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1、207第6章 冲压工艺过程设计第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。加工工序不仅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，所以，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，所以应分步进行，其步骤现已大体形成规律，可依据程序进行。一般步骤如下。1. 熟悉原始
2、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
3、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. 确定最佳工艺方案通过工艺性分析，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他辅助工序的安排，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
4、、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
5、，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
6、、工序顺序以及其他辅助工艺(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，其弱区和强区是相对的，必须通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
7、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)。为了改善弱区的变形条件，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，则在拉深时凸缘仍然是弱区，但底部也可以产生一定的变形量，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
8、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。此外，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，此外，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，
9、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。2. 工序合并情况的影响对于多工序的冲压件，应尽可能把冲压基本工序合并起来，采用复合工序或级进工序，以提高生产效率。料薄、尺寸小的冲压件，宜通过工序合并，用级进工序进行冲压；形位精度高的冲压件，宜通过工序合并，用复合工序加工相关尺寸，反之宜采用单工序分散冲压。工序合并与否，还需考虑冲压设备能力、模具制造能力、模具造价及使用的可靠性。3. 冲压件的尺寸精度及形位公差要求如图6.3所示的某锁圈，因为内孔是配合尺寸，有精度要求，所以其工艺方案为落料成形冲孔。如
10、果其内孔22没有精度要求，则其工艺方案可以是落料冲孔复合成形。这样工序少、效率高。图6.3 有精度要求的锁圈弯曲件弯曲角度公差要求较高时，需增加校正弯曲；有凸缘拉深件底部和凸缘有平面度要求时，要增加整形工序。拉深件的口部、翻边件的边缘等都难以直接做到规则而平齐，因而一般情况下，拉深件、翻边件等最后都有一道修边工序。若对周边口部没有较高要求时，修边工序可省略。4. 坯料类型的影响如图5.24所示，该制件如用板料加工，从落料到最后冲孔共需6道工序，改为用管料则只需切断、缩口、第2次缩口共3道工序。当然，这种替代只有对细长的管类制件才有效。5. 操作安全与方便方面的要求工人操作是否安全、方便也是在确
11、定工艺方案时要考虑的一个十分重要的问题。例如，对于一些形状复杂、需要进行多道工序冲压的小型件，如果用单工序模分步冲压，需用手钳放置或取出坯料/工序件/制件，多次进出危险区域，很不安全。还可能出现定位困难。为此，有时即使批量不大，也采用比较安全的级进模进行冲压。图6.4和图6.5所示即为一实例。图6.4 形状复杂的小冲压件图6.5 形状复杂的小冲压件在级进模上连续冲压的排样1冲废；2冲废；3切边、冲工艺孔；4压包；5压弯；6压弯；7切断图6.6所示制件，第1道工序拉深出的是以后冲侧孔和翻边两道工序的定位尺寸，为了防止工序件转动，还需增加周向定位，所以，冲裁两个5.5工艺孔。图6.6 增加定位工艺
12、孔的制件又如图6.7(a)所示冲裁件，3个槽与3个小孔之间有相对位置要求。图6.7(b)、(c)所示为用单工序模进行冲裁的两种工艺方案。工艺方案1先冲出带槽的型孔，再以型孔定位冲出3个小孔。该方案定位较复杂，操作不方便，效率低而且不安全。工艺方案2先冲大圆孔，再以大圆孔定位冲3个槽和3个小孔，这样定位简单可靠，操作方便安全，效率高。图6.7 冲裁工艺方案的比较6.2.3 工序顺序的安排各冲压工序的先后顺序，主要根据冲压件的形状、工序性质、材料的变形规律及冲压件的精度和定位要求来安排。安排的一般原则为：(1)所有的孔，只要其形状和尺寸不受后续工序的变形影响，都应在平板坯料上冲出。因为在立体冲压件
13、上冲孔时操作不方便，定位困难，模具结构复杂。另外，先冲的孔还可以作为后续工序的定位孔。(2)对于带孔(缺)的平板冲裁件，如果采用单工序模，一般先落料再冲孔(缺)；若选用级进工序，则先冲孔(缺)后落料。(3)对于带孔的弯曲件，应参照弯曲件的工艺性分析安排冲孔工序，当孔径与变形区或孔与基准面有较高要求时，应先弯曲后冲孔。除此之外，一般情况下都应先冲孔后压弯。(4)对于带孔(缺)的拉深件，一般先拉深后冲孔(缺)。对于带底孔的拉深件，当孔径要求不高时，可先冲孔后拉深。即使孔径要求较高(如图6.3所示)，为使确定的工序顺序有利于发挥材料的塑性，以减少工序数量，也可采取先冲孔后拉深，最后修边达到要求。(5
14、)对于多角弯曲件，应从材料变形区的相互影响和弯曲时坯料偏移走向两方面安排先后弯曲的顺序。一般先弯外角后弯内角。(6)对于复杂旋转体拉深件，一般按由大到小顺序进行拉深(先拉出大尺寸的外形，后拉深小尺寸的圆筒)。对于非旋转体复杂形状的拉深件，为便于材料的变形流动，应先成形内部形状再拉深外部形状。(7)附加的整形工序、校平工序，应安排在基本成形之后。热处理及酸洗工序，一般安排在多次拉深工序中间或压弯工序之前。6.2.4 工序件/半成品形状与尺寸工序件/半成品是坯料和成品制件之间的过渡件。每个工序件/半成品都可分为两个组成部分：已成形部分形状和尺寸与成品制件相同；待成形部分形状和尺寸与成品制件不同(是
15、过渡性的)。这些过渡性的尺寸和形状，虽然在冲压加工完成后会完全消失，但对每道工序的成形及整个冲压件的质量却有重要的影响。因此，工序件/半成品形状尺寸的确定是冲压工艺方案确定的重点内容之一。图6.8所示为气阀罩的冲压工艺过程。第2次拉深工序之后，形成了直径为16.5的圆筒形部分，这部分形状和尺寸在以后的加工过程中不再发生变化。在确定工序件/半成品尺寸时，必须使被这部分隔开的两端的材料面积正好等于以后各道工序里形成制件相应部分的面积。为了使第3次拉深(反拉深成为可能)，将第2道工序得到的工序件/半成品底部做成球面，以储存较多的材料。显然如果第2道工序得到的工序件/半成品底部为平面，则需要用胀形方法成形，就可能造成制件底部开裂。图6.8 多道工序工序件/半成品设计(a) 落料与首次拉深复合；(b) 第2次拉深；(c) 胀形与整形；(d) 冲孔与切边复合；(e) 外缘及内孔翻边；(f) 折边6.3 冲压工艺过程设计实例下面通过两个实例进一步说明冲压工艺过程设计。例6.1 图6.9为汽车空调器前端盖，材料为08F钢，t =1mm，属于大量生产。要求确定工艺过程方案。图6.9 汽车空调器前端盖解：(1)制件结构工艺性分析该冲压件属于阶梯形筒形件。其尺寸精度按前述各章所规定判断，可以通过普
