第6章冲压工艺设计

冲压工艺与模具设计StampingTechnologyandMouldDesign第6章冲压工艺设计2第6章冲压工艺设计【主要内容】1.冲压零件的结构工艺性2.冲压成形的变形趋向性及其控制3.冲压工序的安排【重点】1.冲压成形的变形趋向性及其控制2.冲压工序的安排36.1冲压件的结构工艺性冲压件的结构工艺性——能否用最简便、最经济的冲压方法生产出合格的冲压件。良好的冲压工艺性是工艺方法先进性和生产经济性的前提。影响冲压件结构工艺性的主要因素——冲压件的形状、尺寸和冲压件的精度要求。一、冲压件的形状和尺寸1.冲裁件P74注意如下几方面：①形状尽可能简单、对称，最好是规则的几何形状。②冲裁件上的悬臂和凹槽的宽度不宜过小→凸模易折断。46.1冲压件的结构工艺性③外形及内孔各直线或曲线连接处应采用圆角过渡→便于模具加工，并可提高模具强度和使用寿命。圆角半径④孔与孔或孔与零件边缘之间应有足够的距离，以保证模具强度和零件质量。一般取，且。⑤在弯曲件或拉深件上冲孔时，孔壁与工件直壁之间应有一定距离→防止凸模在侧向力作用下折断。距离相应模具刃口圆角半径⑥冲孔尺寸不能过小→防止凸模强度太低。tR)9.0~3.0(ta2mma4~3t5.056.1冲压件的结构工艺性2.弯曲件P103①对称零件的圆角半径也应对称→保证弯曲时毛坯受力平衡，无横向滑动。②直边高度不能太小→太小时难以保证准确的形状。弯曲角为时，直边高度，否则应先压槽后弯曲，或加高直边弯曲后再切掉。90tH266.1冲压件的结构工艺性③弯曲有孔的毛坯时，应使孔处于变形区之外→防止孔发生牵连变形而产生扭曲。孔边到弯曲半径中心的距离要求为：时，；时，。不能满足时，可先在弯曲线上冲出工艺孔然后弯曲：mmt2tLmmt2tL276.1冲压件的结构工艺性④局部弯曲某一段边缘时，弯曲线与尖角部位之间应留出一段距离(a)，或开工艺槽(b、d)、工艺孔(c)→防止尖角处因应力集中而撕裂86.1冲压件的结构工艺性⑤弯曲边缘有缺口的零件时，应在缺口处留出连接带→防止缺口处变形分叉。连接带在弯曲后切去。96.1冲压件的结构工艺性3.拉深件P168①尽量减小拉深件的高度→减少拉深次数。②拉深件的形状尽可能简单、对称，避免尖底形→容易成形。对半敞开非对称的拉深件可成对拉深，然后再剖切成两件:106.1冲压件的结构工艺性③带凸缘（法兰）的拉探件各部分尺寸比例要恰当→减少拉深次数：凸缘直径，高度。凸缘外形最好与直壁断面相似，以减小切边余量。④拉深件圆角半径尽量大些→减少整形工序参考数值：圆筒形件底部圆角半径，最好。圆筒形件凸缘圆角半径，最好。矩形盒壁间圆角半径，最好。ddf3dh2trtr)5~3(trd2tr)8~4(trc35hrc116.1冲压件的结构工艺性⑤拉深件上冲孔的要求孔中心至底边距离否则应采用钻孔凸缘上的孔的位置底部孔的孔径tdh21drtdDdp231trddpp2126.1冲压件的结构工艺性二、冲压件的质量1.冲裁件金属冲裁件经济精度为，落料件精度最好低于，冲孔件精度最好低于。表面粗糙度一般为，最高。非金属冲裁件的经济精度为。2.弯曲件变化范围较大，与板料厚度、变形程度及回弹量大小等有关。3.拉深件断面尺寸精度一般低于筒壁上、下部分壁厚差约为11IT10IT9ITumRa50~5.12um3.615~14IT11ITt2.1~6.0136.1冲压件的结构工艺性三、尺寸标注1.冲裁件①要求保证孔心距时应直接标注孔中心线间的距离；②孔的位置尺寸基准应选择在冲压过程中不参与变形的面上；③冲压中的定位基准应尽可能与设计基准重合→避免基准不重合造成的误差。设计时应在标注尺寸时考虑到工序中的定位。2.拉深件①不能同时标注内、外壁尺寸，只能按要求标注其中之一；②阶梯拉深件应以最小截面处的底部为深度方向的统一基准→使高度尺寸容易保证。146.1冲压件的结构工艺性3.弯曲件弯曲件的一些局部结构（如孔）的位置尺寸标注应考虑到冲压顺序的安排。