浅拉伸电池盖的工艺设计外文翻译资料
2022-10-30 10:10
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冲压
形式多样的金属成形操作包括冲切，穿孔，成形和拉伸以及这些工艺的变化和组合。而这些操作的执行通常需要使用专用或特殊工具进行。 这些工具通常被用于冲压机和滑动成型机 ，其不断地开发逐渐成为某一类特殊零件生产的专用部件配置。
专用工具设备包括上模具部件和下模具部件。 在操作过程中，上模直接固定到在垂直方向移动的压力机冲头上，而下模固定到固定垫板（模台）上。 随着冲头的下降，工件在模具之间成形。
图1.典型的机械冲压机的实例; 间隙框架（左）; 闭式压力机（右）。
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设备特性
基本上，冲压机是具有空间容纳能力和用于生产期望的零件形状所需的力，速度和精度的专用金属成型工具的机器。 机械式和液压式冲压机都多种基本设计并且尺寸，吨位大小，行程长度和工作速度范围都很广泛。
机械压力机在飞轮中产生能量，并将其转化为旋转运动和扭矩驱动成往复运动和压力机滑块的力通过曲轴，偏心轴或偏心齿轮传递得到。 机械压力机主要分为两种类型，分别是是开式和闭式压力机（见图1）。
开式压力机有多种设计变型。 后背倾斜式，后背固定。这两种间距设计是最常见的。 作为一个系列，它们运行吨位能力从约20到600吨。 速度范围从约20到800每分钟冲程（spm），行程长度可以从几英寸到20英寸（0.5米）。
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这种间隙框架概念有多种优点用途，一是使模具拥有极好的可接触性，二是方便安装和退出部件。它通常用于手动给料的应用中。
闭式压力机由顶部、两个直立侧部和起固定支撑的垫板（模台）组成的框架结构。 这些部件通常通过四个拉杆固定在预加载位置。 它们也可以用螺栓连接和键合在一起或焊接成一体。因此导致，闭式压力机比间隙框架压力机在力的垂直方向上更加精准，并且在负载下的任何偏转都是趋于对称的。
闭式压力机适用于连续模和级进模具中，其包含有多种类型，具有极大的尺寸和速度范围。吨位能力范围高达6000吨，每分钟转数高达数千转（spm）。
除了间隙框架和闭式压力机之外，各种特殊用途的机械压力机被用于诸如精冲，穿孔，压印，滑动成型以及各种精密、高速加工的应用中。
通常情况下，机械压力机非常适合加工高速冲裁零件; 自动进给各种进给长度的下料零件; 浅拉伸; 和行程深度要求易控制的工件。
液压压力机产生的有液体压力产生的受控力，用于按预定顺序移动一个或多个柱塞。 根据用途（图2），它们容纳在各种类型的框架中，包括C框架，直边，H框架，立柱和其他形状。
液压机具有广泛的性能。 例如，非常大的床身尺寸：72英寸times;48英寸（1.8米times;1.2米），但是只有20吨的压力。 相反，200吨压机的模台面积大小可能只有36英寸times;36英寸（0.9mtimes;0.9m）。 24英寸（0.6米）的行程长度和更长的行程长度是很容易得到的。
液压机的重要特性包括：在行程的任何点提供全功率的能力; 可调吨位，带过载保护; 并可调节行程长度和速度。
一般来说，液压机非常适合于深拉伸; 短运行频繁换模; 在单行程中冲裁成形、圆孔，或其他二次操作; 低速高吨位进行长进料下料; 和工作需要可重复的压力，而不是可重复的行程深度。
图2.液压冲压机的示例。
基本操作
由于专用工具设计用于特定的零件配置，所以它能够在每个冲压行程上产生非常复杂的形状，例如具有高精度多个弯曲、印记、凸起和挤压。
通过用专用工具在每次冲程的多次冲压和冲孔操作，使得简单的二维零件的制造更经济。 复杂的弯曲和成形零件不能用多用途模具实现制造但可以使用通过特定目的设计的工具来生产。
以下操作通常在专用简单用途模具中运用。
冲裁是将平整的金属板材或带材切割成所需的尺寸和形状。 在这里，加工设备由模具，冲头，一系列引导件和托架组成。通常，可以包括圆角和不规则形状的整个周边在压力机的一个冲程中被切割。
无论 设计师是谁，在最终高产量运行的冲裁样板产品测试阶段，都可能会考虑使用专用工具“压块”（简单的压入式）。 相比之下，在数以千计或更多优点生产机组中，增加了料带或卷材以限制处理和保持尽可能经济的冲裁操作。
