第7 章 冲压工艺设计

第7章冲压工艺设计(StampingProcessDesign)教学目标了解冲压工艺设计的内容和要求，了解冲压工艺设计过程，熟悉冲压件的工艺性分析，掌握冲压工艺方案的拟定、冲压模具设计内容，了解冲压工艺文件及设计计算说明书的编制。本章应该具备的能力：具备冲压件工艺性分析、冲压工艺方案的拟定、冲压模具设计、编制设计计算说明书的基本能力。教学要求能力目标知识要点权重自测分数了解冲压工艺设计过程冲压工艺设计的一般步骤10%熟悉冲压件的工艺性分析冲压件工艺性的目的及分析冲压件工艺性的方法15%掌握冲压工艺方案的拟定工序性质、工序数量、工序顺序、工序组合的拟定25%掌握冲压模具设计内容模具类型和结构形式确定、冲压工艺计算、模具总装图及零件图绘制30%了解冲压工艺文件及设计计算说明书的编制冲压工艺文件及设计计算说明书内容20%引例在学习了几种典型冲压模具的设计后，我们了解到制造一个复杂的零件往往需要多个冲压工序，这些工序如何组合，先后顺序如何安排，模具结构如何选择等，是保证制件质量的关键问题。这也是冲压工艺设计需要了解的内容。思考上图所示零件的包括哪些冲压工序，先后顺序如何安排？模具设计与制造·182··182·7.1冲压工艺设计过程(DesignProcedureofStampingProcess)冲压工艺设计是冲压生产前一项十分重要的准备工作，对冲压件产品的质量、劳动生产率、生产成本、工人的劳动强度、安全生产等诸多方面都有重要的影响。进行冲压工艺设计时，要充分考虑模具设计的经济性、零部件的机加工工艺性以及生产条件的现实性。冲压工艺设计的内容，包括编制冲压工艺规程和冲压模具设计。1.冲压工艺设计所需原始资料(FirsthandInformationRequiredforStampingProcessDesign)进行冲压工艺设计时，必需的原始资料如下。(1)冲压件的图纸和技术要求。这是整个设计工作的基础。通过对其冲压工艺性的分析，确定合适的冲压工艺方案，合理地安排冲压工序，设计出模具。(2)原材料的尺寸规格、力学性能、工艺性能。这些可以决定排样设计及冲压间隙等主要模具结构参数。(3)生产批量。用于确定模具的结构类型。(指单工序模、复合模或连续模)(4)冲压设备的型号、规格、主要技术参数及使用说明书。这关系到冲压力的大小是否能满足模具的需要以及冲压模具的安装等问题。(5)模具的制造条件及技术水平。应充分考虑模具零部件的机加工工艺性，选用合适的零部件结构形式。(6)有关技术标准、设计手册等技术资料。进行模具设计时，要尽可能选用标准件，以降低模具的制造周期和费用。2.冲压工艺设计的一般步骤(GeneralProcedureofStampingProcessDesign)(1)分析冲压件的工艺性；(2)拟定冲压工艺方案；(3)模具设计；(4)选择冲压设备；(5)编制工艺文件及设计计算说明书。7.2冲压件的工艺性分析(ProcessabilityAnalysisofStampingPart)7.2.1冲压件的工艺性(ProcessabilityofStampingPart)冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性，即设计的冲压件在材料、结构、形状、尺寸及公差要求、尺寸基准等方面是否符合冲压加工的工艺要求。各类冲压件的工艺性见前面相关章节。7.2.2分析冲压件工艺性的目的(PurposeofProcessabilityAnalysisofStampingPart)分析冲压件的工艺性，是为了检查该零件的尺寸、形状、精度要求、材料等是否符合第7章冲压工艺设计·183··183·冲压工艺的要求。如果发现冲压件的工艺很差，则应会同设计人员在保证产品使用的前提下，对冲压件的形状、尺寸、精度要求以及原材料的选用进行必要的修正。特别是要强调的是以下两点。(1)产品的零件图是进行工艺性分析的重要依据。(2)在进行冲压工艺分析时，应充分考虑冲压加工的经济性。