1、太原理工大学硕士学位论文精密冲裁工艺机理的研究姓名：温莉敏申请学位级别：硕士专业：材料加工程指导教师：许树勤20060501太原理工大学硕士研究生学位论文精密冲裁工艺机理的研究摘要精冲技术发展至今大都仍基于试验和经验。众所周知：精冲设备和精冲模具使变形区内的静水压应力增加，从而提高了材料的塑性，提高了剪切面的质量。现实中的精冲工艺参数是可行的，是否也是最优的?要回答这些问题，必须研究精冲工艺参数与剪切区内的静水压应力的对应关系。精冲试验可以直观地获得精冲工艺参数与冲裁面质量间的对应关系，但是由于在精冲加工过程中材料的变形仅限于很小的区域内，难以用试验的方法直接获得剪切变形区的应力应变场信息，也
2、就无法获得精冲工艺参数与剪区静水压应力的对应关系。采用有限元方法，建立精冲过程的有限元数值模型是获得相关信息的有效途径，能够定量地给出精冲工艺参数静水压应力与各工艺参数的关系，从而可对精冲工艺参数进行优化。在综合查阅、消化及吸收大量国内外精冲技术资料的基础上，本文采用试验和数值模拟相结合的方法来研究精冲工艺的机理，通过精冲试验得到精冲工艺参数与剪切面质量的对应关系，采用数值模拟获得精冲工艺参数与剪切区静水压应力之间的相互关系。比较试验和模拟的结果，验证有限元模型的正确性，进而建立精冲工艺参数与剪切区静水压应力之间的关系，实现对精冲过程的有限元预测的工艺参数优化。T太原理工大学硕士研究生学位论文
3、本文研究精冲过程中V 形压边圈不同齿距、不同压边力、不同反压力和不同间隙( 约料厚的0 1 1 左右) 对精冲质量的影响。试验【3 5 】采用直径为由1 6 r a m 、厚度为2 9 1 m 4 5 钢圆形零件为研究对象，对V 形压边圈齿距、相对间隙、压边力和反压力如何影响精冲件质量分别进行了研究，也为有限元模型的校核奠定了基础。本文在试验的基础上，分析研究了V 形齿圈齿距分别为2 4 m 、3 2 n 、4 1 m m 、5 0 m 、7 6 m m ，相对间隙为0 1 S 、0 7 S 、1 3 S ( S 为料厚) ，压边力0 K N 、2 0 K N 、4 0 K N 、6 0 K
4、N 和反压力为0 K N 、2 0 K N 、4 0 K N 、6 0 K N对精冲件质量的影响，针对各个工艺参数建立了相应的有限元模型，然后用D E F O R M 一2 D 对精冲过程进行了模拟，在模拟计算中，分别以压边圈、压边力、反压力和间隙作为变量，每次只改变一个参数而保持其余参数不变，从而得到这个参数对精冲工艺的影响。通过模拟，直观的了解到变形体在精冲过程中的静水应力场的分布情况，分析了静水压应力与剪切面裂纹产生的关系。研究发现：最佳相对齿形距离( 齿距与料厚的比值) 为1 1 ，比文献【3 5 q h 给的1 5 小，从而提高了材料的利用率，相对问隙 = 0 7 S ( S 为料厚
5、) ，冲裁力：压边力：反压力为1 0 ：4 8 ：2 2 时可得到质量较好的冲裁件。该结论对于揭示精冲工艺的机理，指导模具设计与优化工艺具有重要作用。关键词：精冲，V 形齿圈，间隙，压边力，反压力，有限元模拟I I太原理工大学硕士研究生学位论文R E S E A R C HO NT H EM E C H A N I S MO FF I N EB L A N K I N GA B S T R A C TF i n eb l a n k i n gt e c h n o l o g yh a ss t i l lb e e np e r f o r m e db a s e do ne x p e
6、 r i e n c ef r o mi t si n v e n t i o nt ot h i sd a y I ti sw e l lk n o w nt h a tt h eh y d r o s t a t i cs t r e s sc a nb ei n c r e a s e db yt h ef i n eb l a n k i n gf a c i l i t i e sa n dd i et oi m p r o v et h em a t e r i a lp l a s t i ca n dt oe n h a n c et h eq u a l i t yo fs
