金属材料的冲压成型

金属材料的冲压成型

一.冲压成型

冲压成型是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的生产技术。板料、模具和设备是冲压加工的三要素。冲压成型是一种金属冷变形加工方法，所以被称为冷冲压或板料冲压，简称冲压。它是金属塑性加工的主要方法之一。

冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备利冲压材料构成冲压加工的重要要素，只有它们相互结合才能生产出冲压件，如图1所示。

图1冲压成型的要素

二.冲压成型的特点

与机械加工及塑性加工的其他方法相比，冲压成型无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下：

（1）冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。

（2）冲压时由于模具保证丁冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量，而模具的寿命一般较长，所以冲压的质量稳定，互换性好，具有“一模一样”的特征。

（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。

（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其他加热设备，因而是一种省料、节能的加工方法，冲压件的成本较低*

由于冲压具有如此优越性，冲压加工在国民经济各个领域应用范围相当广泛。例如，在宇航、航空、军工、机械、农机、电子、信息、铁道、邮电、交通、化工、医疗器具、日用电器及轻工等部门都有冲压加工。不但整个产业界都用到它，而且每个人都直接与冲压产品发生联系。像飞机、火车、汽车、拖拉机上就有许多大、中、小型冲压件，小轿车的车身、车架及车圈等零部件都是冲压加工出来的。据有关调查统计，自行车、缝纫机、手表里有80%是冲压件；电视机、收录机、摄像机里有90%是冲压件；还有食品金属罐壳、锅炉、搪瓷盆碗及不锈钢餐具都是使用模具的冲压加工产品，即使电脑的硬件中也缺少不了冲压件。

但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成型，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集型产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。

当然，冲压加工也存在着一些问题和缺点，主要表现在冲压加工时产生的噪声和振动，而操作者的安全事故也时有发生。不过，这些问题并不完全是由于冲压加工工艺及模具本身带来的，而主要是由于传统的冲压设备及落后的手工操作造成的。随着科学技术的进步，特别是计算机技术的发展，随着机电一体化技术的进步，这些问题一定会尽快得到解决。

三.冲压工艺

生产中为满足冲压零件形状、尺寸、精度、批量、原材料性能等方面的要求，采用多种多样的冲压加工方法。概括起来冲压加工可以分为分离工序与成形工序两大类。

1.分离工序

分离工序是使坯料的—部分沿封闭或非封闭轮廓线与另一部分相分离的工序。其中，不沿封闭轮廓线实现分离的有剪切、修整等，沿封闭轮廊线实现的分离工序主要有落料和冲孔。落料时被分离的部分为工件，同边为废料；冲孔时校分离部分为废料，周边为成品（如图2）。通常，分离工序称为冲裁。

冲裁加工由凸模和凹模完成，其过程分为三个阶段，如图3所示。

图2落料与冲孔示意图图3冲裁过程1—凸模，2—凹模，3—坯料（1）弹性变形阶段凸模下行至接触坯料后．随着凸模的继续下行，坯料内应力逐渐增大，使得坯料产生弹性压缩、弯曲和拉伸等变形，并略微挤入凹模型腔。此时坯料内应力低于屈服点。

（2）塑性变形阶段凸模继续下行，坯料内应力达到屈服点，材料开始产生塑性变形。随着凸模的不断压下，材料的变形程度增大，拉应力和弯炬也增大，变形区内材料加工硬化加剧，变形抗力上升，直至坏料内部达到强度极限，并在凸、凹模刃口附近材料内部出现微裂纹。

（3）断裂分离阶段凸模继续下行，已形成的上、下裂纹不断向坯料内部扩展，当上下裂纹相遇时，坯料被剪断分离。

观察冲裁件的断面，发现它具有明显的区域特征。断面由塌角、光亮带、剪裂带和毛刺四部分组成。材料塑性越好，光亮带愈宽，冲裁件断面尺寸加精度愈高；反之，剪裂带愈宽。

2.成形工序

成形工序包括拉探、弯曲、翻边和成型等。

（1）拉深

拉深是将扳料冲压成各种开口空心件的加工方法。用拉深可制造尺寸范围相当广泛的旋转体零件、盒形件及其它复杂形状零件，如车灯壳、汽车油箱、电容器外壳、汽车覆盖件等。

由于拉深零件的种类很多，其不同形状决定丁拉深加工过程中材料变形区的位置、变形的性质以及分布等都有相当大的区别。在此，仅对拉探中且简单但又最典型的圆筒形件的拉深工艺加以介绍。

将直径为D的平板坯料放在凹模上，在凸模的作用下，坯料校拉入凸模和

凹模的间隙中，形成圆筒形空心件。凸模底部材料基本不变形，厚度基本不变。简壁部分由坯料外径D减去内径d的环形部分形成，拉探过程中筒壁主要受拉力作用，简壁与筒底间的过渡处坯料变薄较为严重。拉深时，变形区主要是拉探件的法兰部分。这部分材料在切向压应力和径向拉应力作用下被强制拉入凹模与凸模间隙内转化为筒壁，筒壁高度逐渐增加（如图4所示）。

图4拉伸示意图

（2）弯曲

弯曲是格坯料弯成具有一定角度、一定形状的零件的冲压加工方法（图5）。弯曲时，靠近凸模的坯料内侧材料在切向承受压应力作用，产生压缩变形；而靠近凹模的外测材料在切向承受拉应力作用，产生伸长变形。坯料越厚，弯曲半径r越小，则外侧材料切向拉应力越大。当该值达到材料的强度极服时，就会导致弯裂。因此，必须控制弯曲的最小半径。材料的塑性越好，坯料的厚度越小，最小弯曲半径可取较小值。

弯曲加工后，由于弹性变形的恢复，将导致弯曲件的角度发生变化，这种现象称为回弹。回弹降低了弯曲件的几何精度，是弯曲加工中一个非常重要的问题。为此，在设计弯曲模时应采取必要的措施以减小回弹。

图5弯曲示意图1—凸模，2—凹模，3—坯料