冲压工艺和钣金设计

1-2、圆筒形拉深件应力应变状态：
1-2-1、平面凸缘部分： 1-2-2、凹模圆角部分： 1-2-3、筒壁部分： 1-2-4、凸模圆角部分： 1-2-5、筒底部分：
1-3、拉深件最常见质量问题：起皱、破裂；
起皱：当胚料较薄而切向压应力过大并超过此处材料所能承受的临界压应力时，胚料就会发生失 稳弯曲而拱起，沿切向就会形成高低不平的皱褶，这种现象称为起皱 起皱因素：胚料相对厚度t/D，越大越不易起皱；切向压应力（变形程度）越小越不易起皱；材 料性能如屈强比越小越不易起皱； 破裂：当径向拉应力过大且超过危险断面的抗拉强度时，将会产生破裂。
2-1弯曲基本概念： 板料弯曲件基本类型：口部敞开、口部半封闭、口部封闭、重叠等 板料弯曲工艺：压弯（压机、折弯机）、拉弯、辊弯（三辊）、辊压成形（多组辊子）
板料弯曲成形特点：弯角内部贴凸模一侧受压缩短、外侧受拉伸长，中性层既不伸长也 不缩短；外侧受拉应力作用，内侧受压应力作用。 弯曲变形有自由弯曲和校正弯曲：校正弯曲质量明显好于自由弯曲。 2-2、弯曲件质量控制：弯裂、回弹、偏移 防止弯裂：材料塑性好，有毛刺的一面朝弯曲凸模等 减少回弹：避免过大的圆角；模具补偿等 控制偏移：模具结构合理；加工艺定位孔；折弯件工艺合理等 防止弯角处孔变形：在折弯角处预先开孔 防止尖角接口处折弯开裂：开工艺孔或槽
压力机许用负荷曲线 曲柄压力机、闭式、开式、单点、双点、多点等。 液压机： 数控冲床： 伺服压力机：
6、冲压加工三要素之二：模具
日本：模具是进入富裕社会的原动力； 德国：模具是金属加工业中的帝王
模具一般分：单工序模、复合模、级进模 冲裁模：沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具 弯曲模：沿直线（弯曲线）产生弯曲变形从而获得一定角度和形状的模具 拉伸模：把板料毛坯制成开口空心件或使空心件进一步改变形状和尺寸的模具
控制偏移措施：定位可靠、压料稳定、模具结构合理；改变工序内容如先弯再切，汽 车厂采用较多，因为其设备台面和吨位大。
2-5、弯曲力计算 弯曲毛坯展开长度计算可以借助CAD软件辅助完成。 弯曲力：
Fz=b*t2*σb/（r+t） Fd=Cd* Fz Fd顶件力 Cd顶件力系数约为：简单/复杂=0.1-0.2/0.2-0.4
第一部分小结：
冲压
压力机 模具 板材 成形（塑性成形） 分离
影响塑性成形因素 塑性成形基本规律
加工硬化规律 卸载弹复规律 最小阻力定律
二、冲裁件工艺及设计：
1、冲裁变形过程： 弹性变形阶段：弯矩作用下弯曲，凸模压在板料上，凹模中少量材料进入 塑性变形阶段：发生塑性剪切，凸模进入材料至微裂纹出现 断裂分离阶段：微裂纹不断扩大至重合，板料剪切分离
2-3、回弹表现形式：弯曲半径的改变、弯曲件角度的改变。
2-3-1、影响回弹因素：材料的力学性能、相对弯曲半径、弯曲中心角、弯曲方式、弯曲 件形状等。 力学性能：回弹量的大小与材料的屈服极限和硬化指数成正比，与弹性模量成反比 相对弯曲半径：材料弯曲半径r/t越大，表示弯曲变形程度越小，总变形内部弹性变形量 所占比例大，回弹越大。如弧形油杯
第二部分小结： 冲裁
变形过程 断面特征 质量分析 计算公式 冲裁件设计
三、成形件工艺及设计：
1、拉深： 1-1、圆筒形件拉伸变形特点：
1-1-1、拉深后毛坯分为筒底和筒壁，筒壁为主要变形区
1-1-2、拉深变形属于压缩类变形：筒壁为主要变形区，切向受压，径向受拉，切向压缩是绝对值最大的主变形。
1-1-3、拉深后筒壁上部变厚，下部变薄： 1-1-4、拉深后筒壁不同位置加工硬化不一：口部变形程度最大，冷作硬化最严重，硬度最高，越往下硬度越低。
2、冲裁件断面特征：
塌角带：刃口附近的材料产生弯曲和拉伸变形的结果 光亮带：光亮而平直部分，如间隙合理，约占1/2-1/3 毛刺：越小越好 断裂带：表面粗糙 带斜度
3、冲裁件质量控制：毛刺、跳废料、变形、坑包