例如图示冲压件需冲孔、落料、弯曲三种工序：图a)所示的标注方法→冲压顺序可以随意安排图b)所示的标注方法→冲压顺序必须是落料-弯曲-冲孔156.2冲压成形中的变形趋向性及控制一、冲压成形中的变形趋向性——毛坯受力后出现不同性质的变形的可能性。在冲压过程中，冲压变形力通过模具传递到传力区和变形区，使变形区产生塑性变形。在变形过程中，变形区和非变形区并不是固定不变的，它们的范围和尺寸不断变化，而且互相转化：166.2冲压成形中的变形趋向性及控制最小阻力定律：同一个毛坯的变形区和传力区是相毗邻的，所以在其分界面上的应力是完全相同的。在同一应力作用下，变形区和传力区都有可能产生塑性变形。由于变形区和传力区之间的尺寸关系不同，所以必有一个区所需的变形力较小而首先进入塑性状态产生塑性变形。也就是说，首先产生塑性变形的区是相对弱区。由此，我们得到一个重要的结论——最小阻力定律：弱区必先变形，变形区应为弱区。176.2冲压成形中的变形趋向性及控制方板拉深试验——最小阻力定律试验：最小阻力定律是确定冲压极限变形系数和复杂形状工件的冲压工艺过程的依据。186.2冲压成形中的变形趋向性及控制如图示的缩口工艺：A区和C区分界面上有相同的压应力C塑变的形式是镦粗，需压应力→C不产生塑变的条件A塑变的形式是缩口，需压应力→A产生塑变的条件要实现缩口，必须有因取决于缩口系数,故就成为确定极限缩口系数的依据。sskkskkDdsk196.2冲压成形中的变形趋向性及控制另外，当变形区或传力区可能有两种以上的变形方式时，则首先发生的是所需变形力最小的变形。如缩口工艺中，变形区有切向收缩和失稳起皱两种变形的可能，而前者的变形力要小于后者。故在设计工艺方案及模具结构时，除应保证变形区为弱区外，同时还要保证变形区要实现的变形方式所需的变形力最小。206.2冲压成形中的变形趋向性及控制二、冲压加工中变形趋向性的控制冲压成形必须正确控制金属流动——开流和限流：开流——在需要金属流动的地方减小阻力，使其顺利流动，达到成形目的。当某处需要金属流入而不能流入时，该局部就会发生变薄，甚至产生断裂。限流——在不需要金属流动的地方增大阻力，限制金属流入。当某处不需要金属流入而流入金属时，多余的金属就会使该处产生起皱。216.2冲压成形中的变形趋向性及控制例：P244图8-41加切口→开流226.3冲压工序的安排增大外径尺寸→限流若落料时外径为，则翻边时与之间的外环部分将产生切向收缩变形。把落料尺寸改为后，与之间的外环部分成为翻边时的“强区”。mm10010092mm11511592236.2冲压成形中的变形趋向性及控制通过改变变形条件可以实现对变形趋向的控制。措施：1.合理确定毛坯和半成品的尺寸各部分的相对尺寸关系是决定变形趋向最为重要的因素。图示毛坯，由于尺寸的相对关系不同→三种可能的变形趋向：拉深、翻边、胀形→三种形状完全不同的零件：pddD、、00246.2冲压成形中的变形趋向性及控制与都较小时，宽度为的环形部分是弱区，将产生毛坯外径收缩的拉深变形（图b）；与都较大时，宽度为的环形部分是弱区，将产生毛坯内孔扩大的翻边变形(图c)；很大而很小或等于零(毛坯无内孔)时，毛坯的中间部分特别是凸模圆角处是弱区→变薄而产生胀形(图d)。pddD、、00pdD0pdd0pdD0pdd0pdD0pdd020pdD20ddp256.2冲压成形中的变形趋向性及控制因此，要实现所要求的变形，必须根据冲压件的形状合理确定毛坯各部分的相对尺寸关系。266.2冲压成形中的变形趋向性及控制2.改变模具工作部分的几何形状和尺寸——控制毛坯变形趋向的常用措施。改变模具工作部分的几何形状和尺寸可以控制毛坯变形趋向：如：↑凸模圆角半径、↓凹模圆角半径→↑拉深的阻力而↓翻边的阻力→有利于翻边而不利于拉深。反之则有利于拉深而不利于翻边。3.