7、h e a r e ds u r f a c e ，t h ep a r a m e t e ro ff i n eb l a n k i n gi nr e a l i t ya r ef e a s i b l e ，b u tw h e t h e rt h e ya r et h em o s tp e r f e c to rn o t T oa n s w e rt h eq u e s t i o n ，t h ec o r r e s p o n d i n gr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ep a r a m e t e r
8、so ff i n eb l a n k i n gt e c h n o l o g ya n dt h eh y d r o s t a t i cs t r e s si ns h e a rz o n em u s tb es t u d i e d T h ec o r r e s p o n d i n gr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ep a r a m e t e r so ff m eb l a n k i n gt e c h n o l o g ya n dt h eq u a l i t yo ff i n eb l a
9、 n k i n gp l a n ec a nb eo b t a i n e dv i s u a l l y B u tm o s td e f o r m a t i o no fm a t e r i a li nt h em a t e r i a lp r o c e s s i n gt a k e sp l a c ew i t hi nan a r r o wz o n ea n dn e a r l yn od e f o r m a t i o ni so b s e r v e da w a yf r o mt h en a r r o wz o n eb ye x
10、p e r i m e n t ，n a t u r a l l yi ti si m p o s s i b l et oo b t a i nt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ep a r a m e t e r so fI I 太原理工大学硕士研究生学位论文f i n eb l a n k i n gt e c h n o l o g ya n dt h eh y d r o s t a t i cs t r e s si nt h es h e a rz o n e F i n i t ee l e m e n ts i m u
11、l a t i o ni sa ne f f e c t i v em e t h o df o ro b t a i n i n gc o h e r e n ti n f o r m a t i o nt od e s c r i b eq u a n t i t a t i v e l yt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h eh y d r o s t a t i cs t r e s sa n da l lk i n d so fp a r a m e t e r sa n dt of u r t h e ro p t i m i
12、z ea b o v ep a r a m e t e r s O nt h eb a s e o fs y n t h e s i sc o n s u l ta n dd i g e s ta b s o r bag r e a td e a l o fo v e r s e a sa n dd o m e s t i cl i t e r a t u r ei n f o r m a t i o n ，t h em e c h a n i c so ff i n eb l a n k i n gh a sb e e ns t u d i e di nt h ew a yo fe x p
