冲压成形的质量分析及控制.docx

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冲压成形的质量分析及控制

机械制造技术基础

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机械与电气工程学院

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目录

一、冲压成形的质量分析及控制1

1、冲压成形质量的技术分析2

1.1影响冲压成形质量的主要因素影响2

1.2影响冲压成形质量的因素识别及分析3

2、冲压成形质量的控制4

2.1排列图法4

2.2控制图法4

结束语5

二、入体原则与加工误差6

1、入体原则6

2、加工误差7

2.1系统性误差与随机性误差7

2.2机械制造中常见的误差分布规律8

3、矛盾分析9

一、冲压成形的质量分析及控制

冲压成形加工质量的优劣，不仅是机械加工行业技术经济发展水平的标志之一，同时更反映出模具设计与制造水平和企业生产与运作能力。

就冲压成形加工而言，其产品质量特性有着丰富的内容，它主要包括：

1）冲压件的尺寸稳定性和性能稳定性，如为满足使用要求的冲压件所应具备的技术特性、结构等。

2）冲压件的使用寿命及其经济性，如冲压件使用的耐久性、制造成本和使用成本等。

3）冲压件使用要求上的适应性及安全可靠性，如力学性能、机械性能等。

1、冲压成形质量的技术分析

1.1影响冲压成形质量的主要因素影响

冲压成形质量的主要因素可归结为以下因素：

人（技术素质、业务水平、质量意识、工作情绪等）；机器（冲压设备的性能）；模具（模具结构及制造精度、维修及保养状态等）；材料（选用原材料的品种、规格、成分、性能等）；方法（冲压成形工艺的选择、操作规程等）；测量（测量设备、试验手段、测试方法、质量标准等）；环境（工作场地的温度、湿度、含尘量、噪音等）等。

下面具体分析上述各因素对冲压成形质量的影响。

（1）人：

起决定作用的、最活跃的过程变量。

主要包括人的情感、主观能动性、体能和技术能力等。

其中体能和技术能力是通常所强调的，而主观能动性和情感因素对质量的长期稳定与提高同样有着至关重要的作用和影响。

（2）机器：

主要包括冲压成形过程所使用的冲压设备（曲柄压力机、水压机、油压机、数控冲床等）的性能、维修及保养状态等。

冲压设备性能的优劣，直接影响冲压件的成形质量，如：

压力机靠导轨导向，机械磨损会使导向精度下降，影响冲压件的成形质量；一般说来，企业在设备正常维护的情况下，“机器”的因素对冲压成形质量的影响相对稳定。

（3）模具：

模具作为保证冲压件形状和尺寸精度的工装，是保证及提高冲压产品质量、节约原材料、体现冲压件技术经济性的有效手段，其设计与制造水平与冲压件质量密切相关且在模具的使用过程中，冲压件的成形质量也会发生波动。

要获得质量满意的冲压产品，对模具而言，其关键问题是：

正确的模具结构设计、合理的模具材料及热处理方法、高质量的模具加工。

这3个方面实际上决定了模具的功效，它们相互影响后的效果是相乘而不是相加，这就意味着只要其中一个环节不恰当而导致模具不起作用，其综合效果也是零。

（4）材料：

冲压过程所采用的原材料，是一个较难控制而对成形质量又有较大影响的过程变量。

因此要特别注意加强对进厂原材料的检验和冲压前对原材料进行预处理，如校平、打磨掉毛刺等。

（5）方法：

冲压成形工艺的选择，冲压过程所采用的操作规程、标准及其它工艺文件，是用来指导操作人员进行生产的。

应保证有关文件的完整、正确、统一、有效，同时还应强调应知应会，强化操作人员对冲压成形过程的了解。

（6）测量：

包括测量设备、试验手段、测试方法、质量标准等，是用来检验冲压产品质量是否符合产品的设计要求。

这里需要注意测量设备本身须满足质量要求，采用的质量标准应为有效标准。

（7）环境：

涉及工作场地的温度、湿度、噪声与整洁程度等。

环境管理与监控、原料、半成品、成品及工具的定置管理等对冲成形过程的质量影响不容忽视，管理的混乱容易造成混料等重大质量事故。

1.2影响冲压成形质量的因素识别及分析

在冲压成形的生产过程中，无论冲压设备的性能如何优良，模具如何合理精确，操作者技术水平多高，各种测试手段、方法以及原材料、环境等因素变化多小，冲压件的质量特性值总是有所差异的，这种差异反映了冲压成形质量的不一致性（波动性）。

