冲压加工的冲压加工最新技术
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发布时间：2022-06-02 23:27
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时间：2023-10-08 23:36
复合冲压
本文所涉及的复合冲压, 并不是指落料、 拉伸、 冲孔等冲压工序的复合, 而是指冲压工艺同其他加工工艺的复合, 譬如说冲压与电磁成形的复合, 冲压与冷锻的结合, 冲压与机械加工复合等。
冲压与电磁成形的复合工艺
电磁成形是高速成形, 而高速成形不但可使铝合金成形范围得到扩展, 并且还可以使其成形性能得到提高。用复合冲压的方法成形铝合金覆盖件的具体方法是: 用一套凸凹模在铝合金覆盖件尖角处和难成形的轮廓处装上电磁线圈, 用电磁方法予以成形, 再用一对模具在压力机上成形覆盖件易成形的部分,然后将预成形件再用电磁线圈进行高速变形来完最终成形。 事实证明, 用这样复合成形方法可以获得用单一冲压方法难以得到的铝合金覆盖件。
最新研究表明镁合金是一种比强度高、 刚度好、电磁界面防护性能强的金属, 其在电子、 汽车等行业中应用前景十分看好, 大有取代传统的铁合金、 铝合金、 甚至塑胶材料的趋势。 目前汽车上采用的镁合金制件有仪表底板、 座椅架、 发动机盖等, 镁合金管类件还广泛应用于飞机、导弹和宇宙飞船等尖端工业领域。但镁合金的密排六方晶格结构决定了其在常温下无法冲压成形。现在人们研制了一种集加热与成形一起的模具来冲压成形镁合金产品。该产品成形过程为: 在冲床滑块下降过程中, 上模与下模夹紧对材料进行加热, 然后再以适当运动模式进行成形。
此种方法也适用于在冲床内进行成形品的联结及各种产品的复合成形。许多难成形的材料, 例如镁合金、 钛合金等产品, 都可用该种方法冲压成形。由于这种冲压要求冲床滑块在下降过程中具有停顿的功能, 以便对材料加热提供时间, 故人们研制一种全新概念的冲床—— —数控曲轴式伺服马达冲床, 利用该冲床还可在冲压模具内实现包括攻螺纹、铆接等工序的复合加工, 从而有力地拓展了冲压加工范围, 为镁合金在塑性加工业广泛应用奠定了坚实的基础。
冲压与冷锻的结合
一般板料冲压仅能成形等壁厚的零件, 用变薄拉伸的方法最多能获得厚底薄壁零件, 冲压成形局限性*了其应用范围。而在汽车零件生产中常遇到一些薄壁但却不等厚的零件 , 用单一的冲压与冷锻相结合的复合塑性成形方法加以成形, 显得很容易, 因此, 用冲压与冷锻相结合的方法就能扩展板料加工范围。 其方法是先用冲压方法预成形, 再用冷锻方法终成形。用冲压冷锻复合塑性成形, 其优点为: 一是原材料容易廉价采购, 可以降低生产成本; 二是降低单一冷锻所需的大成形力, 有利于提高模具寿命。 现在所谈论的微细加工指的是微零件加工技术。微零件的界定通常指的是至少有某一方向的尺寸小于 100μ m, 它比常规的制造技术有着无可比拟的应用前景。用该技术制作的微型机器人、微型飞机、 微型卫星、 卫星陀螺、 微型泵、 微型仪器仪表、 微型传感器、 集成电路等等, 在现代科学技术许多领都有着出色的应用, 他能给许多领域带来新的拓展和突破, 无疑将对我国未来的科技和国防事业有着深远的影响, 对世界科技发展的推动作用也是难以估量的。 譬如微型机器人可完成光导纤维的引线、 粘接、 对接等复杂操作和细小管道、 电路的检测, 还可以进行集成芯片生产、 装配等等, 仅此就不难窥见微细加工诱人的魅力。
