第一章--冲压工艺基础知识

第一章冲压工艺基础知识第一节冲压加工及其工艺过程第二节冲压模具第三节冲压成形设备第四节冲压材料与冲压排样第一节冲压加工及其工艺过程对于如图所示的托架制件（年产量5万件，材料为20钢），一般采用冲压加工而成。根据需要，该托架制件冲压加工所需的基本工序包括：冲孔、落料和弯曲。托架零件一、冲压加工及其基本工序1．冲压加工冲压加工是借助相应的设备（压力机）和工具（冲模），对板料金属或非金属施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和性能要求产品的生产技术。冲压加工是金属压力加工方法之一，它是建立在金属塑性变形理论基础上的材料成形工程技术。冲压示意冲压加工经常在常温状态下进行，因此也称为冷冲压。由于冲压加工的原材料一般为板料，故又称为板料冲压。冲压加工的特点是：（1）生产效率极高，操作简便，易于实现自动化。（2）材料利用率高，能耗小，属于无切削加工。（3）制件尺寸比较稳定，互换性好。（4）制件经塑性变形后，力学性能得到适当提高。（5）便于获得形状复杂的薄壳制件或大型覆盖件。（6）制件的生产成本低。冲压产品由于冲压加工具有上述特点，因此在国民经济各个领域得到了广泛应用。可以说，我们每天都接触各种各样的冲压产品。2．冲压基本工序总体来说，冲压加工可分为两类工序：分离工序和变形工序。分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线相互分开而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压件，分离工序中，坯料应力超过坯料的强度极限，即σ＞Rm。变形工序则是使坯料在不被破坏的条件下发生塑性变形，产生形状和尺寸的变化，转化成为所需要的制件，变形工序中，坯料应力介于坯料的屈服极限和强度极限之间，即Rel＜σ＜Rm。工序分类基本工序工序名称工序简图工序特点分离工序冲裁落料沿封闭轮廓分离出制件冲孔沿封闭轮廓分离出废料冷冲压工序的分类和成形特点变形工序弯曲压弯将板料沿直线弯曲形成制件拉深拉深将板料冲压成开口空心制件成形翻边使板料边缘弯曲成竖立的曲边弯曲线形状，或将孔附近的材料变形成有限高度的圆筒形冷冲压工序的分类和成形特点续表a）b）c）d）工序简图a）剖切b）切口c）变薄拉深d）胀形冲裁工序还包括切断、切边、切口和剖切等；弯曲还包括拉弯、扭弯和滚弯等；拉深还包括变薄拉深；成形还包括起伏、缩口、胀形等，其部分工序简图如图所示。毛坯图落料与冲孔一次弯曲托架冲压加工过程示意图二次弯曲冲孔托架冲压加工过程示意图续表二、冲压工艺过程设计1．主要步骤冲压工艺过程设计的主要步骤2．基本内容设计步骤基本内容冲压件零件图分析1．经济性分析根据冲压件的生产纲领，分析产品成本，阐明采用冲压生产可以取得的经济效益2．工艺性分析主要分析冲压件的形状特点、尺寸大小、精度要求和材料性能等是否符合冲压工艺的要求冲压工艺方案制定1．在工艺分析的基础上，根据冲压要求制定几种不同的冲压工艺方案2．从产品质量、生产效率、设备专用情况、模具制造难易程度等多方面，进行综合分析、比较，确定出适合于工厂具体生产条件的最经济合理的工艺方案冲压工艺过程设计的基本内容各工序工艺方案的确定与设计1．依据所确定的冲压件成形工艺方案，确定并设计各道冲压工序的工艺方案2．确定冲压工序工艺方案的内容（1）确定完成本工序成形的方法（2）确定本工序的主要工艺参数（3）进行必要的成形工艺计算（4）确定各工序的成形力等（5）计算并确定每个工序的形状和尺寸，绘制各工序图冲压设备初选1．依据所要完成的冲压性质、生产批量、冲压件的尺寸和精度要求等，选择冲压设备的类型2．