dw沖壓件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及成形技術(shù)

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。dw沖壓件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及成形技術(shù)沖壓件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及成形技術(shù)1 緒論1.1 課題背景在市場上，用板金沖壓工藝制造的零件占全部金屬制品的90%以上。由此可見，其工藝在國民經(jīng)濟與軍事諸方面所占的位置是極其重要的。板金沖壓具有勞動生產(chǎn)率和材料利用率高，重量輕等優(yōu)點。輕工十大產(chǎn)品中，金屬件基本都是板金沖壓產(chǎn)品。軍工產(chǎn)品中力求重量輕的航空航天產(chǎn)品自不待言，其他軍用品，如需要量大的彈殼之類，也都是板金沖壓產(chǎn)口。近年來，隨著飛機、汽車、電子、儀表、日用工業(yè)品等工業(yè)的發(fā)展，沖壓加工技術(shù)得到了高速的發(fā)展。目前，除一般的成

2、型方法外，又出液壓成形，強力旋壓成形，超塑成形，爆炸成形，以及精密沖裁和高速沖壓等加工技術(shù)。沖壓技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中占有十分重要的地位，是國防工業(yè)及民用工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的加工方法，在電子產(chǎn)品中，沖壓件約占80%85%；在汽車、農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品中，沖壓件約占75%80%；在輕工業(yè)產(chǎn)品中，沖壓件約占90%以上。此外，在航空及航天工業(yè)中，沖壓件也占有很大的比例。冷沖壓是塑性加工的基本方法之一，它是利用安裝在壓力機上的模具，在室溫下對板料施加壓力使其變形和分離，從而獲得具有一定形狀、尺寸的零件的壓力加工方法。因為它主要用于加工板料零件，所以也稱板料沖壓。在冷沖壓加工中，將材料（金屬或非金屬）加工成零件（

3、或半成品）的一種特殊工藝裝備，稱為冷沖壓模具（俗稱冷沖模）。冷沖模在實現(xiàn)冷沖壓加工中是必不可少的工藝裝備，沒有先進的模具技術(shù)，先進的沖壓工藝就無法實現(xiàn)。沖壓加工在汽車、拖拉機、電機、電器、儀表和日用品的生產(chǎn)中，已占據(jù)十分重要的地位1。1.2 國內(nèi)外研究狀況隨著計算機軟硬件技術(shù)的發(fā)展，眾多融合了計算機圖形學(xué)、有限元技術(shù)和塑性成形理論的模擬軟件開始出現(xiàn)，例如DYNAFORM, PAM-STAMP. LS-DYNA3D, AUTOFORM,OPTRIS, ABAQUS/EXPLICIT等，得到了許多工業(yè)部的重視和應(yīng)用。美國的GM,Ford, Chrysler,德國的大眾、奔馳，日本的豐田、三菱、日產(chǎn)

4、等大型汽車制造公司，己開始應(yīng)用這類軟件指導(dǎo)板料成形件的開發(fā)和生產(chǎn)，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益。數(shù)值分析技術(shù)以其高效率、低成本的優(yōu)勢在薄板沖壓成形領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。美國、日本等世界一流的科學(xué)研究中心采用有限元數(shù)值模擬和網(wǎng)格技術(shù)對零件、模具、沖壓工藝和材料性能之間的相互適應(yīng)性進行了三維動態(tài)仿真分析，涉及領(lǐng)域之廣泛、研究成果之顯著，引人矚目。我國在板料成形數(shù)值模擬方面起步較晚，較發(fā)達(dá)國家(美、日等)晚了十幾年。經(jīng)過多年的發(fā)展，我國在板料成形數(shù)值模擬方面已經(jīng)取得了很大進展，但主要集中在部分高校里，華中理工大學(xué)針對不完全對稱盒形件的成形特點，開發(fā)了有限變形彈塑性薄膜有限元程序?qū)ζ溥M行分析研究。吉林工業(yè)大

5、學(xué)采用更新的Lagrange法以及有限元變形虛功率增量型原理的彈塑性大變形有限元法，研究了金屬板料成形的塑性流動規(guī)律以及成形過程中發(fā)生的起皺、裂紋等現(xiàn)象，首次提出了多點成形時非連續(xù)接觸邊界約束的處理方法，建立了基于Mindlin殼理論三維金屬板料成形過程分析的有限元模型，編制了用于板料多點成形分析的有限元專用軟件，成功分析了多點成形時的金屬流動規(guī)律。哈爾濱工業(yè)大學(xué)采用剛粘塑性本構(gòu)關(guān)系，開發(fā)了粘塑性板殼成形有限元分析程序，并對方盒件的成形過程進行了分析；:對板料粘性介質(zhì)脹形過程中的應(yīng)變速率變化也進行了模擬研究。北京航空航天大學(xué)對板料成形過程中的接觸摩擦和懸空區(qū)起皺進行數(shù)值模擬。上海鐵道學(xué)院的李堯

6、臣用有限元法模擬了金屬板材的沖壓成形過程，分析了金屬板材在沖壓過程中的屈曲現(xiàn)象，建立了增量形式的變分原理，跟蹤了板料起皺的發(fā)展、折疊、衰減的全過程。上海交通大學(xué)對板料成形的回彈進行了較為系統(tǒng)的研究，提出在板料回彈模擬中采用修正的拉格朗日法較為合適。板料成形數(shù)值模擬技術(shù)的一個突出成就是實現(xiàn)了汽車覆蓋件的成形模擬，通過對板料成形過程進行高精度數(shù)值模擬，可以觀察沖壓速度、模具間隙、摩擦因素等對成形性能的影響。在汽車覆蓋件模擬方面，F(xiàn)ord公司的S.C.Tang作了長期的卓有成效的研究，早在1980年就用小變形有限元程序分析了當(dāng)汽車車身零件成形中采用曲面壓料面時，壓邊圈夾緊階段工件的變形。C.Q.Du

7、等還對轎車頂弧(roofbow)、后加強板(rail reinforcement)、輪轂(disk wheel)成形時的回彈題進行了模擬研究，日本的板料成形研究協(xié)會更是開發(fā)了模擬軟件ROBST，該軟件與MitsubishiCAD/CAM系統(tǒng)連接后設(shè)計出來的覆蓋件模具，已初步在生產(chǎn)實際中得到驗證。Mazda Motor用PAM-STAMP分析了邊框外覆蓋件。我國對復(fù)雜汽車覆蓋件成形過程的數(shù)值模擬技術(shù)也進行了探索，林忠欽等運用有限元軟件AUTOFORM和LSDYNA3D對SANTANA2000的外側(cè)板的成形過程進行了模擬，包向軍等運用LS-DYNA3D，在綜合考慮了毛坯尺寸、壓邊力、拉延筋的布置等

