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1、冲压工艺设计冲压工艺设计是针对具体的冲压零件，首先从其生产批量、形状结构、尺寸精度、材料等方面入手，进行冲压工艺性审查，必要时提出修改意见；然后根据具体的生产条件，并综合分析研究各方面的影响因素，制定出技术经济性好的冲压工艺方案。其设计流程如图8.1.1所示，它主要包括冲压件的工艺分析和冲压工艺方案制定两大方面的内容。 一般按以下步骤进行： 1收集并分析有关设计的原始资料 冲压工艺设计的原始资料主要包括：冲压件的产品图及技术条件；原材料的尺寸规格、性能及供应状况；产品的生产批量；工厂现有的冲压设备条件；工厂现有的模具制造条件及技术水平；其他技术资料等。 图8.1.1 冲压工艺设计流程 其中，产
2、品图是工艺设计最直接的原始依据；其他技术资料是冲压模设计的参考资料；而其余原始资料对确定冲压件的加工方法、制定冲压工艺方案和选择模具的结构类型均有着直接的影响。 2产品零件的冲压工艺性分析与审查 冲压工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性，即冲压件的结构形状、尺寸大小、精度要求及所用材料等方面是否符合冲压加工的工艺要求。一般说来，工艺性良好的冲压件，可保证材料消耗少，工序数目少，模具结构简单，产品质量稳定，成本低，还能使技术准备工作和生产的组织管理做到经济合理。冲压工艺性分析的目的就是了解冲件加工的难易，为制定冲压工艺方案奠定基础。 在产品零件冲压工艺性分析之前，应先进行冲压生产经济性分析。因为模
3、具成本较高，约占冲压件总成本的10%30%，冲压加工的优越性主要体现在批量生产情况下，而生产量小时，采用其他加工方法可能比冲压方法更经济。因此零件的生产批量是决定零件采用冲压加工是否较为经济合理的重要因素。 产品零件冲压工艺性分析以产品零件图为依据，认真分析研究该零件的形状特点、尺寸大小及精度要求，所用材料的冲压成形性能，分析冲压生产产生各种质量问题的可能性。特别要注意零件的极限尺寸(如最小冲孔尺寸，最小窄槽宽度，最小孔间距和孔边距，最小弯曲半 径，最小拉深圆角半径等)、尺寸公差、设计基准及其他特殊要求。因为这些要素对所需的工序性质、数量、排列顺序的确定以及冲压定位方式，模具结构形式与制造精度
4、的选择均有显著影响。 经过上述的分析研究，如果发现冲压件的工艺性不合理，则应会同产品设计人员，在不影响产品使用要求的前提下，对冲压件形状、尺寸、精度要求乃至原材料的选用等进行适当的修改。 如图8.1.2所示零件的三个安装孔有精确的位置要求，而外形是无关紧要的，因此在对零件的外形稍加修改后可以将原来有废料排样A变为无废料排样B。结果，在不影响零件精度的条件下，材料利用率提高40，生产率提高一倍。 如图8.1.3a）所示零件为两个弯曲件焊接而成，在不影响使用条件下改为如图8.1.3b）所示一个整体零件，即减少了一个零件，又使工艺过程变得简单，还节约了原材料。 图8.1.2 冲裁件的形状改进 图8.
