1.緒論
1.1沖壓的概念、特點及應用
沖壓是利用安裝在沖壓裝置（主要是壓力機）上的模具對材料施加壓力，使其產生分離或塑性變形，從而獲得所需零件（俗稱沖壓或沖壓件）的一種壓力加工方法。沖壓通常是在常溫下對材料進行冷變形加工，且主要採用板料來加工成所需零件，所以也叫冷衝壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法之一，隸屬於材料成型工程術。
沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡稱衝模。衝模是將材料（金屬或非金屬）批量加工成所需衝件的專用工具。衝模在沖壓中至關重要，沒有符合要求的衝模，批量沖壓生產就難以進行；沒有先進的衝模，先進的沖壓工藝就無法實現。
沖壓工藝與模具、沖壓裝置和沖壓材料構成沖壓加工的三要素，只有它們相互結合才能得出沖壓件。
與機械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無論在技術方面還是經濟方面都具有許多獨特的優點。主要表現如下。
(1) 沖壓加工的生產效率高，且操作方便，易於實現機械化與自動化。這是因為沖壓是依靠衝模和沖壓裝置來完成加工，普通壓力機的行程次數為每分鐘可達幾十次，高速壓力要每分鐘可達數百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到乙個沖件。
（2）沖壓時由於模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓件的表面質量,而模具的壽命一般較長,所以沖壓的質量穩定,互換性好,具有「一模一樣」的特徵。
（3）沖壓可加工出尺寸範圍較大、形狀較複雜的零件，如小到鐘錶的秒錶，大到汽車縱樑、覆蓋件等，加上沖壓時材料的冷變形硬化效應，沖壓的強度和剛度均較高。
（4）沖壓一般沒有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱裝置，因而是一種省料，節能的加工方法，沖壓件的成本較低。
但是，沖壓加工所使用的模具一般具有專用性，有時乙個複雜零件需要數套模具才能加工成形，且模具製造的精度高，技術要求高，是技術密集形產品。所以，只有在沖壓件生產批量較大的情況下，沖壓加工的優點才能充分體現，從而獲得較好的經濟效益。
沖壓地、在現代工業生產中，尤其是大批量生產中應用十分廣泛。相當多的工業部門越來越多地採用沖壓法加工產品零部件，如汽車、農機、儀器、儀表、電子、航空、航天、家電及輕工等行業。在這些工業部門中，沖壓件所佔的比重都相當的大，少則60%以上，多則90%以上。
不少過去用鍛造=鑄造和切削加工方法製造的零件，現在大多數也被質量輕、剛度好的沖壓件所代替。因此可以說，如果生產中不諒採用沖壓工藝，許多任務業部門要提高生產效率和產品質量、降低生產成本、快速進行產品更新換代等都是難以實現的。
1.2 沖壓的基本工序及模具
由於沖壓加工的零件種類繁多，各類零件的形狀、尺寸和精度要求又各不相同，因而生產中採用的沖壓工藝方法也是多種多樣的。概括起來，可分為分離工序和成形工序兩大類；分離工序是指使坯料沿一定的輪廓線分離而獲得一定形狀、尺寸和斷面質量的沖壓（俗稱衝裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的條件下產生塑性變形而獲得一定形狀和尺寸的沖壓件的工序。
上述兩類工序，按基本變形方式不同又可分為衝裁、彎曲、拉深和成形四種基本工序，每種基本工序還包含有多種單一工序。
在實際生產中，當沖壓件的生產批量較大、尺寸較少而公差要求較小時，若用分散的單一工序來沖壓是不經濟甚至難於達到要求。這時在工藝上多採用集中的方案，即把兩種或兩種以上的單一工序集中在一副模具內完成，稱為組合的方法不同，又可將其分為復合-級進和復合-級進三種組合方式。
復合沖壓——在壓力機的一次工作行程中，在模具的同一工位上同時完成兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方法式。
級進沖壓——在壓力機上的一次工作行程中，按照一定的順序在同一模具的不同工位上完麵兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方式。