8、因素的情況下，實現(xiàn)了汽車內(nèi)門板的優(yōu)化設(shè)計。國內(nèi)學(xué)者和技術(shù)人員在運用有限元數(shù)值模擬方法來解決生產(chǎn)實際問題方面，雖然有了很大的進步，但與國外不論在規(guī)模上，還是問題復(fù)雜程度方面都有相當(dāng)?shù)牟罹?，要縮短這一差距，甚至超越發(fā)達(dá)國家，還有很長的一段路要走16。1.3 課題研究方法本課題在分析沖裁、彎曲、拉深等基本沖壓成型方法的機理和特點的基礎(chǔ)上，結(jié)合沖壓件的制造工藝性，論述了沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性。1.4 論文構(gòu)成及研究內(nèi)容本論文主要包括沖壓件常用成型方法及技術(shù)特點、沖壓常用原材料、常見沖壓件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案及應(yīng)用實例和照相機前蓋板工藝方案優(yōu)化及模具設(shè)計五部分構(gòu)成。本文主要研究了沖裁、彎曲、拉深成形機理、特點、

9、規(guī)律，在此基礎(chǔ)上又研究了其工藝性；對幾個典型的沖壓件進行了結(jié)構(gòu)工藝優(yōu)化；系統(tǒng)的對照相機成形工藝進行了設(shè)計及其模具設(shè)計。2沖壓件常用成形方法及技術(shù)特點沖壓件成形方法有許多種，在本文中著重介紹最基本的沖壓成形方法：沖裁、彎曲和拉深。2.1 沖裁變形機理2.1.1 沖裁變形過程沖裁時板料的變形具有明顯的階段性，像單向拉伸那樣，由彈性變形過渡到塑性變形，最后產(chǎn)生斷裂分離。1.彈性變形階段 如圖2.2(a)所示，當(dāng)凸模下壓接觸板料時，材料特產(chǎn)生短暫的、輕微的彈性變形。此時如果提升凸模，變形將完全消失。塑性變形階段如圖2.2(b)所示，凸模繼續(xù)下壓，板料變形區(qū)的應(yīng)力將繼續(xù)增大。當(dāng)應(yīng)力狀態(tài)滿足屈服準(zhǔn)則時，材

10、料便進入塑性變形階段。這一階段突出的特點是材料只發(fā)生塑性流動，而不產(chǎn)生任何裂紋，凸模繼續(xù)切入板料，同時將凹模下面的材料擠入孔內(nèi)。2.斷裂分離階段圖2.1(c)，(d)，(e)表示了斷裂分離的全過程，其中圖(c)表示當(dāng)凸模切入板料達(dá)到一定深度時，在凹模側(cè)壁靠近刃口處的材料首先出現(xiàn)裂紋。這表明塑性剪切變形的終止和斷裂分離的開始。圖(d)表示裂紋發(fā)展與貫通的情形。在一般情況下，在凹模附近產(chǎn)生的裂紋向凸模刃口方向發(fā)展的過程中，處在凸模側(cè)面靠近刃口附近的材料也將產(chǎn)生裂紋，并且上下裂紋將貫通。圖(e)表示沖裁結(jié)束時板料被完全分裂分離的情形。被沖入孔的塊料在落料時為工件，沖孔時為廢料。留在凹模面上的材料在沖

11、孔時為工件，落料時為廢料。普通沖裁件的剪切斷面狀況如圖2.1(f)所示，其精度一般在ITl0級以下，表面粗糙度Ra在3.2m-50m11。如圖2.1(f)所示，斷面明顯分為四個區(qū)域：a為圓角區(qū)，即塌角；b為光亮帶，表面光滑，表面質(zhì)量最好；c為剪裂帶，表面粗糙并略帶斜度，不與板面垂直；d為毛刺。(a) 彈性變形；(b) 塑性變形；(c) 出現(xiàn)裂紋；(d) 裂紋貫通；(e) 板料完全斷裂分離；(f) 剪切斷面1凸模；2板料；3凹模；4沖孔為工件，落料為廢料；5落料為工件，沖孔為廢料圖2.1 沖裁變形過程及沖裁件剪切斷面2.1.2 沖裁變形區(qū)及受力1、沖裁變形區(qū)沖裁變形區(qū)是指材料被分離斷開的那一部分

12、區(qū)域，但具體的模型尚未有統(tǒng)一的認(rèn)識。沖裁時板料的變形區(qū)不是簡單的剪切面，因為沖裁時板料不僅產(chǎn)生剪切變形，而且還有彎曲變形。有實驗研究提出，沖裁過程中材料的最大塑性變形集中在以凸模與凹模之上、下刃口尖端連線為中心的區(qū)域，為一個紡錘形范圍，如圖2.2(a)所示，即從刃口尖端起向中間逐漸增寬的形狀范圍。這一范圍隨材料的伸長率和加了硬化指數(shù)的增大而增大。當(dāng)凸模進入到材料內(nèi)部某一深度時，變形區(qū)還是從刃口開始的紡錘形范圍，初始紡錘形中的一部分成為了已變形區(qū)，如圖2.2(b)2區(qū)所示。(a) 初始沖裁；(b) 切入板料圖2.2 沖裁板料的變形區(qū)在紡錘形范圍內(nèi)，雖然材料已接近或正在進行剪切變形.但其中各點處的

13、應(yīng)力狀態(tài)仍然是不相同的。2、變形區(qū)及臨域的應(yīng)力分析(1)沖裁力造成的應(yīng)力如圖2.3所示，沖裁變形時，位于凸模平面下方、凹模平面上方的材料，由于受到模具直接傳遞的高壓作用，成為壓應(yīng)力區(qū)，同時，材料的塌角處，既要支撐變形區(qū)，又因摩擦力的作用而受到拉伸，成為拉應(yīng)力區(qū)9。(2)力偶引起的應(yīng)力討論這種應(yīng)力時，首先應(yīng)分清沖裁時模具結(jié)構(gòu)上加壓料板和不加壓料板的區(qū)別，如圖2.4所示。圖中左邊是不加壓料板沖裁時產(chǎn)生的應(yīng)力(符號)，因此，沖裁過程中的裂縫一般無產(chǎn)生于凹模一側(cè)的材料上。如果沖裁時加有壓料板，如圖2.5右邊所示，這時，凸模外側(cè)材料產(chǎn)生拉應(yīng)力，故裂縫有可能也從凸模一側(cè)刃口先開始產(chǎn)生39。 圖2.3 沖裁

14、力引起的應(yīng)力 圖2.4 力偶引起的應(yīng)力(3)沖裁時板料所受的外力在無壓料板的自由沖裁情況下，板料所受外力如圖2.5所示。由于凸模與凹模間有一定的間隙，使得板料在受到凸模與凹模正壓力作用的同時還受到彎矩的作用，板料的變形不可能是純剪切，還要產(chǎn)生彎曲變形。因此沖裁時凸模和凹模實際接觸板料的面積只限于刃口附近窄小的環(huán)形區(qū)域內(nèi)，其寬度約為料后的1/5-2/5。故凸凹模刃口部位的單位壓力分布曲線相當(dāng)陡峭。正壓力的合力分別以與表示，顯然，兩者大小相等、方向相反。由于與不在同一條直線上，便形成了彎矩。此彎矩使板料產(chǎn)生彎曲變形，造成凹?？谕獾陌辶仙下N，凸模端面下的板料下凹。圖2.5 沖裁時板料所受應(yīng)力板料的彎

