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1、第八章 板料的冲压成形工艺 板料的冲压成形是利用冲模使板料产生分离或变 形的加工方法。这种加工方法通常在常温下进行，所 以又叫冷冲压。 板料冲压具有如书中的4条优点 正是板料冲压具有独到的优点，所以在生产中得 到了广泛的应用。在汽车、拖拉机、航空、仪器仪表 、国防和家用电器中，冲压件占有很大的比重。 由于用冷冲压加工的零件的形状、尺寸、精度要 求、生产批量、原材料性能各不相同，因此生产中采 用的冷冲压是多种多样的，概括起来其基本工序可分 为两大类：分离工序和成形工序。冲压成形产品示例一日常用品冲压成形产品示例二 高科技产品汽车覆盖件飞机蒙皮冲压工艺的分类根据材料的变形特点分为分离工序：分离工序
2、、成形工序按一定的轮廓分离而获得一定形状、 尺寸和断面质量的冲压件（俗称冲裁件）的工序。冲压成形时，变形材料内部的应力超过强度极限b，使材料发生断裂而产生分离，从而成形零件。分离工序主要有剪裁和冲裁等。 成形工序：指坯料在不破裂的条件下产生塑形变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。冲压成形时，变形材料内部应力超过屈服极限s，但未达到强度极限b，使材料产生塑性变形，从而成形零件。成形工序主要有弯曲、拉深、翻边等。 第一节 分离工序 分离工序是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、精冲等。 一、落料及冲孔（统称冲裁） 落料：被分离的部分是成品，而周边是废料 冲孔：被分离的
3、部分是废料，而周边是成品 1、冲裁变形过程 冲裁件质量、模具结构与冲裁时板料变形过 程有密切关系。当凸凹模间隙正常时，其过程可 分为三个阶段。 (1) 冲裁变形过程的三个阶段 弹性变形阶段 塑性变形阶段 断裂分离阶段 冲裁件的切断面具有明显的区域特征，它由四个部 分组成即塌角（圆角带）；光面（光亮带）；毛面（断 裂带）；毛刺。 冲裁件断面质量主要与凸凹模间隙、刃口锋利程度 有关。同时也受模具结构，材料性能及板厚等因素的影 响。（2）冲裁件切断面上的区域特征 2、凸凹模间隙 凸凹模间隙不仅严重影响冲裁件断面品质，而且影响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。 （1）当间隙过小时，上
4、、下裂纹向外错开。两裂纹之间的材料，随着冲裁的进行将被第二次剪切，在断面上形成第二光面 。 材料在过小间隙冲裁时，受到挤压而产生压缩变形 ，所以冲裁后的外表尺寸略有增大，内腔尺寸略有缩小 （弹性回复）。 仪器仪表、精密机械和家用电器采用小间隙冲裁。 （2）当间隙过大时，上下裂纹 向内错开。材料 的弯曲与拉伸增大，拉应力增大，易产生剪裂纹，工件 毛刺大、翘曲变形大。 在过大间隙冲裁时，由于材 料的拉伸变形较大，所以零件从材料中分离出来后，因 弹性回复使外形尺寸缩小，内腔尺寸增大。工件品质较 差。对于批量较大而公差又无特殊要求的冲裁件，可采 用大间隙冲裁（如汽车、拖拉机及工程机械中厚板冲裁 ） （
5、3）当间隙合适时，上下裂纹重合一线，冲裁力 卸料力和推件力适中，模具有足够的寿命。零件断面质 量良好，零件尺寸几乎和模具一致，完全可以满足使用 要求。 3.凸凹模刃口尺寸的确定 在冲裁件尺寸的测量和使用中，都是以光面的尺寸 为基准。落料件的光面是因凹模刃口挤切材料产生的， 而孔的光面是凸模刃口挤切材料产生的。故计算刃口尺 寸时，应按落料和冲孔两种情况分别进行。 设计落料模时，应先按落料件确定凹模刃口尺寸， 取凹模作设计基准件，然后根据间隙确定凸模尺寸（缩 小凸模保证间隙） 设计冲孔模时，先按冲孔件确定凸模尺寸，取凸模 作设计基准，然后根据间隙确定凹模尺寸。（扩大凹模 保证间隙）。 在冲裁中因凸