影响断面质量因素：板料力学性能，模具间隙（合适）和刃口状态（锋利）。 影响尺寸精度因素：模具制造精度、材料性质、冲裁间隙等。 影响形状误差因素：翘曲、扭曲、不平 分别从设备、模具、板材等方面找出影响因素并制定措施。
弹性弹性变形： 塑性塑性变形： 内力内应力、应变：
4、塑性成形基本规律：
加工硬化规律：利用此规律提高产品强度刚度 卸载弹复规律：利用此规律做回弹补偿 最小阻力定律：利用此定律有效控制金属板料变形趋势
5、冲压加工三要素之一：压力机
： 压力机常用参数 公称压力、闭合高度、台面尺寸、滑块行程、滑块行程次数、滑块调节量、顶杆行程等。
破裂因素：材料屈强比越小、伸长率越大、硬化指数越大、塑性应变比越大，越不易破裂；拉深 系数越小越易破裂；凹模圆角半径越小越容易拉裂；摩擦大越大越容易拉裂；压边力大导致拉伸 力大，越容易破裂等
1-4拉深力计算
拉深系数：是重要的工艺参数，是拉伸工艺计算的基础，知道拉伸系数就可以求出总的变 形量，进而可以求出拉伸次数及各次半成品的尺寸，可以通过表查。
1-5-4拉伸件圆角半径 拉伸件的圆角半径尽量大些，以减少拉伸次数并有利于拉伸成形。一般原则
拉伸件底部圆角半径rp1≥t。 为使拉伸顺利进行 一般应取rp1=（3-5）t； 增加整形工序时 rp1≥（0.1-0.3）t； 拉伸件凸缘圆角半径rd1≥2t. 为使拉伸顺利进行 一般应取rd1=（5-8）t； 增加整形工序时 rd1≥（0.1-0.3）t； 盒形件转角半径rc1≥3t. 为使拉伸顺利进行 一般应取rc1≥6t； 为便于一次拉伸成形 rc1≥0.15*h1t；
7、冲压加工三要素之三：材料。
满足使用性能、满足冲压工艺 抗破裂性、贴模性、定形性 均匀延伸率：拉伸试验中出现缩颈时的延伸率，越大抗破裂性能好 屈强比σs/σb：材料屈服强度与强度极限之比，越小越好 弹性模量：材料的刚度指标。越大抗压失稳能力强，定形性好 硬化指数n：材料在塑性 变形中加工硬度程度。越大越有利于变形。 塑性应变比：εb/εt=宽向应变/厚向应变，越大塑性越好
m=d/D 压边力：
Q=A*q Q 压边力，单位N。A有效压边面积，单位平方mm，开始拉深时，同时与压边圈和凹模端面 接触部分的面积 ；q为单位压边力，单位MPa，通常取σb/150；一次拉深时压边力可按拉深 力的1/4选取 拉伸力：
Fi=Kp*Lp*t*σb Fi第i次拉深的拉伸力，单位N； Kp为系数，圆筒形拉深件0.5-1.0，盒形拉深件0.5-0.8，其他 形状拉深件0.7-0.9，当拉深趋近极限时取大值，反之取小值；Lp工件断面周长（按料厚中心 记）；t料厚，单位mm；σb抗拉强度单位MPa 设备选用：压力是否满足、行程是否合理、台面尺寸是否满足等。 单动压力机：F设＞Fi+ Q 双动压力机：F内＞Fi F外＞ Q 实际运用中：∑F≤（0.7-0.8）F设 浅拉深
1-5-7拉深件材料选用
要求具有较好的塑性，较小的屈强比，大的塑性应变比，小的塑性应变比各向异形系数
如低碳钢屈强比0.57，一次拉深最小系数0.48-0.5 65Mn钢屈强比0.63，一次拉深最小系数0.68-0.7 宽度变形比厚度变形容易，拉深不易变薄，有利于拉伸
2、弯曲：V型、U型、Z型等；
4、冲裁工艺计算：
F=KLtτb F冲裁力；K一般为1.3；L冲裁周边长度、单位MM；t材料厚度、单位MM；τb材料抗剪强度、单位MPa
压力中心计算： X=（l1*x1+l2*x2+---+ln*xn）/（l1+l2+----+ln） Y=（l1*y1+l2*y2+---+ln*yn）/（l1+l2+----+ln）
∑F≤（0.5-0.6）F设 深拉深
1-5 拉深件设计及工艺分析：
1-5-1拉深件形状： 拉深件结构形状应简单、对称，尽量避免急剧的外形变化，对于复杂零件的拉深件，考虑拆解。 对于空间局面，应在口部增加一端直壁形状，如集烟罩拉深。既可以提高工件刚度，又可避免拉 深皱纹及凸缘变形 应尽量避免尖底形状的拉深件，尤其是高度大时，工艺性更差 对于半敞开及非对称拉深件，应考虑设计成对拉深件，以改善拉深时的受力状况，待拉深结束后 再将其剖切
