试论冲压成型工艺在金属板材中的应用

【摘 要】板材成型性能的好坏会直接影响到冲压工艺过程、生产率、产品质量和生产成本。板料的冲压成型性能好，对冲压成型方法的适应性就强，就可以采用简便工艺，高生产率设备，生产出优质低成本的冲压零件。本文简要介绍了金属板材的冲压成型理论和特性，重点介绍了冲压技术的发展水平，同时说明了金属板材的冲压成型性能和未来金属板材成型行业发展的关键。

【关键词】冲压；板材；成型

冲压成型是指靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件（冲压件）的加工成型方法。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。全世界的钢材中，有 60%～70%是板材，其中大部分经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包，容器的壳体，电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。

1.冲压成型的特性

冲压成型是一种常见的机械加工方法，冲压加工所生产出来的冲压，应用领域可说是包罗万象，比如： 消费电子产品、机械、五金、运输工具等产业均少不了它的存在。冲压件相对于其他加工方法可以说具有不可取代的地位，主要特性包括：①高的材料利用率。②可加工薄壁、形状复杂的零件。③冲压件在形状和尺寸方面的互换性好。④能获得质量较轻而强度高、刚性好的零件。⑤生产率高，操作简单，容易实现机械化和自动化。冲压既能够制造尺寸很小的仪表零件，又能够制造诸如汽车大梁，压力容器封头一类的大型零件；既能够制造一般尺寸公差等级和形状的零件，又能够制造精密（公差在微米级） 和复杂形状的零件。占全世界钢产60%～70%以上的板材、管材及其他型材，其中大部分经冲压制成成品。冲压在汽车、机械、家用电器、电机、仪表、航天、武器制造中，具有十分重要的地位。冲压件的重量轻、厚度薄、刚性好。它的尺寸公差取决于模具，所以质量稳定，一般不需要再经机械切削即可使用。冷冲压件的金属组织与力学性能优于原始胚料，表面光滑美观。冷冲压件的公差等级和表面状态优于热冲压件。

2.冲压技术的发展水平

进行柔性冲压生产的大型多工位压力机是轿车覆盖件冲压成型的发展方向，并具有最先进的技术水平，是世界大型轿车覆盖件冲压技术的最高级发展阶段。

2.1生产效率高

在人工上下料的冲压线上生产大型汽车覆盖件，平均每分钟3～5件；由上下料机械手组成的冲压自动化线，生产同样的零件，平均每分钟6～8件；由电子伺服三坐标送料的多工位压力机系统，每分钟达到16～25件，大大提高了冲压件的产量。由于多工位压力机采用电子伺服送料系统，送料系统的元件减少，伺服电动机直接驱动送料杆，送料系统的惯量减小，更容易加速和减速，送料速度提高，系统结构紧凑，间隙小，高速时的振动较小，送料误差小，避免了因掉料而停机处理。

2.2柔性好

电子伺服多工位送料的每个动作都是由伺服电动机驱动，行程、速度和加速度柔性可控，并且能够与压力机同步运行，机械送料的多工位压力机送料动作由机械凸轮驱动，送料的行程初始位置和终点位置都是由机械结构定死的不能改变，所以机械送料的多工位只适合一定范围的零件加工。大型电子伺服送料多工位压力机柔性好，不但能够冲压大型的覆盖件，而且能够冲压小型零件。当冲压小型零件时，送料距离减短，节拍提高，能够生产更多的零件，通过合理的模具设计和布置，一次冲压可以生产2～3个零件。

2.3全自动化、智能化

从垛料的拆垛、板料及工件的传送到板料成型和工件的码垛，全部实现自动化，整台的多工位压力机成套系统只需1～2人进行监控。当模具更换时，只需输入所要更换模具的编号，其余工作自动完成，整个换模时间只需5rain。换模的同时多工位压力机的运行特性作智能化调整，主要包括压力机的行程次数、压力机的平衡器风压、电子伺服三坐标送料的送料距和节拍初始位置。

2.4最先进的控制技术

压力机主机的运动采用大功率直流调速技术或大功率的变频调速技术，电子伺服三坐标送料系统采用交流伺服矢量控制技术以及同步运动技术，数控液压拉深垫采用液压伺服技术，为了使整套设备协调运行，采用了计算机和网络技术。

3.冲压方法与分类

冲压加工制程种类依其加工方式及特征可大致分为冲切加工（分离加工）、成型加工、压合加工等三大类。冲切加工是借着冲压机械之能量及必要的模具将金属板料加以分离而得到所要的尺寸及形状。成型加工是借着冲压机之能量及必要的模具将金属板料之全部或部分区域施以永久变形或塑性变形而得到所要的尺寸及形状。压合加工是利用冲压机械及必要的模具将两件以上之零件施以压合加工而得到一组合件。

4.金属板材的冲压成型

对冲压成型件来说，不产生破裂是基本前提，同时对它的表面质量和形状尺寸精度也有一定要求，故板料冲压成型性应包括： 抗破裂性、贴模性和形状冻结性能等几个方面。所谓冲压成型就是板材可成型能力的总称，或者叫做广义的冲压成型性能。广义成型性能中的抗破裂性能，可视为狭义的冲压成型性能。板料在成型过程中，一方面是由于起皱、塌陷和鼓包等缺陷而不能与模具完全贴合；另一方面因为回弹，造成零件脱模后较大的形状和尺寸误差。通常将板材冲压成型中取得与模具形状一致的能力，称为贴模性；而把零件脱模后保持其既得形状和尺寸的能力，称为形状冻结性。通常把材料开始出现破裂时的极限变形程度作为板料冲压成型性能的判定尺度。目前对抗破裂性的研究已取得了不少成果。根据把冲压成型基本工序依其变形区应力应变的特点分为伸长类（拉伸类）与压缩类两个基本类别的理论，可以把这种冲压成型的分类与冲压成型性能的分类建立对应关系。

5.冲压成型特殊要求

绝大多数传统技术可用于不锈钢的冲压成型，但不要忘记，冲压不锈钢所需的力要比冲压低碳钢所需的力大60%。显然，冲床的机架应能承受这么大的力才行。而且，解决划伤也很关键，特别是冲压不锈钢时的高摩擦力和高温所造成的划伤。常用的肥皂液或乳化液效果不好。水基冲压剂是一种合成物，综合了多种成分的优点，从而消除了传统产品的不足。IRMCO 剂是专业的冲压剂，针对不同的冲压工艺，爱美可有着不同系列的产品。主要应用于工件成型过程中的凸模拉延、冲孔、冲裁、弯曲等工艺，可以完成最难的深冲凸模拉延。金属成型方面―模具，很薄的一层爱美可水基冲压剂就可以保护模具，因此剂用量会减少 50% 以上，而且避免了用量过多带来的浪费，还解决了车间整洁问题。模具在冲压过程中由于摩擦会产生热，这种高性能的剂会自动黏着于受热的关键部位，保护模具，平均减少 25%的模具抛光停机时间。

6.我国金属板材成型行业发展的关键

随着现代科学技术的迅速发展，数字化、自动化、专业化、规模化、信息化在金属板材成型行业得到了广泛的应用。所以，金属板材成型企业只有拥有具有现代化专业知识、经过专业技能培训的技术和管理人才，才有可能了解、掌握、引进、使用最先进的金属板材成型技术和设备，将最先进的生产力与最先进的成型技术相结合，制造出物美价廉的产品。

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