冲压件设计

冲压(Stamping)冲压是在常温下利用压力机并依靠模具对金属材料剪切，使之变形获得所需形状的工艺。压力机属于锻压机的一类，冷冲压的压力机有机械压力机和液压压力机，常用的是机械压力机(冲床)。冲压工艺(StampingProcess)(1)落料Cutting落料:从材料上沿着封闭轮廓分离出工件初胚的工艺。(2)冲孔Punching冲孔:从工件上沿着封闭轮廓分离出废料，获得所需要的带孔零件的工序。(3)压凸/压筋Embossing压凸/压筋:用凸模挤入工件的一面，迫使材料流入对面凹坑以形成凸起的一种冲压工序。用途：a)增强产品强度b)代替其他子件(4)弯曲Bending弯曲:弯曲是把板材加工成具有一定的角度和形状的零件成形方法,材料在模具的作用下产生弯曲变形。(5)卷边和翻边RevolvingandHemming卷边:对板、圆筒或圆形容器或圆形容器的端部进行圆形卷边的加工。翻边:翻边是沿外形曲线周围将材料翻成侧立短边的一种冲压工序。(6)冲沉孔Chamfering冲沉孔:可借助模具在零件孔侧压出锥形沉孔或圆柱形沉孔,一般用于装配沉头螺丝或去除毛刺。(7)翻孔TurnsHole翻孔:沿内圆孔周围将材料翻成侧立凸缘的冲压工序，一般用于薄片攻螺纹孔。(8)切舌与切开/冲桥位PartCutting&BridgeForming切舌:将材料沿轮廓局部而不是完全分离的一种冲压工序。被局部分离的材料，具有工件所要求的一定位置，不再位于分离前所处的平面上。切开/冲桥位:将材料沿敞开轮廓局部而不是完全分离的一种冲压工序。被切开而分离的材料位于或基本位于分离前所处的平面。(9)拍披锋Deburring拍披锋:利用模具清除剪切带来的锋利毛刺。(10)拉深DeepDraw拉深:把平直毛料或工序件变为空心件，或者把空心件进一步改变形状和尺寸的一种冲压工序。拉深时空心件主要依靠位于凸模底部以外的材料流入凹模而形成的。(11)切边Cutting切边:为了得到精确的形状的零件，按预定的切断线将废料从零件上切去的加工。冲压件设计的注意事项(一)材料选用及零件布局(1)材料选用根据厚度，强度，弹性要求，不同的应用场合选择合适的材料。(2)冲压零件的布局优化设计，合理布局，争取采用无废料或少废料的排布方法。(3)冲压件的形状在满足产品需求的情况下，尽可能简单，对称，使排样废料最少。(二)零件厚度与加强筋(1)厚度为保证模具的寿命，产品的质量及材料在市场上的订购，冲压材料的厚度应取以下范围：铁料/不锈钢:0.1≤t≤3(mm)铜/铝:0.1≤t≤4(mm)(2)加强筋对于较大或较长的钣金件，为提高其强度，应适当设计加强筋。另外，在弯曲件的弯角处再作弯折，能起到筋条的加强作用。(三)弯曲弯曲是依靠材料流动而不依靠材料分离，使用弯曲改变角度或形状的成形方法。大多数需要成形的零件可以在普通压力机上用模具实现，也可以利用折弯机等专用设备进行成形加工。材料在成形的作用下产生弯曲变形，变形区主要集中在下图abc区域内。金属受拉力及应力作用，其过程可分为弹性变形阶段和塑性变形阶段。弹性变形阶段:材料在成形的初始阶段，弯曲力不大，材料的内外层金属受拉应力作用未达到屈服极限产生弹性变形(图a)。塑性变形阶段:当弯曲力继续增大，材料的弯曲率半径随着变小，材料的内外层金属由弹性变形阶段进入塑性变形阶段，然后塑性变形区逐步从材料的内外层金属向材料的厚度中心扩展变形，由弹性变形过渡为塑性变形(图bc)。(1)常用折弯模具为了延长模具的寿命，零件设计时，尽可能采用圆角。(2)折弯半径折弯过程中，内层压缩，外层拉伸，R角过大或过小皆不宜，过大回弹，过小则破裂。随着折弯工艺的不断完善，很多厂商目前都可以做到零R角。(3)折弯直边高度当弯曲90˚角时，弯曲件圆角区以外的直边高度H2t时才能保证其质量。(4)避免折弯在斜边上防止侧面（梯形）弯曲时产生裂纹或畸形。