一般将产生质地波动的原因分成偶然性原因和系统性原因。

根据产生波动的原因不同，又可将波动分为正常波动和异常波动。

在冲压成形的生产过程中，影响冲压成形加工质量的几方面主要因素的状态必然表现为正常状态和异常状态，因此将它们分为正常因素和异常因素两大类来进行识别及分析

1.2.1正常因素

正常因素是由固有的条件所决定的，如原材料中的微量杂质或性能上的微小差异；工艺参数的微小变化；冲压机及模具的固有精度、正常磨损等，属于随机因素（偶然因素）。

这类因素所引起的质量波动是正常的，质量数据形成典型分布，如正态分布的特征值μ和σ没有显著变化。

表现特征为影响微小、始终存在、方向随机、难以控制。

若正常质量波动的幅度保持在合理范同内，应采取“听之任之”的态度。

减少正常质量波动的幅度，应采取“系统措施”。

1.2.2异常因素

异常因素是由于管理上的失控或工作上的失误而造成的，如原材料质量不合格、冲压设备性能严重受损、模具失效、违反操作规程等，属于系统因素。

这类素所引起的质量波动是异常的，质量数据偏离典型分布，如正态分布的特征值μ和σ发生显著变化。

表现特征为影响很大、时有时无、方向确定、可以控制。

对异常质量波动，必须采取“严加控制”的态度。

消除异常质量波动，应采取“局部措施”。

2、冲压成形质量的控制

冲压成形的质量控制可以理解为两个不同的概念：

一个是过程/产品的事后检验；另一个是过程/产品的事先控制，即通过统计控制的方法预测、监控过程和产品的质量变化趋势，实时调整、改进生产过程，从而达到控制质量的目的。

显而易见，后者可以使企业最大限度地降低不合格产品，提高生产效率和生产效。

2.1排列图法

绘制排列图的目的在于从诸多的问题中寻找主要问题，并以图形的方法直观地表示出来。

使生产商明确应该从哪里着手改进产品质量。

在冲压件产生质量问题的因素中，通常有些是偶然发生的，有些是比较容易发生的；同样，在可能出现的质量问题中，有些较少见，有些较常见。

依据意大利经济学家Pareto和美国的质量管理学家J．M．Juran的“关键的少数和次要的多数”的关系原理，所作的排列图可以用来对质量的现象和原因进行分类，从中找到经常出现的质量问题和经常发生的影响因素。

2.2控制图法

控制图是用于区分由异常或特殊原因所引起的波动和过程所固有的随机波动的一种统计工具，以统计技术的应用来实现过程控制；是将过去对最终产品的质量检验转化为通过对动态生产过程中每一道工序或连续过程的质量特性数据，按一定的规则进行及时描点得到控制图，以控制图来监控、分析生产过程的稳定性。

即由传统的“事后检验”转化为现在“提前预测”。

如果在控制图上的点未出界，同时点的排列也是随机的，则认为过程处于稳定状态或统计控制状态。

如果控制点出界或界内点排列非随机，则控制图显示过程出现异常波动，就认为过程失控。

此时，如果不采取措施而继续生产，就可能生产出不合格产品，从而造成材料浪费、降低生产率、增加不良成本。

这就是控制图捕捉异常先兆的功能和预警的作用。

使用控制图来控制和改进“过程”是一个重复的程序。

需要多次重复数据采集——数据处理——控制——分析——调整改进——数据采集等基本步骤。

结束语

由冲压成形质量的技分析可得出结论，要控制冲压成形的质量，就必须对影响其质量的各项因素进行系统的识别，并深人分析这些因素对产品质量产生的影响。

根据冲压成形质量的经济分析，在冲压成形时，既不能盲目追求“最优、最佳”而不惜成本，结果因成本过高而无利可得；也不能一味考虑降低成本而使冲压件质量受损，应当寻求技术效果和经济效益的最佳组合，在保证冲压件满足使用要求的前提下，确定并设计出能取得较好经济效益的质量等级及质量水平。

实践证明实施冲压成形的质量控制及其质量分析，确保企业能长期稳定地生产出用户满意的冲压件，将有助于降低生产成本，使产品的质量水平趋于稳定，产品质量逐步提高，从而取得良好的经济效益。

