金属板材成形新技术——精冲

文/汪义高·重庆江东机械有限责任公司技术中心

金属板材成形新技术
——精冲

文/汪义高·重庆江东机械有限责任公司技术中心

本文重点对强力压板精冲原理、精冲材料、精冲模具以及我公司对精冲机技术的研发情况等进行介绍。在大力提倡绿色生产、节约型生产的当今社会，精冲作为一种新兴的金属板材成形技术，由于其具有无切削、塑性加工精度高的特点，在越来越多的行业得到应用。

金属板材的成形和加工在航空、航天、汽车、船舶及民用工业中占有相当大的比例。针对传统冲压加工的不足，一些新型的加工方法如精冲、液力成形、电磁成形、超塑成形、多点成形、渐进成形、激光成形等技术应运而生。这些新型的加工方法的特点是精密、柔性、快速、复合、信息化。这些方法已不同程度地进入我国制造业中。

精冲技术是一种先进的精密成形技术，它以金属板材为原料，采用少、无切削的塑性加工方法，一次成形即可得到尺寸精度高、剪切面粗糙度低的零件。精冲作为一种先进的金属板材成形技术，起源于德国，虽然我国自1965年开始进行精冲工艺的研究，但是精冲技术在我国的发展速度较为缓慢。

原理：先将压板上的V形齿圈压入凹模刃口附近的金属板材上，然后在反压力加压的情况下，冲裁力作用于板材上，此时刃口附近的材料始终处于三向压应力（即冲裁力、压边力、反压力）状态，从而提高了材料的塑性，防止冲裁剪切面出现裂纹或裂纹扩展而导致剪切面的拉断，最终，材料就沿着凹模刃口形状，呈纯剪切的形式冲裁零件。具体如图1所示。

精冲材料

影响精冲零件的剪切面质量的因素除了精冲液

图1 精冲原理

精冲技术理论

精冲原理

精冲目前分为普通精冲、强力压板精冲、对向凸凹模精冲、往复冲裁、同步剪挤精冲、闭挤式精冲等。而强力压板精冲使用范围最广，Feintool 、MORI等公司均采用强力压板精冲技术。所谓强力压板精冲，就是在精冲（三向力）压力机上，借助特殊结构模具，在强力作用下，使材料产生塑性—剪切变形，整个剪切过程为纯塑性剪切，从而得到优质精冲件。压机精度、精冲模具、精冲零件的几何形状、润滑外，精冲材料的性能也是一个重要因素。精冲是在常温下进行的一个挤压—剪切过程，材料应在精冲时，使冲裁区内的流动持续到冲裁结束而无撕裂，从而得到优质的精冲件，所以要求精冲材料具有较好的精冲工艺性。

■ 表1 精冲材料的一般性能要求

目前，钢材的供应分为三类，热轧带钢、冷轧带钢、扁钢。前两者供应卷料和条料，后者只供应条料。精冲件约80%为钢材，其余则是铜和铜合金以及铝和铝合金等材料。钢材不仅包含低碳钢，还包含高碳钢、合金钢、不锈钢、工具钢和高强度微合金细晶粒钢等。精冲钢材应该具有良好的力学性能以及较大的变形能力。

精冲钢材的力学性能指抗拉强度、屈服强度、延伸率、断面收缩率、硬度。精冲材料应具有的一般性能见表1。其中，一般含碳量不大于0．35%，抗拉强度不大于650N/mm2，屈强比大约为60%最为适合。《精密冲裁件通用技术条件》中规定，对于中、高碳钢和合金钢，精冲材料碳化物球化率应该在90%以上，且分布均匀。若不符合，则精冲前一般要进行球化退火处理。

特别要提出的是，一般来说，硬度越低，塑性越好。然而，即使材料硬度偏高，若球化物球化率（渗碳体）在90%以上，也能得到良好的冲裁面；反之，即使材料硬度偏低，但球化不充分，也会使冲裁面出现撕裂带，无法得到百分之百的光亮带。