復合-級進——在一副衝模上包含復合和級進兩種方式的組合工序。
衝模的結構型別也很多。通常按工序性質可分為衝裁模、彎曲模、拉深模和成形模等；按工序的組合方式可分為單工序模、復合模和級進模等。但不論何種型別的衝模，都可看成是由上模和下模兩部分
組成，上模被固定在壓力機工作台或墊板上，是衝模的固定部分。工作時，坯料在下模面上通過定位零件定位，壓力機滑塊帶動上模下壓，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便產生分離或塑性變形，從而獲得所需形狀與尺寸的沖件。上模回公升時，模具的卸料與出件裝置將沖件或廢料從凸、凹模上卸下或推、頂出來，以便進行下一次沖壓迴圈。
1.3 沖壓技術的現狀及發展方向
隨著科學技術的不斷進步和工業生產的迅速發展，許多新技術、新工藝、新裝置、新材料不斷湧現，因而促進了沖壓技術的不斷革新和發展。其主要表現和發展方向如下。
(1).沖壓成形理論及沖壓工藝方面
沖壓成形理論的研究是提高沖壓技術的基礎。目前，國內外對沖壓成形理論的研究非常重視，在材料沖壓效能研究、沖壓成形過程應力應變分析、板料變形規律研究及坯料與模具之間的相互作用研究等方面均取得了較大的進展。特別是隨著計算機技術的飛躍發展和塑性變形理論的進一步完善，近年來國內外已開始應用塑性成形過程的計算機模擬技術，即利用有限元（fem）等有值分析方法模擬金屬的塑性成形過程，根據分析結果，設計人員可**某一工藝方案成形的可行性及可能出現的質量問題，並通過在計算機上選擇修改相關引數，可實現工藝及模具的優化設計。
這樣既節省了昂貴的試模費用，也縮短了制模具週期。
研究推廣能提高生產率及產品質量、降低成本和擴大沖壓工藝應用範圍的各種壓新工藝，也是沖壓技術的發展方向之一。目前，國內外相繼湧現出精密沖壓工藝、軟模成形工藝、高能高速成形工藝及無模多點成形工藝等精密、高效、經濟的沖壓新工藝。其中，精密衝裁是提高衝裁件質量的有效方法，它擴大了沖壓加工範圍，目前精密衝裁加工零件的厚度可達25mm，精度可達it16~17級；用液體、橡膠、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的軟模成形工藝，能加工出用普通加工方法難以加工的材料和複雜形狀的零件，在特定生產條件下具有明顯的經濟效果；採用**等高能效成形方法對於加工各種尺寸在、形狀複雜、批量小、強度高和精度要求較高的板料零件，具有很重要的實用意義；利用金屬材料的超塑性進行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的沖壓成形工序，這對於加工形狀複雜和大型板料零件具有突出的優越性；無模多點成形工序是用高度可調的凸模群體代替傳統模具進行板料曲面成形的一種先進技術，我國已自主設計製造了具有國際領先水平的無模多點成形裝置，解決了多點壓機成形法，從而可隨意改變變形路徑與受力狀態，提高了材料的成形極限，同時利用反覆成形技術可消除材料內殘餘應力，實現無回彈成形。
無模多點成形系統以cad/cam/cae技術為主要手段，能快速經濟地實現三維曲面的自動化成形。
(2.)衝模是實現沖壓生產的基本條件.在衝模的設計製造上,目前正朝著以下兩方面發展:
一方面,為了適應高速、自動、精密、安全等大批量現代生產的需要，衝模正向高效率、高精度、高壽命及多工位、多功能方向發展，與此相比適應的新型模具材料及其熱處理技術，各種高效、精密、數控自動化的模具加工工具機和檢測裝置以及模具cad/cam技術也在迅速發展；另一方面，為了適應產品更新換代和試製或小批量生產的需要，鋅基合金衝模、聚氨酯橡膠衝模、薄板衝模、鋼帶衝模、組合衝模等各種簡易衝模及其製造技術也得到了迅速發展。
精密、高效的多工位及多功能級進模和大型複雜的汽車覆蓋件衝模代表了現代衝模的技術水平。目前，50個工位以上的級進模進距精度可達到2微公尺，多功能級進模不僅可以完成沖壓全過程，還可完成焊接、裝配等工序。我國已能自行設計製造出達到國際水平的精度達2 ~5微公尺，進距精度2~3微公尺，總壽命達1億次。
我國主要汽車模具企業，已能生產成套轎車覆蓋件模具，在設計製造方法、手段方面已基本達到了國際水平，但在製造方法手段方面已基本達到了國際水平，模具結構、功能方面也接近國際水平，但在製造質量、精度、製造週期和成本方面與國外相比還存在一定差距。