5、1.3 弯曲件的形状改进 3制定冲压工艺方案 在冲压工艺性分析的基础上，拟定出可能的几套冲压工艺方案，然后根据生产批量和企业现有生产条件，通过对各种方案的综合分析和比较，确定一个技术经济性最佳的工艺方案。 一般说来，制定冲压工艺方案主要包括以下内容：通过分析和计算，确定冲压加工的工序性质、数量、排列顺序和工序组合方式、定位方式；确定各工序件的形状及尺寸；安排其他非冲压辅助工序等。 (1)工序性质的确定 冲压件的工序性质是指该零件所需的冲压工序种类。冲压工序性质应根据冲压件的结构形状、尺寸和精度要求，各工序的变形规律及某些具体条件的限制予以确定。通常说来，在确定工序性质时，可从以下三方面考虑。
6、一般情况下，可以从零件图上直观地确定工序性质 如图8.1.2 所示平板件冲压加工时，常采用剪裁、落料、冲孔等冲裁工序。当零件的平面度要求较高时，还需在最后采用校平工序进行精压；当零件的断面质量和尺寸精度要求较高 时，则需在冲裁工序后增加修整工序，或直接用精密冲裁工艺进行加工。 如图8.1.3所示弯曲件冲压加工时，常采用剪裁、落料、弯曲工序。当弯曲件上有孔时，还需增加冲孔工序；当弯曲件弯曲半径小于允许值时，常需在弯曲后增加一道整形工序。 各类空心件多采用剪裁、落料、拉深和切边等工序。对于带孔的拉深件，还需采用冲孔工序。当拉深件径向尺寸精度要求较高或圆角半径较小时，则需在拉深工序后增加一道精整或整
7、形工序。当拉深件底部厚度大于壁厚时，可以采用变薄拉深。 在某些情况下，需对零件图进行计算、分析比较后，确定工序性质 如图8.1.4a）所示的零件，材料为Q235，料厚为15mm，从形状上初步判断可用落料、冲孔与翻边三道工序或落料冲孔与翻边两道工序完成。但经过计算分析后发现，由于翻边系数小于极限翻边系数，使翻边高度达不到零件的要求，因而应改用落料、拉深、 图8.1.4 内孔翻边件 冲孔、翻边工序，如图8.1.4b）所示。 又如图8.1.5所示的零件，材料为08钢，料厚为0.80.08mm，图a）所示零件采用落料、拉深和冲孔三道工序，若图所示零件也采用这样的冲压工艺，则经计算拉深前的坯料直径应为8
8、1mm，其拉深系数为33/81=04，小于极限拉深系数，而且零件根部的圆角半径较小(R2)，形成了对拉深变形很不利的条件。生产中采用图b)所示的工艺过程，即经过落料冲孔复合、拉深、冲底孔与切边、冲六个6mm孔等四道工序制成。 有时为了改善冲压变形条件或方便工序定位，需增加附加工序 如图8.1.5b)所示的零件冲压工艺中增加预冲孔108mm的工序，是根据变形需要而增加的附加工序，此孔并非零件上的一部分，生产中叫做变形减轻孔，其作用是使拉深时坯料内部(小于33mm的部分)金属向外扩展；因而就能减少外部(大于33mm的部分)金属向内收缩，使变形区发生变化，变形方式增加，从而一次拉深即可得到要求。因此
9、，生产中经常采用这类变形减轻孔或者工艺切口，达到改善冲压变形条件、提高成形质量的目的。 图8.1.4 内孔翻边件 图8.1.5 两种相似零件冲压工艺的比较 有时为了节省材料，也会影响工序性质的确定。如图8.1.6a）所示的自行车脚蹬内板，该工件有两种冲压工艺，第一种是先作浅拉深，然后冲底孔，但在进行拉深时，圆锥部位的材料需要从底面及主板上流动而来，而后者若为材料流动留有余量，就要增加工件排样的步距，从而造成材料消耗增加。第二种方法是先冲预孔，再进行翻边(也称为翻孔)、冲底孔。翻边时材料流动局限在预孔周围，因而不会引起主板上的材料流动。在排样时，只要按正常冲裁设计搭边值即可，可节省材料。该零件是
10、大批量长年生产，若用单工序模制造，工序多且生产率低，故采用级进模，其排样图如图8.1.6b）所示。 此外，对于几何形状不对称的一些零件，为便于冲压成形和定位，生产中常采用成对冲压的方法进行成形，成形后再增加一道剖切或切断工序截成两个零件。在此虽然增加了一道剖切或切断工序，但由于成对冲压时改善了变形条件，防止了坯料偏移，因而在生产中得到了广泛应用。对于多角弯曲件或复杂形状的拉深、成形件，有时为了保证零件质量或方便定位，不得不冲制工艺孔作定位用，这种冲制工艺孔的工序也是附加工序(见图3.6.5)。 图8.1.6 自行车脚蹬内板冲压工艺 工序数量的确定 冲压工序数量的概念有两方面的含义，广义上是指整
