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復合精沖成形理論與技術 版權信息
- ISBN：9787030713933
- 條形碼：9787030713933 ; 978-7-03-071393-3
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
復合精沖成形理論與技術 內容簡介
本書系統闡述應力增塑復合精沖成形理論，揭示中厚板三維擠壓與二維精沖落料復合成形過程中材料的流動變形規律，創新性地開發高強度低塑性材料全光亮帶精沖成形、小無塌角精沖成形、斜齒圓柱齒輪旋轉精沖成形、中厚板法蘭沖擠復合成形、全自動液壓精沖機高剛度高精度機械結構與高性能節能液壓系統設計、高速機械液壓伺服精沖機設計等系列復合精沖成形工藝與裝備技術。同時，介紹復合精沖生產線的組成，以及典型中厚板結構件的復合精沖成形工藝與模具技術。 本書適合從事復合精沖成形工藝與裝備研發的工程技術人員閱讀，也可供高等院校相關專業的教學、科研人員和研究生學習。
復合精沖成形理論與技術 目錄
目錄
前言
第1章緒論1
1.1精沖與復合精沖基本原理1
1.2精沖產業發展現狀3
1.3復合精沖技術發展趨勢3
參考文獻4
第2章靜水壓應力增塑復合成形理論6
2.1增塑成形概述6
2.2增塑精沖原理8
2.2.1精沖成形基本原理8
2.2.2精沖成形應力分析8
2.3增塑精沖工藝設計新理論11
2.4增塑體積成形原理20
參考文獻22
第3章中厚板局部擠壓成形24
3.1擠壓變形方式分類24
3.2d/D>1時擠壓變形規律24
3.2.1金屬流動分析25
3.2.2金屬流動速度場26
3.2.3等效應變分布29
3.2.4等效應力分布30
3.2.5擠壓速度對成形影響30
3.2.6擠壓比的影響32
3.3d/D<1時的擠壓變形規律33
3.3.1材料流動與損傷分布規律36
3.3.2板料厚度對法蘭高度成形極限影響38
3.3.3法蘭壁厚對法蘭成形高度極限影響38
3.3.4凸模直徑對法蘭成形高度極限影響42
3.3.5板材厚度對法蘭成形高度極限影響43
參考文獻44
第4章精沖整體分離成形46
4.1精沖變形機理46
4.1.1精沖斷面微觀組織分布規律47
4.1.2精沖斷面顯微硬度分布規律52
4.1.3精沖有限元模擬結果分析54
4.1.4精沖塌角形成機理60
4.2小塌角精沖成形技術64
4.2.1傳統控制塌角尺寸的方法65
4.2.2精沖凹模刃口的作用66
4.2.3齒式凹模的提出68
4.2.4齒式凹模精沖材料變形機理68
4.2.5齒式凹模結構參數設計72
4.2.6齒式凹模模具壽命評估77
4.3旋轉精沖成形技術79
4.3.1負間隙旋轉精沖基本原理79
4.3.2負間隙旋轉精沖變形規律79
4.3.3工藝參數對變形的影響84
4.3.4斷面微觀組織演變86
參考文獻91
第5章全自動液壓伺服精沖裝備93
5.1精沖裝備結構要求93
5.2液壓精沖機機械結構設計95
5.2.1精沖機機架98
5.2.2導向系統98
5.2.3模具保護系統104
5.2.4復合精沖多力系結構104
5.3精沖機液壓系統設計與節能優化105
5.3.1精沖機液壓系統設計105
5.3.2精沖機液壓系統節能優化115
參考文獻127
第6章高速機械液壓伺服精沖裝備129
6.1主傳動系統設計129
6.1.1主傳動機構運動學分析130
6.1.2主傳動機構動態靜力學分析132
6.2主傳動系統運動軌跡規劃137
6.2.1雙伺服電機關鍵相位角的確定137
6.2.2伺服電機加減速柔性過渡運動規劃138
6.2.3雙伺服電機一個周期內的運動方程140
6.3基于虛擬樣機的動力學分析144
6.3.1主傳動系統參數化虛擬樣機建模144
6.3.2沖壓板厚影響規律148
6.3.3滑塊極限沖壓速度影響規律150
6.3.4主傳動系統動態特性分析153
6.4壓邊反頂液壓系統設計160
6.5振動分析與控制162
6.5.1精沖機模態分析162
