挤压又可按坯料的挤压温度不同分为：热挤压、冷挤压和温挤压。(1) 热挤压：挤压时，坯料变形的温度高于再结晶温度，与锻 造温度相同。 特点：热挤压中，金属的变形抗力小，允许的变形程度较 大，生产率高。

11、但产品表面较粗糙。 应用：热挤压广泛地应用于冶金部门，生产铝、铜、镁及 其合金的型材和管材等。目前也越来越多地用于机 器零件和毛坯的生产。 (2) 冷挤压 挤压时坯料变形的温度低于再结晶温度，经常是 在室温下。 应用：图所示为纯铁底座零件，长期以来是采用切削加工方法制造，工序多。改用冷挤压成形后，一次挤压成形，尺寸精度完全符合设计要求，表面粗糙度值为Ra1.40.8 m。 特点：冷挤压中，金属的变形抗力较大，变形程度不宜过大。 变形后的金属，其内部组织为冷变形强化组织，故产 品的强度高，且产品的表面较光洁。(3) 温挤压 温挤压时金属坯料变形的温度介于室温和再结晶温度之间(100800)。特点

12、： 与热挤压相比，坯料氧化脱碳少，表面粗糙度值低，产品 尺寸精度较高。 与冷挤压相比，变形抗力低，增大了每个工序的变形程 度，提高了模具的寿命，扩大了冷挤压产 品材料的品种。温挤压产品的表面粗糙度值可达Ra6.33.2m。应用：适合于挤压中碳钢和合金钢件。零件挤压工艺具特点：(1) 挤压时金属坯料处于三向受压状态，可提高金属坯料的塑性，因而适合于挤压的材料品种多，如非铁金属、碳钢、合金钢、不锈钢及工业纯铁等。在一定的变形量下，某些高碳钢、轴承钢，甚至高速钢等也可进行挤压。(2) 可制出形状复杂、深孔、薄壁和异型断面的零件。(3) 挤压零件的精度可达IT7IT6，表面粗糙度值可达Ra3.20.4

13、m，从而可达到少、无屑加工的目的。(4) 挤压变形后，零件内部的纤维组织基本上是沿零件外形分布而不被切断，从而提高了零件的力学性能。(5) 节省原材料。其材料利用率可达70，生产率也较高，比其它锻造方法提高几倍。设备：挤压是在专用挤压机(有液压式、曲轴式、肘杆式等)上进行的，也可在适当改造后的通用曲柄压力机或摩擦压力机上进行。3、 零件轧制优点：生产率高、质量好、成本低，并可大量减少金属 材料消耗等。分类：根据轧辊轴线与坯料轴线方向的不同，轧制分为 纵轧、横轧、斜轧、楔横轧等几种。1）纵轧 纵轧是轧辊轴线与坯料轴线互相垂直的轧制方法。包括各种型材轧制和辊锻轧制等。 辊锻轧制是使坯料通过装有弧形

14、模块的一对作相反旋转的轧辊，受压变形的生产方法。 辊锻轧制既可作为模锻前的制坯工序，也可直接辊锻工件。目前，成形辊锻适用于生产如下三种类型的锻件： (1) 扁断面的长杆件：如板手、活动扳手、链环等。 (2) 带有不变形头部、而沿长度方向横截面面积递减的锻件：如叶片等。叶片辊锻成形与铣削成形相比，材料利用率提高4倍，生产率提高2.5倍，且叶片质量好。 (3)连杆件：用辊锻工艺锻制连杆生产率高，工艺过程得以简化，但需进行后续的精整工艺。 (1)辗环轧制 它是用来扩大环形坯料的内外直径，获得各种环状零件的轧制方法。 2）横轧 这种方法生产的环类件呈各种形状，如火车轮箍、轴承座圈、齿轮及法兰等。 (2

15、) 齿轮轧制 采用热横轧可制造出直齿轮和斜齿轮这是一种无屑或少屑加工齿轮的新工艺。下图为热轧齿轮示意图。 轧制前将坯料加热，然后将带有齿形的轧轮1 作径向进给，迫使轧轮与坯料 2对辗，这样坯料上的一部分金属受压形成齿谷，相邻部分的金属被轧轮齿部“反挤”而上升，形成齿顶。 3）斜轧 斜轧亦称螺旋斜轧。它是轧辊轴线与坯料轴线相交一定角度的轧制方法。 如钢球轧制、周期轧制、冷轧丝杠等。 4）楔横轧 带有楔形模具的两(或三个)轧辊，以相同的方向旋转，棒料在它的作用下反向旋转的轧制，称为楔横轧。下图为两辊式楔横轧。 超塑性成形也是压力加工的一种新工艺。 超塑性是指金属或合金在特定条件下，即低的形变速率( = 10-2 10-4 s-1)、一定