板料冲压成形工艺

第八章板料冲压成形工艺熟悉冲裁、拉深的变形过程、有关工艺计算及影响成形的因素；了解冲模的基本类型及冲压工艺的制定过程。重点：冲裁、拉深的成形过程及影响成形的因素。难点：冲压工艺方案的选择及优化。板料的冲压成形：利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法。常温下又叫冷冲压或薄板冲压。只有当板料厚度8~10mm时，采用热冲压。板料冲压的特点：（1）可冲出形状复杂的零件，废料较少；（2）产品精度高，表面粗糙度较低，互换性好；（3）能获得质量轻、材料消耗少、强度和刚度较高的零件；（4）操作简单，工艺过程便于机械化，自动化，生产率很高，成本低。故应用广泛，特别在汽车、拖拉机、航空、电器、仪表及国防等工业，占有极其重要的地位。常用金属材料：低碳钢、铜合金、铝合金、镁合金及塑性高的合金钢等。常用设备：剪床、冲床。冲压生产可进行多种工序，其基本工序：分离工序、变形工序。开式冲床1—脚踏板2—工作台3—滑块4—连杆5—偏心套6—制动器7—偏心轴8—离合器9—皮带轮10—电动机11—床身12—操作机构13—垫板§8-1分离工序使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序。如：落料、冲孔、切断、精冲、修整等。一、落料及冲孔（统称冲裁）使坯料按封闭轮廓分离的工序。其坯料变形过程和模具结构都是一样，只是取舍不同。落料：被分离的部分为成品，而周边是废料。冲孔：被分离的部分为废料，而周边是成品。如平面垫圈：制取外形→落料。如制取内孔→冲孔。1．冲裁变形过程冲裁件质量、冲裁模结构与冲裁时板料变形过程关系密切。其过程分三个阶段：（1）弹性变形阶段（2）塑性变形阶段（3）断裂分离阶段冲裁变形区的应力与变形情况和冲裁件的切断面的状况：2．凸、凹模间隙不仅严重影响冲裁件的断面质量，而且影响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。1）间隙过小增大了冲裁力、卸料力和推件力；加剧了凸、凹模的磨损；降低了模具寿命（冲硬材突出）。外表尺寸略有增大，内腔尺寸略有缩小（弹性回复）。光面宽度增加，塌角、毛刺、斜度等都有所减小，工件质量较高。2）间隙过大断面光面减小，塌角与斜度增大，形成厚而大的拉长毛刺，且难以去除；冲裁的翘曲现象严重；外形尺寸缩小，内腔尺寸增大；模具寿命较高。对于批量较大而公差又无特殊要求的冲裁件，采用“大间隙”冲裁，提高模具寿命。3）间隙合适冲裁力、卸料力和推件力适中；模具有足够的寿命；光面约占板厚的1/2～1/3左右，切断面的塌角、毛刺和斜度均很小；零件的尺寸几乎与模具一致，完全可以满足使用要求。合理的间隙值可查表选取。冲裁模合理间隙值3．凸、凹模刃口尺寸的确定1）设计落料模落料件确定凹模刃口尺寸；取凹模作设计基准件→根据间隙Z确定凸模尺寸；缩小凸模刃口尺寸保证间隙值。2）设计冲孔模冲孔件确定凸模尺寸；取凸模作设计基准件→根据间隙Z确定凹模尺寸；用扩大凹模刃口尺寸保证间隙值。4．冲裁力的计算冲裁力是选用冲床吨位和检验模具强度的一个重要依据。平刃冲模的冲裁力P（N）按下式计算：L—冲裁周边长度（mm）；S—坯料厚度（mm）；K—系数，常取1.3；τ—材料抗剪强度（MPa）查手册，或取。SKLpb8.0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。排样方法a）有废料排样法b）少废料排样法c）无废料排样法排样图不同排样方式材料消耗对比落料件的排样有两种类型：无搭边排样：①用落料件形状的一个边作为另一个落料件的边缘；②材料利用率很高，但毛刺不在同一平面上，且尺寸不易准确。有搭边排样：①各落料件之间均留有一定尺寸的搭边；②毛刺小，且在同一平面上，尺寸准确，质量高，但材料消耗多。二、修整利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，以切掉普通冲裁时在冲裁件断面上存留的剪裂带和毛刺；尺寸精度↑，表面粗糙度↓。