6.5.2精沖機振動測試與變形分析168
6.5.3主傳動機構動平衡優化176
6.5.4主動振動控制183
參考文獻195
第7章復合精沖生產線及典型零件復合精沖技術196
7.1全自動精沖生產線196
7.2中厚板精沖與體積成形復合方式197
7.3典型零件復合精沖成形技術199
參考文獻214
前言
第1章緒論1
1.1精沖與復合精沖基本原理1
1.2精沖產業發展現狀3
1.3復合精沖技術發展趨勢3
參考文獻4
第2章靜水壓應力增塑復合成形理論6
2.1增塑成形概述6
2.2增塑精沖原理8
2.2.1精沖成形基本原理8
2.2.2精沖成形應力分析8
2.3增塑精沖工藝設計新理論11
2.4增塑體積成形原理20
參考文獻22
第3章中厚板局部擠壓成形24
3.1擠壓變形方式分類24
3.2d/D>1時擠壓變形規律24
3.2.1金屬流動分析25
3.2.2金屬流動速度場26
3.2.3等效應變分布29
3.2.4等效應力分布30
3.2.5擠壓速度對成形影響30
3.2.6擠壓比的影響32
3.3d/D<1時的擠壓變形規律33
3.3.1材料流動與損傷分布規律36
3.3.2板料厚度對法蘭高度成形極限影響38
3.3.3法蘭壁厚對法蘭成形高度極限影響38
3.3.4凸模直徑對法蘭成形高度極限影響42
3.3.5板材厚度對法蘭成形高度極限影響43
參考文獻44
第4章精沖整體分離成形46
4.1精沖變形機理46
4.1.1精沖斷面微觀組織分布規律47
4.1.2精沖斷面顯微硬度分布規律52
4.1.3精沖有限元模擬結果分析54
4.1.4精沖塌角形成機理60
4.2小塌角精沖成形技術64
4.2.1傳統控制塌角尺寸的方法65
4.2.2精沖凹模刃口的作用66
4.2.3齒式凹模的提出68
4.2.4齒式凹模精沖材料變形機理68
4.2.5齒式凹模結構參數設計72
4.2.6齒式凹模模具壽命評估77
4.3旋轉精沖成形技術79
4.3.1負間隙旋轉精沖基本原理79
4.3.2負間隙旋轉精沖變形規律79
4.3.3工藝參數對變形的影響84
4.3.4斷面微觀組織演變86
參考文獻91
第5章全自動液壓伺服精沖裝備93
5.1精沖裝備結構要求93
5.2液壓精沖機機械結構設計95
5.2.1精沖機機架98
5.2.2導向系統98
5.2.3模具保護系統104
5.2.4復合精沖多力系結構104
5.3精沖機液壓系統設計與節能優化105
5.3.1精沖機液壓系統設計105
5.3.2精沖機液壓系統節能優化115
參考文獻127
第6章高速機械液壓伺服精沖裝備129
6.1主傳動系統設計129
6.1.1主傳動機構運動學分析130
6.1.2主傳動機構動態靜力學分析132
6.2主傳動系統運動軌跡規劃137
6.2.1雙伺服電機關鍵相位角的確定137
6.2.2伺服電機加減速柔性過渡運動規劃138
6.2.3雙伺服電機一個周期內的運動方程140
6.3基于虛擬樣機的動力學分析144
6.3.1主傳動系統參數化虛擬樣機建模144
6.3.2沖壓板厚影響規律148
6.3.3滑塊極限沖壓速度影響規律150
6.3.4主傳動系統動態特性分析153
6.4壓邊反頂液壓系統設計160
6.5振動分析與控制162
6.5.1精沖機模態分析162
6.5.2精沖機振動測試與變形分析168
6.5.3主傳動機構動平衡優化176
6.5.4主動振動控制183
參考文獻195
第7章復合精沖生產線及典型零件復合精沖技術196
7.1全自動精沖生產線196
7.2中厚板精沖與體積成形復合方式197
7.3典型零件復合精沖成形技術199
參考文獻214
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復合精沖成形理論與技術 節選
