試論沖壓成型工藝在金屬板材中的應用

趙亞松 段長勝

摘要：板材成型性能的好壞會直接影響到沖壓工藝過程、生產率、產品質量和生產成本。板料的沖壓成型性能好，對沖壓成型方法的適應性就強，就可以采用簡便工藝，高生產率設備，生產出優質低成本的沖壓零件。本文簡要介紹了金屬板材的沖壓成型理論和特性，重點介紹了沖壓技術的發展水平，同時說明了金屬板材的沖壓成型性能和未來金屬板材成型行業發展的關鍵。

關鍵詞：沖壓；板材；成型

金屬板材的成型性能是指板材對沖壓成型工藝的適應能力。板材成型性能的好壞會直接影響到沖壓工藝過程、生產率、產品質量和生產成本。板料的沖壓成型性能好，對沖壓成型方法的適應性就強，就可以采用簡便工藝，高生產率設備，生產出優質低成本的沖壓零件。

沖壓成型是指靠壓力機和模具對板材、帶材、管材和型材等施加外力，使之產生塑性變形或分離，從而獲得所需形狀和尺寸的工件（沖壓件）的加工成型方法。

沖壓的坯料主要是熱軋和冷軋的鋼板和鋼帶。全世界的鋼材中，有60%～70%是板材，其中大部分經過沖壓制成成品。汽車的車身、底盤、油箱、散熱器片，鍋爐的汽包，容器的殼體，電機、電器的鐵芯硅鋼片等都是沖壓加工的。儀器儀表、家用電器、自行車、辦公機械、生活器皿等產品中，也有大量沖壓件。

1.沖壓成型的特性

沖壓成型是一種常見的機械加工方法，沖壓加工所生產出來的沖壓件，應用領域可說是包羅萬象，比如：消費電子產品、機械、五金、運輸工具等產業均少不了它的存在。沖壓件相對于其他加工方法可以說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、形狀復雜的零件。③沖壓件在形狀和尺寸方面的互換性好。④能獲得質量較輕而強度高、剛性好的零件。⑤生產率高，操作簡單，容易實現機械化和自動化。

沖壓既能夠制造尺寸很小的儀表零件，又能夠制造諸如汽車大梁，壓力容器封頭一類的大型零件；既能夠制造一般尺寸公差等級和形狀的零件，又能夠制造精密（公差在微米級）和復雜形狀的零件。占全世界鋼產60%～70%以上的板材、管材及其他型材，其中大部分經沖壓制成成品。沖壓在汽車、機械、家用電器、電機、儀表、航天、武器制造中，具有十分重要的地位。

沖壓件的重量輕、厚度薄、剛性好。它的尺寸公差取決于模具，所以質量穩定，一般不需要再經機械切削即可使用。冷沖壓件的金屬組織與力學性能優于原始胚料，表面光滑美觀。冷沖壓件的公差等級和表面狀態優于熱沖壓件。

2.沖壓技術的發展水平

進行柔性沖壓生產的大型多工位壓力機是轎車覆蓋件沖壓成型的發展方向，并具有最先進的技術水平，是世界大型轎車覆蓋件沖壓技術的最高級發展階段。

2.1生產效率高

在人工上下料的沖壓線上生產大型汽車覆蓋件，平均每分鐘3～5件；由上下料機械手組成的沖壓自動化線，生產同樣的零件，平均每分鐘6～8件；由電子伺服三坐標送料的多工位壓力機系統，每分鐘達到16～25件，大大提高了沖壓件的產量。由于多工位壓力機采用電子伺服送料系統，送料系統的元件減少，伺服電動機直接驅動送料桿，送料系統的慣量減小，更容易加速和減速，送料速度提高，系統結構緊湊，間隙小，高速時的振動較小，送料誤差小，避免了因掉料而停機處理。

2.2柔性好

電子伺服多工位送料的每個動作都是由伺服電動機驅動，行程、速度和加速度柔性可控，并且能夠與壓力機同步運行，機械送料的多工位壓力機送料動作由機械凸輪驅動，送料的行程初始位置和終點位置都是由機械結構定死的不能改變，所以機械送料的多工位只適合一定范圍的零件加工。大型電子伺服送料多工位壓力機柔性好，不但能夠沖壓大型的覆蓋件，而且能夠沖壓小型零件。當沖壓小型零件時，送料距離減短，節拍提高，能夠生產更多的零件，通過合理的模具設計和布置，一次沖壓可以生產2～3個零件。