实际上，根据制造顺序中的下一个操作，例如拉伸或成形，使用不同类型的坯料。拉伸部件的模具可能涉及在冲切模具之前制造确定，以便于确定最终坯料尺寸。
冲孔通常是指切割开口，例如板材，料条或部件中的孔和狭槽。 这个操作类似于冲裁，但是在这里由冲孔产生的材料是废料。
在可能的情况下，一个零件中的所有孔和开口可以在一个行程中被刺穿。 这样导致比冲压机的单独冲程中的冲压特征更加一致。 因为所有冲头都被永久地安装在同一主模具中并同时作用于工件，所有特征尺寸重复性高。
其他类型的穿孔操作需要特殊的冲压，其中包括：穿孔和挤压（用于挤出孔），喷枪和成形（用于零件的主体上形成的小特征），开槽，锪孔和切口 参见图3）。 此外，几乎任何操作如冲裁，拉伸，成形都可以结合穿孔。
图3 用于创建孔，槽等的基本穿孔操作以及相应的工具。
成形可以认为是弯曲操作。不同于拉伸，其有显著的金属拉伸和变形，成形可以产生几乎没有厚度变化的形状。 零件形式包括简单凸起，V形弯头，U形件和更复杂轮廓的零件（参见图4）。
通常，V型冲头和擦模等基本工具内置在标准支撑中。 与冲切和穿孔操作一样，容易实现重复性和高精度。
图4.通过成型实现的各种零件形式的示例。
拉伸广泛地定义为拉伸薄板金属坯料，通常是围绕其周边约束的杯形，圆柱形或箱形的坯料。 在实践中，实际上对可以拉伸的形状没有限制。（对于典型的拉伸形状参见图5）。
图5.典型的拉伸形状
拉伸通常在机械或液压压力机中进行，其中工具（冲头）迫使金属流入腔（模）中形成基本形状。 深拉伸和浅拉伸是根据变形量分类的。 在大多数情况下，需要进行修剪操作（捏合修剪或凸轮修剪）以去除扇形边缘（参见图6）。
与大多数其他专用工序操作一样，拉伸可以通过寸动，连动和复合模（最常用于落料和拉伸）以及级进模和自动模系统完成。
图6.通常通过切割侧边（左侧）或法兰（右侧）修整杯形拉伸。 废料结果如上所示
工具/过程选项
为了提高生产率，两个或多个基本的金属成型操作通常可以结合在专用工具中。 除了每个冲压行程的单次操作之外，其他具有专用工具的选项包括复合模具，级进式工具，自动进给模具系统和滑动成型。
组合模具是专用工具，其允许将两个或多个操作组合成一个。 例如，复杂的冲裁和冲孔，允许在压力机的一个行程中切割整个周边和所有孔。
复合模生产可得到最接近的特征要求的特征公差，平面度零件，并且最容易控制毛刺高度。此外，所有的毛刺形成在相同的方向上。
专门从事小规模生产（高达数千件）的金属成型机通常使用内置于主模系统中的复合系统。 在生产中，零件通常比正常冲裁运行速度稍慢，但比单独的冲裁和冲孔孔快得多。实际上，在该过程中获得了附加的操作。
类似地，复合模具可以组合其他操作; 冲裁和成形或冲裁，冲孔和成形。
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级进式工具使用一个模具，其中在连续的工位中执行多个操作（参见图7）。 通常，坯料由进给机构自动进给。 工件保持附接到料带或带料上，并且因此从一个工位到另一个工位前进。
图7.通过运用级进模具生产的环形部件的料带。
与单工序模具不同，级进模具仅在每个工位处进行一部分工作。 例如，利用冲裁，单工序模具可以一次切割整个周边，而级进模具只能切割周边的一部分。
良好的级进工具设计允许并入多个成形和穿孔操作以节省经济和重复利用性。
其他操作，例如攻丝，铆接，铆接和铆接硬件的插入可以在隔离的工位处完成。 根据部件的几何形状，有时需要引导孔或加工孔来对准带进行顺序操作。通常，级进模具在两个方向上产生毛刺，并且可能出现分型线。
自动模具系统与级进式模具的不同之处在于，通过内置于或安装在压力机上的机械手，杠杆或凸轮，单个工件在冲压冲程之间从一个模具工位移动到下一个模具工位。 转移操作通常需要额外的设备，例如脱模器，弹出销和模具垫。 高产量是转移模具系统的先决条件，其通常需要特别设计的自动压力机。
经济优势和局限性
与用途单一或通用工具的CNC制造相比，专用工具通常在整个生产运行中提供优异的尺寸精度和产品的均匀性，以及从一批到另一批的良好的再现性。 由于设计和构建通常更加复杂和昂贵，因此它们还需要更长的交货时间。
在选择合适的加工方法时，相比于CNC制造的高成本、高精度、更长的交货时间和更高的专用工具的操作效率，设计者侧重考虑较低的模具成本，稍短的交货时间和稍低的操作效率。总之， 生产数量往往（但不总是）是决定因素。
许多产品开始作为CNC制造原型，然后在生产数量达到更高水平时演变为硬模具操作。 在规划适当的加工方法时，与金属成型供应商早期咨询有关总预期数量至关重要。