15、曲變形對模具刃口的側(cè)面產(chǎn)生擠壓作用，反過來，凸模和凹模刃口的側(cè)面對板料產(chǎn)生反擠作用，形成對剪切面的側(cè)壓力。側(cè)壓力的合力和也將形成一個力矩，其方向與相反，并在沖裁瞬時與之保持平衡，即，以阻止板料進一步彎曲變形。在沖裁過程中，Mp隨正壓力的增大而增大，使板料彎曲變形加大，這將使板料受到的側(cè)壓力隨之增大，并與抗衡，阻止板料進一步彎曲。因此自由沖裁時工件的不平整程度是有限度的。有正壓力必有摩擦力，凸模和凹模刃口端面對板料的摩擦力分別為和，為料與模具材料之間的摩擦系數(shù)，其方向與板料相對凸模和凹模端面滑動的力向相反。凸模和凹模刃口側(cè)面對板料剪切面施加的摩擦力分別為和，其方向與板料相對凸模相凹模的運動方向相

16、反。垂直方向的摩擦力對板料斷裂分離過程的影響要比水平方向的摩擦力大得多39。(4)沖裁時變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)板料由于受到上述外力的作用，會產(chǎn)生剪切、彎曲等各種變形，因此其變形區(qū)及臨域的應(yīng)力狀態(tài)是很復(fù)雜的，并且與變形過程有關(guān)。應(yīng)力狀態(tài)如圖2.6所示，其中：A點三向應(yīng)力狀態(tài)。為凸模側(cè)壓及材料彎曲引起的壓應(yīng)力；為彎曲引起的壓應(yīng)力與側(cè)壓引起的拉應(yīng)力的合成應(yīng)力；為凸模下壓引起的拉應(yīng)力。B點由凸模下壓和材料彎曲引起的三向壓應(yīng)力狀態(tài)。C點沿材料纖維方向為拉應(yīng)力，垂直于纖維方向為壓應(yīng)力。D點材料彎曲引起徑向拉應(yīng)力和切向拉應(yīng)力，凹模上平面材料受到壓擠產(chǎn)生軸向壓應(yīng)力。E點材料彎曲引起的拉應(yīng)力和凹模側(cè)壓引起的壓應(yīng)力的合

17、成應(yīng)力和，應(yīng)力符號一般為正；凸模下壓引起軸向拉應(yīng)力39。圖2.6 各點的應(yīng)力狀態(tài)2.2 沖裁件的工藝性分析沖裁件的工藝性分析包括技術(shù)和經(jīng)濟性兩方面的內(nèi)容。在技術(shù)方面，根據(jù)沖裁件產(chǎn)品圖紙，主要分析該沖裁件的形狀特點、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素，檢查是否符合沖裁工藝的要求，在經(jīng)濟性方面，主要根據(jù)其產(chǎn)量和批量，分析產(chǎn)品成本，闡明采用沖裁工藝可取得的經(jīng)濟效益。因此，對沖裁件的工藝分析，主要討論在不影響零件使用性能的前提下，結(jié)合具體的生產(chǎn)條件，能否以最簡單、最經(jīng)濟的方法制造出來。若能做到、表示該沖裁件的工藝性好；反之則差17。2.2.1 影響沖裁件工藝性的因素圖2.7 沖裁件窄槽尺寸1、形狀和尺

18、寸不同形狀和尺寸的沖裁件有不同的工藝要求。如要求外形簡單、對稱，最好是由圓弧和直線組成，避免沖裁件上有過長的懸臂和窄槽，其寬度應(yīng)大于料厚t的兩倍，即圖2.7中的b應(yīng)大于2t。一般情況下，要求沖裁件的外形不能有尖角，特別是小于90度的尖角，應(yīng)采用，r>0.5t的圓角過渡，以便提高模具壽命方便于制造。沖裁時，為了防止凸模折斷或彎曲，沖孔尺寸不能太小10。 2、生產(chǎn)批量沖裁模的制造費用較高，故產(chǎn)量小時采用其它加工方法可能較沖裁更為經(jīng)濟。只有在大批量生產(chǎn)時，沖裁加工才能取得明顯的經(jīng)濟效益。一般來說，產(chǎn)量很大時可選用連續(xù)模和高效沖壓設(shè)備，以提高生產(chǎn)率、降低成本；中、小批量生產(chǎn)時，常采用簡單?；驈?fù)合

19、模，以降低模具成本10。3、其它對沖裁件進行工藝分析時，除了考慮上述的形狀、尺寸、精度、尺寸標(biāo)注和生產(chǎn)批量等主要因素外還應(yīng)考慮沖裁件的厚度、板料性能、以及沖裁工序和其它工序(如彎曲、拉深等)之間的關(guān)系和相互影響。通過分析若發(fā)現(xiàn)制件工藝性不好時，可會同產(chǎn)品設(shè)計人員對沖裁件的形狀、尺寸、精度和原材料選用等方面進行必要的但改，以改善工藝性和提高經(jīng)濟效益。例如圖2.8(a)所示零件，在不影響使用條件下，只需對形狀稍加改進，就可進行無廢料沖裁，材料利用率可提高40，生產(chǎn)率可提高一倍5。沖裁件一般比較簡單，主要是根據(jù)零件圖紙、產(chǎn)量和工藝條件(模具設(shè)計、制造能力，沖壓設(shè)備條件等)進行分析并確定最佳工藝方案。

20、例如圖2.9(a)所示的航空用電纜搭接片，除了從排樣分析材料利用率外，在工藝方案上還可有兩種選擇。圖2.9(b)為沖孔后落料：圖2.9(c)為沖孔，沖兩端頭，分離。選擇哪種方案較好所依據(jù)的原則就是：在保證產(chǎn)品精度和產(chǎn)量要求前提下、以最好的經(jīng)濟效益來確定所采用的工藝方案6。圖2.8 沖裁件的形狀改進圖2.9 工藝方案比較4、排樣方法及材料的經(jīng)濟利用 在沖壓零件的總成本中，材料費約占60-80；因此，材料的經(jīng)濟利用是沖裁工藝中要考慮的一個重要問題。(1)材料的經(jīng)濟利用 沖裁件在條料或板料上的布置方法叫排樣。排樣是否合理直接影響材料的經(jīng)濟利用。衡量排樣經(jīng)濟性的標(biāo)準(zhǔn)是材料利用率，即沖裁件的實際有效面積

21、與沖裁此工件所用板料面積A之比值3 (2.1)式中；工件有效面積(mm)；A 沖裁此工件所用的板料面積(mm)。 從圖2.10可知；若能減少廢料面積，材料利用率則可提高。廢料可分為兩部分，即工藝廢料和設(shè)計廢料(或稱結(jié)構(gòu)廢料)。前者與排樣形式有關(guān)，后者則是由零件結(jié)構(gòu)形狀決定的無法改變。進行合理排樣的目的就是減少工藝廢料。1-零件的有效面；2-設(shè)計廢料面積；3-工藝廢料面積；a-條料的側(cè)搭邊；-沖裁件之間的搭邊；B-條料寬度；L-進距圖2.10 沖裁件的廢料和搭邊 (2)排樣方法排樣的目的是減少廢料，提高材料利用率。但在選擇排樣方法時除了材料利用率之外，還應(yīng)考慮到模具制造和使用是否方便、板料的纖維

