1、第八章,板料的冲压成形工艺 Blank Forming,板料冲压 (又叫板料成形)是利用压力装置和模具使板材产生分离或塑性变形，从而获得成形 件或制品的成形方法。金属板料的厚度一般都在6mm以下，且通常是在常温下进行，故板料成形又称为冷成形(冷冲压)。只有当板料厚度超过8mm时，才采用热成形。,几乎所有制造金属制品的工业部门都广泛地采用板料成形，特别是在汽车、自行车、 航空、电器、仪表、国防、日用器皿及办公用品等工业中，板料成形占有重要位置。由于板料成形模具较复杂，设计和制作费用高、周期长，故只有在大批量生产的情况下，才能显示其优越性。,板料成形所用原材料，特别是制造杯状和钩环状等零件的原材料
2、，须具有足够好的塑性。常 用的金属材料有低碳钢、高塑性合金钢、铜、铝、镁合金等，非金属材料如石棉板、硬橡皮、绝缘纸等也广泛采用板料成形。,板料冲压具有下列特点：,（1）冲压操作简单，工艺过程便于机械化和自动化，生产率很高。故零件成本低。,（2）节省原材料，节省能源消耗。,（3）能获得重量轻、材料消耗少、强度和刚度都较高的零件。,（4）产品具有足够高的精度和较低的表面粗糙度值，冲压件的互换性较好。可以冲压出形状复杂的零件，且废料较少。,冲模制造复杂、成本高，只有在大批量生产条件下，其优越性才显得突出。,冲压生产中常用的设备是剪床和冲床。剪床用来把板料剪切成一定宽度的条料，以供下一步的冲压工序用。
3、冲床用来实现冲压工序，以制成所需形状和尺寸的成品零件，冲床的最大吨位已达 40000 kN。,第一节 分离工序,冲压生产的基本工序有分离工序和变形工序两大类。,分离过程是使坯料一部分相对于另一部分产生分离而得到工件或者料坯，如落料、冲孔、切断和修整等。多用于生产有孔的、形状简单的薄板件(一般铝板3mm，钢板1.5mm)以及作为成形过程的先行工序或者为成形过程制备料坯。除金属薄板外，还可以是非金属板料。分离过程所得到的制品精度较好，通常不需切削加工，表面品质与原材料相同，所用设备为机械压力机。,一、落料及冲孔（统称冲裁）,落料和冲孔又统称为冲裁。落料和冲孔是使坯料按封闭轮廓分离。这两个过程中坯料
4、变形和模具结构相同，只是用途不同。落料时被分离的部分为所需工件，留下的周边部分为废料，冲孔则相反。为能顺利地完成冲裁过程，要求凸模和凹模都有锋利的刃口，且凸模与凹模之间的间隙Z适当。冲裁件品质和冲裁模结构与冲裁时板料的塑性变形有关。,1冲裁变形过程,开始时，金属板料被凸模(又叫冲头)下压略有弯曲，凹模上的板料略有上翘。随着冲压力加大，在较大剪切应力的作用下，金属板料在刃口处因塑性变形产生加工硬化，且在刃口边出 现应力集中现象，使得金属的塑性变形进行到一定程度时，沿凸凹模刃口处开始产生裂纹。当上下裂纹相遇重合时，坯料被分离。,冲裁时材料分离过程可分为三个阶段： 弹性变形阶段：冲头刚接触板料的初始
5、阶段，发生弹性变形。 塑料变形阶段：冲头下行压力增大，发生塑变直到出现微裂纹。 断裂分离阶段：冲头继续下行，压力增大，微裂纹扩展、重合、断裂，冲裁力逐渐下降。 弹性变形阶段：冲裁力逐渐升高。 塑性变形阶段：冲裁力达到峰值。,冲裁件切断面上的区域特征： 圆角带 在弹性变形阶段产生初始圆角。 光亮带 产生于塑性变形阶段，断面较光洁平整，是质量最佳的一段。 断裂带 撕裂造成的，表面粗糙而无光泽，并带有锥度。 毛刺区 产生微裂时便产生毛刺。,特征与材料（板料材料）塑性的关系： 断面质量受冲裁条件的不同而不同，如：刃口间隙，刃口形状，锋利程度，冲裁力、润滑条件，板料质量（表面质量），板料种类（性能）。