2.3全自動化、智能化

從垛料的拆垛、板料及工件的傳送到板料成型和工件的碼垛，全部實現自動化，整臺的多工位壓力機成套系統只需1～2人進行監控。當模具更換時，只需輸入所要更換模具的編號，其余工作自動完成，整個換模時間只需5min。換模的同時多工位壓力機的運行特性作智能化調整，主要包括壓力機的行程次數、壓力機的平衡器風壓、電子伺服三坐標送料的送料距和節拍初始位置。

2.4最先進的控制技術

壓力機主機的運動采用大功率直流調速技術或大功率的變頻調速技術，電子伺服三坐標送料系統采用交流伺服矢量控制技術以及同步運動技術，數控液壓拉深墊采用液壓伺服技術，為了使整套設備協調運行，采用了計算機和網絡技術。

3.沖壓方法與分類

沖壓加工制程種類依其加工方式及特征可大致分為沖切加工（分離加工）、成型加工、壓合加工等三大類。沖切加工是借著沖壓機械之能量及必要的模具將金屬板料加以分離而得到所要的尺寸及形狀。成型加工是借著沖壓機之能量及必要的模具將金屬板料之全部或部分區域施以永久變形或塑性變形而得到所要的尺寸及形狀。壓合加工是利用沖壓機械及必要的模具將兩件以上之零件施以壓合加工而得到一組合件。

4.金屬板材的沖壓成型

對沖壓成型件來說，不產生破裂是基本前提，同時對它的表面質量和形狀尺寸精度也有一定要求，故板料沖壓成型性應包括：抗破裂性、貼模性和形狀凍結性能等幾個方面。所謂沖壓成型就是板材可成型能力的總稱，或者叫做廣義的沖壓成型性能。廣義成型性能中的抗破裂性能，可視為狹義的沖壓成型性能。板料在成型過程中，一方面是由于起皺、塌陷和鼓包等缺陷而不能與模具完全貼合；另一方面因為回彈，造成零件脫模后較大的形狀和尺寸誤差。通常將板材沖壓成型中取得與模具形狀一致的能力，稱為貼模性；而把零件脫模后保持其既得形狀和尺寸的能力，稱為形狀凍結性。通常把材料開始出現破裂時的極限變形程度作為板料沖壓成型性能的判定尺度。目前對抗破裂性的研究已取得了不少成果。根據把沖壓成型基本工序依其變形區應力應變的特點分為伸長類（拉伸類）與壓縮類兩個基本類別的理論，可以把這種沖壓成型的分類與沖壓成型性能的分類建立對應關系。板料沖壓成型的試驗方法有多種，概括起來分為直接試驗和間接試驗兩類。直接試驗中板材的應力和變形情況與真實沖壓基本相同，所得的結果也比較準確；而間接試驗時板材的受力情況與變形特點卻與實際沖壓時有一定的差別。所以，所得的結果也只能間接地反映板材的沖壓性能，有時還要借助于一定的分析方法才能做到。

5.我國金屬板材成型行業發展的關鍵

隨著現代科學技術的迅速發展，數字化、自動化、專業化、規模化、信息化在金屬板材成型行業得到了廣泛的應用。本次中國國際金屬板材成型展覽會及會議的內容也完全證實了這一點。所以，金屬板材成型企業只有擁有具有現代化專業知識、經過專業技能培訓的技術和管理人才，才有可能了解、掌握、引進、使用最先進的金屬板材成型技術和設備，將最先進的生產力與最先進的成型技術相結合，制造出物美價廉的產品；除此之外，金屬板材成型企業還必須擁有具有專業化的、國際化的市場營銷和售后服務人才，才能打開、占領國內外市場，將自己的產品宣傳、銷售出去，更好地為行業服務、造福于人類和社會。另外，由于現代技術進步、更新速度很快，所以，金屬板材成型企業還應當重視在職人員的教育和培訓，注重企業知識經濟結構的更新，才能保證企業制造技術水平與行業發展保持一致，使自己的企業永遠立于不敗之地。

參考文獻：

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