13、e r i m e n ta n dn u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，b yw h i c ht h ec o r r e s p o n d i n gr e l a t i o n s h i pb e t w e e na b o v ep a r a m e t e ra n ds h e a rs u r f a c ea n dt h em u t u a lr e l a t i o nb e t w e e na b o v ep a r a m e t e r sa n dt h eh y d r o s t a t i cs t r
14、 e s si nt h es h e a ro n e T os e tu pt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ep a r a m e t e r so ff i n eb l a n k i n gt e c h n o l o g ya n dt h eh y d r o s t a t i ca n dt oa c h i e v et h eo p t i m i z a t i o no fa l lk i n d s o fp a r a m e t e r si nt h ep r o c e s s i n go ff
15、 i n eb l a n k i n g ，i ti sn e e d e dt oc o m p a r et h er e s u l t so fe x p e r i m e n ta n ds i m u l a t i o na n dc h e c ko nt h ec o r r e c t i o no ff i n i t ee l e m e n tm o d e l I nt h ep r e s e n tp a p e r ，t h ew r i t e rh a ss t u d i e dt h ee f f e c to fd i f f e r e n t
16、V - r i n gp o s i t i o n ，p r e s s u r e ，c o u n t e rf o r c e ，a n dc l e a r a n c eo nt h eq u a l i t yo ff i n eb l a n k i n g I nt h ee x p e r i m e n tac y c l ep a r to fs t e e l4 5i ss e l e c t e da so b j e c t ，t h ed i a m e t e ra n dt h et h i c k n e s so fw h i c hr e s p e
17、c t i v e l y1 6 m ma n d2 9 r a m t h es t u d yo ft h ee f f e c to fa b o v ef o u rp a r a m e t e r so nt h eq u a l i t yo ff i n eb l a n k i n gh a ss e tu pab a s ef o rc h e c k i n gt h ec o r r e c t i o no ff i n i t ee l e m e n tm o d e l O nt h eb a s eo fe x p e r i m e n t ，t h ee
18、f f e c to fV r i n g ，c l e a r a n c e ，p r e s s u r e ，I V查垦堡三查兰堡主堑塑生堂堡堡苎c o u n t e rf o r c eO i lt h eq u a l i t yo ff i n eb l a n k i n gh a sb e e na n a l y z e d ，t h eV - r i n gp o s i t i o ni s2 4 衄、3 2 衄、4 1 衄、5 0 衄、7 6 衄r e s p e c t i v e l ya n dc l e a r a n c ei s0 1 、0 7 、1 3
