第四讲板料成形技术

第四讲板料成形技术演示文稿当前1页，总共55页。（优选）第四讲板料成形技术当前2页，总共55页。已开发研试的各种精冲方法当前3页，总共55页。已开发研试的各种精冲方法（续）当前4页，总共55页。精冲技术的发展历史FritzSchiess于1919年开始研究，至1923年3月9日由德国专利局批准了他申请的《金属零件的液压冲裁与冲压装置》技术专利。1924年FritzSchiess在德国建立了精冲模制造车间并于1925年生产出第一个精冲件。此后到1950年，该技术一直秘密地用于钟表制造业。1952年瑞士出现了第一个研究与开发精冲技术的专业公司，即HeinrichSchmid公司，该公司首先设计并制造出轴杆传动机械式三动精冲压力机。1956年该公司制造了第一台全液压三动精冲压力机。1957年该项技术从秘密走向公开，瑞士又相继成立了几个精冲专业公司，为强力齿圈压板精冲技术在1958年以后的推广及发展注入了新活力，该技术很快推广到法国、意大利、英国与美国。当前5页，总共55页。精冲技术的发展历史1960年后，开发生产出全液压三动专用精冲压力机并投放国际市场。日本从1960年开始开发精冲技术，1962年在生产中得到应用。1962年第一次发表精冲理论，1963年中国翻译在《机械译丛》杂志上发表。1965年中国原机械科学研究院机电研究所、西安交通大学与西安仪表厂合作研制和开发精冲技术，同年投入生产。当前6页，总共55页。精冲技术的发展历史1965年西安仪表厂从瑞士引进一台800kN轴杆式三动精冲机，生产仪表零件。日本于1964年引进瑞士的技术专利制造精冲机，1966年制出500kN卧式精冲机，1967年又制出4000kN、8000kN全液压精冲机。中国于1966年后停滞了10年。1960-1970年，精冲件生产已扩展到办公机械、照相机、缝纫机、计算机、通讯仪器、电气开关、收音机等；同时，进入汽车、摩托车、拖拉机、起重运输机械、纺织机械和自行车等零件的制造行业。当前7页，总共55页。精冲技术的发展历史1971年后，瑞士精冲公司发展迅猛。1968年，日本发明了对向凹模精冲技术，并于1973年开始在生产中应用。1976年，中国于瑞士开始技术交流，翻译《使用精冲手册》。1976年后，武汉733厂在开式双柱固定台压力机上安装液压装置，精冲电传打字机零件成功。1977年，原一机部北京机电所设计的精冲液压模架在天津第三开关厂投入使用。1978年，哈尔滨锻压机床厂研制出250kN，内江锻压机床厂研制出1000kN全液压三动精冲压力机。当前8页，总共55页。精冲技术的发展历史1981年中国研制出6300kN精冲压力机，国际最先进达到25000kN。1985年后，强力齿圈压板精冲技术更加完善，工艺技术上升到一个新的高度。

精冲件最大外廓尺寸：800mm

精冲件最大料厚tmax： 铝板tmax=25mm

钢板tmax=16mm(σb≤500MPa) tmax=20mm(σb≤420MPa)当前9页，总共55页。精冲技术的发展前景精冲材料方面的发展 钢板精冲取决于其机械性能、化学成分、金相组织及外观质量。对钢而言，屈强比σs/σb≈60%，延伸率尽可能高，球化退化后σb≤500MPa是其可否精冲的基本条件。为了突破上述极限，精冲高强度厚钢板，开发精冲性能好的高强度微量合金细晶粒钢获得突破。由于高强度微量合金细晶粒钢良好的使用性能，愈来愈多地用于精冲件生产。原材料的初始强度及其在精冲过程中的冷作硬化可获得冲切面硬度很高的精冲件，而且冲切面无裂纹与其它缺陷。当前10页，总共55页。精冲零件结构工艺性及其扩展

精冲早已不限于平板零件的冲裁，已向各种立体成形零件延伸。包括：弯曲、拉伸、翻边、压形、冷挤、沉孔等精冲工艺。精冲已从纯冲裁进入板料冲压的所有工艺作业。因此，称为精密冲压更确切。精冲料厚的范围已达到0.5-25mm，精冲材料强度σb已突破600MPa而达到900MPa；精冲件结构尺寸的限制也随模具的高强度、高韧性、高耐磨材料的应用不断突破。精冲技术的发展前景当前11页，总共55页。精冲模具的发展