模具製造技術現代化是模具工業發展的基礎。計算機技術、資訊科技、自動化技術等先進技術正在不斷向傳統製造技術滲透、交叉、融合形成了現代模具製造技術。其中高速銑削加工、電火花銑削加工、慢走絲切割加工、精密磨削及拋光技術、數控測量等代表了現代衝模製造的技術水平。
高速銑削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面質量（主軸轉速一般為15000~40000r/min）,加工精度一般可達10微公尺，最好的表面粗糙度ra≤1微公尺），而且與傳統切削加工相比具有溫公升低（工件只公升高3攝氏度）、切削力小，因而可加工熱敏材料和剛性差的零件，合理選擇刀具和切削用量還可實現硬材料（60hrc）加工；電火花銑削加工（又稱電火花創成加工）是以高速旋轉的簡單管狀電極作三維或二維輪廓加工（像數控銑一樣），因此不再需要製造昂貴的成形電極，如日本三菱公司生產的edscan8e電火花銑削加工工具機，配置有電極損耗自動補償系統、cad/cam整合系統、**自動測量系統和動態**系統，體現了當今電火花加工工具機的技術水平；慢走絲線切割技術的發展水平已相當高，功能也相當完善，自動化程度已達到無人看管執行的程度，目前切割速度已達到300mm/min,加工精度可達±1.5微公尺，表面粗糙度達ra=01~0.2微公尺;精度磨削及拋光已開始使用數控成形磨床、數控光學曲線磨床、數控連續軌跡座標磨床及自動拋光等先進裝置和技術;模具加工過程中的檢測技術也取得了很大的發展,現在三座標測量機除了能高精度地測量複雜曲面的資料外,其良好的溫度補償裝置、可靠的抗振保護能力、嚴密的除塵措施及簡單操作步驟，使得現場自動化檢測成為可能。
此外，雷射快速成形技術（rpm）與樹脂澆注技術在快速經濟製模技術中得到了成功的應用。利用rpm技術快速成形三維原型後，通過陶瓷精鑄、電弧塗噴、消失模、熔模等技術可快速製造各種成形模。如清華大學開發研製的「m-rpms-ⅱ型多功能快速原型製造系統」是我國自主智財權的世界惟一擁有兩種快速成形工藝（分層實體製造ssm和熔融擠壓成形mem）的系統，它基於「模組化技術整合」之概念而設計和製造，具有較好的**效能比。
一汽模具製造公司在以cad/cam加工的主模型為基礎，採用瑞士汽巴精化的高強度樹脂澆注成形的樹脂衝模應用在國產轎車試製和小批量生產開闢了新的途徑。
(3) 沖壓裝置和沖壓生產自動化方面
效能良好的沖壓裝置是提高沖壓生產技術水平的基本條件，高精度、高壽命、高效率的衝模需要高精度、高自動化的沖壓裝置相匹配。為了滿足大批量高速生產的需要，目前沖壓裝置也由單工位、單功能、低速壓力機朝著多工位、多功能、高速和數控方向發展，加之機械乃至機械人的大量使用，使沖壓生產效率得到大幅度提高，各式各樣的沖壓自動線和高速自動壓力機紛紛投入使用。如在數控四邊折彎機中送入板料毛坯後，在計算機程式控制下便可依次完成四邊彎曲，從而大幅度提高精度和生產率；在高速自動壓力機上沖壓電機定轉子衝片時，一分鐘可衝幾百片，並能自動疊成定、轉子鐵芯，生產效率比普通壓力機提高幾十倍，材料利用率高達97%；公稱壓力為250kn的高速壓力機的滑塊行程次數已達2000次/min以上。
在多功能壓力機方面，日本田公司生產的2000kn「沖壓中心」採用cnc控制，只需5min時間就可完成自動換模、換料和調整工藝引數等工作；美國惠特尼公司生產的cnc金屬板材加工中心，在相同的時間內，加工沖壓件的數量為普通壓力機的4~10倍，並能進行沖孔、分段衝裁、彎曲和拉深等多種作業。
近年來，為了適應市場的激烈競爭，對產品質量的要求越來越高，且其更新換代的週期大為縮短。沖壓生產為適應這一新的要求，開發了多種適合不同批量生產的工藝、裝置和模具。其中，無需設計專用模具、效能先進的轉塔數控多工位壓力機、雷射切割和成形機、cnc萬能折彎機等新裝置已投入使用。
特別是近幾年來在國外已經發展起來、國內亦開始使用的沖壓柔性製造單元（fmc）和沖壓柔性製造系統（fms）代表了沖壓生產新的發展趨勢。fms系統以數控沖壓裝置為主體，包括板料、模具、沖壓件分類存放系統、自動上料與下料系統，生產過程完全由計算機控制，車間實現24小時無人控制生產。同時，根據不同使用要求，可以完成各種沖壓工序，甚至焊接、裝配等工序，更換新產品方便迅速，沖壓件精度也高。
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