19、 r e s p e c t i v e l ya n dp r e s s u r ei s0 K N 、2 0K N 、4 0K N 、6 0K Na n dc o u n t e rf o r c ei s0 K N 、2 0K N 、4 0K N 、6 0K N i ts e t su pf i n i t ee l e m e n tm o d e lf o rf o u rp a r a m e t e r sr e s p e c t i v e l y ，i ts i m u l a t e df o rf i n eb l a n k i n gb yD E F O R M
20、- 2 D I ns i m u l a t i o n ，w ec a no b t a i nt h ee f f e c to ff i n eb l a n k i n gb yt h i sp a r a m e t e rt h r o u g hm o d i f y i n gt h i sp a r a m e t e rw h i l eh o l d i n go t h e r si n v a r i a n t T h es t r e s s m e a nf i e l do fd e f o r m e dm a t e r i a li se x h i b
21、 i t e dd i r e c t l y ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ns t r e s s m e a na n ds h e a rc r a c ki sa n a l y z e d T h er e s u l to fs i m u l a t i o ns h o wt h a tt h eb e t t e rV - r i n gp o s i t i o ni s1 1 ，w h i c hi sl e s st h a n1 5g i v e nb yt h e o r y ，t h er e l a t i
22、v ec l e a r a n c ei sl e s st h a no re q u a lt o0 7p e r c e n to ft h et h i c k n e s so fp l a t ea n dt h ep r o p o r t i o no ft h eb l a n k i n gp r e s s u r et ot h ep r e s s u r e p a d - f o r c et ot h eo p p o s i t ep r e s s u r ei s1 0 ：4 8 ：2 2 ，w h i c ht h em u c hb e t t e
23、rf i n eb l a n k i n gp a r tw i l lb eo b t a i n e d T h er e s e a r c hr e s u l ti sb e n e f i c i a lf o rt h eo p t i m a ld e s i g no ft h ef i n eb l a n k i n gp r o c e s sa n dt h ed i e K E YW O R D S ：f i n eb l a n k i n g ，V - r i n g ，c l e a r a n c e ，f o r c e ，c o u n t e rf
24、o r c en u m e r i c a ls i m u l a t i o nV声明本人郑重声明：所呈交的学位论文。是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：趣霸数日期：迎：! z 芝关于学位论文使用权的说明本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学
25、位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) o签名：导师签名：主鱼：塑堑日期：盔型：篁! ! i太原理工大学硕士研究生学位论文第一章绪论1 1 精密冲裁概述精密冲裁简称精冲。精冲是在普通冲压技术的基础上发展起来的一种精密冲裁方法，可以取代扁平类零件的切削加工，具有优质、高效、低耗、面广的特点【I 】。精冲是塑性剪切过程，它是通过精冲模具，在专用压力机或改装的通用压力机上，使板料在三向压应力状态下沿着所需要轮廓进行纯剪挤分离，能得到精度高、光洁度好、翘曲小、垂直度和互换性好的高质量冲压零件，由于剪切
