第八章 板料冲压成形工艺

模具凸、凹模
汽车左连接板
一.分析冲压件的工艺性 二.拟定冲压工艺方案 三.确定模具类型与结构形式 四.选择冲压设备 五.编写冲压工艺文件
一、分析冲压件的工艺性
冲压件对冲压加工工艺的适应性。
影响工艺性的主要因素有冲压件 的形状、尺寸、精度及材料等。
1、冲压件的结构工艺性
在满足零件使用性能的情况下，应 有良好的工艺性能，以减少材料的消 耗，延长模具寿命，提高生产率，降 低成本及保证冲压件质量。 （1）对冲裁件的要求 （2）对弯曲件的要求 （3）对拉深件的要求
二、弯曲
坯料的一部分相对于另一部分 弯曲成一定角度的工序。
坯料内侧受压，外侧受拉。
弯曲时，尽可能使弯曲线与坯 料纤维方向垂直以免破裂。
弯曲的最小半径：
①应为rmin =（0.25～1）s。 ②材料塑性好，则弯曲半径可小些。
回弹现象：
①由于弹性变形的恢复，坯料
略微弹回一点，使被弯曲的角 度增大。
冲裁模合理间隙值
3．凸、凹模刃口尺寸的确定 1）设计落料模
落料件确定凹模刃口尺寸；
取凹模作设计基准件→根据间隙Z 确定凸模尺寸； 缩小凸模刃口尺寸保证间隙值。
2）设计冲孔模
冲孔件确定凸模尺寸； 取凸模作设计基准件→根据间 隙Z确定凹模尺寸； 用扩大凹模刃口尺寸保证间隙 值。
4．冲裁力的计算
②一般回弹角为0～10°。
三、其它冲压成形
1．胀形
主要用于平板毛坯的局部胀形（或 叫起伏成形）， 压制凹坑、加强筋、花纹、标记等。
胀形时，毛坯两向拉应力状态，不 会产生失稳起皱现象→零件表面光滑、 质量好。
模具：刚模、 软模（广泛采用）
2．翻边
在坯料的平面部分或曲面部分 上使板料沿一定的曲率翻成竖立 边缘的冲压成形工序。 分类：内孔翻边、不变薄翻边、 外缘翻边、变薄翻边。
（1）正确选择拉深系数
d m D d — 拉深件直径；D — 坯料直径。
m↓→d↓→变形程度↑易成拉裂。 一般m≥0.5~0.8； 坯料的塑性差取上限值，塑性好取 下限值。
若m过小→可采用多次拉深。
第一次拉深系数 m1 = d1/D； 第二次拉深系数 m2 = d2/d1； 第n次拉深系数 mn = dn/dn-1； 总的拉深系数 m总 = m1×m2×mn
二、修整
利用修整模沿冲裁件外缘或内 孔刮削一薄层金属，以切掉普通 冲裁时在冲裁件断面上存留的剪 裂带和毛刺； 尺寸精度↑，表面粗糙度↓。
修整后，冲裁件公差等级IT6~IT7 表面粗糙度Ra0.8~1.6μm
三、精密冲裁
特点：公差IT6~IT8级，表面粗糙造度 Ra0.8~0.4μm，且生产率高。 基本出发点：改变冲裁条件，以增大变 形区的静水压作用，抑制材料的断裂，使 塑性剪切变形延续到剪切的全过程，在材 料不出现剪裂纹的冲裁条件下实现材料的 分离→得到断面光滑而垂直的精密零件。
结构复杂，制造和调 冲模制造的复杂 结构简单，制造周 结构复杂，制造 整难度大，价格与工 性和价格 期短，价格低 难度大，价格高 位数成比例上升
§8-4 冲压工艺过程的制定
根据冲压件的特点、生产批量、 现有设备和生产能力等制定一 种技术上可行、经济上合理的 工艺方案。
汽车发动机支架
汽车离合器壳体
拉深的特点
①凸模和凹模特点：与冲裁模不同， 它们都有一定的圆角而不是锋利的 刃口，其间隙一般稍大于板料厚度。 ②变形特点：拉深件的底部一般不变 形，厚度基本不变，直壁厚度有所 减小。
2．拉深中常见的废品及防止措施 最危险部位：直壁与底部过渡圆 角处； 拉应力>材料强度极限时→拉裂
防裂措施：
排样合理可使废料最少，材料利 用率高。
a）有废料排样法
排样方法 b）少废料排样法
c）无废料排样法
排样图
不同排样方式材Biblioteka Baidu消耗对比
落料件的排样有两种类型：
无搭边排样：
①用落料件形状的一个边作为另一 个落料件的边缘；
②材料利用率很高，但毛刺不在同 一平面上，且尺寸不易准确。
有搭边排样：
①各落料件之间均留有一定尺寸的 搭边； ②毛刺小，且在同一平面上，尺寸 准确，质量高，但材料消耗多。