精冲模具

精冲模具是实现精冲的重要手段，它直接影响精冲件的质量。模具系统分为活动凸模式系统、固定凸模式系统。据资料显示，实际生产中固定凸模式模具（80%）是活动凸模式模具（20%）的4倍左右。按模具种类来划分，可分为以下几种：简易精冲模、复式精冲模、连续精冲模、连续复合精冲模、传送精冲模 。

实际中，广泛使用连续复合模（约72%），实现工件多工位复合成形加工，以减少冲次和提高效率，采用第4力、第5力或更多附加力以便成形更加复杂的精冲零件的模具也越来越多。同时，国内精冲模具的制造能力及规模与欧美国家及日本相比差距较大。到目前为止，国内只有少数几家公司具备生产精冲模具的经验，还没有一家专业的精冲模具公司，也就造成了我国高端精冲模具依赖进口的局面。

精冲模具后续发展的趋势是：

⑴智能化模具：能够分析零件中具有风险的几何单元，使之成为在压力机上不卸下模具时，能快速更换的元件和组件。

⑵建立模具设计数据库、模具零件标准库和标准模架库。

⑶从模具设计CAD系统向CAD/CAM/CAE系统的集成发展。

精冲机技术在我公司的研究

我公司在精冲液压机的开发上，已经取得了一定的成绩。通过企业的实际调研，公司目前精冲液压机的开发分为两个系列，分别为经济型精冲机系列和精密型精冲机系列。

经济型精冲机代号为YJ（K）26，当精冲件要求不是很高时，采用此种精冲机，精冲出的零件完全可以满足要求，而且对设备的投资也不大；精密型精冲机代号为YJF26，当精冲件要求很高时，采用此种精冲机，另外还要配备精度很高的精冲模具，才能达到精冲件要求。经济型精冲机的制造、精度检测采用《JIS B 6403-1994液压机精度检查》，精密性精冲机的制造、精度检测采用《JB/T 7177-1993精密冲裁液压机 精度》。

图2 304不锈钢精冲件

图3 Q345D精冲件

图4 45＃钢精冲件

图5 304不锈钢精冲件冲裁面放大图

图6 精冲件排样及废料

图2、图3、图4为我公司为国内某公司所设计的经济型630T精冲机（型号：YJK26-630）生产出的精冲件。图2精冲材料为304不锈钢，厚度10．5mm；图3精冲材料为Q345D，厚度10．5mm；图4精冲材料为45＃钢，厚度10．5mm；原材料均未经球化处理。从图片可以看出，三个精冲件比较而言，304不锈钢精冲件冲裁面质量最好，光洁面接近100%，毛刺高度、塌角宽度均较小，Q345D精冲件冲裁面质量次之，45＃钢精冲件冲裁面质量最差。Q345D精冲件、45＃钢精冲件冲裁面中间出现些许鱼鳞状撕裂，原因是45＃钢是高碳钢，硬度较高，且未经球化处理。Q345D含碳量比45＃钢低，因此在实际冲裁时，冲裁面效果相对好一些。同时这也验证了“当精冲材料不合适的时候，在光洁面内会产生撕裂”这一基本理论。图5为304不锈钢精冲件冲裁面放大图，图6为精冲件排样及废料。

结束语

我公司的经济型精冲机（YJ26、YJK26）已经系列化，公称吨位从160～1250t，主要零部件全部采用数控加工，加上严格的装配工序以及检验程序，最终很好地保证了整机精度的实现。在对精冲理论、精冲模具、精冲材料进行不断的深入研究的同时，基于公司的技术积累，联立国内部分知名大学，与精冲件OEM企业建立合作关系，采取“产、学、研”相结合的方式，不断提高精冲机设计研发水平，为我国精冲事业的发展做出一份贡献。

汪义高，工程师，技术中心副主任，主要研究方向为精冲技术、机械产品参数化设计。