22、方向是否滿足后續(xù)工序要求等因素。根據(jù)材料的利用情況，排樣方法可分為三種4：1)有廢料排樣沿工件的全部外形沖裁。工件與工件之間、工件與條料側(cè)邊之間都存在有搭邊廢料，如圖2.11所示因為有搭邊，這種排樣能保證沖裁質(zhì)量，模具壽命也長，但材料利用率低。 圖2.11 有廢料排樣 圖2.12 少廢料排樣2)少廢料排樣沿工件部分外形切斷或沖裁，廢料只有沖裁刃口之間的搭邊，如圖2.12所示材料利用率高。3)無廢料排樣工件與工件之間，以及工件與側(cè)邊之間均無搭邊廢料，如圖2.13所示。是否能做到無廢料沖裁，與工件的幾何形狀有很大關(guān)系。采用少、無廢料排樣除節(jié)約原材料外，還可簡化模具結(jié)構(gòu)、降低沖裁力，但也存在著一些缺

23、點，即工件質(zhì)量和精度較差，模具壽命較低。其原因是由于條料本身公差及沖裁時條料的導(dǎo)向與定位公差大所致。此外，在少、無廢料排樣中，一般采用單邊沖裁，也影響工件斷面質(zhì)量和模具壽命。圖2.13 無廢料排樣 此外，按工件形狀及排樣方式，又可分成直排、斜排、對排、多排、混合排及沖裁搭邊等見表2.1。表2.1 排樣類型序號排樣類型排樣簡圖應(yīng)用情況有廢料無廢料或少廢料1直排比較簡單的方形、矩形2斜排橢圓形，十字、T字、字、和角尺形件3對排梯形、三角形、半圓形、山字、字形件4多排大批量生產(chǎn)中尺寸不太大的圓形，六角形5混合排材料計厚度均相同的兩種或兩種以上的工件6沖裁搭邊細(xì)而長的工件或?qū)挾染鶆虻陌辶现辉诠ぜ拈L

24、度方向沖定形狀 5、搭邊值的確定 排樣時，工件之間以及工件與條料側(cè)邊之間留下的余料稱為搭邊。搭邊的作用是補償條料送進時進距與邊距的偏差，并將其在模具上定位，以保證沖裁件輪廓的完整。 搭邊值要合理確定。搭邊值過大，樹料利用率低。搭邊值過小，在沖裁過程中會被拉斷，妨礙順利送料，零件會產(chǎn)生毛刺，有時會拉入凸、凹模間隙中，損壞模具刃口，降低模具壽命。搭邊值大小與下列因素有關(guān)4： (1) 材料機械性能：硬度高、強度大的材料搭邊值取小一些，軟材料或脆材料搭邊值取大一些。(2) 工件的尺寸與形狀：工件尺寸大、外形復(fù)雜、圓角半徑小時搭邊值取大(3) 材料厚度：厚料搭邊值取大一些。(4) 送料和擋料方式，手工送

25、料、有側(cè)壓板導(dǎo)向時，搭邊值可取小些。2.2.2 制定工藝方案的原則制定沖裁工藝的主要工作是確定工序的順序和工序組合、工序性質(zhì)與數(shù)目等。工序的性質(zhì)應(yīng)根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)形狀，按沖裁件的變形情況，結(jié)合具體生產(chǎn)條件予以確定。工序數(shù)目主要取決于零件材料的性質(zhì)、幾何形狀的復(fù)雜程度和尺寸精度?？偟脑瓌t是在保證零件質(zhì)量的前提下使工序數(shù)目最少，減少模具數(shù)量，降低成本。工序組合可提高生產(chǎn)率，成本降低。工序組合的方式主要有復(fù)合沖裁與連續(xù)沖裁兩種形式。究竟采用哪一種方式應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)率、零件的尺寸精度、尺寸大小、形狀復(fù)雜程度及模具制造條件等具體情況來考慮。連續(xù)沖裁最適于高速沖裁和大批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高。復(fù)合沖裁因零件被頂?shù)侥?/p>

26、具工作面上，需用手或機械把它取走，生產(chǎn)率低于連續(xù)沖裁，操作不安全。從沖裁的精度看，復(fù)合沖裁高于連續(xù)沖裁。連續(xù)沖裁時存在送料和定位誤差，當(dāng)有導(dǎo)正銷時，其精度略高，可達(dá)IT10IT12級。復(fù)合沖裁是在沖模的同一位置一次沖出，不存在定位誤差，故沖裁精度較高，可達(dá)IT8IT9級。因此精度要求高的零件應(yīng)采用復(fù)合模進行沖裁。復(fù)合模沖裁時，因有壓料裝置，零件不翹曲，斷面質(zhì)量好，而連續(xù)沖裁的零件不平，有拱彎或扭曲 故對平面度要求高的零件，采用復(fù)合模沖裁較為合適。復(fù)合?？梢詻_裁尺寸較大的零件，厚度一般在0.05-3mm；連續(xù)沖裁受壓力機臺面尺寸的限制，沖裁零件的尺寸較小，厚度一般為0.2-6mm2。(1) 連續(xù)

27、沖裁的工序順序 先沖孔后落料或切斷。先沖孔的目的是為后續(xù)工序提供定位基準(zhǔn)。 先內(nèi)輪廓后外輪廓，以減少變形。 采用側(cè)刃定距時，側(cè)刃切邊工位在前，以便控制送料進距。(2) 多工序沖裁時的工序順序 先落料后其他工序。先落料是為了以外輪廓定位進行其他工序的沖裁，使基準(zhǔn)統(tǒng)一，減少定位誤差，避免過多地進行尺寸轉(zhuǎn)換。 先大孔后小孔，以減少孔的變形。2.3 彎曲變形機理利用壓力使板料產(chǎn)生塑性流動、變形，從而形成具有一定曲率、一定角度的不封閉形狀零件的沖壓工藝過程稱為彎曲。彎曲依靠材料的塑性流動而成形，不允許工件出現(xiàn)任何破裂。這是彎曲工藝與沖裁工藝(材料分離機理成形)在變形特性上的根本區(qū)別3。2.3.1 彎曲變