依据冲压件尺寸、变形力大小和模具尺寸等，选择冲压设备的技术参数冲压工艺过程文件编制冲压工艺文件一般以工艺过程卡的形式表示，内容包括：工序名称、工序次数、工序图、所用模具、所选设备、工序检验要求、板料规格和性能、毛坯形状和尺寸等冲压工艺过程设计的基本内容续表标记产品名称冲压工艺规程卡制件名称托架年产量第页产品图号制件图号5万件共页材料型号及技术条件20钢毛坯形状及尺寸选用板料纵裁成1800×900×1.51800×108×1.5工序号工序名称工序草图工装名称设备检验要求备注0下料1800×108×1.5剪床1冲孔落料冲孔落料复合模J23－25按草图冲压工艺卡片2一次弯曲（带预弯）弯曲模JH23－16按草图3二次弯曲弯曲模JH23－16按草图4冲孔4×φ5冲孔模JH23－16按草图冲压工艺卡片续表5去毛刺滚筒6检验按冲压件图原底图总号日期更改标记编制校对核对文件号姓名底图总号签字签名签字日期日期冲压工艺卡片续表三、冲压技术发展趋势1．工艺分析计算的现代化2．冲压模具CAD/CAM/CAE的应用3．冲压生产的自动化4．大批量与多品种、小批量生产共存5．推广和发展冲压新工艺和新技术6．与材料科学结合7．促使各类产品的演变以电子产品为例，如图所示手机、笔记本电脑等，其外壳从塑料向金属材料演变，向追求环保、美观、前卫、防辐射方向发展。电子产品8．冲压与其他工艺的综合运用冲压与其他工艺综合运用示例第二节冲压模具冲压模具是指通过加压将金属、非金属板料或型材分离、成形或接合而获得制件的工艺装备。简单冲压模具如图所示为一副简单冲压模具，它用于完成方形毛坯上圆形孔的冲制。它在压力机上的工作过程如下：上模、下模分开→板料毛坯送入模具定位→上模下行运动→冲落废料落入凹模，制件卡于凸模→上模上行运动→制件由卸料板退出凸模，冲裁过程完成一次。简单冲压模具1—上模座2—螺钉3—模柄4—模柄固定螺钉5—凸模6—凸模固定板7—导套8—凹模9—卸料板10—下模座11—导柱一、冲压模具的分类类型名称特点应用单工序模在压力机一次行程中只能完成一种冲压工序，一般只有一对凸模和凹模生产批量不大的外形简单制件复合模只有一个工位，在压力机的一次行程中能完成两种或两种以上的冲压工序大批量生产形状复杂、精度和表面质量要求较高的制件级进模具有两个或两个以上工位，在压力机的一次行程中，在不同工位上完成两种或两种以上的冲压工序高效生产具有一定精度的制件冲压模具按工序组合程度分类按冲压工艺性质冲压模具可分为冲裁模（包括落料模、冲孔模和精冲模等），弯曲模、拉深模、成形模等；按所冲压板材厚度冲压模具可分为厚材模（板材厚度大于0.5mm）和薄材模（板材厚度不大于0.5mm）；按功能冲压模具可分为工程模和级进模，其示例如图所示，其中，工程模包括冲孔模、复合落料模、折弯模、铆合模、拉深模、旋切模、侧冲模等，级进模包括端子模、大型级进模等。a）工程模b）级进模工程模和级进模模具名称相关说明简易模成本低，制造周期短，适用于新产品试制或小批量生产。主要有橡皮模、低熔点合金模等组合模基本机构形式有：通用可调式、弓形架式、积木式和通用模架式。组合模往往应用于小批试制生产快换模在生产中通过快速更换凸模实现不同尺寸或形状工件的冲压要求。快速模常用于生产批量较小，又有多种孔径的孔需要冲裁的场合精冲模采用齿圈压板强力压边，凹、凸模间隙很小，凹模刃口带有圆角，在顶件板和凸模的作用下，使毛坯的变形区处于三向应力状态，提高材料的塑性，抑制剪纹的产生，使得冲件的断面质量和尺寸精度都有所提高硬质合金模利用高硬度、高强度、耐磨损、耐高温及热膨胀系数小的硬质合金制成拉丝模以及凸模和凹模的冲模。常用于拉丝以及大批量生产的冲压模具冲压模具的其他分类方法二、冲压模具的基本结构1．两大部分和七种零件尽管冲压模具种类众多，功能各异，组成零件多样，但它们的基本结构大体相同。其组成（零件）可概括为如图所示的两大部分（上模和下模）和七种零件（或构件）。冲压模具的基本结构上模座、模柄、凸模、凸模固定板、导套、螺钉及模柄固定螺钉等构成冲压模具上模；导柱、下模座、卸料板和凹模等零件构成下模。冲压模具上模结构示意冲压模具下模结构示意冲压模具的上模部分靠模柄和压力机的滑块紧固在一起，冲压模具工作时，随滑块做上下往复运动；冲压模具的下模部分固定在压力机的工作台面上。