3．旋压
旋压过程
旋压的基本要点: ①合理的转速； ②合理的过渡形状； ③合理加力。
§8-3
冲模的分类和构造
一、简单冲模 二、连续冲模
三、复合冲模
一、 简单冲模
在冲床的一次冲程中只完成一个工序的
冲模，称为简单冲模。模具简单,造价低。
二、 连续冲模（级进模）
冲床的一次冲程中，在模具不同部位上 同时完成数道冲压工序的模具，称为连续 模。生产率高，要求定位精度高。
3）对拉深件的要求 ①形状应简单、对称，高度不易 过大。以便使拉深次数尽量少， 并容易成型。
②转弯处应有一定圆角。
拉深件最小允许半径
③ 拉深件的壁厚变薄量一般要 求不应超出拉伸工艺壁厚变化 的规律（最大变薄率约在 10%～18%左右）。
2、改进结构以简化工艺及节省材料
（1）复杂件可采用冲压-焊接结构。 （2）注意采用冲口工艺，以减少一
只有当板料厚度>8~10mm时，采用 热冲压。
板料冲压的特点：
（1）可冲出形状复杂的零件，废料较 少； （2）产品精度高，表面粗糙度较低， 互换性好； （3）能获得质量轻、材料消耗少、强 度和刚度较高的零件；
（4）操作简单，工艺过程便于机械化，
自动化，生产率很高，成本低。 故应用广泛，特别在汽车、拖拉机、
二.拟定冲压工艺方案
1、选择冲压基本工序 根据冲压件形状、大小、尺寸公 差及生产批量确定。 （1）剪裁和冲裁：板料分离。 （2）弯曲：手工工具、折弯机、 弯曲模。
（3）拉深：空心件（拉深、修边） 旋转体空心件（批量不大）采 用旋压； 大型空心件（小批）采用铆接 或焊接代替拉深。
如制取内孔→冲孔。
1．冲裁变形过程
冲裁件质量、冲裁模结构与冲裁时 板料变形过程关系密切。 其过程分三个阶段： （1）弹性变形阶段
（2）塑性变形阶段
（3）断裂分离阶段
冲裁变形区的应力与变形情况和冲 裁件的切断面的状况：
2．凸、凹模间隙
不仅严重影响冲裁件的断面质
量，而且影响模具寿命、卸料力、
第八章 板料冲压成形工艺
熟悉冲裁、拉深的变形过程、有关工 艺计算及影响成形的因素； 了解冲模的基本类型及冲压工艺的制 定过程。 重点：冲裁、拉深的成形过程及影响 成形的因素。 难点：冲压工艺方案的选择及优化。
板料的冲压成形：利用冲模使板
料产生分离或变形的加工方法。
常温下又叫冷冲压或薄板冲压。
精冲法与普通冲裁法所用模具的比较
§8-2 变形工序
变形工序：是使坯料的一部分 相对于另一部分产生位移而不破 裂的工序。 如：拉深、弯曲、翻边、胀型、 旋压等。
一、拉深
1．拉深过程及变形特点
利用模具使平面坯料变成开口空心 件的冲压工序； 可制成筒形、阶梯形、盒形、球形、 锥形及其它复杂形状的薄壁零件。
低
中、高级精度 除条料外，小件 也可用边角料 较高
中、高级精度
条料或卷料
高
较易，尤其适合于 难，只能在单机 实现操作机械化 容易，尤其适合于在 在多工位压力机上 上实现部分机械 自动化的可能性 单机上实现自动化 实现自动化 操作 生产通用性 好，适合于中、小 较差，仅适合于中、 较差，仅适合于 批量生产及大型件 小型零件的大批量生 大批量生产 的大量生产 产
坯料经过一两次拉深后，应安排工 序间的退火处理。
（2）合理设计拉深模工作零件
① 凸凹模的圆角半径
材料为钢的拉深件，取r凹=10s
（板厚），而r凸=（0.6～1）r凹。
这两个圆角半径过小，产品容易 拉裂。
② 凸凹模间隙
一般取Z=（1.1～1.2）s，比冲 裁模的间隙大。 间隙过小，模具与拉深件间的摩 擦力增大，容易拉裂工件，擦伤 工作表面，降低模具寿命。 间隙过大，又容易使拉深件起皱， 影响拉深件的精度。
1）对落料和冲孔件的要求：
①零件外形力求简单对称；
②尽量避免槽与细长悬臂结构；
③冲孔及有关尺寸应符合工艺 要求；
④转角处应设圆角。
不合理的落料外形
冲孔件尺寸与厚度关系
① 冲裁件外形应能使排样合理，废料 最少，有利于材料的合理利用。
不同排样方式材料消耗对比
b）图比a）图更为合理，材料利用率70%
三、复合模