虽然冲压工艺是一种先进的工艺方法，并因生产率高、材料利用率高、操作简单等一系列优点而被广泛采用，但由于模具制造费用高而使产品生产批量的大小对其经济性起着决定性的作用。批量小时，冲压加工的低成本优越性就不明显，这时采用其他方法制造零件可能会有更好的经济效益。如在零件上加工孔，批量小时采用钻孔就比冲孔经济合算。7.3冲压工艺方案的拟订(StampingProcessScheme)冲压工艺方案的拟订是指确定零件冲压时所需工序的性质、数量、顺序和组合方式，是在对冲压件进行工艺性分析的基础上进行的。通过对各种方案的综合分析和比较，从企业现有的生产技术条件出发，确定出经济上合理、技术上切实可行的最佳工艺方案。7.3.1工序的性质(ProcessFeature)1．工序的性质工序的性质是指所选用的基本冲压工序的种类。如分离工序中的冲孔、落料、切边，成形工序中的弯曲、拉深等。2．工序性质的确定工序性质的确定主要取决于冲压件的结构形状、尺寸精度，同时还要考虑工件的变形性质和具体的生产条件。在一般情况下，可以从工件图上直观地确定出冲压工序的性质。如平板状零件的冲压加工，通常采用冲孔、落料、切口等冲裁工序；弯曲件的冲压加工，通常采用落料、弯曲等工序；拉深件的冲压加工，通常采用落料、拉深、切边等工序。但在某些情况下，需要对工件图进行计算、分析、比较后才能确定其工序的性质。7.3.2工序的数量(ProcessAmount)1．工序数量的含义工序的数量是指同一工序重复进行的次数。有的资料中，把“工序的数量”定义为冲压加工过程中所需工序数量的总和。2．确定原则工序的数量主要取决于冲压件的材料性能、几何形状和尺寸精度。在保证冲压件质量的前提下，为提高经济效益和生产率，工序数量应尽可能少些。具体的确定原则如下。(1)冲裁工序。主要是考虑冲裁凹模的强度。如两个非常靠近的孔，若凹模的强度不足，就不能一次冲出，而应分两次冲出。模具设计与制造·184··184·(2)弯曲工序。主要考虑弯曲角的多少、相对位置及弯曲方向。(3)拉深、翻边、胀形等工序。由于受极限变形程度(如拉深系数、翻边系数)的限制，工序的数量应通过计算而定。7.3.3工序的顺序(ProcessSequence)1．工序顺序的含义工序的顺序是指各拉深工序的先后次序。2．排工序顺序的原则工序的顺序主要取决于冲压变形的规律和零件的质量要求，在安排冲压件工序的顺序时，要充分考虑定位问题，前后工序应尽可能使用同一基准。其安排的一般原则如下。(1)所有的孔，只要其形状和尺寸不受后续工序变形的影响，都应在平板毛坯上冲出(主要是考虑模具的结构、坯料定位等因素)。当工件上有位置靠近、大小不一的两个孔时，应先冲大孔，后冲小孔，以免冲裁大孔时的材料变形引起小孔的变形。(2)对于有孔(或切口)的冲裁件，如果采用单工序模具，应先落料、后冲孔(切口)；若采用复合模具，则应同时进行；若采用连续模具，则应先冲孔、后落料。(3)带孔的弯曲件一般应先冲孔后弯曲。但是，当孔在弯曲影响区内或孔位尺寸要求严格时，则应先弯曲、后冲孔。(4)多角弯曲件应从材料变形和弯曲时材料运动两个方面安排弯曲的顺序。一般应先弯外角，后弯内角。(5)带孔的拉深件，应先拉深，后冲孔。当孔在拉深件底部，且孔径尺寸要求不高时，也可以先冲孔，后拉深。(6)形状复杂的拉深件，为便于材料的流动和变形，应先拉深成形内部形状，再拉深成形外部形状。(7)整形、校正、切口等工序应安排在冲压件基本成形后进行。7.3.4工序的组合(ProcessCombination)工序的组合就是工序的分散与集中，即是采用工序分散的单工序模具还是采用工序集中的复合模具或连续模具。这主要取决于冲压件的生产批量，详细情况在模具设计章节中讲解。例：制订如图7.1所示制件的冲压工艺方案。(1)该零件是带两个孔、需要进行切口的弯曲件。(2)需要进行的冲压工序有落料、冲孔、切口、弯曲4种。(3)顺序安排如下。