1、第 1 章 冷冲压成形工艺概论冷冲压是塑性加工的基本方法之一，它是利用安装在压力机上的模具，在室温下对板料施加压力使其变形或分离，从而获得具有一定形状、尺寸和精度的零件的一种压力加工方法。因为它主要用于加工板料零件，所以也称板料冲压。在冷冲压加工中，将材料(金属或非金属 )加工成零件(或半成品)的一种特殊工艺装备，称为冷冲压模具(俗称冷冲模)。冷冲模在实现冷冲压加工中是必不可少的工艺装备，没有先进的模具技术，先进的冲压工艺就无法实现。1.1 冷冲压加工的特点及在生产中的地位1.1.1 冷冲压加工的特点1.能冲压出其它加工工艺难以加工或无法加工的形状复杂的零件。例如，从仪器仪表小型零件到汽车覆盖
2、件、纵梁等大型零件，均由冲压加工完成。2.冲压件质量稳定，尺寸精度高。由于冲压加工是靠模具成形，模具制造精度高、使用寿命长，故冲压件质量稳定，制件互换性好。尺寸精度一般可达到 ITl0IT14 级，最高可达到 IT6 级，有的制件不需再机械加工，便可满足装配和使用要求。3.冲压件具有重量轻、强度高、刚性好和表面粗糙度小等特点。4.生产率高。例如，汽车覆盖件这样的大型冲压件的生产效率，可达每分钟数件；高速冲压小型制件，每分钟可达到上千件。5.材料利用率高。一般为 70%85%，因此冲压加工能实现少废料，甚至无废料生产。在某些情况下，边角余料也可充分利用。6.操作简单，便于组织生产。7.易于实现机
3、械化与自动化生产。由于冲压加工所用毛坯多为条料或带料，又是冷态加工，大批量生产时易于实现机械化和自动化。8.冷冲压的缺点是模具制造周期长、制造成本高，故不适于单件小批量生产。另外，冷冲压生产多采用机械压力机，由于滑块往复运动快，手工操作时，劳动强度较大，易发生事故，故必须特别重视安全生产、安全管理以及采取必要的安全技术措施。1.1.2 冷冲压加工在生产中的地位冲压加工的应用范围十分广泛，不仅可以加工金属材料，而且也可以加工非金属材料，在汽车、拖拉机、电机、电器、仪表、玩具以及日常生活用品的生产方面，都占有十分重要的地位。另外，在国防工业生产中，如飞机、导弹、各种枪弹与炮弹的生产，冲压加工也占有
4、很大比例。例如某联合收割机有 1613 个零件，其中冲压件为 1023 个，占 64.3%；某冲锋枪 120 个零件中有56 个冲压件，占 46.7%。随着汽车和家用电器等行业的飞速发展，在工业发达国家，对发展冷冲压生产给予了高度重视。据近年来的统计表明，美、日等国的模具工业年产值已经超过机床工业年产值的6%12%。冷冲压模具历史悠久、用途广、技术成熟，在各种模具中所占比例最大。汽车、摩托车、家电行业是模具最大的市场，占整个模具市场的60%以上。因此冷冲压加工在我国现代化建设中有着非常广阔的发展前景。1.2 冷冲压工序的分类由于冲压件的形状、尺寸和精度要求不同，因此，冷冲压加工的方法是多种多样
5、的。根据材料的变形特点及企业现行的习惯，冷冲压的基本工序可分为分离工序与塑性变形工序两大类。分离工序是使冲压件与板料沿要求的轮廓线相互分离，并获得一定断面质量的冲压加工方法。成形工序是使冲压毛坯在不破裂的条件下发生塑性变形，以获得所要求的形状、尺寸的零件的冲压加工方法。为了提高劳动生产率，常将两个以上的基本工序合并成一个工序，称为复合工序。主要冲压工序的分类见表1.1。1.3 冷冲压材料1.3.1 对冷冲压材料的基本要求冲压所用的材料，不仅要满足产品设计的技术要求，还应当满足冲压工艺的要求和冲压后的加工要求 (如切削加工、电镀、焊接等 )。冲压工艺对材料的基本要求主要有：1. 对冲压成形性能的
6、要求 对于成形工序，为了有利于冲压变形和制件质量的提高，材料应具有：良好的塑性(均匀伸长率 b高)、屈强比( s/b)小、板厚方向性系数大、板平面方向性系数小、材料的屈服强度与弹性模量的比值 (s /E)小。不同冲压工序对板材性能的具体要求如表 1.2所示。对于分离工序，并不需要材料有很好的塑性，但应具有一定的塑性。塑性越好的材料，越不易分离。2. 对材料厚度公差的要求 材料的厚度公差应符合国家规定标准。因为一定的模具间隙适用于一定厚度的材料，材料厚度公差太大，不仅直接影响制件的质量，还可能导致模具和冲床的损坏。3. 对表面质量的要求 材料的表面应光洁平整，无分层和机械性质的损伤，无锈斑、氧化
