冲压过程技术标准

冲压工艺

培训教材

魏龙

2004-5

第一章绪论

冷冲压是一种先进的金属加工方法，它是建立在金属塑性变形的基础上，利用模具和冲压设备对板料金属进行加工，以获得所需要的零件形状和尺寸。

冲压工艺应用范围十分广泛，在国民经济各个部门中，几乎都有冲压加工产品，如汽车、飞机、拖拉机、电机、电器、仪表、铁道、邮电、化工以及轻工日用产品中均占有相当大的比重。

冷冲压和切削加工比较，具有生产率高、加工成本低、材料利用率高、产品尺寸精度稳定、操作简单、容易实现机械化和自动化等一系列优点，特别适合大批量生产。

一、冲压工序的分类

冷冲压工艺按其变形性质可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序又可分为落料、冲孔和切边等，如表1-1所示。成形工序可分为弯曲、拉深、翻孔、翻边、胀形、扩口、缩口和旋压等，如表1-2所示。根据产品零件的形状、尺寸精度和其他技术要求，可分别采用各种工序对板料毛坯进行加工，以获得满意的零件。

表1-1分离工序

工序名称简图特点及应用范围

第二章冲裁

冲裁是利用模具使板料产生分离的冲压工序，包括落料、冲孔、切口、剖切、修边等。用它可以制作零件或为弯曲、拉深、成形等工序准备毛坯。

一、落料

从板料上冲下所需形状的零件（或毛坯）叫落料。如图2-1所

示。

图2-1落料

图2-2冲孔

二、冲孔

在工件上冲出所需形状的孔（冲去的为废料）叫冲孔。如图2-2所示。

三、冲裁的过程

冲裁既是分离工序，工件受力时必然从弹、塑性变形开始，以断裂告终。当凸模下降接触板料，板料即受到凸、凹模压力而产生弹性变形，板料产生弯曲，即从模具表面上翘起（图2-3-1）。随着凸模下压，模具刃口压入材料，内应力状态满足塑性条件时，产生塑性变形（图2-3-2）。塑性变形从刃口开始，随着刃口的深入，变形区向板料的深度方向发展、扩大，直到在板料的整个厚度方向上产生塑性变形，板料的一部分相对于另一部分移动。当切刃附近材料各层中达到极限应变与应力值时，便产生微裂（图2-3-3），裂纹产生后，沿最大剪应变速度方向发展，直至上、下裂纹会合，板料就完全分离。

简而言之，即：弹性变形——塑性变形——裂纹产生——裂纹扩展——产生断裂。

图2-3-1

弹性变形

图2-3-3产生裂纹

四、冲裁零件断面分析

图2-4冲裁零件的断面

1、断面分析

由于冲裁变形的特点，使冲出的工件断面明显的分成四个特征区，即圆角带、光亮带、断裂带与毛刺区域。

1）、圆角带

圆角带俗称塌角，它是当凸模下降，刃口刚压入板料时，刃口附近产生弯曲和伸长变形，刃口附近的材料被带进模具间隙的结果。2）、光亮带

这个区域发生在塑性变性阶段。主要是由于金属板料产生塑性剪

切的材料在和模具侧面接触中被模具侧面挤光而形成的光亮垂直的断面。通常占整个断面的1/2～1/3。

3）、断裂带

这个区域是在断裂阶段形成的，是由刃口处的微裂纹在拉应力的作用下，不断扩展而形成的撕裂面，其断面粗糙，具有金属本色，且带有斜度。

4）、毛刺

毛刺的形成是由于在塑性变形阶段后期，凸模和凹模的刃口切入被加工材料一定深度时，刃口正面材料被压缩，刃尖部分为高静水平压应力状态，使裂纹起点不会在刃尖处发生，而是在模具侧面距刃尖不远的地方发生，在拉应力作用下，裂纹加长，材料断裂而产生毛刺。裂纹的产生点和刃尖的距离成为毛刺的高度。

在普通冲裁中，毛刺是不可避免的。

2、影响各断面区域的因素

影响圆角带大小的因素有材料本身的性质，工件的轮廓形状，凸凹模的间隙等等；影响光亮带的因素有材料自身塑性的好坏，（塑性越好，光亮带越大），模具凸凹模间隙及刃口磨损程度等等；影响断裂带的因素有材料自身的塑性等等（塑性越差，断裂带越大）；毛刺是塑性变形后期的结果，普通冲裁中，毛刺是不可避免的。

