高速冲压加工的优点:①零件形状精度高,精度可达0.1微米;②冲压变形小,可实现自动化;③压件材料具有较高的强度、硬度、韧性和可塑性,有利于零件在复杂形状中的成型;④冲压零件可采用多个工位同时进行加工(如分切)。目前高速冲压加工主要有两种形式,一种是高速冲床压出毛坯进行再生产。这种冲床的加工时间短,一般为1分钟;另一种是高速喷丸冲床,在需要加工时,用高速喷丸对材料形成极强的二次打击。由于喷丸表面粗糙度大、尺寸精度高、疲劳强度高并且能够实现快速成形与自动化,因此迅速成为各行业使用的重要模具。
1.高速冲压
高速冲压是指冲压加工速度在几米/秒或更高,例如一般冲床速度可达60~80 m/s。在冲床速度和工件尺寸精度之间建立 的比例关系,对于高速冲床来说,高速冲床所要求的工件热变形的应力随着成形速度的增加而增大;当速度达到某一值时,工件内压力将逐渐降低,当速度达到某一值时,工件的变形将趋于稳定。所以,高速冲压具有高精度与低变形相适应的特点。高速冲压工艺还具有以下特点:①工件厚度可达到10 mm至20 mm;②工件压出毛坯后,速度一般不超过60 m/s。由于高速冲压能够形成连续完整、尺寸精度高、表面粗糙度小、冲孔精度高以及较小的切削阻力等优点,因而得到广泛的应用。
2.喷丸成形
在实际的成形加工中,喷丸成形是在较小截面的冲压件上完成的。喷丸后的成形方法有挤压成形和辊压成形两种。挤压成形是用一定的压力将零件从毛坯中挤压出来;辊压成形是将压缩件由辊缝中向前移动,达到成形目的,如图3所示。目前生产所用的挤压成型机主要是国外引进的 JASSO公司研制的 JASSO系列设备,它具有较大的生产率及较高的表面质量,已广泛应用于机械工业中的零件生产中。
3.表面处理及光洁度要求
高速冲压加工零件在冲压成形过程中,为了保证其表面光洁度,要求零件的表面光滑平整,并且有一定程度的光洁度要求。表面粗糙度是指通过喷丸处理而得到的金属表面粗糙程度。为保证表面光滑度,必须保证喷丸对工件不产生研磨磨蚀。此外,喷丸的弹丸喷射方向要与工件产生作用,从而减少磨蚀。另外,为了获得更好的表面光洁度,在喷丸时除了注意保持合理的喷丸量外,也要对喷丸与工件之间不产生颗粒位移的喷丸精度进行严格控制。另外,为了获得更好的光洁度精度与表面质量,还必须注意对工件几何形状和外形尺寸进行严格控制(如图3所示)。
4.成形加工
喷丸成形加工在冲压件成形加工中起着十分重要的作用。喷丸成形加工可在不影响表面质量和加工表面粗糙度的情况下使毛坯完成加工。喷丸成形加工是将高速冲压模具与工件分离后放入工件压实并成形的工艺过程。喷丸成形加工是高速冲压模具高速成形加工中不可或缺的部分。当工件在高速冲冲压模具内以一种高速方式加工时,通常需要把加工对象与高速冲压模具分离;如果工件处于高速成形加工状态下还需要把加工对象与高速冲床分离。
5.模具设计与制造
高速冲压成形需要复杂的模具设计和制造,这主要是由于成型速度高、模具结构复杂、模具的精度与耐久性较差、模具制造成本高(特别是模具表面处理费用)、精密加工工艺要求高等原因造成。模具的基本设计方法主要有:①模具的结构分析;②模具的构造分析;③模具的设计原理分析;④各种零件的模具试验分析;⑤模具的制造技术;⑥模具材料和热处理技术;⑦模具的维护与保养技术;⑧数控加工技术;⑨材料选择与控制技术。高速冲压成形后毛坯形状要求保持不变,以利于喷丸成形(图2)形成精密压零件。喷丸成形后毛坯形状精度高且模具制造成本低(尤其是采用激光成形方法),是喷丸成形后快速成型最重要的工艺条件之一。此外,还需要对高速冲压成形后的毛坯结构、材料、热处理要求进行深入分析。高速冲模模具的设计一般根据毛坯形状选择相应的成形模具结构与材料,再通过高速成形技术使毛坯形状获得 控制,同时实现复杂形状的快速成形(图3)。