7、皮及其它附着物。表面质量好的材料，冲压时不易破裂，不易擦伤模具，工件表面质量也好。表1.1 主要冲压工序的分类 (续)(续)选择材料时要认真考虑材料供应情况以及经济因素，应最大限度地利用材料的冲压性能。必要时，应修改一些过高的设计要求和工艺要求，或采用代用材料。表1.2 不同冲压工序对板材性能的具体要求1.3.2 常用冷冲压材料冷冲压用材料大部分是各种规格的板料、带料和块料。板料的尺寸较大，一般用于大型零件的冲压。对于中小型零件，多数是将板料剪裁成条料后使用。带料 (又称卷料) 有各种规格的宽度，展开长度可达几十米，适用于大批量生产的自动送料，材料厚度很小时也可做成带料供应。块料只用于少数钢号
8、和价钱昂贵的有色金属的冲压。冷冲压常用材料有： 1.黑色金属 普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、不锈钢、电工硅钢等。对冷轧钢板，根据国家标准 GB708-88 规定，按轧制精度（钢板厚度精度）可分为 A、B 级：A较高精度；B普通精度。对厚度4mm以下的优质碳素结构钢冷轧薄钢板，根据GB13237 一91规定，按钢板表面质量可分为I 、 II、III 三组。按拉深级别又分为Z、S、P 三级:I 高级的精整表面；II 较高级的精整表面；III普通的精整表面。Z 最深拉深级；工序名称 性 能 要 求冲裁 具有足够的塑性，在进行冲裁时板料不开裂；材料的硬度一般应低于冲模工作部分
9、的硬度弯曲 具有足够的塑性、较低的屈服极限和较高的弹性模量拉深 高塑性、屈服极限低和板厚方向性系数大，板料的屈强比( s/b)小，板平面方向性系数小S 深拉深级；P 普通拉深级。2.有色金属 纯铜、黄铜、青铜、铝等。3.非金属材料 纸板、胶木板、橡胶板、塑料板、纤维板和云母等。在冲压工艺资料和图样上，对材料的表示方法有特殊的规定。现以优质碳素结构钢冷轧薄板标记为例。例如，08钢，尺寸1.0mml000mml500mm，普通精度，较高级的精整表面，深拉级的冷轧钢板表示为：钢板关于材料的牌号、规格和性能，可查阅有关设计资料和标准。1.4 冷冲压设备用来完成冲压件各种冲压工艺的机床通称为冲压设备或压
10、床。冲压设备与其它机械加工设备相比有以下几个特点：一是，在冲压生产中，制件的成形主要是由模具完成的，因此冲压设备的工作机构运动仅为简单的往复运动，这样机床的传动结构大为简单，且制造容易，操作简便，并具有很大的万能性；二是，冲压设备工作部分有良好的导向，故所冲压成的制件精度高，互换性较好；三是，冲压设备的传动系统灵敏可靠，具有规律的往复运动，因而易于实现机械化和自动化生产。冲压设备种类很多，主要有以下几种。1.机械压力机类 包括曲柄压力机、偏心压力机、拉深压力机、摩擦压力机、粉末制品压力机、模锻精压机、挤压用压力机和专用压力机等。2.液压机类 有冲压液压机、一般用途液压机、弯曲校正压紧用液压机、
11、打包压块用液压机和专门化液压机。3.自动锻压机 如板料自动压力机。4.弯曲校正机、校正弯曲机和板料凸缘折压机等。1.4.1 常用冷冲压设备1.曲柄压力机曲柄压力机是主要的冲压设备。它能进行冲裁、弯曲、拉延和挤压等冲压工艺。曲柄压力机图1.1 曲柄压力机结构1电动机 2皮带轮 3皮带 4飞轮 5离合器 6轴承 7曲轴 8连杆9滑块 10上模 11下模 12工作台 13制动器 14导块 15床身又有曲轴压力机和偏心压力机两种。各种曲柄压力机虽然吨位大小和形状不同，但是它们的基本结构都由下面三个部分组成，如图1.1所示。传动系统：由皮带轮、皮带、齿轮及传动轴组成。它的作用是将电动机的能量和运动传递给