第1章緒論 1.1精沖與復合精沖基本原理 精沖是在普通沖壓基礎上形成的一種沖壓落料工藝。其基本成形原理如圖1-1所示。精沖模具由壓邊圈、凸模、凹模、反頂桿組成。在精沖過程中，壓邊圈首先以壓邊力壓緊坯料。然后，凸模開始往下擠壓坯料，同時反頂桿以一定的反頂力頂住工件與凸模同步往下運動。因此，在沖壓力Fp、壓邊力Fbh和反頂力Fcp的共同作用下，變形區的材料處于三向靜水壓應力狀態，發生純剪切塑性變形[1]。通過一次精沖成形即可獲得高尺寸精度與高斷面質量的精沖件。 圖1-1精沖基本成形原理 精沖技術誕生于20世紀20年代。1922年4月9日，德國的Schiess申請了“金屬零件液壓沖壓裝置”的德國專利證書，并于次年3月9日取得精沖技術的專利權[2]。1924年，Schiess在瑞士建立世界上**個精沖工廠，并在1925年生產了世界上**個精沖零件。1957年，瑞士Heinrich-Schmid公司制造出世界上**臺精沖壓力機，采用肘桿式機械傳動結構。隨后，該公司生產了**臺全液壓三動精沖壓力機。 精沖技術的發展可分為三個階段：**階段是秘密期，1923～1956年，精沖技術主要用于鐘表、打字機、紡織機械等工業領域；第二階段是普及期，1957～1979年，此時精沖技術主要用在機械、儀器儀表、照相機、電子、小五金、家電等工業領域；第三階段是發展期，從1980年至今，精沖技術進入汽車、摩托車和計算機等工業領域，得到全面發展。尤其是在汽車領域，據不完全統計，在汽車的整車零件中，精沖件約占沖壓件的25%，包括剎車蹄片、電機凸輪軸齒輪、棘輪、扇形齒板、座椅調角器、撥叉等。 隨著中厚板類結構件的應用領域越來越廣泛，其形狀越來越復雜，承擔的功能要求也越來越多[3]。精沖工藝與其他的板料體積成形工藝，如擠壓、鐓粗、冷鍛、拉深、彎曲、翻邊等相結合成為復合精沖成形技術，可以將精沖落料獲得的二維平面件提升到具有復雜形狀的三維立體件[4-6]。通過復合精沖工藝，可以進一步拓展精沖技術的應用范圍。典型的復合精沖中厚板結構件如圖1-2所示。 圖1-2典型的復合精沖中厚板結構件 復合精沖成形三維復雜形狀中厚板結構件逐步取代了普通沖壓落料后再進行焊接、機加工的傳統制造工藝，具有生產效率高、產品尺寸精度高且一致性好、材料利用率高、零件塑性成形流線保留完整性好等優點。以汽車變速器換擋撥叉結構件為例，傳統撥叉大部分采用鑄造工藝制造，隨著復合精沖技術的發展，開始逐步替代傳統工藝。目前的變速器換擋撥叉總成基本采用復合精沖技術生產制造。以大眾系汽車為例，從02K手動變速箱撥叉、MQ200和MQ250手動變速箱撥叉，到DQ250雙離合自動變速箱撥叉，均采用復合精沖件組裝而成。復合精沖制造的MQ200和MQ250變速箱換擋撥叉總成如圖1-3所示。 圖1-3復合精沖制造的MQ200和MQ250變速箱換擋撥叉總成 復合精沖是采用板料體積成形工藝獲得零件的結構特征，采用精沖工藝實現落料。板料體積成形與精沖落料有三種組合方式，即先體積成形，然后橫向級進到下一個工步進行精沖落料；體積成形與精沖落料在同一個工步同時進行；先精沖落料，然后通過模具旋轉或者機械手將零件移動到各體積成形工步實現條料外體積成形。 1.2精沖產業發展現狀 中國精沖技術經歷了50多年的發展，取得了快速的進步。尤其是近10年，中國汽車市場的飛速發展帶動了整個行業的騰飛，越來越多的企業和人才投身到精沖行業。精沖件原材料和精沖模具原材料供應、精沖裝備制造、產品工藝開發、模具設計制造、開卷校平設備、精沖潤滑油、去毛刺設備等企業都得到發展和完善，形成了完整的精沖產業鏈。 據統計，截至2018年底，國內有精沖企業約130余家，分布在19個省市，主要集中在湖北、江蘇、浙江、廣東、山東、河北等地。初步統計，這些精沖企業擁有各類精沖機300～400臺。隨著中厚板零部件的加工精度、性能和成本的要求越來越高，許多中厚板結構件生產逐步從普通沖壓生產技術轉變為復合精沖技術。諸多普通沖壓企業也逐步新增精沖生產線。未來中國精沖市場至少還需要600多條精沖生產線才能滿足市場對精沖件的需求。目前，90%左右的精沖件供汽車行業使用。未來，精沖件的種類和應用領域將更加的多元化，如高鐵、航空發動機、核電、石油化工、武器裝備、紡織機械、電動工具等，都給精沖市場提供了更多的可能性。 1.3復合精沖技術發展趨勢 復合精沖成形技術的應用較為廣泛，但是隨著零部件輕量化的要求越來越高，以及綠色制造和智能制造的發展要求，復合精沖技術發展面臨著新的挑戰[7]。