冲压是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的成形方法。随着汽车、航空航天等工业的发展,钛合金、镁合金、复合材料和高强铝合金等新材料得到越来越多的使用,冲压技术呈现出工艺、材料、控制一体化的发展特点。冲压拉伸工艺应结合设备、人员等实际情况,选择和设计出技术先进、经济上合理、使用安全可靠的工艺方案。
一、冲压工艺的技术特点
(1)冲压方法可以得到形状复杂、用其他方法难以制造的工件,如薄壳零件等。冷冲压件的尺寸精度是由模具保证的,因此尺寸稳定互换性好。
(2)材料利用率高,工件重量轻、刚性好、强度高,冲压过程耗能少,因此工艺投入较低。
(3)操作简单、劳动强度低、易于实现机械化和自动化、效率高。
(4)冲压所用的模具结构一般比较复杂,研制周期较长、投入较高。
二、冲压材料的性能优势
新型板材为低钛合金、镁合金、碳钢不锈钢、铝、铜及其合金等,它们塑性高变形抗力低,适合于冷冲压工艺。
(1)铜铝及其合金因其延展性能好,且导电性能优异,因此此类型的冲压工艺常作为生产电器设备的内部元件而被广泛使用。
(2)碳钢和不锈钢的冲压工艺经常用于制造设备外壳、结构部件、箱体等,但由于其刚度强通常会使用冲压油来改善工艺。
(3)镁合金、钛合金冲压主要应用于大型设备、飞机、船舶、卫星等要求重量小强度高的场景,工艺难度高所以在进行钛合金冲压时必须使用专用的冲压油来提高工艺水平。
三、冲压工艺的发展趋势
(1)物理模拟技术是掌握材料性能获得量化规律的必要手段,主要用于解决工艺可行性问题。可进行压缩、扭转等试验,模拟各种不同温度、不同摩擦条件、不同变形速度条件下的变形,获得材料的各种性能数据,为冲压工艺的定量控制提供了材料基础。
(2)冲压智能控制技术也是发展很快的一个领域。它在材料、工艺一体化的基础上,依据已有材料和工艺数据库实现冲压过程的自适应控制。首先对材料或工艺参数建立在线检测系统,当材料性能或工艺参数发生变化或产生波动时,由自动检测系统在线确定相关参数的瞬时量值,确定参数变化后的最佳工艺参数组合。
(3)复杂件冲压成形要求对冲压工艺参数进行场量控制,温度场、变形速度场、摩擦润滑场、材料流动趋势、材料变形顺序及变形路径等。这些场量是过程变量,因此加热冷却措施、润滑方法与润滑剂、模具结构、压边方式、拉深筋和加载方式都是控制场量的重要措施。
四、冲压油品的选用方法
冲压油在冲压工艺中起到了关键性的作用,良好的冷却性能和极压抗磨性能对于模具的使用寿命和工件精度的提升有了质的飞跃。根据工件材质的不同,冲压油在选用时性能的侧重点也不一样。
(1)硅钢板是比较容易冲切的材料,一般为了工件成品的易清洗性,在防止冲切毛刺产生的前提下会选用低粘度的冲压油。
(2)碳钢板在选用冲压油时首先应该注意的是拉伸油的粘度。根据工艺难易度和给油方式及脱脂条件来决定较佳粘度。
(3)镀锌钢板因为和氯系添加剂会发生化学反应,所以镀锌钢板在选用冲压油时应注意氯型冲压油可能发生白锈的问题,而使用硫型冲压油可以避免生锈问题,但冲压后应尽早脱脂。
(4)不锈钢板是容易产生硬化的材料,要求使用油膜强度高、抗烧结性好的拉伸油。一般使用含有硫氯复合型添加剂的冲压油,在保证极压性能的同时,避免工件出现毛刺、破裂等问题。