26、表面光洁而且尺寸精度高，故可以直接用作机器零件的工作面【2 】。零件主要技术质量指标都达到甚至超过切削加工或其他的加工方法，表面质量可与铰孔、精钻、精车加工媲美。用精密冲裁工艺代替切削加工来制造盘状精密轮廓零件、甚至具有一定立体形状的零件，加工效率可以提高十几倍以上，大大降低了生产成本【3 1 。该工艺是目前制造技术发展的方向之一，被列为国家“十五”重点推广应用新工艺 4 1 。精密冲裁的特点1 5 l ：( 1 ) 断面是在三向压应力下纯剪切分离，要求冲压设备或复动模具能同时提供三个方向的主冲、压料和顶件力，并且有一定大小关系和作用时间。( 2 ) 模具的间隙非常小约为料厚的0 1 1 ：制
27、造精度要求高，并要求采用高精度的导向装置一滚珠导向。( 3 ) 凸模和凹模刃口有小圆角，以便更多的材料挤入变形区，增加压应力成分。( 4 ) 冲裁过程的压力非常大，精度要求高，对设备精度、模具结构、材料乃至润滑都提出了高的要求。一般都将精冲作为纯塑性变形过程来研究，精冲时塑性变形区集中在凸凹模刃口连线附近，位于齿圈内侧，齿圈外侧的金属在冲切时被认为不产生塑性变形。精冲与普通冲裁的质量区别：普通冲裁时冲裁面上光亮区只占板厚1 3 左右，其余为断裂区，而在精冲断面上大部分是光亮带甚至出现1 0 0 完全光亮带和无裂纹。太原理工大学硕士研究生学位论文精冲与普通冲裁的工艺区别在于：( 1 ) 精冲的凸
28、凹模间隙约为加工料厚的1 或者更小，而普通冲裁的间隙约为料厚的5 - 1 0 ，( 2 ) 精冲模有v 形齿圈压板：( 3 ) 精冲模有反压板。精冲模采用压边力、反压力是为了消除普通冲裁时存在的拉应力，将应力状态改为三向压应力状态，防止剪裂纹的产生，使精冲过程类似于挤压变形的塑性流动。精冲与普通冲裁的设备区别：精密冲裁需要专用( - - - - 向) 压力机，精冲机价格比较贵，普通冲裁在单向压力机上完成。精冲技术的基本要素是精冲设备、精冲工艺、精冲模具、精冲材料及精冲润滑等。图卜1 所示为普通冲裁和精冲在模具基本结构、冲裁时材料的受力状态、冲件剪切面的质量、冲裁间隙以及冲出实物等方面的比较1
29、6 1 。一I翰：悔髟髟纷芝黝心心划R 沁每函( a ) 普通冲裁b l a n k i n g2冲头毛坯凹模太原理工大学硕士研究生学位论文：十夹齿彤压边圜毛坯凹棋顶扳( b ) 精密冲裁f i n eb l a n k i n g图1 1 普通冲裁与精冲工艺方法的比较F i g1 - 1t h ec o m p a r eo f b l a n k i n ga n df i n eb l a n k i n gp r o c e s s e s1 2 精密冲裁的类型与特征目前，用于生产和处于试验阶段的精冲方法颇多，根据各种精冲方法所采用的模具结构特点、工艺过程、精冲过程中的动作方式和材料变
30、形特征，精冲工艺主要有以下几种：I 普通精冲整修它是将普通冲裁后的毛坯放在整修模中，进行一次或多次的整修加工，除去粗糙不平的冲裁面和锥度，从而得到光滑平整的断面。经整修后，零件的尺寸精度可达I T6 7 ，表面粗糙度可达R a = O 4 O 8pm 。常用的整修方法主要有外缘整修、内孔整修、叠料整修和振动整修。( 1 ) 外缘整修其整修全过程，相当于切削加工。它分为：a ) 单件整修将预先留有整修余量的落料件置于整修凹模上，由凸模将毛坯压入凹模，余量被凹模切去。，b ) 复合整修冲裁与整修相结合。( 2 ) 内孔整修3太原理工大学硕士研究生学位论文它与外缘整修相似。是用凸模切除孔的余量或用心
31、杆和钢珠挤光孔壁，前者形成孔表面为切削面，后者形成的是塑性加工表面。孔的精度可达I T 5 6 ，孔壁粗糙度可达R a = 0 2 0 4l am 。( 3 ) 叠料整修是将两件毛坯重叠在起，且凸模大于凹模直径，凸模是隔着一件毛坯对正在进行整修的毛坯加压。当整修进行到毛坯板厚的2 3 3 4 时，再送入第二件毛坯，进行下一次整修行程。( 4 ) 振动整修是借助于专门压力机在凸模上附加一个轴向振动，断续地进行切削。这样能使原来比较难于整修的材料变得容易整修，还能提高整修表面的光洁度。2 光洁冲裁普通冲裁断面是由光洁面和撕裂面组成。而光洁冲裁很少出现撕裂面，可使冲裁断面的粗糙度达R a = 1 6
