冲压工艺与冲压模设计

第6章冲压工艺过程设计

冲压工艺过程是冲压件各加工工序的总和。加工工序不但包括冲压件所用到的冲压加工基本工序, 而且包括基本工序之前的准备工序、基本工序之间的辅助工序和基本工序之后的后续工序。工艺过程设计的任务就是根据生产条件, 对这些工序的先后次序做出合理安排(协调组合), 其基本要求是技术上可行、经济上合算, 还要考虑操作方便与安全。冲压工艺过程的优劣, 决定了冲压件的质量和成本, 因此, 冲压工艺过程设计是一项十分重要的工作。

6.1 冲压工艺过程设计步骤

冲压工艺过程设计涉及的内容很多很广, 因此应分步进行, 其步骤现已大致形成规律, 可依据程序进行。一般步骤如下。

1. 熟悉原始资料

在接到冲压件设计任务之后, 首先应熟悉以下原始资料:

(1) 产品图及技术条件或实物样品;

(2) 原材料的牌号、尺寸规格、冲压性能;

(3) 生产纲领或生产批量;

(4) 可提供的冲压设备种类、型号、规格、技术参数及使用说明;

(5) 可提供的模具制造能力与技术水平;

(6) 相关技术标准和资料。

2. 冲压件的工艺性分析

按上述原始资料对冲压件的结构形状、尺寸、精度要求、材料性能等进行分析。判断该冲压件用冲压工艺成形能不能达到规定的技术要求, 需要哪几种性质的工序和工步, 各道中间工序件/半成品的形状和尺寸由哪道工序完成, 然后按前几章分别阐述的冲压工艺性要求逐个分析, 裁定该冲压件加工难易程度, 裁定是否需要采取特殊工艺措施。由于生产条件(工艺装备及生产的传统习惯)不同, 工艺性的涵义也会有一些差异。若存在冲压工艺性不好、冲压加工困难, 则应在不影响其使用性能的前提下提出修改意见, 经与产品设计人员协商同意后对冲压件图样作出适合工艺性的修改。

3. 确定最佳工艺方案

经过工艺性分析, 结合工艺计算, 并经分析比较确定最佳方案, 这是冲压工艺过程设计中十分重要的环节。其内容包括工艺

性质、工序数目、工序顺序、工序件/半成品件的形状尺寸以及其它辅助工序的安排, 6.2节将专题叙述。

4. 完成工艺计算

工艺方案确定后, 对各道冲压工序进行工艺计算, 其内容主要包括:

(1) 排样及计算材料消耗定额;

(2) 计算冲压所需的力、所消耗的功;

(3) 计算凸、凹模工作部分尺寸。

5. 选择模具类型及结构形式

根据确定的工艺方案和冲压件形状特点、精度要求、生产批量、模具加工条件、操作方便与安全等要求, 选定冲模类型及结构形式。一般而言, 用复合模冲出的制件精度高于级进模, 而级进模又高于单工序模。这是因为用单工序模冲压多工序的冲压件时, 要经过多次定位和变形, 产生积累误差大, 冲压件精度较低。复合模是在同一位置一次冲出, 不存在定位误差。因此, 厚料、低精度、小批量、大尺寸的冲压件宜单工序生产, 用简单模; 薄料、小尺寸、大批量的产品宜用级进模连续生产; 而形位精度高的产品, 可用复合模加工相关尺寸。详细内容见第7章。

6. 选择冲压设备

根据工艺计算结果和模具空间尺寸的估算值, 结合可提供的冲压设备情况, 合理确定设备类型和标称压力。

7. 编写工艺过程卡

冲压工艺过程设计的归宿是编制出冲压工艺过程卡, 它是针对具体冲压产品, 对其生产方式、方法、数量、质量等作出的全部决定和记载, 其内容主要包括工序名称、工序内容、工序说明(工序件/半成品形状和尺寸)、模具类型、选用设备、检验要求等(参见表6.1、表6.2)。

应该说明的是, 上述各项内容难免互相联系、互相制约, 因而各设计步骤应前后兼顾和呼应, 有时要互相穿插进行。

6.2 冲压工艺方案的确定

在分析冲压件加工工艺性的基础上, 提出各种可能的冲压工艺方案, 经过综合分析、比较, 最后确定适合生产条件的最佳方案, 其内容主要包括工序性质、工序数目、工序顺序以及其它辅助工艺(热处理等)的安排。

6.2.1 工序性质的确定

工序性质是由冲压件的结构形状、尺寸精度、弱区的变形性质所决定。一般冲压件的加工过程由表1.1、表1.2中所列的各基本工序中的一个或几个组成, 即可完成冲压成形。

简单冲压件的形状能很直观地反映出冲压加工的工序性质类别, 如图6.1所示弯曲件, 需经落料、弯曲、冲孔等工序完成。

但有些冲压件工序性质类别并不能直观地反映出来, 其弱区和强区是相正确, 必须经过计算和比较才能确定, 如图 1.13所示”环形坯料的变形趋向”, 改变坯料各部分的相对尺寸、改变模具工作部分的几何形状和尺寸, 甚至改变坯料和模具之间的摩擦阻力, 都会使坯料某部分由弱区转化为强区, 或由强区转化为弱区, 从而改变冲压工序的性质。为了使每道工序都能顺利完成任务, 必须使该道工序中应该变形的部分处于弱区, 并保证需要变形的先变形, 不需要变形的部分不变形, 为此, 应采取措施对冲压变形加以控制(详见1.4.4节)。

为了改进弱区的变形条件, 有时要增加一些附加工序。如图6.2所示的轴承盖零件, 其拉深系数为0.43, 已超过极限拉深系数, 不能一次拉深成形, 该件的一种工艺方案为落料——第1次拉深——第2次拉深——冲23mm孔, 但若在落料同时, 在坯料中心预冲11mm孔, 则在拉深时凸缘依然是弱区, 但底部也能够

产生一定的变形量, 拉深时11mm孔扩大, 底部的部分材料转向

侧壁, 从而使成形高度得到增加, 而坯料直径则可适当减小, 因此可一次拉深成形, 此时该件的工艺方案变为冲孔(11)落料复合

——拉深——冲孔(23)。显然, 后一方案更好。另外, 冲裁件如果平面度要求较高, 应增加校平工序; 弯曲件弯曲半径太小时, 应增加整形工序, 使之达到要求; 各类空心件若采用拉深工序, 拉深件圆角半径太小时, 也要增加整形工序。

图6.1 弯曲件图6.2 轴承盖零件图

6.2.2 工序数目的确定

冲压件基本工序确定后, 工序数目主要根据材料的极限变形参数(如拉深系数、翻边系数、缩口系数、胀形系数等)来确定, 另外, 下列因素也对工序数目的确定产生影响。

1. 冲压件的形状、尺寸要求的影响

对于复杂的冲裁件, 由于受模具结构或强度限制, 常常将其内外轮廓分成几个部分, 用几道冲压工序或在级进模中分几个工步进行冲裁。非常靠近的孔, 不能同时冲出, 也要分步冲裁。弯曲件的工序数目决定于弯角的多少、相对位置和弯曲方向。