6、凹模有磨损，为了提高模具使用寿命 ，落料凹模取工件公差范围内的较小尺寸。冲孔凸模取 工件公差范围内的较大尺寸。 4.冲裁力的计算 冲裁力是选择冲床吨位和检验模具强度的一个重要 依据。计算准确，有利于发挥设备的潜力。计算不准确 ，有可能使设备超载而损坏，造成严重事故。 平刃冲模的冲裁力按下式计算 ：PKL5.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。排样合理可使废料最少，材料利用率大为提高。 落料件的排样有两种类型：无搭边排样和有搭边排 样。无搭边排样是用落料件形状的一个边作为另一个落料 件的边缘。这种排样材料利用率很高。但毛刺不在同一个 平面上，而且尺寸不容易准确。因此只
7、有在对冲裁件质量 要求不高时才采用。有搭边排样即是在各个落料件之间均留有一定尺寸的 搭边。其优点是毛刺小，而且在同一个平面上，冲裁件尺 寸精确，质量较高，但材料消耗多。二、修整修整是利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，以切掉冲裁件切断面上存留的剪裂带和毛刺，得到光滑而垂直的切断面。从而提高冲裁件尺寸精度和降低表面粗糙度的一种工艺方法，如图所示。外缘整修 内缘整修三、精密冲裁精密冲裁可以直接从板料中获得公差等级高，表面粗糙度小的 精密零件。生产率高，可以满足精密零件批量生产的要求。精密冲裁法的基本出发点是改变冲裁条件，以增大变形区的压 应力作用，抑制材料的断裂，使塑性剪切变形延续到剪切的
8、全过程 ，在材料不出现剪裂纹的冲裁条件下实现材料分离，从而得到断面 光滑而垂直的精密零件。第二节 成形工序 成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、胀型和旋压等。一、拉深拉深是利用拉深模使平 面坯料（工序件）变成开口 空心件的冲压工序。拉深可 以制成筒形、阶梯形、盒形 、球形、锥形及其它复杂形 状的薄壁零件。1、拉深变形过程及特点凸、凹模均有圆角，有间 隙（稍大于料厚），板料受拉 力，塑性流动很大，变形大。 从拉深过程中可以看到，拉 深件中最危险的部位是直壁与底 部的过渡圆角处，当拉应力超过 材料的强度极限时，此处将被“ 拉裂”。防止“拉裂”的措施是
9、：拉深件直径d与坯料直径D的比值称为拉深系数，用 m表示，即m=d/D。它是衡量拉深变形程度的指标。m越 小表明d越小,变形程度越大，拉深越困难。 正确选择拉深系数2、拉深中常见的废品及防止措施（1）拉裂拉深系数一般为0.50.8。坯料塑性差取上限，塑性好取下限值。 一次不能拉深成型，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=m1m2mn 合理设计凸、凹模圆角半径。材料为钢的拉深件取r凹 10，而 r凸（0.61）r凹 合理设计凸凹模间隙。一般取Z(1.11.2)，比冲裁间 隙要大 注意润滑为了减小磨擦，
10、降低壁部拉应力，减少模具磨损而需加润滑剂。拉深过程中另一种常见缺陷是起皱，必须进行压边。（2） 起皱3、坯料尺寸及拉深力的确定二、弯曲弯曲是将坯料弯成一定角度、一定曲率而形成一定形状零件的 工序。弯曲时，坯料内侧受压缩，外侧受拉伸，当外侧受应力超过 坯料抗拉强度极限时，就会造成金属破裂。弯曲时最小圆角半径rmin 应为（0.251）.弯曲时还应尽可能使弯曲线与坯料纤维方向垂直，若弯曲线 与纤维方向平行，则容易产生破裂。板料弯曲后有回弹，设计弯曲模时，必须使模具的角度比成品 件角度小一个回弹角，以便弯曲后得到准确的弯曲角度。拉深模与冲裁模的区别模具间隙较大。模具无刃口，呈圆角。18其它冲压成形指