6、冲压生产要求冲裁件有较大的光亮带，尺量减少断裂带区域的宽度。 材料塑性愈好，光亮带愈大，断裂带愈小，同时，圆角毛刺亦增大。,2凸凹模间隙,冲裁间隙的概念 冲裁间隙指凸模刃口与凹模刃口之间的间隙。 -冲裁间隙 -凹模刃口尺寸 凸模刃口尺寸Z正常：上下微裂纹重合。 有单边间隙与双边间隙之分。,冲裁间隙对冲压的影响 A、 间隙对断面质量的影响 正常: 上下裂纹重合，光亮带大，圆角、毛刺、锥度小，表面平整。 过大: 上下裂纹不重合，撕裂拉断，断面粗、光亮带小、圆角、毛刺锥度大。 过小: 上下裂纹不重合，发生二次剪切，形成第二光亮带，毛刺大。 不均: 间隙小的一边出现小质量断面特征，间隙大的一边出现大间
7、隙断面质量特征。,冲裁间隙对冲压的影响 B、间隙对尺寸精度的影响 由于弹性变形的存在，冲裁结束后出现弹性恢复，使尺寸与凸凹模刃口尺寸产生尺寸偏差，而弹性变形大小与冲裁间隙有直接的关系。,冲裁间隙对冲压的影响 C、间隙对冲裁力的影响 冲裁间隙对冲裁力的影晌规律是间隙越小,变形区内压应力成分越大,拉应力成分越小,材料变形抗力增加,冲裁力就越大。反之,间隙越大,变形区内拉应力成分就越大,变形抗力降低,冲裁力就小。间隙达材料厚的5%-20%时，冲裁力下降不明显。 当单边间隙Z增大到材料厚度的15%-20%时，卸料力为0。,冲裁间隙对冲压的影响 D、间隙对模具寿命的影响 由于工件与凸、凹模侧壁之间有磨擦
8、的存在，间隙小，磨擦大，模具寿命短。冲裁过程中,凸模与被冲孔之间,凹模与落料件之阀均有摩擦,而且间隙越小,摩擦越严重。所以过小的间隙对模具寿命极为不利,而较大的间隙可使凸模与凹模的侧面与材料间的摩擦减小,井能减缓间隙不均匀的影响,从而提高模具的寿命。,因此，正确选择合理的间隙值对冲裁生产是至关重要的。当冲裁件断面质量要求较高时，应选取较小的间隙值。对冲裁件断面质量无严格要求时，应尽可能加大间隙，以利于提高冲模寿命。,3凸凹模刃口尺寸的确定,凸模和凹模刃口的尺寸取决于冲裁件尺寸和冲模间隙，因此必须正确决定冲模刃口尺寸。,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
9、确定凸模尺寸，即用缩小凸模刃口尺寸来保证间隙值。设计冲孔模时，先按冲孔件确定凸模刃口尺寸，取凸模作设计基准件，然后根据间隙确定凹模尺寸，即用扩大凹模刃口尺寸来保证间隙值。,冲模在工作过程中必然有磨损，落料件尺寸会随凹模刃口的磨损而增大，而冲孔件尺寸则随凸模的磨损而减小。为了保证零件的尺寸要求，并提高模具的使用寿命:落料时凹模刃口的尺寸应靠近落料件公差范围内的最小尺寸；冲孔时，选取凸模刃口的尺寸靠近孔的公差范围内的最大尺寸。,4冲裁力的计算,P=KL,5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，材料利用率高。图为同一个冲裁件采用四种不同排样方式时材料消
10、耗的对比情况。,冲裁件的废料： 工艺废料：由于工件之间及工件与条料侧边之间的边存在而产生的废料及料头料尾而产生的废料。取决于冲压方法和排样方法。 设计废料：工件内孔而产生的废料 搭边 排保时工件与工件之间，工件与条料侧边之间留下的余料。 A. 起到补偿定位差的作用。 B. 冲裁后使条料具有一定的强度、刚度便于送料。,1)、 有废料排样，即工件与工件之间，工件与条料边缘间都有塔边存在。 2)、 少废料排样：即工件与工件间有搭边存在。工件与条料边缘无废料搭边存在。 3)、 无废料的排 样：即工件与工件间，工件与条料边缘之间均无搭边存在。,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，