11、个冲压加工的全部工序数，包括辅助工序数的总数；狭义上是指同一性质工序重复进行的次数。工序数量确定的基本原则：在保证工件质量的前提下，考虑生产率和经济性的要求，适当减少或不用辅助工序，把工序数量控制到最少。 在确定同一性质工序重复进行的次数时，考虑到任何冲压工序的变形程度和所能达到的尺寸精度都是有一定范围的，所以应依据零件材料的力学性能、几何形状复杂程度、尺寸精度要求的高低等来决定。工序性质不同，确定工序数量的依据也不同，如拉深成形时，拉深次数主要由拉深系数、相对高度等决定；弯曲次数主要由零件弯曲角的多少及其相互位置决定；而冲裁次数则主要取决于零件形状复杂程度、零件上孔的距离等。 在确定冲压加工
12、过程所需总的工序数目时应考虑到以下的问题。 生产批量的大小 大批量生产时，应尽量合并工序，采用复合冲压或级进冲压，提高生产效率，降低生产成本。中小批量生产时，常采用单工序简单模或复合模，有时也可考虑采用各种相应的简易模具，以降低模具制造费用。 零件精度的要求 例如平板冲裁件在冲裁后增加一道整修工序，就是应其断面质量和尺寸精度要求较高的需要；当其表面平面度要求较高时，还必须在冲裁后增加一道校平工序。再如拉深后增加整形或精整工序，也是应其圆角半径要求较小或径向尺寸精度要求较高的需要。这虽然增加了工序数量，但确是保证工件精度要求必不可少的工序。 工厂现有的制模条件和冲压设备情况 为了确保确定的工序数
13、量、采用的模具结构和精度要求能与工厂现有条件相适应，这些因素是必须认真考虑的。例如，多个工序的复合会使相应的模具结构变得复杂，其加工及装配要求也高，工厂的制模条件要能满足这些要求。 工艺的稳定性 影响工艺稳定性的因素较多(例如原材料力学性能及厚度的波动、模具的制造误差、模具的调整、润滑的情况、设备的精度等等)，但在确定工序数量时，适当地降低冲压工序中的变形程度，避免在接近极限变形参数的情况下进行冲压加工，是提高冲压工艺稳定性的主要措施。另外，适当增加某些附加工序：例如冲制工艺孔作为定位用；冲制变形减轻孔以转移变形区等，都是提高工艺稳定性的有效措施。 工序顺序的安排 冲压工序顺序的安排主要决定于
14、冲压变形规律和零件质量要求，其次要考虑到操作方便、毛坯定位可靠、模具简单等。一般应遵循以下原则： 弱区必先变形，变形区应为弱区 按照这一原则，前工序要为后工序的变形区成为弱区创造条件，并杜绝前工序削弱后工序的非变形区。如图8.1.5b)图的冲压工艺中第一道工序冲出预冲108mm孔，使坯料变形区由平面凸缘部分转移至内部(小于33mm的部分)，为减小毛坯直径和拉深次数起到了重要作用。 工序成形后得到的符合零件图要求的部分，在以后各道工序中不得再发生变形。如图8.1.7所示零件，如果先冲出66内孔，则在外缘落料时冲裁力的水平分力会使内孔部分参与变形，孔径胀大23mm。因此，即便使用复合冲裁模也要把冲
15、孔凸模高度降低78mm，以保证落料先于冲孔，得到合格零件。 8.1.7 工序顺序的合理安排 孔工序的安排原则 a、 所有的孔，只要其形状和尺寸不受后续工序的影响，都应在平板毛坯上冲出。 b、 所在位置会受到以后某工序变形影响的孔，一般都应在有关的工序完成后再冲。如图8.1.7的66孔。 c、 精度要求高的孔和有位置要求的孔，如拉深件、弯曲件上的孔，应在成形后冲，其余孔可视情况而提前。 d、 零件上大孔靠近小孔或者孔边距太小不能同时冲出时，应先冲大孔和精度一般的孔，后冲小孔和精度高的孔；或者先落料后冲孔，力求把可能产生的畸变限制在最小范围以内。 e、 拉深件外边缘和翻边件竖边部分的孔分别在拉深和
16、翻边后冲。 弯曲件工序顺序的安排原则 多角弯曲件主要从材料变形和材料在弯曲时的运动两方面出发考虑安排工序顺序，一般是先弯外部弯角，后弯内部弯角，可同时弯曲的弯角数决定于零件的允许变薄量。 如果在同一个零件的不同位置冲压时，变形区域相互间不发生作用，这时工序顺序的安排要根据模具结构、定位和操作的难易程度来确定。例如图8.1.8所示的消声器盖经过第三次拉深后要在底部冲孔、翻边，在凸缘部分修边和外缘翻边等。虽然在底部和凸缘部分成形，相互间不发生作用，但是考虑到内缘翻边要靠凸缘压料，先进行外缘翻边，则内缘翻边压料就不方便，所以先安排内缘翻边。最后冲出四个槽是为了避免冲压过程中凸台在操作和堆放时变形。