28、形的過程圖2.14是V形件的彎曲過程。圖2.14 板材在V形模內(nèi)的校正彎曲過程彎曲變形過程是由彈性變形逐漸過渡到塑性變形，呈現(xiàn)出明顯的階段性。1 彈性變形階段在彎曲變形初期(圖2.14(a)外力矩M較小，在變形區(qū)內(nèi)，其內(nèi)、外層表面產(chǎn)生的切向應(yīng)力的數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的屈服應(yīng)力，沿板厚的全部材料層只產(chǎn)生彈性變形，彎曲處于彈性變形階段。這時，如果去掉外力矩，變形將隨之消失。彈性變形階段切向應(yīng)力沿板厚的分布如圖2.15(a)所示3。2 彈塑性變形階段隨著凸模繼續(xù)下壓，外彎曲力矩M繼續(xù)增大，當(dāng)M增大到某一數(shù)值時，內(nèi)、外表層的切向應(yīng)力首先達(dá)到材料的屈服應(yīng)力而進入塑性狀態(tài)。繼續(xù)增大外力矩M，塑性變形便由內(nèi)、外

29、表層向板料中心逐漸擴展，變形區(qū)的變形由彈件彎曲過渡為彈塑性彎曲，彎曲半徑隨之減小到，彎曲變形區(qū)縮小至(圖2.14(b)。對于常見的金屬材料，一般認(rèn)為當(dāng)相對彎曲半徑r/t200時，變形區(qū)板料中心附近處于彈性變形狀態(tài)的材料層厚度還處于相當(dāng)大的比例，彎曲變形處于彈塑性變形階段。如果把材料看成線性硬化的彈塑性材料，其切向應(yīng)力沿板厚的分布如圖2.15(b)所示3。3 全塑性彎曲階段凸模繼續(xù)下壓，毛坯的彎曲變形區(qū)和彎曲半徑繼續(xù)減小，當(dāng)相對彎曲半徑r/t< 200，彎曲變形區(qū)減至段(圖2.14(c)時，彈性變形層的厚度占板厚的比例已很小。在實用計算時已忽略不計，視板料全斷面都進入塑性狀態(tài)，即進入全塑性

30、彎曲階段。圖2.15(c)，(d)，(e)分別表示視材料為線性硬化、無硬化、冪函數(shù)硬化時切向應(yīng)力沿板厚的分布情況。最后達(dá)到板料與凸、凹模完全貼合后，若需校正，則需要比彎曲力大得多的校正力，變形區(qū)的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)就更為復(fù)雜了4。(a)彈性彎；(b)彈-塑性彎曲；(c)純線性硬化彎曲； (d)純塑性彎曲；(e)冪函數(shù)硬化彎曲；(f)應(yīng)變分布圖2.15 彎曲切向應(yīng)力的分布2.3.2 最小彎曲半徑的選擇 設(shè)計彎曲件時，不僅要滿足使用上的要求，還必須考慮成形的可能性。 通過對彎曲變形的分析可知，隨著相對彎曲半徑減小，彎曲時毛料外層纖維的變形程度將逐漸增大。當(dāng)相對彎曲半徑小到一定程度后，毛料外層纖維的切向

31、應(yīng)變將因超過材料的許可變形程度而斷裂。為了獲得合格的零件，彎曲件的內(nèi)圓角半徑的數(shù)值要受到外層纖維的成形極限限制。使彎曲件外層纖維不發(fā)生斷裂的內(nèi)圓角半徑的極限值，稱其為最小彎曲半徑影響最小彎曲半徑數(shù)值的主要因素有1.材料的機械性能 材料塑性愈好，應(yīng)變硬化指數(shù)n愈大，愈不易出現(xiàn)局部的集中變形，因而有利于提高成形極限，最小彎曲半徑也愈小。在沖壓生產(chǎn)中，當(dāng)零件的結(jié)構(gòu)需要彎曲成很小的圓角半徑時，可能引起毛坯破壞，通常采用熱處理方法以恢復(fù)冷變形硬化材料的塑性或采用加熱彎曲方法以提高低塑性材料(如鎂合金等)的塑性變形能力27。 2.板料的纖維方向 供給生產(chǎn)用的板料，其機械性能在板面內(nèi)的各方向并不相同，表現(xiàn)出

32、各向異性。生產(chǎn)中常用的材料，順纖維方向的強度和塑性大多高于橫纖維方向的。因此，當(dāng)彎曲件的彎曲線與板料的纖維方向垂直時，其最小彎曲半徑要比彎曲線平行于纖維方向時小，見圖2.1627。圖2.16 各向異性對彎曲線的影響2.3.3 彎曲變形的特點 為了觀察板料彎曲時的金屬流動情況，可在待彎曲板料的側(cè)面制成網(wǎng)格(見圖2.17)，并用工具顯微鏡觀察彎曲前后網(wǎng)格形狀和尺寸的變化27。由圖2.17可知： (1) 彎曲件的變形區(qū)主要在圓角部分，此處的四方形網(wǎng)格變成了扇形?？拷鼒A角邊有少量的變形，而其余的直邊則沒有變形27。 (2) 在變形區(qū)內(nèi)，外區(qū)的正方形網(wǎng)格面積增大，表示材料受切向拉伸作用而伸長(bb>

33、;bb)；內(nèi)區(qū)的正方形網(wǎng)格面積減小，表示材料受切向壓縮作用而縮短(aa<aa)。變形區(qū)內(nèi)外區(qū)的拉應(yīng)變過渡到內(nèi)區(qū)的壓應(yīng)變，中間必有一層材料的長度保持不變稱為應(yīng)變中性層，其曲率半徑用表示27。(3) 相對彎曲半徑r/t較小時，變形區(qū)在變形后產(chǎn)生變薄現(xiàn)象。板料彎曲時，外區(qū)的材料因為受拉而變薄，內(nèi)區(qū)的材料因為受壓而變厚，但由于此變中性層的內(nèi)移，外區(qū)的減薄量大于內(nèi)區(qū)的增厚量，故總體表現(xiàn)為變形區(qū)的厚度變薄。變薄后的厚度t=，1其中稱為變薄系數(shù)，見表2.2，它表示了材料在彎曲后的變形程度。這種變形現(xiàn)象只有在相對彎曲半徑較小時才比較明顯27。圖2.17 彎曲前后坐標(biāo)網(wǎng)格的變化表2.2 變薄系數(shù)的值r/t

34、0.10.5125>100.80.930.970.990.9981 (4) 板料相對寬度(b是板料的寬度)對彎曲變形區(qū)的變形有很大的影響。一般將相對彎曲寬度b/t>3的板稱為寬板，相對彎曲寬度b/t<3的板稱為窄板。寬板彎曲時，寬度方向的變形受到材料之間的相互約束，不能自由流動，因此橫斷向變化較小，仍接近于矩形僅朽：兩端可能出現(xiàn)翹曲，即端面寬度方向內(nèi)凹。它可用一個撓度指標(biāo)來表示如圖2.18(b)所示，翹曲的立體圖如圖2.19所示；窄板彎曲時，由于寬度力向不受約束，矩形斷向變成扇形。見圖2.18(a)。實際彎曲件多為寬板彎曲27。 (a) 窄板彎曲；(b) 寬板彎曲圖2.18

