一般金属成型 101

由于这些机器的可靠性、可重复性和效率,用于各种应用的许多成型零件都依赖于使用压力机。 压力机使用纯粹的蛮力重塑金属,并能够在短时间内生产大量相同的零件。

什么是金属成型压力机?

金属成型压力机,也称为冲压机,是一种用于精确成型和切割金属的机床,通常使用向上和向下运动。 以片材、卷材或管材形式供应的金属在冲压工具的两半之间进行压制。 工具的上半部分(冲头)连接到压头,工具的下半部分(模具)连接到固定在压力机底座上的垫板上。 立柱和衬套通常用于引导按压运动。

一般来说,金属成形是通过塑性变形使金属重新成形的制造工艺。 金属可以通过压力机永久弯曲、拉伸和压缩成复杂的几何形状。 重塑金属的能力与施加到零件上的应力类型和大小成正比。

金属成型压力机可以通过机械凸轮驱动,通过飞轮和电机提供动力,也可以通过液压驱动,在成型过程中使用流体压力施加力。 机械压力机能够达到很高的生产速度,并且经常在装配厂中使用,但是液压驱动的金属成型压力机提供了更多的多功能性。 使用液压动力成型压力机可以实现各种压力机吨位、成型能力和成品零件的整体复杂性。 液压机可作为独立压力机、自动压力机生产线或多工位压力机用于各种应用。 出于这些以及更多原因,液压金属成型压力机经常出现在全球的制造工厂中。

图 1:金属成型工具组的简单表示。

液压金属成型机

液压机,也称为 Bramah 压力机,以发明家 Joseph Bramah 的名字命名,最早是在 1700 年代后期通过他对流体运动的研究而开发出来的。 液压机通过在封闭系统内建立压力来工作,以便在整个压制过程中产生和施加强大而稳定的力。

液压机可配备完全可编程的电气控制系统,因其效率、多功能性、可靠性和能够产生的高水平力而广泛用于金属成型。 它们可以采用单动作或多动作配置,允许使用多个工具同时完成多个操作。 液压机金属成型用于各种生产应用,范围从大型车身面板到用于各种行业的单个零件,包括;汽车、航空航天、包装、消费品、国防、建筑、电子、医疗设备等等。

Macrodyne Elastoforming Press
无花果。 2:Macrodyne 800 吨金属成型压力机。
无花果。 3:汽车零部件,如汽车门板,是用金属成型压力机生产的。

金属成型压力机的优势

使用压力机进行金属成型工艺的一些好处包括:

  1. 成品零件的高精度和可重复性。
  2. 零件材料特性在成型过程中不会受到不利影响。
  3. 可用于短期或长期生产运行。
  4. 多种金属成型技术和工艺可以在一次操作中结合使用。
  5. 与其他金属制造工艺相比,可以减少或完全消除后冲压步骤,例如清洁、喷漆和电镀,从而降低生产成本。
  6. 与其他金属加工技术相比,金属成型压机中使用的工具的制造和维护成本较低。
  7. 高度自动化可缩短周转时间并降低劳动力成本。
  8. 可以使用相同的压力机形成不同的金属和材料厚度。

其他金属成型方法

能够超越液压金属成型机能力的金属成型和成型工艺包括:

铸造:金属形状可以通过将熔融金属倒入模具中,冷却,然后从模具中取出来形成。 可以铸造多种金属合金,并可以生产复杂的形状。

轧制:钣金轧制是金属坯料通过一个或多个辊子的过程。 弯曲、成型和压平是一些可以通过轧制实现的成型工艺。

制造:对于原型设计或小批量生产,可以通过焊接或其他连接工艺从多张板材生产零件。 在大多数情况下,仅当产量不足以证明专用工具的成本合理时,才适合制造。

激光切割:使用高功率激光,可以在金属板上烧掉孔和切口。 激光切割是一种快速而精确的金属成型工艺,可以用自动化机器处理。

旋压:旋压,也称为旋压成型和金属车削,高速旋转金属盘或管,将其转变为所需的形状。 根据要使用的材料,该过程可以在热或冷的情况下进行,并产生轴对称的零件。 圆柱体、圆锥体和由形状组合组成的更复杂的几何形状可以通过旋转生产。