这对从事冲压成形及模具设计的技术人员和生产管理人员而言，既是必要的又是行之有效的。

二、入体原则与加工误差

1、入体原则

所谓“入体原则”是指标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注。

就是轴的基本尺寸为其最大实体尺寸，即其上偏差为0；孔的基本尺寸为其最小实体尺寸，既其下偏差为0；长度尺寸的公差带为对称分布。

但对于磨损后无变化的尺寸，一般标注双向偏差。

　　工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则上都应按“入体”原则标注为单向公差。

简言之：

　　对于轴，其尺寸越加工越小——这样对于轴，其尺寸上偏差取0，下偏差为负——是为“入体”（即入材料体），即其尺寸越来越小；

　　对于孔，其尺寸越加工越大——这样对于孔，其尺寸下偏差为0，上偏差为正——是为“入体”（即入材料体），即尺寸越来越大。

　　广义的概念：

孔类尺寸是一个广义概念，并不特指孔，它是指在零件上越加工越大的尺寸，比如在一零件上加工一个槽，这个槽的尺寸会随着金属的去除越加工越大，那么在装配尺寸链中这个尺寸的下偏差为0，也就是要让槽的实际尺寸大于等于基本尺寸这要才能“入体”

　　同理轴类尺寸是指在零件上越加工越小的尺寸，零件的外廓都属于轴类尺寸，其上偏差为0，也就是零件的实际外廓要比基本尺寸确定的外廓小点，这样才算“入体”

2、加工误差

概述:

对影响加工精度的主要因素进行的分析研究，这对我们研究分析工艺过程产生误差的原因，提出控制加工精度的途径和方法，无疑是有指导意义的；但却不能仅凭上述单因素分析方法对工件的加工误差情况做出总体评价，这是因为在实际生产中，影响加工精度的因素很多，工件的加工误差是多因素综合作用的结果，且其中不少因素的作用往往带有随机性。

对于一个受多个随机因素综合作用的工艺系统，只有用概率统计的方法分析加工误差，才能得到符合实际的结果。

加工误差的统计分析方法，不仅可以客观评定工艺过程的加工精度，评定工序能力系数，而且还可以用来预测和控制工艺过程的精度。

2.1系统性误差与随机性误差

按照加工误差的性质，加工误差可分为系统性误差和随机性误差。

（1）系统性误差

系统性误差可分为常值性系统误差和变值性系统误差两种。

在顺序加工一批工件时，加工误差的大小和方向皆不变，此误差称为常值性系统误差；例如原理误差，定尺寸刀具的制造误差等。

在顺序加工一批工件时，按一定规律变化的加工误差，称为变值性系统误差；例如，当刀具处于正常磨损阶段车外圆时，由于车刀尺寸磨损所引起的误差。

常值性系统误差与加工顺序无关，变值性系统误差与加工顺序有关。

对于常值性系统误差，若能掌握其大小和方向，可以通过调整消除；对于变值性系统误差，若能掌握其大小和方向随时间变化的规律，也可通过采取自动补偿措施加以消除。

（2）随机性误差

在顺序加工一批工件时，加工误差的大小和方向都是随机变化的，这些误差称为随机性误差。

例如，由于加工余量不均匀、材料硬度不均匀等原因引起的加工误差，工件的装夹误差、测量误差和由于内应力重新分布引起的变形误差等均属随机性误差。

可以通过分析随机性误差的统计规律，对工艺过程进行控制。

2.2机械制造中常见的误差分布规律

上图为机械制造中常见的误差分布规律

a）正态分布b）平顶分布c）双峰分布d）偏态分布

（1）正态分布（图a）在机械加工中，若同时满足以下三个条件，工件的加工误差就服从正态分布。

1）无变值性系统误差（或有但不显著）；

2）各随机误差之间是相互独立的；

3）在随机误差中没有一个是起主导作用的误差因素。

（2）平顶分布（图b）在影响机械加工的诸多误差因素中，如果刀具尺寸磨损的影响显著，变值性系统误差占主导地位时，工件的尺寸误差将呈现平顶分布。

平顶分布曲线可以看成是随着时间而平移的众多正态分布曲线组合的结果。

（3）双峰分布（图c）若将两台机床所加工的同一种工件混在一起，由于两台机床的调整尺寸不尽相同，两台机床的精度状态也有差异，工件的尺寸误差呈双峰分布。

（4）偏态分布（图d）采用试切法车削工件外圆或镗内孔时，为避免产生不可修复的废品，操作者主观上有使轴径加工得宁大勿小、使孔径加工得宁小勿大的意向，按照这种加工方式加工得到的一批零件的加工误差呈偏态分布。

3、矛盾分析

入体原则是图纸标注单位公差时的基本原则，而正态分布则是加工误差，一个是图纸上的标注原则，一个是实际生产的加工误差，即使出现可修复的工件，两者也不产生矛盾。

另外，对于磨损后无变化的尺寸，一般标注双向偏差。

所以，在实际加工中，会出现诸如轴径大于标注尺寸和孔径小于标注尺寸的情况，也就是可修复工件的情况，但是因为上面提到的双向偏差，所以这种情况与入体原则不产生矛盾。