35、彎曲的應(yīng)力、應(yīng)變分析及翹曲 (5) 彎曲后板料長度增加。一般彎曲件均屬于寬板彎曲，因此彎曲前后板料寬度方向基本不變形。對于r/t較小的彎曲件，由于板厚有明顯的變薄現(xiàn)象，按照體積不變條件必然造成板料長度的增加27。圖2.19 彎曲的翹曲2.3.4 彎曲件的工序安排彎曲件的工序按排是否合理，對于彎曲件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率與效益都有重要意義，也對彎曲的難易程度有較大影響27。圖2.20 形狀對稱與不對稱彎曲件 (1) 形狀簡單的彎曲件，如v形、u形、z形等，可以一次彎曲成形(如圖2.20)。 (2) 形狀復(fù)雜的彎曲件一般需要兩次或多次彎曲成形，并應(yīng)正確選擇彎曲順序(圖2.21和圖2.22)。彎曲時，應(yīng)先

36、彎外角，后彎內(nèi)角，前次彎曲必須考慮使后次彎曲有可靠的定位，后次彎曲不能影響前次成形的部分。圖2.21 兩次彎成的彎曲件圖2.22 三次彎曲成的彎曲件 (3) 單面不對稱幾何形狀的彎曲件，可以采用成對彎曲成形，彎曲后再切開，如圖2.23所示。圖2.23 對稱彎曲(4) 對于批量大、尺寸較小的彎曲件，為了提高生產(chǎn)率，可以采用連續(xù)模彎曲工序設(shè)計，如圖2.24所示。圖2.24 連續(xù)模彎曲工序設(shè)計2.4 彎曲件工藝性分析 彎曲件的結(jié)構(gòu)應(yīng)具有良好的工藝性，這樣可簡化工藝過程，并可提高彎曲件的公差等級。彎曲件的工藝性分析是根據(jù)彎曲過程的變形規(guī)律，并總結(jié)彎曲件實際生產(chǎn)經(jīng)驗而提出的。上述最小彎曲半徑和彎曲件回彈

37、的論述是彎曲件工藝性分析的重要內(nèi)容?，F(xiàn)對彎曲件工藝性要求分述如下27。1.彎曲件的彎曲半徑其值不能小于材料的許可最小彎曲半徑，否則會產(chǎn)生拉裂。若工件要求的彎曲半徑很小或清角時，可分兩次彎曲：第一次彎成較大的彎曲半徑，然后退火；第二次再根據(jù)工件要求的彎曲半徑進行彎曲。此外，也可采用熱彎或預(yù)先沿彎曲區(qū)內(nèi)側(cè)開出槽口(見圖2.25)后再進行彎曲。當(dāng)彎曲較小的直壁高度時，采用此法較為適宜27。圖2.25 在彎曲區(qū)內(nèi)側(cè)開出槽口2.彎曲件的形狀彎曲件形狀應(yīng)對稱，彎曲半徑左右應(yīng)一致，以保證板料不會因摩擦阻力不均勻而產(chǎn)生滑動造成工件偏移如圖2.26所示。若工件不對稱時，為了阻止板料偏移，在設(shè)計模具結(jié)構(gòu)時應(yīng)考慮增

38、設(shè)壓料板，或增加工藝定位孔。有時為了使毛坯在彎曲模內(nèi)定位準(zhǔn)確，特別在對毛坯進行多道工序彎曲時也需要在彎曲件上設(shè)計出工藝定位孔，見圖2.2727。圖2.26 彎曲件形狀對對彎曲過程影響 圖2.27 彎曲件上的工藝孔彎曲件形狀要力求簡單，某些帶缺口的彎曲件，如圖2.28所示，缺口只能安排在彎曲成形之后切去。首先將切口沖出，彎曲時切口處會發(fā)生叉口現(xiàn)象，嚴(yán)重時難以成形。圖2.28 帶缺口的彎曲件3.彎曲件孔的位置對于帶孔的彎曲件，若先沖好孔再將毛坯彎曲，則孔的位置應(yīng)處于彎曲變形區(qū)外(見圖2.29)，否則孔要發(fā)生變形?？走呏翉澢霃絉中心的距離B與材料厚度有關(guān)，通常為當(dāng)t<2mm時,Bt；當(dāng)t2m

39、m時B2t。 若不能滿足上述規(guī)定，而且孔的公差等級要求較高時，須彎曲成形后再沖孔。圖2.29 帶孔的彎曲件 如果工件的結(jié)構(gòu)允許，可以在工件彎曲變形區(qū)上預(yù)先沖出工藝孔或工藝槽，以改變變形范圍，即使工藝孔變形，可以保持所需的孔不產(chǎn)生變形。圖2.30(a)所示的是一般工藝孔，圖2.30(b)為月牙形工藝孔27。圖2.30 在彎曲變形區(qū)上預(yù)沖工藝孔4.彎曲件直邊高度在工件彎曲90°時，為了保證彎曲件直邊平直，其直邊高度并不應(yīng)小于2t，最好大于3t。若H2t，在彎曲成形過程中，不能產(chǎn)生足夠的彎矩。對較厚的樹料則需預(yù)先壓槽再彎曲(見圖2.31)，此時最小彎曲半徑可以減小，或增加彎邊高度，彎曲后再

40、切掉多余部分。圖2.31 彎曲件直邊高度過小時 圖2.32 預(yù)先沖出工藝槽或需先壓槽 工藝孔的彎曲件5.彎曲件上工藝槽和工藝孔圖2.32 (a)和(c)所示的彎曲件在彎曲變形時容易將材料撕裂。為了防止這種情況發(fā)生，應(yīng)在毛坯上先沖出工藝槽或工藝孔，見圖2.32(b)和(d) 27。2.5 拉深成形 拉深是指將平板毛坯或杯形毛坯在凸模作用下拉入凹模型腔形成開口空心零件的成形工藝方法（圖2.33)。拉深也稱壓延是鈑金成形的基礎(chǔ)性工藝。圖2.33 拉深過程示意圖用拉深成形可以制成簡形，階梯形、錐形、半球形、盒形和其它不規(guī)則形狀的立體空心零件。拉深零件的尺寸范圍很寬，直徑小至1mm，大至2-3m厚度0.

41、2-30mm。拉深加工的對象廣泛，材料品種繁多。因此，在日用品、電器元件、機械零件、飛機結(jié)構(gòu)件和汽車零件的成形中，有著廣泛的應(yīng)用。圖2.34是典型拉深件外形示意圖。圖2.34 典型拉深件外形示意圖拉深有多種形式。按照零件的外形，拉深可劃分為筒形件、錐形件、半球形件、階梯形件、盒形件和復(fù)雜形狀零件拉深。按照工序數(shù)，拉深可劃分為單次和多次拉深。按照材料變形情況，拉深可劃分為正拉深、反拉深、變薄拉深和特種拉深等。在各種拉深成形工藝中，筒形件拉深是最基本的拉深方法28。2.5.1 圓筒形件拉深時材料的變形分析圓筒形件拉深過程如圖2.33所示。凸、凹模工作部分帶圓角，凸模和凹模之間的單側(cè)間隙稍大于板料厚