12、工作机构。工作机构：主要由曲轴、连杆和滑块组成。它的作用是将曲轴的旋转运动变为滑块的往复运动，从而带动上模完成冲压工作。床身：是机床传动系统、工作机构等部件安装的基体。床身把压力机所有部分连接成一个整体。此外，传动系统中还装有离合器和制动器。为了保护人身和机器的安全，压力机还设有人身安全装置和过载保护装置。压力机的工作过程为：电动机1启动后，通过皮带轮、皮带和传动轴带动飞轮4不停地旋转。当踏下脚踏板时，制动器13松开，随即离合器5接合，将传动系统与工作机构连接起来，曲轴的旋转运动经过连杆8带动滑块9上下往复运动。松开脚踏板时，离合器5脱开，飞轮空转，曲轴被制动器刹住在最高点。滑块即停在上死点位
13、置。通用曲柄压力机亦称冲床，这种压力机通常只有一个滑块，根据其床身结构不同，可分为开式冲床和闭式冲床。开式冲床的床身前面、左面和右面三个方向是敞开的，因此模具的安装、调整和操作等都很方便。开式冲床吨位较小，大都在100吨压力之下，如图1.2所示。图1.2 JB23-63型开式双柱可倾压力机总图闭式冲床亦称龙门冲床。这种冲床床身为龙门式，刚度大、精度高，一般吨位较大，属于大、中型压力机。2.摩擦压力机摩擦压力机是一种螺旋压力机，通过螺杆相对于螺母旋转带动滑块沿导轨做上下往复运动。螺杆的旋转力矩是靠飞轮与摩擦盘之间的摩擦力获得的。摩擦压力机有单盘式、双盘式三盘式等几种，其中双盘式压力机应用最广泛，
14、图1.3所示为双盘摩擦压力机总图。它由四部分组成。传动部分：由皮带、皮带轮、左、右摩擦盘和传动轴组成。工作部分：包括飞轮、螺杆、螺母和滑块等。床身部件：是由床身、上横梁、拉紧螺栓和左右支臂等组成。附属装置：有制动装置、缓冲装置、顶料装置和安全装置等。双盘摩擦压力机的工作过程为：电机启动后，带动传动轴和摩擦盘空转，当按下操纵手柄通过杠杆系统将传动轴9水平向右拖动，这时左摩擦盘侧面与飞轮7外缘接触而产生一摩擦力矩，使螺杆顺时针转动，带动滑块往下运动；拉起操纵杆时，则滑块便向上运动。摩擦压力机特点是：构造简单，价格较便宜，滑块的行程不固定，当工作中超负荷时，仅仅只会引起飞轮与摩擦盘之间滑动，而不会折
15、断机件。摩擦压力机既可进行冲裁、弯曲、校平等冲压工艺，还可用来进行锻造工艺，如热模锻和挤压等。摩擦压力机的缺点是: 飞轮轮缘的磨耗甚大，滑块行程速度低，故生产效率不高。3.液压机液压机是进行拉深、弯曲、成形和挤压等工艺的重要设备，液压机虽有多种规格，但其工作原理是一致的。液压机的基本工作原理是液体静压力传递原理。图1.4所示为液压机原理图。图中，一端有一个面积为S 1的小柱塞，另一端为面积为S 2的大柱塞，两个柱塞之间以连通管相连，且设有密封装置，使连通管内形成一个密闭的空间，不使液体外泄。这样，若小柱塞上施加一个外力P 1时，作用在液体上的单位压力为p=P 1/S1；按照液体静压力传递原理，
16、这个单位压力p将传递到液体的全部，其数值不变，而方向为垂直物体的表面，故大柱塞上产生的推力P2=pS2。各种液压机都由三部分组成本体部分：包括立柱、下横梁、活动横梁、工作缸、顶出器。动力部分：为工作缸和顶出缸提供高压油的高压泵。操纵部分：包括操纵箱和一些操纵阀。通过这些操纵阀来控制和分配给各工作油缸高压液体的流量和流动方向，以实现液压机的活动横梁快速下行，并加压、保压、卸压、快速回程、顶出缸活塞顶出和回程等动作。液压机的结构如图1.5所示。液压机的特点为：在全行程内都能实现全压和长时间保压；工作速度可凋节，如空行程和回程时可快速，合模时慢速，既利于操作，又可提高生产效率；此外，还具有工作平稳、
17、撞击和振动轻、噪声小等优点。1.4.2 冷冲压设备的选用1.冲压设备类型的选择 根据所要完成的冲压工艺的性质，生产批量的大 图1.3 双盘磨擦压力机总图1缓冲装置 2安全装置 3床身 4顶料装置 5制动装置 6滑块 7飞轮 8右支臂 9传动轴 10右摩擦盘 11左摩擦盘 12左支臂 13螺杆 14杠杆系统 15液压装置小，冲压件的几何尺寸和精度要求来选择设备的类型。 图1.4 液压机原理图对于中小型的冲裁件，弯曲件或拉深件的生产，主要应采用开式机械压力机。虽然开式冲床的刚度差，在冲压力的作用下床身的变形能够破坏冲裁模的间隙分布，降低模具的寿命或冲裁件的表面质量。可是，由于它提供了极为方便的操作
