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精沖是一個能在一次單工步的行程中加工出零件整個厚度是光滑剪切面的加工方法，而普通沖裁得到的是零件厚度方向剪切面和撕裂面兩個面，并且普通沖裁時由于彎矩存在導致零件彎曲大。如果對于零件剪切面有特別要求，普通沖裁一般不能滿足需要，因此至少還得增加一道或兩道工序。從最優(yōu)化生產(chǎn)來看，這不是最佳的方法。
鑒于這個原因，在1920或1950后出現(xiàn)了各種新的能獲得光滑剪切面和高精度的沖裁工藝。所有這些工藝都可以以精剪簡稱，后來命名為精密剪切。今天稱之為精沖的工藝事實上僅僅指SCHIESS從1915到1925發(fā)明的并應用于工業(yè)的帶環(huán)形齒的工藝。圖1表明了該工藝的結(jié)構(gòu)并清楚指出環(huán)形齒壓板和反壓板。沖壓時環(huán)形齒首先壓入距剪切面一定距離的材料中，以使整個精沖過程中壓應力疊加在精沖過程所出現(xiàn)的法向應力上。從而形成高壓應力區(qū)，塑性流動極限比斷裂極限較早到達，這一現(xiàn)象避免了裂紋產(chǎn)生，BRIDGMAN的工作證明了這種解釋，他指出通過增加靜水壓力，可以得到完全光滑的剪切面。在精沖時反壓板防止了板料的彎曲變形。 KIENZLE和MEYER發(fā)明的精沖方法：用錐形圈壓板取代通常用的平壓板在精沖時與坯料完全接觸。然而，沒有得到該方法的工業(yè)應用的報道。 帶有環(huán)形齒壓板的精沖方法最先應用于辦公機械和儀表工業(yè)，那時的精沖板厚從1到3mm。同時其應用范圍逐步擴大到汽車零部件、鏈環(huán)、輪緣等零件，成功的實現(xiàn)厚度達到16mm板料的精沖。其尺寸精度能達到IT9與IT6之間，同時，一般來說，出現(xiàn)了精沖工藝與其它成形工藝如擠壓、壓印、彎曲工藝的復合的趨勢。這種復合工藝使得具有不同形狀要素的一個零件得以一次性成形。精沖工藝和擠壓工藝或精沖和壓印工藝相結(jié)合的復合工藝一次性生產(chǎn)的典型零件如圖3所示。當精沖冷軋鋼板板厚達到16mm時，精沖工藝就模具鍛造已經(jīng)進入了淺凹形工件的工藝范圍了。 封閉輪廓的凸凹模間隙(約為板厚的0.5% ) 對于精沖是相當重要的，并且模具工作零件要求高精度的加工。目前這種精確加工可以用成形磨削和電火花腐蝕得以實現(xiàn)，成形磨削自然要求模具為鑲拼結(jié)構(gòu)，并且具有高預應力的模座將其組合。當我們提及成形磨削時，有光電輪控制的磨削就會隨著日益多地作為補償輪的磨損。當結(jié)合坐標儀加工輪廓形狀時，該設備不受操作者影響，具有高度的獨立性。 提及電火花腐蝕時，數(shù)字控制的線切割得到了快速的認可。它使快速生產(chǎn)高精度的復雜模具得以實現(xiàn)。環(huán)形齒板可以用銑削或電腐蝕的方法加工。 通過上述方法的運用，便可生產(chǎn)級進復合精沖模具,這使得把這些設備和先前提及的其它成形方法相結(jié)合普及更容易推廣。 對于精沖來說除了模具以外，用于精沖的材料也是相當重要的，下列材料可以用于精沖：鋁、鋁合金、銅、銅含量超過63％的黃銅、非合金化鋼、表面滲碳鋼、低合金熱處理鋼如鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼。能用于精沖成形的鋼材如圖4所示，研究表明材料的結(jié)構(gòu)決定材料的特性，最適合精沖的材料是球狀滲碳體結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)類型的鋼可用一定的熱處理方法獲得。一般來說，零件幾何形狀越復雜，材料含碳量越高的就越有必要把原材料的片狀珠光體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成球狀滲碳體結(jié)構(gòu)�；谏鲜鲅芯康慕Y(jié)果，使含碳量達1.2％的鋼用于精沖也變成了可能，其強度能達到650 N/m㎡ 的極限抗拉強度。 然而，昂貴的熱處理用在只有特速要求的重要場合，對于滲碳體含量超過80％的材料，其額外費用是不可低估的，精沖100％滲碳體含量的材料的成本如此之高以至于適宜精沖的最佳結(jié)構(gòu)因為低壽命不得不放棄，而且也不能獲得高的表面質(zhì)量，發(fā)展高強度低合金精細鋼用于精沖便有了很大的前景。 熱軋鋼和冷軋鋼的極限抗拉強度范圍是650～850 N/m㎡，如此高的極限抗拉強度和彈性極限不是含碳量造成的而是由含量一定的Mn、Al、Ti合金元素造成的，這種類型的精細鋼可用于精沖而且沒有撕裂和毛刺。 雖然用單動壓力機可以實現(xiàn)厚度1.5mm板料的精沖，但精沖往往用的是三動壓力機，它可以產(chǎn)生精沖力、環(huán)形齒圈壓力和反壓力。除了帶有液壓夾緊裝置的機械肘桿式壓力機外，還使用全液壓精沖機。普通沖裁過程和精沖過程中的力能特性也不相同，普通沖裁時只要裂紋一出現(xiàn)其力突然減小，而精沖時其力是連續(xù)變化如圖5所示。 1400Mp噸位的精沖機已經(jīng)投入生產(chǎn)，2500Mp噸位的精沖機也已經(jīng)設計完成。 因為精沖工藝要求速度較低，所以精沖機工作較普通壓力機運行慢。精沖在工作過程中沒有撕裂，所以比普通壓力機工作時的噪音低。如果用氣動排出工件來獲得最佳的行程率，那么精沖機精沖時噪音低的優(yōu)點將會受影響。氣動排出工件時噪音超過100dB(A)，但只要把工作區(qū)屏蔽后噪音將減低到15～20 dB(A)，而且花費也不高。雖然機械式排出裝置也能消除噪音問題，但是每分鐘行程率對它有一定限制。 精沖的優(yōu)點是能獲得光潔的剪切面和高的尺寸精度，為了實現(xiàn)該優(yōu)點就要開展專業(yè)模具設計能力和適合精沖的材料研究。由于精沖工藝具有的潛能，精沖應用范圍逐步擴大。其發(fā)展集中在適合精沖的材料研究、模具優(yōu)化、設備優(yōu)化和設備自動化方面。在這些方面將會出現(xiàn)巨大的進步，運用范圍會越來越大。就精沖件尺寸來說，好像是沒有限制的，只要壓力機噸位足夠就行了。
參考文獻 1 周開華，幺延先，齊翔憲編.簡明精沖手冊.國防工業(yè)出版社，1998.2 2 涂光祺編著.精沖技術(shù).機械工業(yè)出版社，1990.4 3 鄧明，國內(nèi)外精沖技術(shù)的狀況及發(fā)展，鍛壓裝備與制造技術(shù)，2004.1
作者： 夏慶發(fā)，男，25歲，重慶工學院材料工程系碩士生，從事板料成形及模具領(lǐng)域工作。 電話/傳真：023－68667384； |