42、度。直徑D的平板毛坯在凸模的作用下，逐漸地被拉入凹模形成圓筒，圖2.35為平板毛坯逐步成形為圓筒形的過程示意圖。圖2.35 圓筒形件拉深 圖2.36 圓筒形件拉深時材料 過程示意圖 的分區(qū)及應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài) 按照材料的變形和受力情況，拉深過程中的任一時刻，工件材料可以劃分為五個區(qū)，即凸緣區(qū)I、簡壁區(qū)、筒底區(qū)、凹模圓角和凸模圓角區(qū)(圖2.36)。各區(qū)材料的變形和受力狀態(tài)不同，分析于下。1.凸緣材料的變形 拉深過程中，凸緣區(qū)材料不斷拉入凹模型腔形成筒壁。隨著凸緣區(qū)的不斷減小，筒壁高度逐漸增大。凸緣區(qū)是拉深材料的主要變形區(qū)，而壓縮變形是該區(qū)材料的主要變形特征。拉深過程任一瞬間(見圖2.37)，凸緣上任一

43、點處的周向工程應(yīng)變?yōu)?(2.2)設(shè)拉深過程中板厚不變，則材料體積不變條件轉(zhuǎn)化為面積不變的關(guān)系。即 (2.3)將式(2.3)代入式(2.2)，得 (2.4)圖2.37 拉深時凸緣材料的變形凸緣材料的變形以壓縮為主，所以沒有拉裂之憂29。2.圓筒壁和筒底材科的變形 凸緣材料經(jīng)過凹模圓角區(qū)拉入凹模型腔時在凹模圓角處，材料除受徑向拉深外，同時產(chǎn)生塑性彎曲，使板厚減小。進一步從凹模圓角區(qū)拉向筒壁時，又要被校直，即經(jīng)受反向彎曲。 圓筒側(cè)壁受軸向拉伸。筒壁區(qū)材料原為凸緣區(qū)的材料。經(jīng)過拉深變形后才形成簡壁，材料經(jīng)過程度較大的變形之后，產(chǎn)生顯著的應(yīng)變硬化效應(yīng)。在正常拉深條件下，筒壁僅僅傳遞凸模的作用力，變形甚微

44、。 位于平底凸模端部的筒底區(qū)材料受平面拉伸，又由于凸模圓角處外摩擦的制約作用，這部分材料受力不大、因而變形也不大。筒底區(qū)材料在拉深過程中保持基本穩(wěn)定狀態(tài)27。3.硬化、凸耳及回彈拉深過程中材料經(jīng)過塑性變形從凸緣轉(zhuǎn)化為筒壁，從而產(chǎn)生了應(yīng)變硬化效應(yīng)。由于變形不均勻，各處材料的硬化程度自然也不均勻。硬化效應(yīng)提高了筒壁材料的承載能力。拉深后的筒形件上，從凸模圓角區(qū)向外緣，應(yīng)變硬化程度逐漸增加，相對來說，凸模圓角區(qū)材料的硬化效應(yīng)較小。圖2.38 拉深凸耳 由于金屬板料的面內(nèi)各向異性，導(dǎo)致拉深過程中沿圓筒形件周向各個方位材料變形不一致從而要在拉深件上形成圖2.38所示的凸耳。凸耳的數(shù)量有2，4，6和8個，

45、視材料的異性情況而定。板料在軋制過程中，沿板面內(nèi)各個方位形成了不同的顆粒狀況和組織結(jié)構(gòu)，從而使各個方向的變形能力不同，對應(yīng)的r值大小也不同。在拉深過程中，工件凸緣上，r值較大的方位板厚變化小(即小)，r值較小的方位板厚變化大，從而使r值較大的方位成形后零件筒壁高度較高。各方位高度不同，在宏觀上形成了凸耳。凸耳的高度和位置與r有關(guān)。 拉深成形零件口部出現(xiàn)凸耳，使零件邊緣不齊，影響零件的成形質(zhì)量，必須增加去除凸耳的修邊工序。如前所述，拉深件凸緣區(qū)的變形以塑性壓縮變形為主。由于塑性變形總是伴有彈性變形。所以拉深結(jié)束后，工件會因卸載而產(chǎn)生回彈，通常，回彈將使拉深件筒口直徑擴大?；貜椀拇笮∵€受到拉深凸模

46、和凹模之間間隙大小的影響。因此，拉深凸模需要將零件完全從凹模中頂出，否則零件會卡死在凹模模膠內(nèi)40。2.6 典型沖壓件工序工藝規(guī)程制定圖2.392.6.1 汽車彈簧座的成形工藝(圖2.39)材料：SPCD，08F 料厚：t1.5加工工序：(1) 下條料(163×L原始板料的邊長，mm)；(2) 落料157；(3) 拉深80×48；(4) 整形R1.5；(5) 切邊90；(6) 沖孔64(圖中未畫出)；(7) 去毛刺；(8) 發(fā)藍(lán)。拉探特點：這是帶法蘭圓筒形件的拉深。(以下計算考慮料厚)拉深系數(shù)=0.52；=1.1；=0.95。查表5-8,得m=0.55,查圖5-22，得=0

47、.65,而=0.57,顯然m m，=，表明一次拉深成形困難。如果采用拉深性能較好的SPCD材料，可以一次拉深成形，廢品率較低；但如果采用拉深性能較差的08F，廢品率則高達(dá)50%40。2.6.2 寬法蘭件的拉深工序尺寸計算按拉料厚中心線計算，t2.0，材料為低碳鋼3。(1) =76，=2.9時，取修邊余量=2.03。圖2.40(2) 計算毛坯直徑考慮修邊余量后，=76+2×2.0=80。所以，毛坯直徑為=110(3) 確定一次拉深成功的可能性零件的尺寸關(guān)系為=3.0，=2.23，×100=1.82，=0.24查圖5-22或表5-834，可知該零件不能一次拉深成形3。(4) 拉

48、深次數(shù)及各次拉深的拉深系數(shù)由圖5-22可見，當(dāng)d=53時，兩側(cè)曲線查得的相對高h(yuǎn)/d近似相等，故暫定第一次拉深直徑=53(此時0.48) 。以后各次的拉深系數(shù)可由表5-1查得，=0.75，=0.78，=0.803。按極限拉深系數(shù)計算的各次拉深工序后半成品的直徑分別為=0.75×53=40=0.78×40=31 =0.80×31=25<26對上述各拉深系數(shù)做適當(dāng)調(diào)整，得=0.49，=0.76，=0.79，=0.81，則 =0.49×110=54=0.76×54=41=0.76×41=32=0.81×32=26(5) 由表

49、5-3查得各次拉深工序后半成品的圓角半徑分別為=20=12=7=3(6) 為了保證第一次拉深時成形的發(fā)藍(lán)的外徑在后續(xù)的拉深工序中不再收縮，將第一次拉入凹模的毛坯面積加大5%，第二、第二道工序分別增大3%和1.5%(為了簡化計算，用零件總面積代替零件拉入凹模部分的面積，由此產(chǎn)生的誤差并不大) 3。重新計算毛坯直徑及第二、第三道拉深的假想毛坯直徑，它們分別為=113 =112 =111(7) 核算第一次的拉深高度=()+0.43()+()=47.5/=0.88，此值大于由圖5-22查得的數(shù)值，可以實現(xiàn)這一拉深高度。(8) 計算以后各次的拉深高度計算結(jié)果列表如下：拉深次數(shù)拉深直徑拉深高度凸模與凹模的