18、条件和非常容易安装机械化附属装置的特点，使它成为目前中、小型冲压设备的主要形式。对于大中型冲压件的生产，多采用闭式结构形式的机械压力机，其中有一般用途的通用压力机，也有台面较小而刚度大的专用挤压压力机、精压机等。在大型拉深件的生产中，应尽量选用双动拉深压力机，因其可使所用模具结构简单，调整方便。在小批量生产中，尤其是大型厚板冲压件的生产多采用液压机。液压机没有固定的行程，不会因为板料厚度变化而超载，而且在需要很大的施力行程加工时，与机械压力机相比具有明显的优点。但是，液压机速度小，生产效率低，而且零件的尺寸精度有时因受到操作因素的影响而不十分稳定。 摩擦压力机具有结构简单、造价低廉、不易发生超
19、负荷损坏等特点，所以在小批量生产中常用来完成弯曲、成形等冲压工作。但是，摩擦压力机的行程次数较少，生产率低，而且操作也不太方便。在大批量生产或形状复杂零件的大量生产中，应尽量选用高速压力机或多工位自动压力机。2.冲压设备规格的确定 在冲压设备的类型选定之后，应该进一步根据冲压件的尺寸、模具的尺寸和冲压力来确定设备的规格。(1)所选压力机的公称压力必须大于冲压所需的总冲压力，即：F压力 F总(2)压力机的行程大小应适当。由于压力机的行程影响到模具的开模高度，因此对于冲裁、弯曲等模具，其行程不宜过大，以免发生凸模与导板分离 (导板模) 或滚珠导向装置脱开的不良后果。对于拉深模，压力机的行程至少应大
20、于成品零件高度的两倍以上，以保证毛坯的放进和成形零件的取出。(3)所选压力机的闭合高度应与冲模的闭合高度相适应。即满足：冲模的闭合高度介于压力机的最大闭合高度和最小闭合高度之间的要求。(4)压力机工作台面的尺寸必须大于模具下模座的外形尺寸，并还要留有安装固定的余地。但在过大的工作台面上安装过小尺寸的冲模时，对工作台的受力条件也是不利的。本章小结本章主要讲述了冷冲压加工的特点、冷冲压基本工序的分类、常用的冷冲压材料、常用的冷冲压设备及其选用原则。思考题1.1 冲压成形加工与其它加工方法相比有何特点？1.2 什么是冷冲模？图1.5 液压机结构图1充液罐 2上梁 3主缸及活塞 4活动横梁 5立柱 6
21、下梁 7顶出缸 1.3 如何选择冲压设备？1.4 常用的冲压材料有哪些？1.5 常用的冷冲压成形工序有哪些？思考题参考答案1.1 冲压成形加工与其它加工方法相比有何特点？冲压成形加工与其它加工方法相比有以下几个特点：1.能冲压出其他加工工艺难以加工或无法加工的形状复杂的工件。2.冲压件质量稳定，尺寸精度高。3.冲压件具有重量轻、强度高、刚性好和表面粗糙度小等特点。4.生产率高。5.材料利用率高。6.操作简单，便于组织生产。7.易于实现机械化与自动化生产。8.冷冲压的缺点是模具制造周期长、制造成本高，故不适于单件小批量生产。1.2 什么是冷冲模？在冷冲压加工中，将材料(金属或非金属 )加工成零件(或半成品)的一种特殊工艺装备，称为冷冲压模具(俗称冷冲模)。1.3 如何选择冲压设备？根据所要完成的冲压工艺的性质，生产批量的大小，冲压件的几何尺寸和精度要求等来选择设备的类型。1.4 常用的冲压材料有哪些？冲压用材料大部分是各种规格的板料、带料和块料。常用的材料有：(1) 黑色金属：普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、不锈钢、电工硅钢等。(2)有色金属:纯铜、黄铜、青铜、铝等。(3)非金属材料：纸板、胶木板、橡胶板、塑料板、纤维板和云母等。1.5 常用的冷冲压成形工序有哪些？常用的冷冲压成形工序有：切断、冲裁、弯曲、拉深、切口、切边、胀形、整形、缩口等。
