沖壓工藝及模具－設(shè)計與實踐第1章沖壓工藝和沖壓模具概述

出 版 社 理 工 分 社沖壓工藝及模具設(shè)計與實踐 退 出頁第 1章 沖 壓 工 藝 和 沖壓 模 具 概 述 出 版 社 理 工 分 社沖壓工藝及模具設(shè)計與實踐 退 出頁 1.1 本 課 程 學 習 的 方 法 和 要 求沖 壓 工 藝 與 模 具 設(shè) 計 是 一 門 實 踐 性 和 實 用 性 很 強 的 學 科 。 它 以 金 屬 學 與 熱 處理 、 塑 性 力 學 、 金 屬 塑 性 成 形 原 理 以 及 許 多 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 學 科 為 基 礎(chǔ) 。1.2 沖 壓 工 藝 及 模 具 的 概 念 及 特 點沖 壓 是 利 用 安 裝 在 沖 壓 設(shè) 備 （ 主 要 是 壓 力 機 ） 上 的 模 具 對 材 料 施 加 壓 力 ， 使其 產(chǎn) 生 分 離 或 塑 性 變 形 ， 從 而 獲 得 所 需 零 件 （ 俗 稱 沖 壓 件 或 沖 件 ） 的 一 種 壓力 加 工 方 法 。 沖 壓 通 常 是 在 常 溫 下 對 材 料 進 行 冷 變 形 加 工 ， 且 主 要 采 用 板 料來 加 工 成 所 需 零 件 ， 所 以 也 叫 冷 沖 壓 或 板 料 沖 壓 。沖 壓 所 使 用 的 模 具 稱 為 沖 壓 模 具 ， 簡 稱 沖 模 。 沖 模 是 將 材 料 （ 金 屬 或 非 金 屬） 批 量 加 工 成 所 需 沖 件 的 專 用 工 具 。 沖 壓 工 藝 與 模 具 、 沖 壓 設(shè) 備 以 及 沖 壓 材 料 構(gòu) 成 沖 壓 加 工 的 三 要 素 ， 它 們 之 間的 相 互 關(guān) 系 如 圖 1.1所 示 。 出 版 社 理 工 分 社沖壓工藝及模具設(shè)計與實踐 退 出頁 圖 1.1 沖 壓 加 工 的 要 素與 機 械 加 工 及 塑 性 加 工 的 其 他 方 法 相 比 ， 沖 壓 加 工 無 論 在 技 術(shù) 方 面 還 是 經(jīng) 濟 方 面 都 具 有 許 多 獨 特 的 優(yōu) 點 。 主 要 表 現(xiàn) 在 ： 出 版 社 理 工 分 社沖壓工藝及模具設(shè)計與實踐 退 出頁 1.沖 壓 加 工 的 生 產(chǎn) 效 率 高 ， 且 操 作 方 便 ， 易 于 實 現(xiàn) 機 械 化 與 自 動 化 。 這 是 因為 沖 壓 是 依 靠 沖 模 和 沖 壓 設(shè) 備 來 完 成 加 工 ， 普 通 壓 力 機 的 行 程 次 數(shù) 為 每 分 鐘幾 十 次 ， 高 速 壓 力 機 每 分 鐘 可 達 數(shù) 百 次 甚 至 千 次 以 上 ， 而 且 每 次 沖 壓 行 程 就可 能 得 到 一 個 或 多 個 沖 壓 件 。2.沖 壓 時 由 模 具 保 證 了 沖 壓 件 的 尺 寸 與 形 狀 精 度 ， 且 一 般 不 破 壞 沖 壓 材 料 的表 面 質(zhì) 量 ， 而 模 具 的 壽 命 一 般 較 長 ， 所 以 沖 壓 件 的 質(zhì) 量 穩(wěn) 定 ， 互 換 性 好 ， 具有 “ 一 模 一 樣 ” 的 特 征 。3.