50、圓角半徑12345643342847.548.653.1582012733沖壓常用原材料沖壓用原材料主要是各種金屬與非金屬板材。金屬板料包括各種黑色金屬與有色金屬板材。雖然在沖壓生產(chǎn)中所用金屬板材的種類很多，但用量最多的原材料主要是鋼板、不銹鋼板、鋁合金板及各種復(fù)合金屬板7。3.1.1 普通鋼板鋼板是沖壓生產(chǎn)中應(yīng)用數(shù)量最多的原材料，它用于汽車、拖拉機、火車車輛等交通工具以及電器、石油化工機械、建筑等多種工業(yè)產(chǎn)品。由于產(chǎn)品使用目的與功能要求不同，在沖壓生產(chǎn)中所用的鋼板種類與形式也各不相同8。1 熱軋鋼板熱軋鋼板的供應(yīng)狀態(tài)有兩種形式。經(jīng)熱軋后直接供應(yīng)的鋼板、表面有厚度為10m左右的黑色氧化皮。氧化

51、皮脆而硬，在沖壓成形中，尤其是在剝落時，可能損壞模具。為了克服這個問題，鋼鐵廠也提供經(jīng)酸洗等表面處理去除氧化皮的熱軋鋼板。這種鋼板表面粗糙，但也有利于潤滑的優(yōu)點，可用于成形工序。熱軋鋼板不具有冷軋鋼板的織構(gòu)組織，所以它的沖壓性能不如冷軋鋼板。另一方面，熱軋鋼板的厚度與性能波動大，對沖壓加工也是不利的。除化學(xué)成分外，晶粒度的大小對強度、n值等也有影響。生產(chǎn)中也常用控制晶粒度的方法，對熱軋鋼板的性能做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。由于熱軋鋼板的價格便宜，現(xiàn)在鋼鐵企業(yè)也在開發(fā)沖壓性能好、可用于深拉深成形的熱軋鋼板。2 冷軋鋼板冷軋鋼板表面質(zhì)量好、沖壓性能優(yōu)異，而且板材的各種性能和厚度精度等都相當(dāng)穩(wěn)定，所以它是沖壓生產(chǎn)

52、中應(yīng)用廣泛的原材料。調(diào)整冷軋鋼板的化學(xué)成分、控制冶煉、熱軋、冷軋與退火過程，可以得到具有各種不同性能的冷軋鋼板。冷軋鋼板的主要特點是，利用軋制中的變形與退火中的再結(jié)晶處理方法，可獲得r值增大的織構(gòu)組織，改善冷軋鋼板的拉深性能、曲面零件成形時的貼模性能等沖壓性能。表3.1是冷軋鋼板與熱軋鋼板在質(zhì)量與性能方面的大致對比。由于冷軋鋼板有相當(dāng)多具有特殊性能的鋼種與牌號，所以這個表只能對一般的冷軋鋼板與熱軋鋼板提供一個概念上的對比。表3.1 冷軋鋼板與熱軋鋼板的對比對比項目熱軋鋼板冷軋鋼板表面粗糙度Ry/m20250.2525厚度公差/mm±(0.180.25)±(0.080.13)

53、均勻伸長率(%)27353742厚度方向性系數(shù)r值0.80.951.11.83.1.2 高強度鋼板 提高鋼板的強度，可以在保證鋼板構(gòu)件強度與剛度要求的條件下降低所使用鋼板的厚度，從而降低結(jié)構(gòu)的重量與成本18。高強度鋼板在汽車工業(yè)的應(yīng)用較多，而且為了適應(yīng)各種構(gòu)件在強度、韌性與成形方面的要求，目前已有多種高強度鋼板成功地應(yīng)用于汽車工業(yè)（代替普通鋼板），使汽車的自重與成本都有所降低。一般的高強度鋼板的抗拉強度是350-500MPa，但有些鋼鐵企業(yè)已經(jīng)開發(fā)了強度達(dá)1000MPa的所謂高強度鋼板。目前已經(jīng)用于生產(chǎn)的高強度鋼板，有下面幾種18。(1) 加磷高強度鋼板是固溶強化型的高強度鋼板，它在汽車工業(yè)中

54、的應(yīng)用較早，也比較成熟。(2) BH硬化型高強度鋼板具有十分良好的近于低碳鋼板的沖壓性能。但在沖壓成形后，經(jīng)噴漆和低溫烘烤，它的強度因BH型硬化而提高，成為高強度鋼板。(3) 雙相高強度鋼具有軟的鐵素體與硬的馬氏體組織，所以它同時具有較高的強度和較好的塑性。目前這種鋼板主要用于汽車結(jié)構(gòu)件，如立柱、底盤中的構(gòu)件等。3.1.3 表面處理鋼板為了防止鋼板制件在使用過程中的腐蝕，鋼板在冷軋或熱軋后，經(jīng)電鍍或在450-500°C耐腐蝕的金屬熔液中進行熱浸鍍加工，制成表面處理鋼板。常用的有鍍錫鋼板、鍍鋅鋼板和鍍鋁鋼板19。由于表面處理鋼板的鍍層厚度很小，所以它對沖壓性能的影響不大。表面處理鋼板的

55、沖壓性能與表面處理前大致相同。但是，由鍍層表面摩擦性能不同引起的對沖壓成形過程的影響，有時是不可忽視的，尤其是在采用拉深筋等靠摩擦阻力控制沖壓件的成形時，表面摩擦條件就可能對沖壓成形的成敗起決定的作用。加藤俊之的研究結(jié)果表明：當(dāng)表面處理鋼板的摩擦系數(shù)增大時，試驗用的某個汽車覆蓋件的可成形范圍有一定程度的縮小，也就是說對成形條件與參數(shù)的要求趨于嚴(yán)格20。3.1.4 復(fù)合鋼板復(fù)合金屬板是利用軋制復(fù)合或其他復(fù)合方法（如爆炸復(fù)合法等），把兩種金屬板復(fù)合成牢固接合在一起的雙層或三層板材。通常都是在厚度較大（相對敷層板）的基板表面復(fù)合以厚度較薄的敷層板。復(fù)合板兼有它組成的組分板材金屬的兩種性質(zhì)（力學(xué)性能與物理性能），可以認(rèn)為它是一種功能性材料。為了適應(yīng)不同的用途與要求，在沖壓加工中應(yīng)用多種復(fù)合板材，常用的有：鋼-銅復(fù)合板、鋼-鋁復(fù)合板、鋼-不銹鋼復(fù)合板、不銹鋼-鋁復(fù)合板等。另外，也有在鋼板或鋁的兩表面上各被復(fù)一層不銹鋼板的三層復(fù)合鋼板。在鋁板的雙側(cè)表面各復(fù)合一層不銹鋼后，使復(fù)合板在外觀上十分美觀，而且具有良