零件的尺寸和尺寸精度的程度也可能影响加工方法的选择，而不管涉及的量的多少。 具有极大平面视图区域（例如大于30 x 30英寸（762 mm））的零件可能对于除了最大的专用工具和压力设备之外的所有零件都太大。
同样，一些部件本身需要一定程度的尺寸精度，这是CNC制造所不能实现的。 然而，某些类型的部件，特别是在部件主体内具有选择性冲孔区域的那些零件通常在数控控制的压力机中运行更经济。
基本注意事项
当零件图纸提交给金属成型机时，只有当它们遵循公认的工程图纸规格和公差时才能准确地识别。此外，联合设计环节中，在设计阶段早期供应商参与，对于零件设计最佳的成本和性能至关重要。 其他基本考虑包括：
工具摊销。 由于模具成本通常必须在考虑生产长度的花销，因此在评估模具选项时必须仔细考虑零件数量。 更大的数量通常证明更复杂的工具。 然而，通过使用用于冲裁，穿孔，成形和拉伸的标准部件，有时可以对于所有生产数量实现最佳的成本效率。
通常，具有快速更换插入件的标准夹具可用于工具支撑部分，从而降低通用规模模具组的成本。 例如，在冲孔中，使用“原料”硬化钢冲头有助于将模具成本降至最低。 类似地，数百记的标准刀具夹具和夹具可用于简化成形和拉拔的加工设备工具。
对于大批量，可能需要额外的工具投资。 虽然原型或通用工具可以为较小的运行做任务，使用升级的工具更高效的生产可以显着降低单位成本。 这就是为什么在建立金属成形模具加工方法之前，讨论预期的数量和质量水平（包括包装要求）是至关重要的。
许多因素可以提高加工成本：较大的零件尺寸，增加的复杂性，限制公差，工件材料特性，以及非常薄或厚的原料。 为了保持模具的成本，应当在需要时指定限制公差，当需要特殊材料特性时，应考虑所有替代方案。如果不需要严格公差和特定回火的材料时，则有时可以用不太昂贵的薄钢板代替带材。
物料利用率影响成本。 在板材或带材中的嵌套部件可以显着减少在冲裁操作中产生的废料的量，并且对于大L和C形部件是特别有效的。 通过稍微改变设计而不改变其功能，则可以节省的材料的用量通常是值得的。 示例如图8所示。
图8.通过V形部件的这种重新设计证明坯料中的嵌套可以显着地增加材料利用率，从而降低材料成本。
滑动成形过程允许使用网带宽度制造许多零件，并且在工件之间很少或没有废料，参见图9。
图9.使用网状宽度材料制造的零件示例
材料特性。 材料的变化影响金属成型部件的精度。 这种效果在成形操作中比在穿孔中更明显。 与带材相比，片材的尺寸和性能变化更大。
一个相关的例子：直接由工件材料的厚度变化导致的成形操作的尺寸变化。由于标准板上的厚度公差不同（参见材料选择第3章），设计者应该注意从孔到边缘的尺寸 的弯曲可以随厚度公差而变化。 如果这个公差是不可接受的，设计者应该指定额外成本的控制厚度的材料。
工程改造非常昂贵，但往往是不可避免的。 如果产品处于开发阶段，设计师应考虑使用CNC制造或具有成本效益的高强度模具。 低成本的高强度模具，使用标准组件进行分开操作，进行落料，刺穿，然后形成零件，对此设计更改，比级进，自动或复合模具更容易。后者只有在零件设计已经确立不可更改时才应考虑。
预先设计的基础
部件的有效设计由金属成形工艺的固有特性决定。功能特征，公差和尺寸关系都有规定的指南。 然而，在了解设计细节之前，一些基础知识的讨论可能有助于解释金属成形中的某些约束。
图10.标准术语，指使用冲头和模具切割或剪切金属。 在实践中，在剪切区域进行尺寸测量
当冲头和模具用于切割或剪切金属时，大致材料厚度的上三分之一基本上被干净地切割，剩余部分局部断裂和脱离。 在该过程中，在上表面上形成略微凹陷的区域。 这种特性称为“翻转”或“下拉”。
实际上，下拉受两个因素的影响：材料和结构的温度。质地柔软的材料通常增加下拉。
在剪切区或“切割带”处进行尺寸检查（图10）。 冲孔和槽是从冲头侧测量的，因为在相对侧上，材料的断裂受到必要的模具间隙的影响，可能影响开口的精度。 材料类型，延展性和模具间隙可以影响开口的尺寸和再现性。
冲压突片通常以两种方式之一制造。 最常见的是，使用特殊的冲头制造马蹄形切口，然后在二次操作中弯曲。 另一种方法是剪切形式，其中拉片同时被切开和弯曲。 后一种方法产生更多的毛刺并且略微不精确（图11）。
图11.特殊成形工具用于根据设计要求在一步或两步操作中冲压接头。
冲裁特征的设计指南
关于冲裁，应遵循特定的规定
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