沖 壓 可 加 工 出 尺 寸 范 圍 較 大 、 形 狀 較 復 雜 的 零 件 ， 如 小 到 鐘 表 的 秒 針 ， 大到 汽 車 縱 粱 、 覆 蓋 件 等 ， 加 上 沖 壓 時 材 料 的 冷 變 形 硬 化 效 應 ， 沖 壓 件 的 強 度和 剛 度 均 較 高 。 4.沖 壓 一 般 沒 有 切 屑 碎 料 生 成 ， 材 料 的 消 耗 較 少 ， 且 不 需 其 他 加 熱 設(shè) 備 ， 因而 是 一 種 省 料 、 節(jié) 能 的 加 工 方 法 ， 沖 壓 件 的 成 本 較 低 。 出 版 社 理 工 分 社沖壓工藝及模具設(shè)計與實踐 退 出頁 1.3 沖 壓 工 藝 基 本 工 序 及 模 具由 于 沖 壓 加 工 的 零 件 種 類 繁 多 ， 可 分 為 分 離 工 序 和 成 形 工 序 兩 大 類。 分 離 工 序 是 指 使 坯 料 沿 一 定 的 輪 廓 線 分 離 而 獲 得 一 定 形 狀 、 尺 寸和 斷 面 質(zhì) 量 的 沖 壓 件 （ 俗 稱 沖 裁 件 ） 的 工 序 ； 成 形 工 序 是 指 使 坯 料在 不 破 裂 的 條 件 下 產(chǎn) 生 塑 性 變 形 而 獲 得 一 定 形 狀 和 尺 寸 的 沖 壓 件 的工 序 。分 離 工 序 和 成 形 工 序 ， 按 基 本 變 形 方 式 不 同 又 可 分 為 沖 裁 、 彎 曲 、拉 深 、 成 形 和 冷 擠 壓 五 種 基 本 工 序 ， 主 要 沖 壓 工 序 名 稱 、 工 序 簡 圖、 工 序 特 征 及 相 應 模 具 簡 圖 見 表 1.1。 出 版 社 理 工 分 社沖壓工藝及模具設(shè)計與實踐 退 出頁 表 1.1 常 用 沖 壓 工 序 及 響 應 模 具 簡 圖 出 版 社 理 工 分 社沖壓工藝及模具設(shè)計與實踐 退 出頁 出 版 社 理 工 分 社沖壓工藝及模具設(shè)計與實踐 退 出頁 出 版 社 理 工 分 社沖壓工藝及模具設(shè)計與實踐 退 出頁 在 沖 壓 的 一 次 行 程 過 程 中 ， 只 能 完 成 一 個 沖 壓 工 序 的 模 具 稱 為 單 工 序 模 。 在不 同 的 工 位 上 同 時 完 成 兩 道 或 兩 道 以 上 沖 壓 工 序 的 模 具 稱 為 級 進 模 。 在 同 一工 位 上 完 成 兩 道 或 兩 道 以 上 沖 壓 工 序 的 模 具 稱 為 復 合 模 。1.4 沖 壓 技 術(shù) 的 發(fā) 展 歷 程 、 現(xiàn) 狀 及 方 向沖 壓 和 模 具 技 術(shù) 主 要 表 現(xiàn) 在 以 下 幾 個 方 面 ：1. 沖 壓 成 形 理 論 及 沖 壓 工 藝 方 面沖 壓 成 形 理 論 的 研 究 是 提 高 沖 壓 技 術(shù) 的 基 礎(chǔ) 。 應 用 塑 性 成 形 過 程 的 計 算 機 模擬 技 術(shù) ， 利 用 有 限 元 （ FEM） 等 數(shù) 值 分 析 方 法 模 擬 金 屬 的 塑 性 成 形 過 程 。精 密 沖 裁 加 工 零 件 的 厚 度 可 達 25mm， 精 度 可 達 IT67級 ； 用 液 體 、 橡 膠 、 聚氨 醋 等 作 柔 性 凸 模 或 凹 模 來 代 替 剛 性 凸 模 或 凹 模 的 軟 模 成 形 工 藝 ； 采 用 爆 炸 等 高 能 高 效 成 形 方 法 對 于 加 工 各 種 尺 寸 大 、 形 狀 復 雜 、 批 量 小 、 強 度 高 和 精度 要 求 較 高 的 板 料 零 件 。 