32、 O 4pm 。光洁冲裁法主要有：( 1 ) 圆角凸凹模冲裁。落料时，凹模刃口带小圆角、倒角或椭圆角，凸模为普通形式。冲孔时，凸模刃口带小圆角或倒角而凹模为普通形式。圆角的作用在于减少应力集中，消除或延缓裂纹发生，使之形成光洁冲裁面。( 2 ) 负间隙冲裁。负间隙冲裁时( 图1 2 ) ，凸模1 的尺寸大于凹模3 的尺寸，冲裁过程中出现的裂纹方向与普通冲裁相反，使板材2 形成一个倒锥形毛坯。凸模继续下压时将倒锥毛坯压入凹模内，相当于整修过程。因此，负间隙冲裁是落料与整修的复合工序。由于凸模尺寸大于凹模，故冲裁完毕时，凸模不应进入凹模孔内，而应与凹模表面保持0 1 O 2 衄距离，此时毛坯尚未全
33、部压入凹模，要待下个零件冲裁时，再将它全部压入。4太原理工大学硕士研究生学位论文1 一凸模；2 - 板料；3 - 凹模图卜2 负间隙冲裁F i g1 - 2t h em i n u sc l e a r a n c eo f f i n eb l a n k i n gl - p u n c h ：2 - m a t e r i a l ：3 - d i e( 3 ) 包覆冲栽。是利用光洁冲裁时金属纤维的连续作用，使外表面金属覆盖整个冲裁断面。( 4 ) 挤压冲裁。挤压冲裁的基本特点是：凸模的端部尺寸与凹模间有较大的问隙，凸模一般做成有斜度并带圆角的台肩形，台肩后部尺寸等于零件孔径。工作时，凸
34、模前端先冲孔，然后靠凸根的斜肩及圆角使材料处于压缩状态而挤出所需直径的孔。3 强力压板精冲强力压板式精冲是使材料在变形区保持三向压应力状态，使之在不发生裂纹的情况下利用塑性剪切而分离。强力压板精冲虽然有多种模具结构形式，但就模具结构、动作方式和材料变形而言，都基本类似，只是压板的形式不同。有带齿形的齿圈压板、还有锯齿形压板、锥形压板、凸台形压板等。其中带齿形的齿圈压板是普遍应用的强力压板式精冲形式，人们平时所指的精冲也大部分是指齿圈压板式精冲。齿圈压板式精冲模具与普通冲压模具结构不同，它比普通冲压模多一个齿圈压板，凹模与凸模之间的间隙小，凹模刃口存在圆角，多一个顶件杆。精冲过程中，板材在受到剪
35、切的同时受到挤压作用，剪切区内的金属处于三向压应力状态，使金属板材不产生横向流动，而在纯塑性状态下发生剪切分离，而非普通冲裁的断面纤维被拉断、撕裂分离，因而可得到平整度较好、精度较高和断面质量较好的工件。纯塑性剪切分离可以得到较高的断面质量。从金属塑性变形理论分析，金属板材在变形过程中，压应力和压应变不会导致金属破坏，引起金属板材的断面韧性破坏的是拉应力、剪应力造成的纤维破坏。5太原理工大学硕士研究生学位论文当变形的金属板材是拉应力造成破坏时，在板材拉断之前的塑性变形很小，且以金属晶体晶粒间的破坏形式存在，即从金属晶界破坏，产生的断1 ：3 ，既不光洁也不平整，比较粗糙。当变形的金属板材是剪应
36、力造成破坏时，在剪断之前的塑性变形大，且以金属晶体晶粒内变形的形式出现，金属晶体内破坏产生的断口，是由剪切面上的显微裂纹扩展而成，断口有塑性变形痕迹，较光洁、平整。当变形金属晶体的位错移动受到晶界、碳化物、杂质或其它障碍物影响时，便会因位错堆积而产生微裂纹，随着微裂扩大和位错源的塑性流动，在微裂纹尖端的应力集中被消除，微裂纹停止传播，而无数微裂纹连接起来便产生纤维破坏。普通冲裁时，由于剪切应力的作用，当微裂纹达几微米时，再加上拉应力作用，就会产生宏观断裂，这就是普通冲裁中常见的断面撕裂。齿圈压板式精冲在精冲前用齿圈压板压入金属板材，同时利用推件板施加反压力并尽量减小冲裁间隙，使材料处于三向压应
37、力状态，可以防止出现弯曲一拉伸一撕裂现象。三向压应力状态可以提高断面质量。从金属压力加工塑性变形原理可知，三向压应力状态能提高金属的塑性，这是因为：( 1 ) 拉应力会促进晶间变形，加速晶界的破坏，而压应力阻止或减少晶间变形，随着三向压缩作用的增强，晶间变形愈加困难，因而提高了金属塑性。( 2 ) 三向压应力有利于消除因塑性变形引起的各种破坏，而拉应力则相反，它促进各种破坏的发展。例如在某晶粒滑移面上产生一显微缺陷，若此时作用的是拉应力则会促使原子层的彼此分离，加速晶界破坏。反之，若作用的是压应力，则有利于该缺陷的封闭和消除。( 3 ) 当变形体内原来存在着少量对塑性不利的杂质、液态相或组织缺
38、陷时，三向压应力能抑制这些缺陷，全部或部分的消除其危害性。( 4 ) 三向压缩作用能抵消由于不均匀变形所引起的附加拉应力。6太原理工大学硕士研究生学位论文图1 - 3 强力压扳精冲1 凸模；2 - 凹模；3 - V 形齿圈；4 - 反压板；5 一板料F i g1 - 3m i g h t i n e s sf i n eb l a n k i n g1 - p u n c h ；2 d i e ；3 一V - r i n g ；4 - c o u n t e r p u n c h ；5 - b l a n k i n g ；4 对向凹模精冲对向凹模精冲是用上下两个凹模刃口的相对移动进行剪切，