①28φ×孔在弯曲变形影响区内(孔边到弯曲半径中心的距离S＝0，要求：当t≥2mm时，S≥2t＝4mm),且孔间距要求较严格(26mm±0.08mm)，因此应先弯曲、后冲孔。②切口工序一般在最后。③单工序排列次序为落料→弯曲→冲孔→切口。图7.1制件图第7章冲压工艺设计·185··185·(4)工序组合。①冲孔和切口同属冲裁工序，且相互没有影响，可组合在一起。冲压工艺方案为落料→弯曲→冲孔和切口。②当批量大时，可以把落料、弯曲组合在一起，使用复合模结构。冲压工艺方案为落料、弯曲→冲孔、切口。7.4模具设计(DieDesign)7.4.1确定模具的类型和结构形式(DieStyleandStructureDetermination)1．模具类型模具类型是指采用单工序模具、复合模具还是连续模具，这主要取决于冲压件的生产批量。一般大批量生产时，应尽可能地把工序集中起来，即采用复合模或连续模，以提高生产率，降低生产成本。小批量生产时，则宜采用结构简单、制造方便的单工序模具。但是，对于一些不便取拿的小件，从方便送料和安全角度考虑，批量小时也可采用工序集中的复合模或连续模；对于大型冲压件，考虑工序的传递不便和采用单工序模有可能使模具费用增加等因素，批量小时也可采用复合模。2．结构形式模具的结构形式是指模具采用正装结构还是倒装结构。(1)单工序冲裁模具。一般都采用正装式(冲落部分从凹模内落下，结构简单)，当落料要求平整时，可采用弹顶将落料从凹模内顶出(冲裁时，弹顶板和凸模一起夹紧平板料)。(2)复合模具。冲裁一般采用倒装式。(3)首次拉深模。无压边装置时，多采用正装式(出料方便，从凹模内漏下)；带压边装置时，多采用倒装式(考虑弹顶系统的安装位置)。(4)其他模具据实际情况而定。7.4.2选择工件的定位方式(PositioningSystemSelectionofthePart)工件在模具中的定位，主要考虑定位基准、上料方式、操作安全可靠等因素。(1)选择定位基准时，应尽可能与设计基准重合。(2)当零件采用多工序分别在不同的模具上冲压时，应尽量使各工序采用同一基准。具体选择如下。①平板零件：最好用相距较远的两孔定位，或用一个孔和外形定位。②弯曲件：可用孔或外形定位。③拉深件：可用外形、内形、底面上的孔，或切边后的凸缘等来定位。④用条料冲压时：应考虑其纵向的挡料和横向的导料。7.4.3选择卸料方式(DischargingModeSelection)冲压后，制件会卡箍在凸模或凸凹模上，为了保证正常的连续生产，设计冲压模具时模具设计与制造·186··186·必须考虑卸料。(1)冲裁模具必须使用卸料装置。当工件较厚时(t≥3mm)，应选用刚性卸料装置；当带孔部分有平整要求时，应选用弹性卸料装置。(2)弯曲模具一般不使用卸料装置(因弯曲件有回弹现象，所以一般不会卡箍在凸模上)，但当弯曲模单边间隙值C＜t时，可能会出现负回弹现象，这时需设计卸料装置。(3)拉深模一般不设计专用的卸料装置。①当无压边装置时，可利用拉深件的回弹，用凹模下方的台阶卸料。②当带压边装置时，可利用压边圈卸料。7.4.4冲压工艺计算(StampingProcessCaculation)冲压工艺计算包括毛坯尺寸计算、压力中心的计算、半成品尺寸计算等。具体计算参见前面单节所讲内容。7.4.5绘制模具总装配图(DraftingGeneralAssemblyDie)冲模图纸由总装配图和零件图两部分组成。总装配图的绘制应与零件的选用、设计相结合，尽量采用1∶1的比例，同时还要保存相关资料，以备拆绘零件图时使用。先画结构草图，再绘制正式的总装配图。1．视图装配图应能清楚地表达各零件之间的相互位置关系，一般用主视图和俯视图表示，必要时再另外加画局部视图。(1)主视图一般画冲压结束时的工作位置。①应尽可能将模具的所有零件画出，可采用全剖视或阶梯剖视，另加局部剖视的画法。②若下模座上有弹顶装置，可以不全部画出，只画出顶杆等件，其他零件从画出的零件上用引件号标出。③当剖视位置较小时，螺钉和圆柱销可以各画一半，各引一个件号标出。④剖视图中所剖切到的凸模、顶