精冲模向“高精度、高效率、高寿命”及大型化方向发展，促进了精冲工艺应用的普及和扩展。精冲技术的发展前景当前12页，总共55页。精冲设备及其自动化精冲设备是指一个完整的精冲机组，包括：开卷机、校平机（或随机校平装置）、送料装置、自动润滑系统、主机、自动检测系统、主机与模具保险系统、出件装置、废料切断及卸料系统、成品冲件分选及输送系统、自动去毛刺装置以及故障与事故报警系统、噪声防护装置、人身安全保护系统等等。用计算机辅助精冲机组以自动控制精冲过程，实现全部工艺过程由计算机控制，实现全自动化生产。上述全过程通过摄录像并在操作间或调度指挥室计算机荧屏上显示出来。无论哪个环节违规动作，计算机都会捕追到第一手信息传送给指挥机以便及时纠正。精冲技术的发展前景当前13页，总共55页。（2）液压成形技术（１）管材液压成形（２）液压胀球（３）板材液压成形当前14页，总共55页。管材液压成形管材液压成形起源于19世纪末，当时主要用于管件的弯曲。由于相关技术的限制，在以后相当长一段时间内，管材液压成形只局限于实验室研究阶段，在工业上并未得到广泛应用。但随着计算机控制技术的发展和高液压技术的出现，管材液压成形开始得到大力发展。上世纪90年代,伴随着汽车工业的发展以及对汽车轻量化、高质量和环保的要求，管材液压成形受到人们重视，并得到广泛应用。当前15页，总共55页。

管材液压成形的原理首先，将原料(直管或预先弯曲钢管)放入底模，然后管件两端的冲头在液压缸的作用下压入，将管件内部密闭，冲头内有液体通道，液体不断流入管件；此时，上模向下移动与下模共同形成封闭的模腔；最后，高压泵与阀门控制液体压力不断增大，冲头向内推动管件,管壁逐渐贴近模具变形,最终得到所需形状的产品。如果零件较为复杂，还需在成形前进行预成形——将管坯弯曲或冲压成与最终零件较为近似的形状，接下来退火以消除预成形所带来的残余应力；在管坯最终成形后，还需要进行一些后处理，如切除废料或表面处理等。当前16页，总共55页。

管材液压成形的关键问题管材液压成形的关键问题是怎样控制材料的流动，以保证得到合格的零件，这主要取决于液体压力的控制。如果有轴向加载，还同轴向加载大小以及两者之间的匹配关系有关。成形中常见的缺陷主要是折曲起皱和破裂，需优化加载策略，计算机对液体压力和轴向推力进行精确控制，从而加工出合格的零件。除此之外，影响成形还有润滑条件、工件和模具材料性能以及表面质量等。提高工件和模具的表面质量，加上良好的润滑条件可以减小材料流动的摩擦力，有助于成形。当前17页，总共55页。

管材液压成形的应用

宝马汽车后桥当前18页，总共55页。

管材液压成形的应用

宝马汽车的排气系统零件当前19页，总共55页。液压胀球液压胀球技术为哈尔滨工业大学王仲仁教授首创，此技术产生于上世纪80年代，曾先后获得省科技进步一等奖及国家发明奖。同时，在第18届北美加工研究会上，液压胀球被列为五项新成果之首。相对于传统的球形容器加工工艺，此技术具有缩短生产周期，降低生产成本，提高成形质量等优点。且利用此技术不要大型压力机和模具。因此，此技术已逐渐成为制造球形容器的主流技术。当前20页，总共55页。

