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板料精冲与挤压复合成形：工艺、模拟及应用探索

一、引言

1.1研究背景与意义

在现代制造业快速发展的背景下，对零部件的精度、性能以及生产效率提出了愈发严苛的要求。传统的单一成形工艺在面对复杂形状、高精度和高性能要求的零部件时，逐渐暴露出局限性。板料精冲与挤压复合成形技术应运而生，作为一种先进的金属加工工艺，它有机融合了精冲和挤压两种工艺的优势，在现代制造业中占据着日益重要的地位。

精冲作为一种精密成形技术，具备优质、高效、低耗的显著特点，在汽车、摩托车、仪器仪表、轻工机械、家用电器和办公设备等诸多领域获得了广泛应用。通过精冲工艺能够获得尺寸精度高、剪切面质量好的零件。而挤压工艺则可使金属材料在压力作用下产生塑性变形，从而获得特定形状和性能的零件，常用于制造具有复杂形状和高性能要求的零部件。将二者结合的板料精冲与挤压复合成形技术，综合发挥了各自的优势，成为精冲技术发展的必然趋势。

从行业应用角度来看，汽车行业对于零部件的精度和性能要求极高。发动机、变速器等关键部件中的众多零件，如齿轮、轴类零件等，不仅需要具备高精度的尺寸和良好的表面质量，还需拥有较高的强度和耐磨性。采用板料精冲与挤压复合成形技术，可以制造出满足这些要求的零部件，提升汽车的整体性能和可靠性，同时提高生产效率，降低生产成本。在航空航天领域，对零部件的轻量化和高性能需求极为突出。该复合成形技术能够制造出形状复杂、质量轻且强度高的零部件，满足航空航天产品在极端工况下的使用要求，推动航空航天技术的发展。

研究板料精冲与挤压复合成形技术，对推动工艺发展具有重要意义。目前，在板料挤压和板料冲挤方面的理论研究相对较少，深入探究该复合成形技术的成形机理、材料流动规律以及工艺参数对成形质量的影响等，能够丰富和完善金属塑性加工理论体系，为工艺的进一步优化和创新提供坚实的理论基础。通过研究确定最佳的工艺参数组合，开发新型的模具结构和设计方法，能够提高该复合成形工艺的稳定性和可靠性，拓展其应用范围，使其能够应用于更多复杂形状和高性能要求的零部件制造。

对提升产品质量而言，该研究同样具有不可忽视的价值。精确掌握成形过程中的各种因素对产品质量的影响，如裂纹产生、缩孔形成、尺寸精度变化等，能够针对性地提出预防和控制措施，有效减少产品缺陷，提高产品的尺寸精度和表面质量，从而提升产品的整体性能和市场竞争力，满足高端制造业对高质量零部件的迫切需求。

1.2国内外研究现状

1.2.1板料精冲研究现状

国外对板料精冲技术的研究起步较早，在工艺理论和应用方面取得了丰硕成果。瑞士、德国、日本等国家在精冲技术领域处于世界领先地位。瑞士的Feintool公司是全球精冲技术的领军企业，拥有先进的精冲设备和工艺，能够生产高精度、复杂形状的精冲零件，广泛应用于汽车、电子等行业。该公司在精冲模具设计、制造以及精冲过程的控制方面积累了丰富经验，其研发的精冲模具寿命长、精度高，能够满足大规模生产的需求。德国的Schuler公司也是精冲技术领域的重要企业，在精冲设备的研发和制造方面具有深厚的技术底蕴，其生产的精冲机性能稳定、自动化程度高，为精冲技术的推广应用提供了有力支持。

在精冲工艺理论研究方面，国外学者开展了大量工作。通过对精冲过程中金属的变形机理、应力应变分布以及断裂行为等方面的深入研究，建立了一系列的理论模型和经验公式。例如，通过有限元模拟和实验研究，分析了精冲过程中模具结构、冲裁间隙、压边力等工艺参数对精冲件质量的影响规律，为精冲工艺的优化提供了理论依据。

国内对板料精冲技术的研究始于20世纪60年代，经过多年的发展，在理论研究和工程应用方面取得了显著进展。武汉理工大学在精冲技术研究方面处于国内领先水平，该校的研究团队在精冲复合成形技术、精冲模具设计与制造等方面开展了深入研究，取得了多项创新性成果。例如，研发了新型的精冲复合成形工艺，实现了复杂形状零件的高精度成形；提出了基于数值模拟的精冲模具优化设计方法，提高了模具的设计效率和使用寿命。

众多国内企业也在积极应用和推广精冲技术。一些汽车零部件制造企业采用精冲技术生产发动机、变速器等关键部件中的精冲零件，提高了产品的精度和性能，降低了生产成本。国内在精冲技术方面仍存在一些不足之处，如高端精冲设备主要依赖进口，精冲工艺的稳定性和可靠性有待进一步提高，精冲模具的设计和制造水平与国外先进水平相比还有一定差距等。

1.2.2板料挤压研究现状

国外对板料挤压技术的研究历史悠久，在基础理论和应用技术方面都有深入的探索。美国、日本等国家在板料挤压技术的研究和应用方面处于国际前沿。美国的一些研究机构和企业在航空航天领域对板料挤压技术进行了大量研究，开发出了适用于制造航空航天零部件的先进板料挤压工艺。例如，通过对钛合金、铝合金等轻质合金材料的挤压研究，实现