17、精度高的成形部分应在成形后加校形工序 a）落料-拉深 b）、c）拉深 d）冲孔-修边 e）内缘翻边 f）外缘翻边 g）冲4个槽 图8.1.8 消声器盖工序顺序 工序组合方式的选择 工序组合指把零件的多个工序合并成为一道工序用连续模或复合模进行生产。工序组合能否实现及组合的程度如何主要取决于零件的生产批量、形状尺寸、质量精度要求，其次要考虑模具结构、模具强度；模具制造维修以及现场设备能力等。也就是说：根据生产批量考虑工序组合的必要性和进行经济性分析；从零件形状、尺寸、精度及模具结构和强度出发考虑工序组合的可能性；从模具制造与维修能力及现场设备能力方面考虑工序组合的可行性。 一般在大批量生产时应该
18、尽可能把工序集中起来，以提高生产率、降低成本；在小批量生产的情况下宜采用结构简单、造价低的单工序模，以缩短模具制造周期、提高经济效益。但为了操作安全方便或减小工件占地面积和工序周转的运输费用和劳动量，对于不便取拿的小件和大型冲压件，批量小的时候也可以使工序适当组合。 在确认工序有组合的必要后，在选择复合冲压还是级进冲压这两种组合方式时，要根据零件的尺寸、精度、冲压设备、制模条件及生产安全性等具体情况而定。而且工序的组合方式与所采用的模具类型是对应的。常见级进冲压工序组合方式和复合冲压工序组合方式见表8.1.1、8.1.2。 工序定位基准与定位方式的选择 工序的定位，就是使坯料或工序件在各自工序
19、的模具中占有确定位置。合理地选择定位基准和定位方式，不仅是保证冲压件质量及尺寸精度的基本条件，而且也对稳定冲压工艺过程、方便操作及安全生产有着直接的影响。 定位基准的选择 定位基准的选择应遵循以下原则： a、基准重合原则 所谓基准重合原则就是尽可能使定位基准与零件设计基准相重合。基准重合时定位误差接近于零，同时避免了繁琐的工艺尺寸链计算和由此产生的误差。如图8.1.9a）所示的零件上有四个孔，设计基准为和两个平面，假设为降低冲压力而采取两次冲孔的方案，如图8-10b）和c），定位基准分别选择、和、面。这时为保证图中设计尺寸3950.5mm达到要求，必须重新换算尺寸并分配公差：把 mm换算为64
20、903mm，39505mm改为由25402mm控制。显然，由于基准不重合，工件的加工精度被迫提高了。 图8.1.9 定位基准与零件设计基准的关系 b、基准统一原则 所谓基准统一原则，是指当采用多工序在不同模具上分散冲压时，应尽可能使各个工序都采用同一个定位基准。这样，既可以消除由不同定位基准而引起的多次定位误差，提高零件尺寸精度，又能够保证各个模具上的定位零件一致，简化了模具的设计与制 造。如图8.1.10所示零件，它在第三次拉深后形成的圆柱面223+0.20mm，是以后各道冲 压工序的定位面，做到了基准重合与基准统一。 c、基准可靠原则 基准的可靠性是为了保证冲压件质量的稳定性。要做到基准可
21、靠，首先所选择的定位基面，其位置、尺寸及形状都必须有较高精度，其次该基准面最好是冲压过程中不参与变形和移动的表面。 定位方式的选择 1落料-拉深 2二次拉深 3三次拉深 4冲底孔 5翻边 6冲凸缘孔7切边 图8.1.10 不同模具上冲压采用同一个定位基准的工件 冲压工序基本的定位方式可分为孔定位、平面定位和形体定位三种。由于零件结构形状的不同，其定位方式也不相同。通常，在选择定位方式时，必须考虑定位的可靠性、方向性及操作的方便与安全性。如图8.1.11所示的零件，若按方案一冲压，即先冲出型孔，然后以型孔定位冲三个小孔，由于涉及定位的方向性，很难把带型孔的工序件套在非圆形的定位销上，操作极不方便