发达工业国家对微细加工的研究开发十分重视, 投入了大量的人力、 物力、 财力, 一些有远见的著名大学和公司也加入了这一行列。我国在这方面也做了大量的研究工作, 有理由认为在 21 世纪, 微细加工一定会像微电子技术一样, 给整个世界带来巨大的变化和深刻的影响。
对于模具工业, 由于冲压零件的微型化及精度要求的不断提高, 给模具技术提出了更高的要求。原因是微零件比传统的零件成形要困难得多, 其理由是: ①零件越小, 表面积与体积比迅速增大; ②工件与工具间的粘着力, 表面张力等显著增大; ③晶粒尺度的影响显著, 不再是各向同性的均匀连续体; ④工件表面存储润滑剂相对困难。 微细冲压的一个重要方面是冲小孔, 譬如微型机械、 微型仪器仪表中就有很多需要冲压的小孔。 故研究小孔冲压应是微细冲压的一个极其重要的问题。冲小孔的研究着重于: 一是如何减小冲床尺寸;二是如何增大微小凸模的强度和刚度 (这方面除了涉及到制作的材料及加工的技术外, 最常用的便是增加微小凸模的导向及保护等)。 尽管在冲小孔上需要研究的问题还很多, 但也取得了不少可喜的成绩。有资料表明国外已经开发的微冲压机床长 111mm,宽 62mm, 高 170mm,装有一个交流伺服电机, 可产生 3kN的压力。该压力机床装有连续冲压模, 能实现冲裁和弯曲等。
日本东京大学利用一种 WFDG技术制作了微冲压加工的冲头与冲模, 利用该模具进行微细冲压, 可在 50μ m厚的聚酰胺塑料板上冲出宽为 40μ m的非圆截面微孔。在超薄壁金属筒形件拉深方面, 清华大学有了良好的开端。超薄壁拉深技术的关键是要有高精度的成形机。 他们在壁厚为 0.001mm～ 0.1mm的超薄壁金属圆筒成形中, 研制出一台有微机控制功能的精密成形试验机, 使冲头与凹模在加工过程中对中精度达到 1μ m, 有效地解决了超薄壁拉深中易出现起皱与断裂而不能正常操作的难题。利用该机对初始壁厚为 0.3mm 的黄铜和纯铝进行一系列变薄拉深加工, 加工出内径为 16mm, 壁厚为 0.015mm～0.08mm,长度为 30mm的一系列超薄壁金属圆筒。 经检测, 成形后的超薄壁筒壁厚差小于 2μ m, 表面粗糙度 Ra0.057μ m, 从而大大地提升了应用该超薄壁圆筒仪器仪表的精度, 相应地也提升了安装该仪器仪表整机的性能。 绿色制造是一个综合考虑环境影响与资源效率的现代制造模式, 而绿色冲压亦是如此, 实质上就是人类可持续发展战略在现代冲压中的具体体现。它应包括在模具设计, 制造、 维修及生产应用等各个方面。
1、绿色设计 所谓绿色设计即在模具设计阶段就将环境保护和减小资源消耗等措施纳入产品设计中, 将可拆卸性、 可回收性、 可制造性等作为设计目标并行考虑并保证产品功能、 质量寿命和经济性。随着模具工业的发展, 对金属板料成形质量和 模具设计效率要求越来越高, 传统的基于经验的设计方法已无法适应现代工业的发展。 近年来, 用有限元法对板料成形过程进行计算机数值模拟, 是模具设计领域的一场*。用计算机数值模拟能获得成形过程中工件的位移、 应力和应变分布。 通过观察位移后工件变形形状能预测可能发生的起皱; 根椐离散点上的主应变值在板料成形极限曲线上的位置或利用损伤力学模型进行分析, 可以预测成形过程中可能发生的破裂; 将工件所受外力或被切除部分的约束力解除, 可对回弹过程进行仿真, 得到工件回弹后的形状和残余应力的分布。 这一切, 就为优化冲压工艺和模具设计提供了科学依据, 是真正意义上的绿色模具设计。