11、除拉深和弯曲以外的冲压成形，包括胀形、翻边、缩口和旋压等。这些成型工序的共同特点是通过材料的局部变形来改变坯料或零件的形状，不同点是：胀形和圆内孔翻边属于伸长类成形，常因拉应变过大而产生拉裂破坏；缩口和外缘翻凸边属于压缩类成形常因坯料失稳起皱而失败；旋压的变形特点又与上述各种有所不同。因此在制订工艺和设计模具时，一定要根据不同的成形特点，确定合理的工艺参数。三、其它冲压成形1. 胀形胀形主要用于平板坯料的局部胀形（或叫起伏成形） ，如压制凹坑、加强肋、起伏形的花纹及标记等。另外， 管类坯料的胀形（如波纹管）、平板坯料的拉形等，均属 胀形工艺。 胀形工艺的特点：变形区内板料成形主要是通过减薄 壁
12、厚、增大局部表面积来实现的。2. 翻边翻边是在坯料的平面部分或曲面部分上使板料沿一定 的曲率翻成竖直边缘的冲压成形方法，在生产中应用很广 。根据零件边缘的性质和应力状态的不同，翻边可分为内 孔翻边和外缘翻边。内孔（小孔）翻边主要用于连接，外缘翻边用于增强 刚度。圆孔翻边主要变形是坯料的切向和径向拉伸，越接近 孔边缘变形越大。其缺陷是边缘拉裂。圆孔变形程度可用变形系数K0表示 K0=d0/d翻边时孔边不破裂所能达到的最小K0值，称为极限 翻边系数。当零件所需 的凸缘较高、一 次翻边成形有困 难时，可采用先 拉深、后冲孔、 再翻边的工艺来 实现。3. 旋压旋压成形主要用于种类回转体，如灯罩、压力锅
13、体 、气瓶、导弹壳及封头等。 第三节 冲模的分类和结构 冲模是冲压生产中必不可少的。冲模结构合理与否 对冲压件质量、冲压生产的效率及模具寿命都有很大的 影响。冲模按结构基本上可分为简单模、连续模和复合 模三种。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。如图所示：二、 连续冲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。 三、 复合冲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。此模的最大特点是模具中 有一个凸凹模3，凸凹模的外周是落料凸模刃口，内孔则 成为拉深（或冲孔）凹模。第四节 冲压工艺过程的制定
14、冲压件的生产过程包括备料、各种冲压工序和必要的 辅助工序，有时还包括一些非冲压工序。制定一种技术上 可行、经济上合理的工艺方案，就是根据冲压件的特点、 生产批量、现有设备和生产能力等，对以上这些工序作出 合理的安排。一、冲压件的工艺性分析冲压件的工艺性是指冲压件对冲压加工工艺的适应性 。冲压工艺性好，是指在满足零件使用要求的前提下，能 以最简单、最经济的冲压方式加工出来。影响冲压工艺性 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（1）对冲裁件的要求 有13条（2）对弯曲件的要求 有13条（3）对拉深件的要求 有13条2、改进结构可以简化工艺及节省材料 有13条3、冲压件的精度和表面品质二、拟订冲压工艺方案1、选择冲压基本工序（1）剪裁和冲裁（2）弯曲（3）拉深2、确定冲压工序的原则冷冲压的工序主要是根据零件的形状而确定的，确定原则如下 ：（1）对于有孔或有切口的平板零件（2）对于多角弯曲件（3）对于旋转体复杂拉深件 （4）对于有孔或缺口的拉深件（5）校平、整形、切边工序三、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