冲压工艺及钣金设计
目标： 提质降本增效
优化钣金设计 普及冲压知识
课程目录：
一、冲压基本概念 二、冲裁件工艺及设计 三、成形件压基本概念
1、冲压名称： 在常温下靠压力机和模具对板材、管材、带材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从 而获得所需形状尺寸的工件的加工方法。
拉深件形状误差：拉深件壁厚不一致；拉伸件凸缘和底面平整度存在一定误差，有时要整形。
1-5-2拉深件高度
如拉深高度过大，需多次拉伸，因此需控制高度
1-5-3拉深件凸缘宽度 有凸缘直壁圆筒件：凸缘直径宜控制在d1+12t≤df≤d1+25t；对于宽凸缘直壁圆筒件，为改善其工 艺性，减少拉深次数，通常应保证df≤3*d1，h1≤2*d1 有凸缘盒形件：凸缘宽度不宜超过rd1+（3-5）t 如灶具小底盘 拉深件凸缘宽度应尽可能保持一致，并与拉伸部分的轮廓形状类似
Fy=Cy* Fz Fy压料力 Cy压料力系数约为：简单/复杂=0.3-0.5/0.5-0.8 F压机≥1.2（Fz+ Fy）
Fz自由弯曲力N；b弯曲件宽度MM；t弯曲件厚度MM；r弯曲半径MM
Fj=q*F
Fj校正弯曲力；q单位面积校正力，冷板约为40MPa；f校正部分垂直凸模运动方向投影面积
采用适当弯曲工艺：校正弯曲代替自由弯曲；采用拉弯工艺，如飞机蒙皮；对冷作硬化严 重材料进行退火：拉伸或成形后零件弯曲和成形前弯曲回弹不一样。
合理设计弯曲模：补偿法；使凸模作用力集中在变形区；用橡胶或聚氨酯软模代替刚性金 属凹模
2-4、产生偏移原因：
弯曲件左右不对称；工序件定位不准，压料效果差；模具结构不对称等
拉深件尺寸标注时，径向尺寸应根据使用要求只标注外形尺寸或内形尺寸，不能同时标注内、 外尺寸，对于有配合要求的口部尺寸，应标注有配合部分的深度 筒壁和底面连接处的圆角半径应标注在较小半径的一侧，即模具能够控制到的圆角半径一侧 （拉伸包凸模）， 带台阶拉深件，其高度方向的尺寸应以拉深件底部为基准进行标注
2、冲压工序分类： 分离工序：落料、冲孔、切边、切断、切口、切舌、剖切等 成形工序：拉深、弯曲、翻边、翻孔、卷圆、胀形、扩口、缩口、校形、压筋、压凸包等
3、塑性成形
影响金属塑性主要因素： 内因：晶格类型如晶粒大小形状、晶界强度等 外因：变形方式+变形条件（温度、速度）
体积不变定律：三个主应变之和为零ε1+ε2+ε3=0
5、冲裁件设计及工艺分析：
冲裁件结构尽可能简单平滑对称，注意防呆 排样非常重要，和材料利用率非常有关系。。 避免尖锐的清角；R≥0.5t 一般取R≥0.5。尖角热处理易变形 避免窄长的悬臂和凹槽；b≥1.5t，悬臂一般不宜超过5倍。 孔尺寸不能太小； 孔边距适当； 拉伸或折弯件中孔位置尺寸；
喷涂喷粉电泳等对钣金冲孔要求： 喷粉挂孔2个以上，孔径5以上，距离200-900； 喷粉件安装油标的，必须预留配合间隙； 喷涂件上端盒形结构导致前处理喷淋不到位导致工件生锈；下端盒形结构导致前处理积液。 喷涂件两边的距离或夹角过小且深度又深，容易导致漏喷，需要和喷涂协商沟通 喷粉件单边厚度0.1-0.3，工件需考虑配合间隙；喷漆单边厚度0.1以下，有时可以不考虑；
1-5-5拉深件冲孔设计
拉深件底部及凸缘上冲孔的边缘与工件圆角半径的切点之间的距离不小于0.5t。拉伸件 侧壁上冲孔，孔中心与底部或凸缘的距离应满足hd≥2dh+t
拉深件上的孔位应设置在与主要结构面（凸缘面）同一平面上，或使孔壁垂直于该平面， 以便冲孔和切边在同一工序完成
1-5-6拉深件尺寸标注
弯曲中心角：弯曲中心角越大，变形区的长度越大，回弹累积值也越大，故回弹角越大。 弯曲方式：校正弯曲的回弹量比自由弯曲大为减少，甚至可能出现负回弹 弯曲件形状：一般来说弯曲件越复杂，一次弯曲成形角的数量越多，回弹量就越小，如U 形回弹小于V形回弹。
2-3-2、减少回弹措施：
改进弯曲件设计、合理选材；避免选用过大的r/t；弯曲区压制加强筋；尽量选用屈服极限 小、硬化指数小、弹性模量大的材料；