五、影响冲裁件质量的因素

冲裁件质量是指其切断面质量、尺寸精度、及形状误差。

高质量的冲裁件应具备的条件有：切断面应平直、光洁，无裂纹、

撕裂、夹层，毛刺尽可能小；零件表面应尽可能平整；零件尺寸应符合要求。

影响冲裁件质量的因素有：凸凹模的间隙大小及分布的均匀性；模具的刃口状态；模具的结构和制造精度；材料的性质（包括机械性能、化学成分等等）。其中，凸凹模间隙的大小及分布的均匀性是影响断面质量的主要因素。

六、冲裁件的简单排样

1、排样

在冲压零件成本中，材料费占60％以上，因此材料的经济利用是一个重要问题。

冲裁件在条料或板料上的布置方法叫排样。

排样不合理就会浪费材料，衡量排样经济性的标准是材料利用率，也就是工件的实际面积与板料面积的比值，即：

材料利用率＝（工件实际面积/板料面积）x100％

由材料利用率的计算公式可看出，若能减少废料面积，则可提高材料利用率。废料分为工艺废料和结构废料两种。搭边和余料属于工艺废料，这是与排样形式及冲压方式有关的废料；结构废料是由工件的形状特点决定的，一般不能改变。所以只有设计合理的排样方案，减少工艺废料，才能提高材料利用率。

搭边：工件与工件及工件与板料侧边留下的余料称为搭边。

搭边取值过小，容易损伤模具，影响零件最终的断面质量。2、排样示例

1）、普通排样（如图2-6-2-1）

图2-6-2-1普通排样

2）、对头排样（如图2-6-2-2）

图2-6-2-2对头排样

3）、公司现生产零件（如图2-6-2-3）

下图为武汉东风冲压件有限公司现生产中的神龙富康轿车零件——螺母板（7551725880）的落料冲孔工序示意图

图2-6-2-3对头排样公司现生产零件

第三章弯曲

一、弯曲

将板料、棒料、管材、型材等弯成具有一定形状和角度的零件的成形方法。如：V形件、U形件、L形件以及其他形状的零件等等，（如图3-1所示）。

图3-1弯曲件示意图

二、中性层

板料弯曲时，外层纤维受拉，内层纤维受压，在拉伸与压缩之间存在着一个既不伸长也不压缩的纤维层，称为中性层。

一般在计算压弯件毛坯时，都是根据中性层的不变来计算的。

三、简单弯曲件毛坯的计算

我们已知板料弯曲时，中性层的长度不变，因此，弯曲件工艺设计时，可以根据弯曲前、后中性层长度不变的原则来确定弯曲件的毛坯展开长度和尺寸。

下面以“L”形弯曲件为例，简述展开长度的计算方法（如图3-3所示）：

图3-3L形弯曲件

毛坯展开长度可按下式计算：

*t）

L＝L1+L2+（π/2）*（r+x

式中：L——弯曲件展开长度，单位为mm；

L1、L2——弯曲件直边部分长度，单位为mm；

r——弯曲件内弯曲半径，单位为mm；

x

——中性层内移系数；

t——弯曲件原始厚度（料厚），单位为mm；

可根据相关资料查表取值。

其中：中性层内移系数x

四、弯曲回弹

1、回弹

板料在常温下弯曲总是伴有弹性变形的，所以在卸载以后，总变形中的弹性变形部分立即恢复，引起工件回弹。回弹的结果表现在弯曲件曲率和角度的变化。

2、影响回弹的因素

弯曲件回弹值与材料的性能、弯曲角度、模具结构、弯曲方式（自由弯曲、校正弯曲）、弯曲件的形状等因素有着密切的关系。

仅仅靠理论计算出的回弹量是不够精确的，在现生产中，往往是通过模具的调整和修磨，将回弹量控制在允许的范围之内。

3、减少回弹的措施

1）、改进弯曲件局部结构和选用合适的材料

例如，在弯曲件变形处压制加强筋，用以提高零件刚度减少回弹，如图3-4-3-1所示：

图3-4-3-1压制加强筋减少回弹

2）、补偿法

根据弯曲件的回弹趋势和回弹量的大小，修正凸模或凹模工作部分的形状和尺寸，使工件的回弹量得到补偿。一般来说，补偿法是消除弯曲件回弹最简单的方法，在现生产中得到广泛应用。

3）、校正法

板料弯曲时，中性层外侧纤维拉长，内侧纤维被压缩。卸载以后，外侧纤维要缩短，内侧纤维要伸长，内外纤维的回弹趋势是将板料复制，所以回弹量较大。如果在弯曲行程终了时，对板料施加一定的校正压力，迫使弯曲处内层的金属产生切向拉伸应变，那么板料经校正以后，内、外层纤维都被伸长，卸载后都要缩短，内、外层的回弹趋势相反，回弹量将会减小，从而达到克服或减小回弹的目的。