39、最后把精冲件剪切面上的撕裂带作为切屑排除。对向凹模式精冲法从工艺过程、板材受力状态和变形方式以及模具结构和动作特点，类似于整修且兼有切削加工的性质。使板材在凹模和带凸起凹模的力的共同作用下，在向外挤压冲裁废料的同时进行剪切。该法除适用于一般精冲材料外，还可以精冲高碳钢、厚钢板和脆性材料。l2图卜4 对向凹模精冲1 一推项凸模；2 - 凸起凹模；3 板材；4 - 凹模；5 一顶件器7太原理工大学硕士研究生学位论文F i g1 - 4s u b t e n df i n eb l a n k i n gl - e j e c t o rt o pd i e ；2 - p u n c hd i e
40、；3 - s h e e tm a t e r i a ll ；4 - b o t t o md i e ：5 - c o u n t e rp u n c h5 同步剪挤精冲同步剪挤精冲的下料过程如图1 5 ：带台阶的凸模1 与板材2 接触( 见图1 - 5 a后，凸台挤入材料，材料产生塑性剪切变形，直到凸台上部平面a b 面与板面接触( 见图1 5 b ) ，板材2 并未产生裂纹。随着凸模1 的继续下降，a b 面压紧并挤入板材2 ，于是在剪切区P 处形成大的静水压力，提高了材料的塑性，抑制了裂纹的产生( 见图1 5 c ) ，当凸模端面刚刚进入凹模3 时，板材2 与零件4 分离( 见图1
41、 5 d ) 。上述剪切过程，利用静水压力抑制剪切裂纹的产生，并随着凸模的逐渐挤入，静水压力将越来越大，正好补偿了板料在剪切过程中塑性的逐渐降低。凸模的主要功能是控制开始增加静水压力的时间，而a b 面的主要功能则是决定静水压力的大小，使之适应不同性能的材料。同步剪挤精冲经济效益有：1 、可用普通冲床生产，不需昂贵的精冲机；2 、模具结构简单，与普通冲裁模相似；3 、由于能控制静水压力的大小和时间，扩大了材料的加工范围，且冲裁质量较好。8太原理工大学硕士研究生学位论文( c )( d )图1 _ 5 同步齐剪下料过程1 - 5 模；2 一板料；3 一凹模；4 一零件F i gl - 5i n
42、- s t e ps h e a rb a i t i n gp r o c e s s1 - p u n e h ；2 - b l a n k i n g ；3 一d i e4 - p a r t6 往复冲裁图1 - 6 为往复成形精冲动作原理示意图，通过合理安排冲裁动作的顺序，将精冲过程分阶段进行，可达到提高零件精冲厚度的目的。往复成形精冲模具由两个凹模和两个凸模所组成，其中下凹模固定不动，上凹模和上下凸模均具备不动、零压和在调定背压下运动的3 种状态。成形的第1 阶段如图1 6 b 所示，上下凸模不参与成形，上凹模向下运动，使其中间的材料压入上凹模型腔，实现金属板材的上部精冲。第2阶段如
43、图1 - 6 c 所示，下凸模后退，上凹模和上凸模一起下行，将材料压入下凹模中，实现金属板材的下部精冲。第3 阶段如图1 - 6 d 所示，上凹模不动，上下凸模夹持板料同时下行，完成金属板材剩余厚度的精冲。从上述动作的顺序看，每一个精冲阶段都遵循强力压边精冲原理。在变形区内建9太原理工大学硕士研究生学位论文立三向压应力，以获得光洁的剪切面，实现材料冲裁厚度的最大化。从理论上讲，往复成形精冲新工艺的板材可冲厚度极限可以3 倍于强力压边精冲的板材可冲厚度，能使精冲能力大幅度提升。黝3；( a )( b )( c )( d )卜下凹模；2 - 上凹模；3 - 上凸模；4 一下凸模；5 一废料；6 一
44、工件图卜6往复成形精冲动作原理示意图F i g1 - 6r e c i p r o c a t ef o r m i n gf i n eb l a n k i n ga c t i o np r i n c i p l eI - c o n c a V e - d o w n t o pd i e ；2 - p u s h - u pd i e ；3 - u p p e rp u n c h ；4 - l o w e rp u n c h ；5 s c a r ps t o c k ；6 - p a r t7 棒料精切用普通方法剪切棒料时，由于弯矩及拉应力等的作用，致使剪切面质量差。尺寸精度