22、，效率低且不安全。若按方案二冲压时，先冲大圆孔，然后以冲出的圆孔定位，再冲 三个槽和三个小孔，则无定位的方向性问题，使操作方便，定位可靠且效率高。 冲压工序件形状与尺寸的确定 对每个冲压件而言，总可以分成两个组成部分：已成形部分和待成形部分。前者的形状 和尺寸与成品零件相同，在后续工序中应作为强区不再变形；后者的形状和尺寸与成品零件 不同，在后续工序中应作为弱区有待于继续变形，是过渡性的。冲压工序件是毛坯和冲压件 之间的过渡件，它的形状与尺寸对每道冲压工序的成败和冲压件的质量具有极其重要的影响，必须满足冲压变形的要求。一般说来，工序件形状与尺寸的确定应遵循下述基本原则： 工序件尺寸应根据冲压工
23、序的极限变形参数确定 例如多次拉深时每道工序的工序件拉深直径，多次缩口时各道工序的半成品缩口直径，在平板或拉深件底部冲孔翻边时的预冲孔直径，都应分别根据极限拉深系数、极限缩口系数和极限翻边系数来确定。 工序件尺寸应保证冲压变形时金属的合理分配与转移 一方面应注意工序件上已成形部分在以后的各道工序中不能产生任何变动；另一方面应注意工序件上被已成形部分分隔开的内部与外部待成形部分在以后的各道工序中，都必须保证在各自范围内进行材料的分配与转移，如图8.1.10中被22.3mm筒体分隔开的底部在翻孔16.5mm时，不能从筒体补充材料，也不应有多余材料向筒体转移。 工序件的形状与尺寸应有利于下道工序的冲
24、压成形 一方面应注意工序件要能起到储料的作用。如图8.1.12所示第三道工序形成的凹坑，若采用平底的筒形工序件胀形得出，则会使材料变薄严重而导致破裂，因此，生产中采用将第二道工序后的工序件底部做成球形状，以便在拉深成形凹坑的相应部位上贮存所需要的材料。另一方面工序件的形状应具有较强的抗失稳能力，尤其对曲面形状零件拉深时，常常把工序件做成具有较强抗失稳能力的形状，以防下道拉深时发生起皱。 图8.1.11 定位方式选择的实例 1落料-拉深 2二次拉深 3成形 4冲孔、切边 5内、外缘翻边 6折边 图8.1.12 出气阀罩盖的冲压过程 工序件的形状与尺寸应有利于保证冲压件的表面质量 例如多次拉深的工
25、序件圆角半径 (凸、凹模的圆角半径)都不宜取得过小；又如拉深深锥形件，采用阶梯形状过渡，所得锥形件壁厚不均匀，表面会留有明显的印痕，尤其当阶梯处的圆角半径取得较小时，其表面质量更差，而采用锥面逐步成形法或锥面一次成形，则能获得较好的成形效果。 工序件的形状与尺寸应能满足模具强度和定位方便的要求 如图8.1.13所示的 零件，是用落料-冲孔和翻边两道工序完成。假如取较大的冲孔直径，则有利于满足极限翻边系数，而且厚度变薄量也小，翻边后零图8.1.13 翻边件的冲压过程 件口部平齐能收到较好的翻边效果。但是受落料-冲孔复合模中凸凹模强度的限制，冲孔直径不能取得过大。图8.1.11所示零件，采用方案二
26、，工序件内孔为圆形，方便后续工序的定位。 4选择模具类型 根据已确定的冲压工艺方案，综合考虑冲压件的质量要求、生产批量大小、冲压加工成本以及冲压设备情况、模具制造能力等生产条件后，选择模具类型，最终确定是采用单工序模，还是复合模或级进模。有关冲压生产批量与模具类型的关系和单工序模、级进模、复合模的比较可参见表2.7.6和2.7.7。 5选择冲压设备 冲压设备选择是工艺设计中的一项重要内容，它直接关系到设备的合理使用、安全、产品质量、模具寿命、生产效率及成本等一系列重要问题。设备选择主要包括设备类型和规格两个方面的选择。 设备类型的选择主要取决于冲压的工艺要求和生产批量。在设备类型选定之后，应进
27、一步根据冲压工艺力(包括卸料力、压料力等)，变形功、模具闭合高度和模板平面轮廓尺寸等确定设备规格。设备规格主要是指压力机的公称压力、滑块行程、装模高度、工作台面尺寸及滑块模柄孔尺寸等技术参数。设备规格的选择与模具设计关系密切，必须使所设计的模具与所选设备的规格相适应。有关设备类型和规格的选择详见1.2。 6冲压工艺文件的编写 冲压工艺文件一般以工艺卡的形式表示，它综合地表达了冲压工艺设计的具体内容，包括工序序号、工序名称或工序说明、工序草图、模具的结构形式和种类、选定的冲压设备、工序检验要求、工时定额、板料的规格以及毛坯的形状尺寸等等。 工艺卡片是生产中的重要技术文件。它不仅是模具设计的重要依据，而且也起着生产的组织管理、调度、各工序间的协调以及工时定额的核算等作用。目前工艺卡片尚未有统一的格式，生产中常见的冲压工艺卡片的格式如表8.1.3所示。