4）、拉弯法

板料在拉力下弯曲，可以改变板料内部的应力状态，使中性层内侧的压应力转为拉应力状态，此时，板料整个剖面上都处于拉应力作用下，而卸载后，内、外层纤维的回弹趋势互相抵消，因此可以减小回弹。

第四章拉深

一、拉深简介

1、拉深是将板料在具有一定圆角半径的凸、凹模的作用下，

加工成各种零件的一种成形方法。它在汽车、拖拉机、飞

机、电器、仪表等各行业均有广泛的应用。

2、几种简单拉深件示例（如图4-1-2-1和图4-1-2-2所示）：

图4-1-2-1带法兰边的直壁圆筒形零件

图4-1-2-2不带法兰边的直壁盒形零件

二、拉深的主要缺陷及主要防止措施

1、起皱及其防止措施

拉深过程中，毛坯法兰在切向压应力的作用下，可能产生塑性失稳而引起起皱，甚至使坯料不能通过凸凹模间隙而被拉断。轻微起皱的坯料虽然可以通过间隙，但会在筒壁上留下痕迹，影响其表面质量。

起皱主要是由于法兰的切向压应力超过了坯料的临界压应力所引起。起皱首先开始于毛坯法兰外缘处。

常用的防止起皱的方法有：加大压边力，采用拉深筋，此外，还应从零件形状、模具设计、拉深工序的安排、冲压的条件及材料本身的特性等多方面考虑。

2、拉裂及其防止措施

拉裂主要是因为材料流动的速度大于材料变形速度而产生的。

常用的防止拉裂的方法有：调整设备气垫压力（减小压边力），增加凸模表面的粗糙度，改善凸缘的润滑条件（涂抹润滑油），选用高性能的材料等。

三、公司现生产中典型拉深件示例

1、油底壳

图4-3-1油底壳生产工艺流程

油底壳属于较复杂的拉深件，它的主要特点是材料变形量大，拉深深度大，法兰面平度要求高。该零件采用的是一次拉深成形的工艺

（如图4-3-1所示）。

2、出水管接头

图4-3-2出水管接头生产工艺流程

出水管接头为神龙富康轿车发动机出水室与出水管的联接接头，对法兰面的平整度有很高要求。该零件经反复测算，最终定为三道拉深工序（如图4-3-2所示）。

第五章胀形、翻边与压印

一、胀形

利用模具强迫板料厚度减薄和面积增大，以获得零件的几何形状的冲压方法。例如：压制加强筋、压制凸台等（如图5-1-1和图5-1-2所示）。

图5-1-1加强筋

图5-1-2凸台

二、翻边

利用模具将板料上的孔缘或外缘翻直的冲压方法，称为翻边。按其工艺特点可以划分为内孔（圆孔或非圆孔）翻边、外缘翻边和变薄翻边等。按变形性质可划分伸长类翻边、压缩类翻边及属于体积成形的变薄翻边等。图5-2所示为内孔翻边（翻孔）。

图5-2内孔翻边

三、压印

压印是使材料厚度发生变化，并使材料充满模腔，在零件表面上形成起伏花纹或字样的工序，压印属于体积变形。

压印应用最广泛和最典型的例子是用金属板来制造硬币、纪念章及在钟表业和餐具等的艺术压印。

我公司现生产中，除零件自身结构特殊性（例如零件过小）制约外，均要求压印标识。公司现生产零件压印内容为厂标（DSC）、零件更改标记、生产批次代码、左右件标识等，如果有特殊要求，则按特殊要求进行压印。

第六章冲压工艺设计主要内容简介

冲压件的生产过程包括原材料准备、冲压以及其他辅助工序（如退火、酸洗、表面处理等）。冲压工艺的编制设计，是根据本单位的实际状况和生产条件，对以上这些工序做出合理的安排，找出一种技术上可行、经济上合理的工艺方案。

编制冲压工艺过程需要考虑的问题是多方面的，其主要内容有：

1、对冲压件进行工艺分析；

2、通过分析比较，确定最佳工艺方案；

3、确定模具结构形式；

4、合理选择冲压设备；

5、编写工艺文件。

工艺文件根据各公司生产状况不同而不同，我公司主要工艺文件有：工艺卡、控制计划、作业指导书、过程潜在失效模式分析、过程流程、场地平面物流图、特殊特性分类等等。

各个零件不同，因此在编制冲压工艺过程时，要具体零件具体分析。

第七章工艺文件介绍一、冲压工艺卡

图7-1-1冲压工艺卡（首页）

图7-1-2冲压工艺卡（续页）