冲床的一次冲程中，在模具同一部位 上同时完成数道冲压工序的模具，称为 复合模。精度高，模具复杂。
落料拉伸复合模
拉伸件
落料模
弯曲模
拉深模
连续冲模
（续）
复合冲模
（续）
简单模、复合模和连续模的特点比较
项目 简单模 复合模 连续模
冲压精度
原材料要求
一般较低
不严格
冲压生产率
（3）注意润滑
目的：减小摩擦，以降低拉 深件壁部的拉应力，减少模具
的磨损。
（4）起皱的防止措施
① 可采用设置压边圈的方法解决； ② 增加毛坯的相对厚度（T/D）或拉 深系数的途径来解决。
3．毛坯尺寸及拉深力的确定
毛坯尺寸计算：拉深前后的面 积不变原则进行。
最大拉伸力（圆筒件）：
Fmax 3( b s )(D d r凹 ) s
些组合零件。
（3）注意局部加强筋的应用，以减 少材料消耗和提高刚度。
×
√
冲压焊接结构零件
冲口工艺的应用
3、冲压件的精度和表面质量
落料最高IT10；冲孔最高IT9；
弯曲最高IT9～IT10； 拉深件高度IT8-IT9，整形IT6-IT7；
拉深件直径IT9～IT10。
表面质量不高于原材料的表面质量。
航空、电器、仪表及国防等工业，
占有极其重要的地位。
常用金属材料：低碳钢、铜合金、 铝合金、镁合金及塑性高的合金钢等。 常用设备：剪床、冲床。 冲压生产可进行多种工序，其基本 工序：分离工序、变形工序。
开式冲床
1—脚踏板 2—工作台 3—滑块 4—连杆 5—偏心套 6—制动器 7—偏心轴 8—离合器 9—皮带轮 10—电动机 11—床身 12—操作机构 13—垫板
§8-1 分离工序
使坯料的一部分与另一部分相互分 离的工序。如：落料、冲孔、切断、 精冲、修整等。 一、落料及冲孔（统称冲裁） 使坯料按封闭轮廓分离的工序。 其坯料变形过程和模具结构都是一 样，只是取舍不同。
落料：被分离的部分为成品，而周 边是废料。 冲孔：被分离的部分为废料，而周 边是成品。 如平面垫圈： 制取外形→落料。
冲裁力是选用冲床吨位和检验模具强度的 一个重要依据。
平刃冲模的冲裁力P （N）按下式计算：
p KL S
L—冲裁周边长度（mm）；S—坯料厚度（mm）； K—系数，常取1.3；τ—材料抗剪强度（MPa） 查手册，或取 0.8 b 。
5．冲裁件的排样
排样是指落料件在条料、带料或 板料上合理布置的方法；
推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸 精度。
1）间隙过小
增大了冲裁力、卸料力和推件力； 加剧了凸、凹模的磨损； 降低了模具寿命（冲硬材突出）。 外表尺寸略有增大，内腔尺寸略有 缩小（弹性回复）。 光面宽度增加，塌角、毛刺、斜度 等都有所减小，工件质量较高。
2）间隙过大
断面光面减小，塌角与斜度增大，形 成厚而大的拉长毛刺，且难以去除； 冲裁的翘曲现象严重； 外形尺寸缩小，内腔尺寸增大；
模具寿命较高。
对于批量较大而公差又无特殊
要求的冲裁件，采用“大间隙”
冲裁，提高模具寿命。
3）间隙合适
冲裁力、卸料力和推件力适中； 模具有足够的寿命； 光面约占板厚的1/2～1/3左右，切断 面的塌角、毛刺和斜度均很小； 零件的尺寸几乎与模具一致，完全可 以满足使用要求。 合理的间隙值可查表选取。
② 冲裁件的形状应力求简单、对称， 凸、凹部分不能太窄太深，孔间距 离或孔与零件边缘之间的距离不可 太小。
③ 孔的尺寸不能太小：
硬钢圆孔：d≥1.3 t（板料厚度） ； 软钢用黄铜圆孔：d≥1.0 t ； 铝及锌圆孔：d≥0.8 t。
硬钢方孔：a≥1.0 t ；
软钢用黄铜方孔：a ≥0.7 t ；
铝及锌方孔：a ≥0.5 t。
2）对弯曲零件的要求：
①要考虑材料的最小弯曲半径和锻造 流线方向。 ②弯曲的平直部分H﹥2S。
③弯曲带孔零件时，应注意孔的位置。
弯曲边高H﹥2S
带孔弯曲件,为避免孔 的变形，孔的边缘距 弯曲中心应有一定的 距离, L＞1.5～2s
④ 弯曲半径较小的弯边易产生应力集中 而开裂，可钻止裂孔再弯。