液压胀球的基本原理其基本原理是用单曲率壳体或板料，经过焊接后组装成一个封闭的多面壳体或单曲率壳体；在壳体中充入传压介质，使之发生塑性变形并逐步胀形成为球形容器。理论依据：（1）力学上的趋球原理，即曲率半径不同的壳体在趋球弯矩的作用下将逐渐趋于一致；（2）金属材料存在塑性变形的自动调节能力，当某一区域的变形过为集中，则该区域将发生变形强化，塑性变形转移至它处。当前21页，总共55页。液压胀球的主要工序a.下料b.弯曲c.组装焊接d.液压胀形当前22页，总共55页。液压胀球成形两个关键点传压介质的加载：包括液压泵的流量、加载速度以及保压时间。一般来说，在成形初期可使用大流量和大的加载速度；但在成形末期，必须降低流量和加载速度。在成形过程中，当压力达到适当的值时，还须保持一段时间，利于球壳成形。焊接质量：决定着成形的成功与否。焊接质量不好会造成成形过程中焊接处开裂。因此在成形前需对焊接处进行表面探伤，一旦发现焊接处有裂纹，需及时修补。当前23页，总共55页。液压胀球技术的优点当前24页，总共55页。液压胀球的应用建筑当前25页，总共55页。液压胀球的应用当前26页，总共55页。液压胀球的应用当前27页，总共55页。液压胀球的应用当前28页，总共55页。液压胀球的应用当前29页，总共55页。液压胀球的应用当前30页，总共55页。液压胀球的应用容器当前31页，总共55页。液压胀球的应用当前32页，总共55页。板材液压成形板材液压成形则是从管件液压成形推广而来。美国、德国和日本相继于上世纪五、六十年代开发出了橡皮囊液压成形技术。但由于橡皮囊易损坏需经常更换，并且成形时需很高压力以消除法兰部位的起皱，在实际生产中并没有得到广泛应用。后来日本学者对此进行了改进，去除了橡皮囊，开发出对向液压拉深技术。当前33页，总共55页。板材液压成形的原理

在板材液压成形中，应用最为广泛、也最为成熟的是对向液压拉深技术。将板料放置于凹模上，压边圈压紧板料,使凹模型腔形成密封状态。当凸模下行进入型腔时，型腔内的液体由于受到压缩而产生高压，最终使毛坯紧紧贴向凸模而成形。当前34页，总共55页。板材液压成形的原理当前35页，总共55页。板材液压成形的原理当前36页，总共55页。板材液压成形的现场当前37页，总共55页。板材液压成形的现场当前38页，总共55页。板料液压成形的应用当前39页，总共55页。板料液压成形的应用当前40页，总共55页。板料液压成形的应用当前41页，总共55页。板料液压成形的应用当前42页，总共55页。板材液压成形的新进展对现有工艺的引申和扩展。例如周向液压拉深技术以及板材成对液压成形技术等。周向液压拉深技术是在对向拉深的基础上将液体介质引导至板材外周边，对板材产生径向推力，使板材更易向凹模内流动；实现双面润滑，减小了板材流动阻力，进一步提高成形极限。周向液压拉深的拉深比可达到3.3，高于一般的液压拉深所能达到的拉深比。另一方面则是技术的改进。由于压边力在成形中起着重要的作用，对于不规则零件，在成形时法兰处材料的流动情况是不一样的。为了控制法兰不同区域材料的流动，研制出了多点压边系统。此系统具有多个液压缸,每个液压缸独立控制一个区域的压边力，达到不同区域所需压边力不同的目的。

当前43页，总共55页。（3）金属板料数字化成形市场的竞争要求企业不仅能快速响应市场的变化，而且能不断地通过技术创新，推出新产品引导市场；传统成形工艺模具的设计和制造过程周期长、费用高；金属板料的数字化成形，为新车型的开发提供了一种先进手段。当前44页，总共55页。国内外概况1

旋压成形是最常用的板料无模成形技术之一2CNC成形锤渐进成形法3

多点成形法4

金属板料数控渐进成形冲头工件弹性下模当前45页，总共55页。一种基于计算机技术、数控技术和塑性成形技术基础之上的先进制造技术，其特点是采用快速原型制造

技术（RapidPrototyping简称RP）分层制造（LayeredManufacturing）的思想，将复杂的三维形状沿Z轴方向切片（离散化），即分解成一系列二维断面层，并根据这些断面轮廓数据，用计算机控制一台三轴联动成形机，驱动一个工具头，以走等高线的方式，对金属板料进行局部地塑性加工。即，无须制造模具，用渐进成形的方式，将金属板料加工成所需要的形状。金属板料的数字化成形当前46页，总共55页。基本原理一

被加工板材

成形工具导柱夹板支架托板底座将板料放置于托板上，四周用夹板夹紧。托板可以沿导柱自由上下滑动。当前47页，总共55页。根据切片断面轮廓数据，用计算机控制三轴联动成形机驱动一个成形工具对板料压下一个量，并以走等高线的方式，对板料进行加工。基本原理二当前48页，总共55页。每完成一个断面层轮廓的加工后，工具头沿Z轴方向压下一个高度H，接着加工下一层的断面轮廓，如此循环往复直至工件最终成形。基本原理三当前49页，总共55页。