11、以切掉冲裁件上的剪裂带和毛刺，从而提高冲裁件的尺寸精度（IT6IT7），降低表面粗糙度值（Ra0.81.6m）。修整冲裁件的外形称外缘修整，修整冲裁件的内孔称内孔修整（下图）。,修整的机理与冲裁完全不同，而与切削加工相似。对于大间隙冲裁件，单边修整量一般为板料厚度的10；对于小间隙冲裁件，单边修整量在板料厚度的8以下。当冲裁件的修整总量大于一次修整量时，或板料厚度大于3mm时，均需多次修整。,外缘修整模的凸凹模间隙，单边取0.0010.01 mm。也可以采用负间隙修整，即凸模刃口尺寸大于凹模刃口尺寸的修整工艺。,三、精密冲裁,精密冲裁与普通冲裁的之间的差别在于精冲模压料板上带有与刃口平面形状近
12、似的齿形凸梗(称齿圈)，凹模刃口带圆角，凸、凹模间隙极小，带齿压料板的压力和顶板的反压力较大。所以，它能使材料的冲裁区处于三向压应力状态，形成精冲的必要条件。但是精冲需要专用的精冲压力机，模具加工要求高，同时对精冲件材料和精冲什的结构工艺性有一定要求。只有具备了这些充分条件，才能达到精冲的目的。,第二节 成形工序,成形工序是使坯料发生塑性变形而成一定形状和尺寸的工件。主要有拉深、弯曲、翻边、胀形和旋压等。,一、拉深,1拉深过程,拉深是利用模具使冲裁后得到的平板坯料变形成开口空心零件的工序。,拉深设备一般为液压机或者压力机。,拉深的变形过程用座标网格试验法分析 拉深时压边圈先把中板毛坯压紧，凸模
13、下行，强迫位于压边圈下的材料（凸缘部分）产生塑性变形而流入凸凹模间隙形成圆筒侧壁。 观察拉深后的网格发现：底部网格基本保持不变，筒壁部分发生较大变化： 1） 原间格相等的同心圆成了长度相等、间距增大的圆周线，越接近筒口，间距增大。 2） 原分度相等的辐射线变成垂直的平行线，而且间距相等。 3） 凸缘材料发生径向伸长变形和切向压缩变形。,总结：拉深材料的变形主要发生在凸缘部分，拉深变形的过程实质上是凸缘处的材料在径向拉应力和切向压应力的作用下产生塑性变形，凸缘不断收缩而转化为筒壁的过程，这种变形程度在凸缘的最外缘为最大。,2拉深中的废品及防止,从拉深过程中可以看出，拉深件主要受拉应力作用。当拉应
14、力值超过材料的强度极限时，拉深件将被拉穿形成废品。最危险部位是直壁与底部的过渡圆角处。,拉深件出现拉穿现象与下列因素有关：,（1）拉深系数 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,m=d/D。,如果拉深系数过小，不能一次拉深成形时，则可采用多次拉深工艺。但多次拉深过程中，加工硬化现象严重。为保证坯料具有足够的塑性，在一两次拉深后，应安排工序间的退火处理。其次，在多次拉深中，拉深系数应一次比一次略大一些，以确保拉深件的质量，使生产顺利进行。总拉深系数值等于各次拉深系数的乘积,m=m1 m2 m2 mn 。,（2）凸凹模的圆角半径 拉深模的工作部分不能是锋利的刃口，必须做成一定的圆
15、角。,（3）凸凹模间隙 拉深模的凸凹模间隙远比冲裁模的大，一般取单边间隙 C（1.11.2）。Z 过小，模具与拉深件间的摩擦增大，易拉裂工件，擦伤工件表面，降低模具寿命；Z 过大，又易使拉深件起皱，影响拉深件精度。,（4）润滑 为了减少摩擦、降低拉深件壁部的拉应力和减小模具的磨损，拉深时通常要加润滑剂或对坯料进行表面处理。,拉深过程中另一种常见缺陷是起皱。,为防止起皱，可采用设置压边圈来解决。,3板料尺寸及拉深力的确定,Fmax=3(b+s)(D-d-r凹),二、弯曲,弯曲是将坯料弯成具有一定角度和曲率的变形工序。,弯曲时还应尽可能使弯曲线与板料纤维垂直,1.胀形,胀形是利用局部变形使坯料或半
