[科普中国]-自润滑薄板

自润滑薄板(sheet metal forming)是将金属薄板加工成具有不同断面形状和几何造型制件的加工过程。

简介自润滑薄板(sheet metal forming)将金属薄板加工成具有不同断面形状和几何造型的制件的加 工过程。薄板成形有压缩、伸长、伸长一压缩复合、弯 曲、剪切等5类近20种基本成形方法。

对薄板 成形的研究工作，在初期主要是研究成形模具、薄板材 料以及润滑，找出它们之间的相互关系并应用于实践。 随着成形工艺的发展成形设备以及成形作业方式等方 面的工作也列入了薄板成形的基本研究内容。

历史公元前4000年，埃及人开始用手工敲制各种铜器和金器。中国明代(1637年)出版的宋应星著的《天工开 物》中也记载了古代敲制铜镜的手艺。手工模具压印和局部成形出现于公元前1500年。冲压起源于1400~ 1568年间出在瑞士等地的拉延。1850年第一台曲柄 压力机制造成功后，英国人于1857年首次在压力机上 完成了拉延成形。1913年美国人用钢板冲压出汽车车 身，从此，冲压成形工艺开始在汽车、家用电器及电子 设备的制造业中发展起来，并迅速成为薄板成形工艺的主体。

冷弯则是随着二次世界大战后建筑业和制造 业对冷弯型钢的大量需求而发展起来并成为薄板成形 的一大领域的。冲压、板金工艺和冷弯三大成形方式是使用的模具和成形设备不同，它们的变形方式和规 律基本一致。在薄板成形的初创时期，从模具设计到薄 板成形性能，大量的是未知的，试错是这个时期成形的标准方法，冲压成形系统的概念还没有形成，润滑也没有被看作成形系统中的一个重要部分。

发展随着研究的深 入和不断实践，对成形系统的组成部分逐渐有所了解， 复杂的冲压成形被分解为性质不同的组成部分，如拉 延、胀形、弯曲、拉胀(拉延和胀形复合成形的简称) 和翻边等。认识到薄板的硬化指数n值和塑性应变比 :值与成形性能有关。摩擦系数被作为测定接触表面 相互作用和润滑剂特性的指标。模具材料也不断创 新。

成形模具过去仅限于指成形用模具的形状和尺 寸，在已扩展到包括成形件设计、成形工艺规划、模 具设计、模具加工等构成模具工艺学范畴的内容，而这 些内容都同控制成形件的形状和尺寸直接相关。因此， 成形模具的形状、尺寸及成形方式是薄板成形各基本内容间相互关系解析及其体系化的中心因素。

冲压和板金工艺的成形工具是冲模。为了保持凹 模与凸模间准确的相对位置，其导杆必须坚固，整个模 具需具有良好的刚性，但与此同时，模具的自重也随之 增加。由此带来的不经济性，可以通过采用一套模具进 行多次成形的方法来补偿。成形件的尺寸越大，这种补偿就越重要。

此外，模具的设计应留有修改的余地，以便试冲时对模具设计提出修正。 冷弯成形的工具是轧辊。合理的冷弯棍孔型设计 是决定冷弯道次和冷弯产品质量的关键。 在模具制造技术方面，二次大战后研制成功的电 火花加工和大型仿形铣床是冲模制造的主要加工技术和设备。

模具制造周期的缩短和尺寸精度的提高使预 制模具更加容易，有助于缩短成形件生产前的准备和 成形件的大批量生产。数控铣床的发展和使用使模具 制造技术得以进一步提高.总之，对模具材料、模具表 面处理方法及加工技术的研究已成为提高模具制造技术的基础。 成形设备冷弯的成形设备是冷弯成形机组，冲 压和板金工艺的成形设备是压力机。

压力机有机械式 和液压式两类.机械式压力机有曲柄式、肘节式、连杆式、肘板式及无曲柄式压力机;液压式压力机有通用单 缸压力机及拉延用双缸或三缸压力机。压力机的选择要考虑到设备吨位、行程、工作台规格、精度、刚度等。 曲柄压力机适用于中小尺寸零件的各种成形加工，大 型成形件如汽车覆盖件的成形应选用大型双缸液压 机。 薄板材料提高材料的性能和缩小性能的不均匀性，是薄板高速成形和自动化作业的重要前提。钢和铸 钢，铝和铝合金，不管是哪种材料，都是从提高延展性 和改善硬化特性来提高材料的性能的。这些性能是模 具工艺学和其他成形基本内容间的主要结合因素，除 力学性能外，还有材料的成形性(见薄板成形性)。成 形性直接用来作为开发材料的指南并使材料直接与成形作业的结果相结合。成形性概念本身也在发生变化， 从弯曲性能、胀形性能、拉延性能等模拟成形性到塑性 应变比、硬化指数等基本成形性和成形极限图，甚至还 包括起皱(见压缩失稳)和形状尺寸精度等对成形难易 程度的影响。

反映薄板成形和使用中表面抗摩擦和损伤的表面 特性及薄板使用性能中的耐蚀性和减噪性等也是开发 和使用现代化成形技术所要涉及的重要内容。 润滑薄板与模具接触面间的摩擦除增加成形力 和影响材料的流动特性外，还会损伤模具及成形件表 面，降低模具有效寿命，影响产品质量。

进行润滑可以 防止模具与薄板的表面损伤和调节接触表面的摩擦系数。薄板成形通常使用水溶性的或者低粘度的油作润 滑剂，以利于成形后脱脂废液的处理。润滑一方面要根 据固体的塑性接触以及这种接触的物理化学现象来选 择使用润滑剂，另一方面是开发自润滑板材，在有的国 家既防锈又具自润滑特性的软钢薄板已开始使用。当 然，从模具材料和表面加工来考虑防止擦伤仍是基本 的和重要的。 成形作业如前面的图所示，如果把成形件设计、 成形模具、成形设备、薄板材料和润滑等信息看作薄板成形的第一次信息输入，则对薄板成形的输出即成形 件起重要作用的还有第二阶段的信息输入即成形作业1。

它将薄板成形的所有第一次输入信息看成是成形 系统的组成部分，在考虑它们各自作用的同时还要考 虑它们的相互影响和牵制以及对成形件产品的综合作 用。成形系统的各种因素和工艺技术参数可以有数以 百计的组合，怎样全面分析、评价可能的组合，确定出 成形系统的关键工艺和技术参数，是一个复杂的过程。 这一过程中可能需要在生产现场进行许多测量和调 试。过去是靠试错来简单地作出决定，则是依据对 成形的认识和经验知识来进行估算，确定一个比较合理的组合。

从成品产品设计、工艺流程制定(成形工艺 选定)、模具设计、模具制造及安装调试，成形设备及 配套装置选定到成形工艺控制，都能进行科学地预报 计算和得出一个最佳组合，是人们今后工作的目标2。

本词条内容贡献者为:

李嘉骞 - 博士 - 同济大学