修整后，冲裁件公差等级IT6~IT7表面粗糙度Ra0.8~1.6μm三、精密冲裁特点：公差IT6~IT8级，表面粗糙造度Ra0.8~0.4μm，且生产率高。基本出发点：改变冲裁条件，以增大变形区的静水压作用，抑制材料的断裂，使塑性剪切变形延续到剪切的全过程，在材料不出现剪裂纹的冲裁条件下实现材料的分离→得到断面光滑而垂直的精密零件。精冲法与普通冲裁法所用模具的比较§8-2变形工序变形工序：是使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序。如：拉深、弯曲、翻边、胀型、旋压等。一、拉深1．拉深过程及变形特点利用模具使平面坯料变成开口空心件的冲压工序；可制成筒形、阶梯形、盒形、球形、锥形及其它复杂形状的薄壁零件。拉深的特点①凸模和凹模特点：与冲裁模不同，它们都有一定的圆角而不是锋利的刃口，其间隙一般稍大于板料厚度。②变形特点：拉深件的底部一般不变形，厚度基本不变，直壁厚度有所减小。2．拉深中常见的废品及防止措施最危险部位：直壁与底部过渡圆角处；拉应力材料强度极限时→拉裂防裂措施：（1）正确选择拉深系数d—拉深件直径；D—坯料直径。m↓→d↓→变形程度↑易成拉裂。一般m≥0.5~0.8；坯料的塑性差取上限值，塑性好取下限值。Ddm若m过小→可采用多次拉深。第一次拉深系数m1=d1/D；第二次拉深系数m2=d2/d1；第n次拉深系数mn=dn/dn-1；总的拉深系数m总=m1×m2×mn坯料经过一两次拉深后，应安排工序间的退火处理。（2）合理设计拉深模工作零件①凸凹模的圆角半径材料为钢的拉深件，取r凹=10s（板厚），而r凸=（0.6～1）r凹。这两个圆角半径过小，产品容易拉裂。②凸凹模间隙一般取Z=（1.1～1.2）s，比冲裁模的间隙大。间隙过小，模具与拉深件间的摩擦力增大，容易拉裂工件，擦伤工作表面，降低模具寿命。间隙过大，又容易使拉深件起皱，影响拉深件的精度。（3）注意润滑目的：减小摩擦，以降低拉深件壁部的拉应力，减少模具的磨损。（4）起皱的防止措施①可采用设置压边圈的方法解决；②增加毛坯的相对厚度（T/D）或拉深系数的途径来解决。3．毛坯尺寸及拉深力的确定毛坯尺寸计算：拉深前后的面积不变原则进行。最大拉伸力（圆筒件）：srdDFsb))((3max凹二、弯曲坯料的一部分相对于另一部分弯曲成一定角度的工序。坯料内侧受压，外侧受拉。弯曲时，尽可能使弯曲线与坯料纤维方向垂直以免破裂。弯曲的最小半径：①应为rmin=（0.25～1）s。②材料塑性好，则弯曲半径可小些。回弹现象：①由于弹性变形的恢复，坯料略微弹回一点，使被弯曲的角度增大。②一般回弹角为0～10°。三、其它冲压成形1．胀形主要用于平板毛坯的局部胀形（或叫起伏成形），压制凹坑、加强筋、花纹、标记等。胀形时，毛坯两向拉应力状态，不会产生失稳起皱现象→零件表面光滑、质量好。模具：刚模、软模（广泛采用）2．翻边在坯料的平面部分或曲面部分上使板料沿一定的曲率翻成竖立边缘的冲压成形工序。分类：内孔翻边、不变薄翻边、外缘翻边、变薄翻边。3．旋压旋压过程旋压的基本要点:①合理的转速；②合理的过渡形状；③合理加力。§8-3冲模的分类和构造一、简单冲模二、连续冲模三、复合冲模一、简单冲模在冲床的一次冲程中只完成一个工序的冲模，称为简单冲模。模具简单,造价低。冲床的一次冲程中，在模具不同部位上同时完成数道冲压工序的模具，称为连续模。生产率高，要求定位精度高。二、连续冲模（级进模）冲床的一次冲程中，在模具同一部位上同时完成数道冲压工序的模具，称为复合模。精度高，模具复杂。