45、低和体积误差大，不能用于冷挤和精锻等工序的毛坯或直接作为零件使用。精冲件具有垂直、光洁的剪切面和较高的尺寸精度，同时具有较高的形位精度，甚至可以直接装配使用，取代普通冲裁中整修和冲裁供坯后进行各种切削加工的繁杂工艺，节省了机械加工所需的工艺装备和设备，节约劳动生产力与劳动时间，提高劳动生产率。在通常情况下，采用精冲工艺比机械加工或普通冲裁要提高效率十倍以上。1 0太原理工大学硕士研究生学位论文1 3 精密冲裁的国内外研究动态1 9 2 3 年德国人F 8 c h i e s s 通过试验研究获得精冲技术专利，I 7 】1 9 5 6 年瑞士H S c h i e s s 公司制造了第一台液压精
46、冲机，1 9 6 2 年A g u i d i 第一次发表了有关精冲理论的论文，他领导的F e i n t o o l 公司生产了机械式精冲机并投入市场，日本是6 0年代开始研究开发精冲技术的。7 0 年代以后瑞士、德、美、日等国已广泛用于汽车和家用电器工业，如齿轮、凸轮、链轮、齿板、制动器上的棘轮、棘爪、调节齿板和离合器上的主、从动片等等，厚度达3 0 皿，也形成了一整套完备的技术系列8 】【9 1 。精冲设备的开发与拥有程度是实现精冲工艺的能力标志。目前世界上，累计约有精冲压力机3 0 0 0 余台，它们主要集中在欧洲、北美、日本等发达国家。精冲压力机制造厂家约有1 0 余家，它们主要集中
47、在瑞士、德国、日本等地。最大吨位的精冲压力机为1 4 0 0 吨，由瑞士公司制造，可冲板材厚度达2 4 衄。1 9 8 6 年，日本人近滕，利用平面切削原理，采用上下对应的成对凸模与凹模按规定程序分次冲切，发明了对向凹模精冲，凹模刃口有小圆角，采用0 0 1 0 0 3 m m 冲切间隙，可冲切硬脆材料。日本已投入实际使用，欧洲一些国家购买了专利，国内有厂家研试并曾投入生产应用。可冲切硬脆材料，具有一定优势【1 0 1 。1 9 7 1 年后，瑞士F e i n t o o l 精冲公司发展迅猛，除总部在瑞士并设立F e i n t o o lA GL y s s S c h w e i z
48、公司外，又在美国C i n c i n n a t i 、日本K a n a g a w a 、法国P a r i s 、英国L o n d o n 等设立销售公司与科研工厂，使该公司的精冲技术及精冲机面向世界，获得了较大发展。1 9 6 8 年日本发明了对向凹模精冲技术并于1 9 7 3 年开始在生产中使用。1 9 7 5 年，武汉长江有线电厂( 7 3 3 厂) 在国产J B 2 1 - - 1 0 0 型开式双柱固定台压力机上，自行设计和安装液压装置进行强力压边精冲电传打字机零件获得成功，并逐步推广应用于多种产品零件的生产，接着天津试验工厂( 7 4 5 厂) 学习并推广7 3 3厂的经
49、验也获得令人满意的效果，并推广应用至今。1 9 7 6 年中国与F e i n t o o l 精冲公司开始精冲技术交流，F e i n t o o l 公司第一次向我国提供了精冲技术培训资料，我国第一次引进了精冲机，已从最初的手表、照相机工业逐步扩大到机械工业，1 9 8 0 年我国开始把精冲技术引入汽车工业。我匡I 对精1 1太原理工大学硕士研究生学位论文冲技术的研究虽然起步不算晚，如北京机电所、济南铸锻所、西安交大和西安仪表厂等单位都较早开展了这方面的研究，但精冲技术的发展在我国却仍不尽如人意。据权威统计1 9 8 8 年精冲机的拥有量全世界为2 8 0 0 台，而中国只有4 5 台，到
50、目前重庆市只有l 台精冲机( 在兵器九五研究所) 。近年来华南理工大学对有色金属材料的精冲工艺参数进行了研究，讨论了压边圈形状和尺寸、压边力和反压力等对精冲质量的影响，对精冲机理进行了新的认识，并提出了划分精冲变形区的新见解( 1 1 I 。9 0 年代精冲技术在我国汽车工业开始推广应用，1 9 9 2 年中汽公司在广州投资建设广州精冲件制造公司。专门生产汽车精冲件，现已形成一定规模并取得了较好的经济效益【1 2 1 。但这一技术在全国的推广应用不是很理想，大量的精冲板状精密轮廓零件，仍是用传统的、低效率的铣削加工。据悉，最近重庆工学院正计划引进一台1 6 0 吨精冲机，用于研究和开发。重庆工