改变毛坯与模具接触面之间的摩擦阻力如上图中，若↓压边圈及凹模表面与毛坯之间的摩擦阻力（通过减小压边力、加润滑等），则有利于拉深而不利于翻边和胀形。对变形毛坯的润滑以及合理确定润滑部位，是控制变形趋向的有效措施。276.2冲压成形中的变形趋向性及控制4.降低变形区的变形抗力或提高传力区的强度措施：局部加热——降低变形区的变形抗力局部深冷——提高传力区的强度典型实例：温差拉深法286.3冲压工序的安排工序安排是保证产品质量和降低生产成本的关键。一、工艺方案在技术上应满足的要求1.变形规律的要求应遵循“弱区必先变形，变形区应为弱区”的塑性变形规律。2.工件质量的要求保证工件的质量要求是拟定工艺方案的主要依据。3.操作要求必须保证工人操作的方便与安全，注意减轻劳动强度。4.模具结构、强度和寿命的要求考虑工艺过程时应注意到模具的结构是否过于复杂、强度是否足够、工作是否可靠以及模具寿命如何。296.3冲压工序的安排二、工序性质的确定1.冲压件形状尺寸是确定工序性质的基本依据根据前面各章论述的各基本工序的变形性质和应用范围可知，相当多的冲压件都可以从产品零件图上直观地分析出工序性质。2.“弱区必先变形，变形区应为弱区”的结论是决定工序性质的基本准则对难以从形状、尺寸判断工序性质的冲压件，必须经过分析计算来判断冲压变形时的“弱区”，从而确定相应的工序性质。或有意识增加一些附加工序以便控制毛坯或前期工序半成品尺寸，人为地造成冲压变形时的“弱区”，使工序变形的性质符合成形要求。306.3冲压工序的安排例如：翻边件的生产：若落料时外径为，则翻边时与之间的外环部分将产生切向收缩变形。把落料尺寸改为后，与之间的外环部分成为翻边时的“强区”。翻边后再切边，使外径尺寸切到要求的，切边工序就是附加工序。mm10010092mm11511592mm100316.3冲压工序的安排刹车阀体的冲压生产：落料时冲出的孔，使拉深时与之间的毛坯底部和与之间的外部都产生一定变形，即利用孔的扩大来补偿外部材料的不足。冲孔是附加工序。底孔可以改变变形的趋向，称为变形减轻孔。若不冲出孔，则毛坯直径应为，拉深系数为，小于极限值，且凸缘圆角半径较小→一次拉深不可能实现mm8.10338.1076338.1041.0813381326.3冲压工序的安排3.保证冲压产品的质量要求，是确定冲压工序性质的基本出发点为保证冲压件质量要求，决定冲压工序性质时，应注意对几何形状或尺寸精度要求较高的零件增加必要的校形工序或其他工序：精度高的孔及落料件应采用精密冲裁或增加修整工序成形件在成形后采用校平或整形工序用变薄拉深的办法实现拉深件的精整有厚度变薄限制的零件，一般不用翻边工序而采用拉深后切底的工艺。336.3冲压工序的安排三、工序数量的确定完成冲压件生产的全部工序，包括辅助工序。确定原则：在保证产品质量的前提下，工序数量尽可能少。工序数量主要受零件几何形状及结构复杂程度的限制，同时也受产品精度要求、材料性质等诸因素的影响。充分利用冲压件结构特征和工艺特性，适当减少辅助工序，可以把工序数量控制到最少。346.3冲压工序的安排四、工序顺序的安排主要取决于冲压变形规律和零件的质量要求，其次要考虑到操作方便、毛坯定位可靠及模具简单等。拟定冲压工序顺序时一般应遵循下述原则：1.工序顺序的安排要保证每道工序的变形区为“弱区”，同时不允许非变形区成为“弱区”参与变形。——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。2.前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。356.3冲压工序的安排3.冲孔工序的安排原则①孔一般应在平板毛坯上冲出，但后续工序中要变形或受变形影响的孔应后冲。②拉深件外边缘和翻边件竖边部分的孔分别在拉深和翻边后冲出。③成形件（如拉深件、弯曲件）上精度要求高的孔及有位置要求的孔，应在成形后冲出，其余孔可视情况提前冲出。④冲裁件上大孔