金属成型压力机工艺

概述

金属成型压力机可以生产极其复杂的零件,但一般的过程可以简化为几个简单的操作;剪切、弯曲和冲压。 配备适当工具的良好配置的压力机能够通过一次压力机行程实现这些基本功能的组合。 让我们来看看这些基本操作,以及每个将导致高质量成品零件的注意事项。

剪切:剪切,也称为模切,是一种金属成型工艺,在平板金属坯料上切割直线。 顶部和底部刀片通常用于切割金属片。 顶部刀片将下降并刺穿零件,而底部刀片保持静止。 该过程通常会产生边缘光滑的干净切口。 这是一种具有成本效益的方法,并且适合剪切的金属材料种类繁多。 剪切中使用的工具的几何形状和材料会影响所生产零件的质量。 压力机速度、润滑剂的使用以及剪切前后工具与工件之间的间隙也是影响加工成功的因素。

图 4:剪切过程的四个阶段。

材料看似瞬间分离,但剪切可以概括为四个 4 个不同的阶段,如图 4 所示。

  1. 顶部刀片通过压力机沿成型方向运动。
  2. 当冲头推入工件导致变形时,与工件接触。
  3. 刀具穿透工件表面。
  4. 断裂发生在模具的相对边缘,沿分离金属的边缘切割。

冲裁:模具和冲头用于剪切金属,通常是片状或卷状,以产生平面形状。 最终零件的几何形状和尺寸由所使用的模具和冲头决定。 下料是一种相对直接、快速且经济高效的方法来生产大量零件。 通过对零件进行战略性嵌套,可以最大限度地减少材料浪费,并且/或者可以将剩余的金属重新用于其他应用。 该过程最适用于几何形状简单的零件。 如果需要额外的成型,可以在后续的成型操作中完成。

冲孔:冲孔与冲裁过程类似,但冲孔不是离开零件的外部,而是通过剪切力从内部去除材料,如孔。 去除的金属通常被报废。 金属成型压力机可以配置为同时实现下料和冲压。

对于下料和冲孔,所需的力可以计算为

这里

L = 几何的周长

t = 材料厚度

S = 材料的剪切强度

应遵循确保成功冲压的一般设计准则,例如:遵循到边缘的最小距离、某些形状的拐角半径以及材料厚度的最小孔尺寸。 确保压力机配置有足够的冲压力、保持工具的良好状态、有效地排列或嵌套零件以及允许适当的公差是影响成型零件整体生产成功的其他因素。

无花果。 5:由卷材或片材用冲裁工艺制成的工件
无花果。 6:金属成型冲裁与冲裁

弯曲:弯曲是一种广泛使用的金属板成形方法,它通过用冲头使零件变形而使零件具有角形。 弯曲的金属将承受压缩力和拉伸力的组合,超出材料的屈服强度,从而形成成品。

常见的弯曲方法包括空气弯曲和打底,通常在制动压力机上完成。 空气弯曲允许通过设置冲头的行程将金属板弯曲到特定的角度。 不同类型和厚度的材料可以弯曲成不同的角度,而无需更换冲头或模具。 打底是一个类似的过程,因为它也使用冲头和模具,但是冲头会将材料压在模具的轮廓上以定义弯曲角度。

成形力、精度、回弹、足够的弯曲半径以避免材料破裂的风险、金属延展性和材料厚度是影响弯曲零件设计和压力机配置的一些因素。

无花果。 7:空气弯曲与触底

压印压印是一种高性能的钣金冲压,与其他方法相比,通常使用 30 倍以上的压力来形成成品零件。 该术语来自货币硬币的生产,其中需要大量生产精确、详细和可重复的零件。 压印中使用的较高压力允许冲头在中性弯曲轴之外穿透金属,并允许零件的弯曲半径较小。

Macrodyne elastoforming press
无花果。 8:Macrodyne 500 吨压印机

冲压:冲压将平板金属转换为特定形状,并且可以在单个过程中包括许多其他过程,例如下料、弯曲、冲压和剪切。 诸如通风口和凹痕之类的特征也可以合并到冲压中。 需要高质量、耐用性、低成本且适合快速大批量生产的零件通常采用金属冲压。 根据板材在室温下的延展性或脆性,可以使用冷、热或热金属板材进行冲压。