冲压模具安装示意名称作用零件示例工作零件直接对毛坯和板料进行冲压加工凸模、凹模、凸凹模等固定零件将凸模、凹模等固定于上模、下模上，以及将上模、下模固定于压力机上上模座、下模座、凸模固定板、凹模固定板、垫板、模柄等导向零件确定上模、下模的相对位置，保证运动导向精度导柱、导套、导板等卸、压料零件把制件或冲压原料从模具中脱出，以及确保冲压过程中制件的定位不被改变卸料板、推板、推杆、打杆、顶件块、顶杆、压边圈等定位零件保证上料和冲压时材料的正确位置定位销、定位板、挡料销、导正销、导料板、限位块等紧固零件保证零件间相互正确位置，把相关联的零件固定或连接起来螺栓、销钉、键等附加机构传动及改变工作运动方向斜楔、凸轮、滑块、铰链、分度机构等冲压模具零件作用及示例在生产实际中，通常又将以上七种零件（或构件）划归为工艺零件和结构零件两类。其中，工艺零件包括工作零件，定位零件，卸、压料零件等，这些零件直接参与完成工艺过程并和坯料直接接触；而结构零件不直接参与完成工艺过程，也不和坯料直接接触，只对模具完成工艺过程起保证作用或对模具功能起完善作用。需要指出的是，每副冲压模具中所涉及的具体零件不尽相同，应视实际需要而定，主要取决于模具的类型、冲压工艺的性质及冲压件的精度要求等。2．冲模模架冲压模具中，上、下模座与导向件（导柱、导套）的组合体称为模架。冲模模架分为滑动导向模架和滚动导向模架两大类。冲模模架（1）滑动导向模架滑动导向模架由上模座、下模座、滑动导向导柱、滑动导向导套组成。1）对角导柱模架。对角导柱模架结构如图所示，其上、下模座工作平面的横向尺寸L一般大于纵向尺寸B，常用于横向送料的级进模、纵向送料的单工序模或复合模。对角导柱模架2）后侧导柱模架。后侧导柱模架结构如图所示，其特点是导向装置在后侧，横向和纵向送料都比较方便，但如果有偏心载荷，压力机导向又不精确，就会造成上模歪斜，导向装置和凸、凹模都容易磨损，从而影响模具寿命。因此，该模架一般用于较小的冲模。后侧导柱模架3）中间导柱模架。中间导柱模架结构如图所示，该模架只能采用纵向送料，一般用于单工序模或复合模。4）中间导柱圆形模架。中间导柱圆形模架结构如图所示，该模架只能采用纵向送料，一般用于单工序模或复合模。中间导柱模架中间导柱圆形模架5）四导柱模架。四导柱模架结构如图所示，该模架常用于精度要求较高或尺寸较大冲件的生产及大批量生产用的自动模。四导柱模架1－上模座2－下模座3－导柱4－导套（2）滚动导向模架冲模滚动导向模架在导柱和导套间装有钢球保持圈和钢球。由于导柱、导套间的导向通过钢球的滚动摩擦来实现，导向精度高、使用寿命长，主要用于高精度、高寿命的硬质合金模、薄材冲裁模以及高速精密级进模。冲模滚动导向模架有四种结构类型：对角导柱模架、中间导柱模架、四导柱模架和后侧导柱模架。a）对角导柱模架b）中间导柱模架1－上模座2－下模座3－导柱4－导套5－钢球保持圈6－弹簧7－压板8－螺钉9－限程器冲模滚动导向模架结构c）四导柱模架）d）后侧导柱模架1－上模座2－下模座3－导柱4－导套5－钢球保持圈6－弹簧7－压板8－螺钉9－限程器冲模滚动导向模架结构三、冲压模具标准化在不同类型、不同规格的各种冲模中，有相当多的零部件是相同的，这非常有利于标准化工作的开展。冲模的标准主要有基础标准、工艺与质量标准和产品标准等，主要包括：《冲模术语》（GB/T8845—2006）、《冲裁间隙》（GB/T16743—2010）、《冲模技术条件》（GB/T14662—2006）、《冲模模架技术条件》（JB/T8050—2008）、《冲模模架零件技术条件》（JB/T8070—2008）、《冲模导向装置》（GB/T2861.1～2861.11—2008）、《冲模滑动导向模架》（GB/T2851—2008）、《冲模滚动导向模架》（GB/T2852—2008）及一系列冲模零件及其技术条件等。第三节冲压成形设备进行冲压加工离不开相应的冲压成形设备。冲压成形设备包括主用设备和辅助设备。冲压主用设备统称压力机，包括：冲床、油压机、锻床；冲压辅助设备包括：送料机、整平机、收料机。冲压成形设备a）冲床b）油压机c）锻床d）送料机e）整平机f）送料