出 版 社 理 工 分 社沖壓工藝及模具設(shè)計與實踐 退 出頁 2. 沖 模 設(shè) 計 與 制 造 方 面沖 模 是 實 現(xiàn) 沖 壓 生 產(chǎn) 的 基 本 條 件 。 在 沖 模 的 設(shè) 計 和 制 造 上 ， 以 下 兩 方 面 發(fā) 展： 一 方 面 ， 與 此 相 適 應 的 新 型 模 具 材 料 及 其 熱 表 處 理 技 術(shù) ， 各 種 高 效 、 精 密、 數(shù) 控 、 自 動 化 的 模 具 加 工 機 床 和 檢 測 設(shè) 備 以 及 模 具 CAD/CAM技 術(shù) 也 正 在 迅速 發(fā) 展 ； 另 一 方 面 ， 鋅 基 合 金 沖 模 、 聚 氨 醋 橡 膠 沖 模 、 薄 板 沖 模 、 鋼 帶 沖 模、 組 合 沖 模 等 各 種 簡 易 沖 模 及 其 制 造 技 術(shù) 也 得 到 了 迅 速 發(fā) 展 。3. 沖 壓 設(shè) 備 與 沖 壓 生 產(chǎn) 自 動 化 方 面在 數(shù) 控 四 邊 折 彎 機 中 送 人 板 料 毛 坯 后 ， 在 計 算 機 程 序 控 制 下 便 可 依 次 完 成 四邊 彎 曲 ， 從 而 大 幅 度 提 高 精 度 和 生 產(chǎn) 率 ； 在 高 速 自 動 壓 力 機 上 沖 壓 電 動 機 定、 轉(zhuǎn) 子 沖 片 時 ， 一 分 鐘 可 沖 幾 百 片 ， 并 能 自 動 疊 成 定 、 轉(zhuǎn) 子 鐵 芯 ， 生 產(chǎn) 效 率 比 普 通 壓 力 機 提 高 幾 十 倍 ， 材 料 利 用 率 高 達 97%； 標 稱 壓 力 為 250kN的 高 速 壓力 機 的 滑 塊 行 程 次 數(shù) 已 達 2000次 /min以 上 。 出 版 社 理 工 分 社沖壓工藝及模具設(shè)計與實踐 退 出頁 4. 沖 壓 新 材 料 方 面先 進 高 強 度 鋼 （ AHSS） 和 超 高 強 度 鋼 （ UHSS） 越 來 越 得 到 重 視 ， 并 大 量 應 用于 車 身 沖 壓 制 造 。 以 美 國 通 用 公 司 為 例 ， 15年 前 其 車 身 村 料 78%采 用 低 碳 鋼， 高 強 度 鋼 的 使 用 很 有 限 。 到 2004年 高 強 度 鋼 的 使 用 率 大 幅 度 上 升 ， 已 開 始采 用 AHSS和 UHSS， 其 使 用 率 達 到 12%， 2006年 使 用 率 增 至 18%。5. 沖 模 標 準 化 及 專 業(yè) 化 生 產(chǎn) 方 面沖 模 屬 單 件 小 批 量 生 產(chǎn) ， 沖 模 零 件 既 具 有 一 定 的 復 雜 性 和 精 密 性 ， 又 具 有 一定 的 結(jié) 構(gòu) 典 型 性 。 國 外 先 進 工 業(yè) 國 家 模 具 標 準 化 生 產(chǎn) 程 度 已 達 70%80%。 主要 體 現(xiàn) 在 標 準 化 程 度 還 不 高 （ 一 般 在 40%以 下 ） ， 標 準 件 的 品 種 和 規(guī) 格 較 少， 大 多 數(shù) 標 準 件 廠 家 未 形 成 規(guī) 模 化 生 產(chǎn) ， 標 準 件 質(zhì) 量 也 還 存 在 較 多 問 題 。