16、成品改变形状的工序。,三、其它冲压成形,2.翻边,翻边是在带孔的平坯料上用扩孔的方法获得凸缘的工序。,3旋压,有些空心的回转体件还可用旋压方法来制造。旋压是在专用旋压机上进行。,第三节 冲模的分类和构造,冲模的结构合理与否对冲压件质量、生产率及模具寿命等都有很大的影响。冲模可分为简单模、连续模和复合模三种。,一、简单冲模,它是在冲床的一次冲程中只完成一个工序的冲模。,二、连续冲模 它是在冲床的一次过程中,在模具的不同部位完成数道工序的模具,三、复合冲模,它是在冲床的一次冲程中，在模具同一部位同时完成数道工序的模具。,一、分析冲压件的工艺性,冲压件的设计不仅应保证具有良好的使用性能，而且也应具有
17、良好的工艺性能，以减少材料的消耗、延长模具寿命、提高生产率、降低成本及保证冲压件质量等。影响冲压件工艺性的主要因素有：冲压件的形状、尺寸、精度及材料等。,一、冲压件的形状及尺寸,1对落料件和冲孔件的要求,第四节 冲压工艺过程的制定,（1）落料件的外形和冲孔件的孔形应力求简单、对称。尽可能采用圆形或矩形等规则形状，应避免如图所示的长槽或细长悬臂结构。,同时应使冲裁件在排样时将废料降低到最少的程度。,（2）冲裁件上直线与直线、曲线与直线的交接处，均应用圆弧连接。以避免尖角处因应力集中而产生裂纹。其最小圆角半径如表所示。,（3）冲裁件的结构尺寸（如孔径、孔距距等）必须考虑材料的厚度,2对弯曲件的要求
18、,（1）弯曲件形状应尽量对称，弯曲半径不能小于材料允许的最小弯曲半径。,（2）弯曲边过短不易成形，故应使弯曲边的平直部分H2。如果要求H很短，则需先留出适当的余量以增大H，弯好后再切去所增加的金属。,（3）弯曲带孔件时，为避免孔的变形，孔的位置应如图所示，图中L应大于（1.52）。,3对拉深件的要求,（1）拉深件外形应简单、对称，深度不宜过大。以便使拉深次数最少，容易成形。,（2）拉深件的圆角半径在不增加工艺程序的情况下，最小许可半径如图所示。,（3）壁厚变薄率要合理。,二、简化工艺及节省材料的设计,对于形状复杂的冲压件，可以将其分成若干个简单件，分别冲压后，再焊接成为整体组合件。,采用冲口工
19、艺，以减少组合件数量（图 ），节省材料和简化工艺过程。,在使用性能不变的情况下，应尽量简化拉深件结构，以达到减少工序、节省材料和降低成本的目的。如消音器后盖经改造后（图），冲压工序由八道减少为两道工序，同时，节省材料 50。,三、冲压件的厚度,在强度和刚度允许的条件下，应尽可能采用较薄的材料，以减少金属的消耗。对局部刚度不够的部位，可采用加强肋，以实现薄材料代替厚材料,四、冲压件的精度和表面质量,对冲压件的精度要求，不应超过冲压工艺所能达到的一般精度，并应在满足需要的情况下尽量降低要求。否则将增加工艺过程，降低生产率，提高成本。,冲压工艺的一般精度：落料件不超过IT10；冲孔件不超过IT9；弯曲件不超过IT10IT9；拉深件高度尺寸精度为IT10IT8，直径尺寸精度为IT10IT9，经整形后的尺寸精度可达IT7IT6。,对冲压件表面质量的要求，一般应尽可能不要高于原材料所具有的表面质量。否则就要增加切削加工等工序，产品成本将大为提高。,本次作业：,P144： （1）、（2）、(5) （6）、（10）,