无花果。 9:各种金属冲压件

成型压力机的高级功能

液压成形:液压成形是一种具有成本效益的金属制造工艺,可以在管状零件中形成复杂的几何形状,并在钣金零件中进行扩展深拉。 液压成型零件允许零件合并,子组件数量的减少降低了装配成本并提高了最终装配的强度和刚度。 公差将根据所选应用和部件尺寸而有所不同,但与传统冲压相比,液压成型通常具有更严格的公差。

无花果。 10:液压成型零件示例
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无花果。 11:Macrodyne 1600 吨深拉压机

深拉压力机:深拉工艺可用于制造各种部件,例如车身部件、罐和罐、炊具和电器面板。 深拉压力机在成型过程中提供对压力和材料流动的最佳控制,与其他成型技术相比,可以生产出缺陷更少的高质量成品零件。 深拉可减少浪费并最大限度地降低生产成本,因为该工艺使用最少的材料制造净形状。 通过将多个组件重新设计为一个深拉零件,也可以降低装配成本。

锻压机:锻压机可以提供精确的高速性能,提供必要的最佳压力控制,以生产用于重工业、汽车和航空航天应用的各种开式或闭式模锻产品,例如法兰、轴承、车轴和齿轮。 液压机可以专门设计用于具有适当液压和电气控制系统的热锻工艺。

选择金属成型机

到目前为止讨论的过程构成了可以使用液压机实现的金属成型类型的一小部分。 液压金属成型机的动态特性允许更多功能。 那么如何选择合适的呢? 在决定合适的印刷机时,会涉及很多因素。 技术要求非常依赖于要生产的特定产品和生产预测。 其他要求包括压机生产线本身、与现有生产和基础设施的集成、过程控制以及压机维护、服务和备件的可用性。 这些因素会对金属成型机的拥有成本产生重大影响。

成功因素

对影响不同金属成型压力机的所有参数的全面检查超出了本文的范围。 相反,我们将在选择印刷机时考虑几个关键的主要考虑因素。

按框样式

可以设计和制造液压机的定制框架以适应广泛的应用。 标准框架样式可用,并且可能是最快和最具成本效益的开始,但与要生产的零件、可用空间、所需床尺寸和压力机功能的精确要求相匹配的最佳解决方案是可能的。 液压机框架通常由结构钢制成,并且可以使用数十年,以确保它能够承受多个生产周期和重复使用。 一些常见的框架样式包括;预应力外壳、整体式框架、多框架式、4 柱式压机框架和低成本间隙框架。

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无花果。 12:超高吨位液压机
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无花果。 13:金属成型压力机的液压系统

液压系统

配备液压系统的金属成型压力机的设计应确保最大程度的可达性和易维护性。 这些系统在安装位置上提供了灵活性,并且可以进行配置以满足特定用户的要求。 使用先进的技术和成熟可靠的部件,为用户提供卓越的系统性能和高水平的功能。

床尺寸

印刷机的床身必须能够容纳最大的预期工具集的足迹。 对于矩形或复杂的毛坯形状,床身内零件的方向将决定床身的整体尺寸。 可以根据所需的最大毛坯尺寸来粗略估计床的尺寸。

吨位和速度

对于特定的金属成型操作,必须管理吨位和速度,以最大限度地减少缺陷并生产高质量的零件。 完全可编程的液压机提供对成型吨位的可重复控制,并可以优化循环时间。 压力机应该能够提供形成金属所需的吨位,但应避免吨位过大。 超出要求的吨位可能会导致能源消耗过多和工具磨损。

中风和日光

完全缩回的冲头和模具面之间必须有足够的日光,以便从压力机中取出成品。 实际上,这意味着日光大约是按压行程的三倍。 如果将使用压力机生产多个零件,行程和日光应适应最大的预期工具。 可能需要额外的间隙以容纳进料器访问和快速更换工具。

电气控制系统

压力机控制系统将与液压系统协同工作以优化性能。 操作印刷机和辅助设备的所有必要功能都可以在基于颜色的图形界面或符合人体工程学设计的手动控制包上提供。 完全可定制的菜单类型配置可确保简单、灵活、用户友好的操作,无需特殊技术专长。 控制系统的范围可以从基本的手动程序包到高级计算机系统,并集成了辅助设备程序包、厂内生产监控和数据采集系统的子系统。

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无花果。 14:液压机电气控制系统

最好的金属成型压力机解决方案将是确保满足生产预期并在预算范围内按时交付的解决方案。

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无花果。 15:生产线中使用的金属成型压力机