三、复合模落料拉伸复合模拉伸件落料模弯曲模拉深模连续冲模（续）复合冲模（续）简单模、复合模和连续模的特点比较项目简单模复合模连续模冲压精度一般较低中、高级精度中、高级精度原材料要求不严格除条料外，小件也可用边角料条料或卷料冲压生产率低较高高实现操作机械化自动化的可能性较易，尤其适合于在多工位压力机上实现自动化难，只能在单机上实现部分机械操作容易，尤其适合于在单机上实现自动化生产通用性好，适合于中、小批量生产及大型件的大量生产较差，仅适合于大批量生产较差，仅适合于中、小型零件的大批量生产冲模制造的复杂性和价格结构简单，制造周期短，价格低结构复杂，制造难度大，价格高结构复杂，制造和调整难度大，价格与工位数成比例上升§8-4冲压工艺过程的制定根据冲压件的特点、生产批量、现有设备和生产能力等制定一种技术上可行、经济上合理的工艺方案。汽车发动机支架汽车离合器壳体模具凸、凹模汽车左连接板一.分析冲压件的工艺性二.拟定冲压工艺方案三.确定模具类型与结构形式四.选择冲压设备五.编写冲压工艺文件一、分析冲压件的工艺性冲压件对冲压加工工艺的适应性。影响工艺性的主要因素有冲压件的形状、尺寸、精度及材料等。1、冲压件的结构工艺性在满足零件使用性能的情况下，应有良好的工艺性能，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。（1）对冲裁件的要求（2）对弯曲件的要求（3）对拉深件的要求1）对落料和冲孔件的要求：①零件外形力求简单对称；②尽量避免槽与细长悬臂结构；③冲孔及有关尺寸应符合工艺要求；④转角处应设圆角。不合理的落料外形冲孔件尺寸与厚度关系不同排样方式材料消耗对比①冲裁件外形应能使排样合理，废料最少，有利于材料的合理利用。b）图比a）图更为合理，材料利用率70%②冲裁件的形状应力求简单、对称，凸、凹部分不能太窄太深，孔间距离或孔与零件边缘之间的距离不可太小。③孔的尺寸不能太小：硬钢圆孔：d≥1.3t（板料厚度）；软钢用黄铜圆孔：d≥1.0t；铝及锌圆孔：d≥0.8t。硬钢方孔：a≥1.0t；软钢用黄铜方孔：a≥0.7t；铝及锌方孔：a≥0.5t。2）对弯曲零件的要求：①要考虑材料的最小弯曲半径和锻造流线方向。②弯曲的平直部分H﹥2S。③弯曲带孔零件时，应注意孔的位置。弯曲边高H﹥2S带孔弯曲件,为避免孔的变形，孔的边缘距弯曲中心应有一定的距离,L＞1.5～2s④弯曲半径较小的弯边易产生应力集中而开裂，可钻止裂孔再弯。3）对拉深件的要求①形状应简单、对称，高度不易过大。以便使拉深次数尽量少，并容易成型。②转弯处应有一定圆角。拉深件最小允许半径③拉深件的壁厚变薄量一般要求不应超出拉伸工艺壁厚变化的规律（最大变薄率约在10%～18%左右）。2、改进结构以简化工艺及节省材料（1）复杂件可采用冲压-焊接结构。（2）注意采用冲口工艺，以减少一些组合零件。（3）注意局部加强筋的应用，以减少材料消耗和提高刚度。冲压焊接结构零件冲口工艺的应用×√3、冲压件的精度和表面质量落料最高IT10；冲孔最高IT9；弯曲最高IT9～IT10；拉深件高度IT8-IT9，整形IT6-IT7；拉深件直径IT9～IT10。表面质量不高于原材料的表面质量。二.拟定冲压工艺方案1、选择冲压基本工序根据冲压件形状、大小、尺寸公差及生产批量确定。（1）剪裁和冲裁：板料分离。（2）弯曲：手工工具、折弯机、弯曲模。（3）拉深：空心件（拉深、修边）旋转体空心件（批量不大）采用旋压；大型空心件（小批）采用铆接或焊接代替拉深。2、确定冲压工序原则主要根据零件的形状而确定。(1)对于有孔或有切口的平板零件：当采用单工序模冲裁时，一般应先落料，后冲孔（或切口）；当采用连续模冲裁时，则应先冲孔（或切口）后落料。(2)对于多角弯曲件：当采用简单弯模分次弯曲成型时，应先弯外角，后弯内角。对于孔位于变形区（或靠近变形区）或孔与基准面有较高的要求时，必须先弯曲，后冲孔。否则，都应先冲孔，后弯曲。(3)拉深件：旋转体复杂拉深件：一般是由大到小的顺序进行拉深，或先拉深大尺寸的外形，后拉深小尺寸的内形；非旋转体复杂拉深件：则应先拉深小尺寸的内形，后拉深大尺寸的外形。对于有孔或缺口的拉深件，一般应先拉深，后冲孔（或缺口）。对于带底孔的拉深件，有时为了减少拉深次数，当孔径要求不高时，可先冲孔，后拉深。