其發展趨勢主要包括以下幾個方面。 (1)高強度輕量化材料的復合精沖技術；诹悴考p量化設計制造要求，高強度輕量化材料的應用急劇增加，如高強鋼、高強度鋁合金、鈦合金等。受限于精沖變形機理，精沖材料需要具有良好的塑性，目前精沖材料主要是中低強度的碳鋼或合金鋼。因此，亟須對高強度輕量化材料的復合精沖成形理論與技術開展研究。 (2)高速復合精沖成形技術。隨著復合精沖在工業領域的廣泛應用，復合精沖件的需求越來越大。根據中國鍛壓協會2016年精沖行業分析報告，中國復合精沖結構件年需求量約50億件，而國內每年僅能生產10億～15億件，遠不能滿足市場需求。因此，必須進一步提高生產效率，開發高速復合精沖成形技術。目前復合精沖的生產效率一般為25～40件/min，對于某些合適的零件，精沖效率有望提高到100～200件/min，因此迫切需要攻克機械伺服的高速復合精沖成形工藝和裝備技術。 (3)長壽命復合精沖模具技術。復合精沖模具的壽命決定復合精沖工藝的生產效率和經濟性。隨著復合精沖材料強度的提高、零件厚度的增加，以及復合精沖頻次的提高，對模具壽命提出了嚴峻挑戰。因此，需要開發新的復合精沖模具設計技術，以及新的涂層技術，使其具有更高的硬度、更好的耐磨性和更好的韌性[8-10]。另外，為了提高復合精沖模具設計制作效率，復合精沖模具還需要盡快制定國家或者行業標準，形成復合精沖模具的標準化，從而實現復合精沖模具的智能設計，即通過輸入零件圖形，就能完成復合精沖模具的設計。 (4)節能高效復合精沖裝備技術。目前，復合精沖裝備主要為液壓式，即主沖壓力、壓邊力和反頂力全為液壓驅動。液壓驅動的能量利用率非常低(約7%～15%)，為了實現節能減排，需要開發新的伺服電機液壓驅動，或者液壓直驅等液壓系統設計技術[11]。另外，為了滿足復雜形狀的中厚板結構件復合精沖，精沖裝備還需要盡可能地提供力源，如第4、5力，甚至第6、7力。同時，為了實現高速精沖，還需要開發主沖壓力為機械伺服驅動的高速精沖機設計制造技術。 參考文獻 第2章靜水壓應力增塑復合成形理論 2.1增塑成形概述 塑性成形是通過模具和設備對材料施加力場或再輔以溫度等外場，利用塑性使其成形，獲得形狀、尺寸和力學性能滿足要求的零部件制造技術。塑性是指材料在外力作用下發生永久變形而不破壞其完整性的能力。當材料塑性不足時，其在成形的過程中就易產生損傷、破裂等缺陷，因此需要盡量提高其變形能力。 對于提高材料塑性，首先要保證原材料的質量，如提高材料成分的均勻性、消除原材料內部的缺陷、細化材料晶粒的尺寸，并盡量提高組織的均勻性等[1]。另外，還可以通過改變塑性成形工藝條件來提升材料的塑性。具體措施如下。 1)設置合理的變形溫度 從總體上來說，在塑性變形過程中，隨著溫度的升高，塑性增加。但是，這種增加并非簡單的線性上升。在加熱過程的某些溫度區間，材料內部往往由于相態或晶粒邊界狀態的變化而出現脆性區，使金屬的塑性降低。以普通碳鋼為例，在溫度升高的過程中可能出低溫的藍脆區、中溫熱脆區和高溫脆區等。因此，在工藝設計時，需要避開這些脆性變形區。 2)選取適宜的應變速率 一般情況下，隨著應變速率的降低，材料塑性增強。因此，對于高強度低塑性難變形材料，需要盡量降低應變速率，如TC4鈦合金冷軋板材，在830℃和0.001s.1條件下，伸長率達到1259.0%[2]。但是，在極高的應變速率下，材料的塑性變形能力會大為提高，如爆炸成形等。 3)外場輔助變形 超聲波輔助塑性成形是一種典型的外場輔助塑性成形工藝。其基本原理是將高強度超聲波輸入模具中，在模具表面產生振幅為a的高頻周期振動位移。因此，在成形過程中，模具與工件之間由于振動而產生瞬間分離，使工件產生強烈的體積效應和表面效應。其作用主要體現在以下方面[3-8]。 (1)靜應力的疊加和溫度效應的影響使坯料的流變應力減小。 (2)摩擦力矢量反向使振動周期部分時間的摩擦力有利于變形加工。 (3)局部熱效應的作用使局部粘焊現象減少。
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