2 绿色制造 在模具制造中, 应采用绿色制造。 现在有一种激光再制造技术, 它是以适当的合金粉末为材料, 在具有零件原形 CAD/CAM软件支持下, 采用计算机控制激光头修复模具。具体过程是当送粉机和加工机床按指定空间轨迹运动, 光束辐射与粉末输送同步,使修复部位逐步熔敷, 最后生成与原形零件近似的三维体, 且其性能可以达到甚至超过原基材水平, 这种方法在冲模修复尤其是在覆盖件冲模修复中用途最广。 由于该项技术不以消耗大量自然资源为目标,故称为绿色制造。 此外, 在冲压生产中应尽量减少冲压工艺废料及结构废料, 最大限度地利用材料和最低限度地产生废弃物。减少工艺废料, 就是通过优化排样来解决, 例如采用对排、 交叉排样等方法, 还可以采用少无废料排样方法, 以大幅度提高材料利用率。 所谓优化排样就是要解决两个问题: 一是如何将它表示成数学模型; 二是如何根据数学模型尽快求出最优解,其关键就是算法问题。现代优化技术已发展到智能优化算法, 主要包括人工神经网络、 遗传算法、 模拟退火、 禁忌搜索等。 可以相信优化排样将会有一个突破性进展, 对结构废料多的工件可采用套裁方法, 从而能达到废物利用, 变废为宝。
此外, 还可以通过改产品结构的方法来加以解决也不是完全不可能的。对于套裁, 人人皆知的有大垫片套裁中垫片, 中垫片再套裁小垫片等。 当今高强钢、超高强钢很好的实现了车辆的轻量化，提高了车辆的碰撞强度和安全性能，因此成为车用钢材的重要发展方向。但随着板料强度的提高，传统的冷冲压工艺在成型过程中容易产生破裂现象，无法满足高强度钢板的加工工艺要求。在无法满足成型条件的情况下，目前国际上逐渐研究超高强度钢板的热冲压成形技术。该技术是综合了成形、传热以及组织相变的一种新工艺，主要是利用高温奥氏体状态下，板料的塑性增加，屈服强度降低的特点，通过模具进行成形的工艺。但是热成型需要对工艺条件、金属相变、CAE分析技术进行深入研究，目前该技术被国外厂商垄断，国内发展缓慢。
当材料被冲压成形时，会变硬。不同的钢材，变硬的程度不同，一般高强度低合金钢只略有3 KSI增加，不到10%。注意：双相钢的屈服强度有20KSI增加，增加了40%多！金属在成形过程中，会变得完全不同，完全不像冲压加工开始之前。 这些钢材在受力后，屈服强度增加很多。材料较高的屈服应力加上加工硬化，等于流动应力的大大增加。----这会引起需要更多的吨位来制作部件----它会使金属的变形温度增加（可能会燃烧或破坏不恰当的润滑剂），硬点会增加模具磨损----涂层可能会于事无补或无法持续到和预期的时间一样长。综上所述，高强钢成形的高压力要求、回弹的增加、加工硬度的增加、高成型温度下的操作对模具及润滑都提出了挑战。
过去在生产深冲或者重冲工件，大家都认为耐压型(EP) 润滑油是保护模具的最好选择。硫和氯EP添加剂被混合到纯油中来提高模具寿命已经有很长的历史了。但是随着新金属--高强度钢的出现，环保要求的严格，EP油基润滑油的价值已经减少，甚至失去市场。
在高温下高强度钢的成型，EP油基润滑油失去了它的性能，无法在极温应用中提供物理的模具保护隔膜。而极温型的IRMCO高固体聚合物润滑剂则可以提供必要的保护。随着金属在冲压模具中变形，温度不断升高，EP油基润滑油都会变薄，有些情况下会达到闪点或者烧着（冒烟）。IRMCO高分子聚合物润滑剂一般开始喷上去时稠度低得多。随着成形过程中温度的上升，会变得更稠更坚韧。实际上高分子聚合物极温润滑剂都有“热寻性”而且会粘到金属上，形成一个可以降低摩擦的隔膜。这个保护屏障可以允许工件延展，在最高要求的工件成型时没有破裂和粘接，以此来控制摩擦和金属流动。有效的保护了模具，延长了模具使用寿命，提高了冲压的强度。