应设计预留切槽，或将根部改为阶梯形。槽宽K≥2t，槽深L≥t+R+K/2。(5)U形折弯在U形弯曲件上，两弯曲边最好等长，以免弯曲时产生向一边移位。如不允许，可设一工艺定位孔。(6)确保足够的圆弧空间当a＜R时，弯曲后，b面靠a处仍然有一段残余圆弧，为了避免残余圆弧，必须使a≥R。(7)预留切口为防止圆角在弯曲时受压产生挤料后起皱，应设计预留切口。(四)冲切与冲孔(1)最小冲孔直径和最小方孔边长(2)孔间距，孔边距，孔到折弯的距离以上距离通常取C≥3t(3)冲切缺口原则冲切缺口应尽量避免尖角，尖角形式容易减短模具使用寿命，且尖角处容易产生裂纹。因此，产品设计尽可能加圆角。(4)悬臂或狭槽结构/凸出或凹入部分冲切件的形状应尽量简单，尽量避免冲切件上的过长的悬臂狭槽。对于一般钢A≥1.5t，对于合金钢A≥2t，对于黄铜或铝A≥1.2t。(5)常用自攻螺钉底孔，翻边孔直径及翻边高度(五)冲压力的计算F=LtS*1.3F=Cuttingpressure(冲压力)L=Shearplaneborder(剪切面周界)t=Materialthickness(材料厚度)S=Shearingstrengthofbythepunchingshearmaterial(被冲剪材料的抗剪强度kgf/mm²)EG:假如材料为SPCC,片材抗剪强度为35kgf/mm²，最小冲剪力为:F=LtS*1.3=[(100+50)*2+(80+30)*2]*2.0*35*1.3=47320kgf(六)冲切断面与毛刺(1)冲切断面因板材经模具剪切后，断面会有两种状态:平滑剪切面(光亮带)和剪切撕破断面(断面带)。一般图纸在技术要求中极少注明冲切断面的要求，极少精密零件会要求光亮带的范围。t-materialthickness材料厚度A-smoothcuttingface(brightband)光亮带B-tearsface(sectionbelt)断面带R-tearsradius剪切半径a-sectionangle断裂角C-burrheight毛刺高度(2)拍披锋，去除毛刺注意毛刺的方向，避免伤人。在加工生产时可以通过拍披锋工序去除毛刺。(3)披锋/毛刺高度若设计未指定披锋要求，通常按以下披锋高度控制。铜/铝:≤12%t铁料:≤10%t不锈钢:≤8%t(七)表面处理方式电镀，拉丝，喷砂，烤漆，抛光，氧化等。表面处理的标示方法详见GB/T13911-2008。(八)尺寸标注与公差(1)公差原则钣金件的公差需考虑产品的性能和经济两方面，可参考以下公差原则：(a)冲压件的设计尺寸基准尽可能与制造的定位基准相重合，这样可以避免尺寸的制造误差。(b)冲压件的孔位尺寸基准，应尽可能选择在冲压过程中自始至终不参加变形的面或线上，且不要与参加变形的部位联系起来。(c)对于采用多工序在不同模具上分散冲压的零件，要尽可能采用同一个定位基准。(2)冲压件未注公差未注尺寸公差:GB/T13914-92未注角度公差:GB/T13915-92未注形位公差:GB/T13916-92(九)冲压件的连接(1)焊接点焊(电阻焊)，电弧焊，气体保护焊(CO2,Ar)，激光焊，气焊等。(2)铆接螺母铆接螺母常见的形式有压铆螺母柱，压铆螺母，拉铆螺母，涨铆螺母，浮动压铆螺母。影响铆接质量的因素主要有:基材性能，底孔尺寸，铆接方式。因此使用铆接螺母时注意以下事项:a)不要在铝板阳极氧化或表面处理之前安装钢或不锈钢铆装紧固件。b)同一直线上压铆过多，被挤压的材料没有地方可流动，会产生很大的应力，使工件弯曲成弧形。c)尽量保证在板的表面镀覆处理后再安装铆装紧固件。d)M5,M6,M8,M10的螺母一般要点焊，太大的螺母一般要求强度较大，可采用弧焊，M4(含M4)以下尽量选用涨铆螺母，如是电镀件，可选用未电镀的涨铆螺母。e)当在折弯边上铆压螺母时，为保证铆压螺母的铆接质量，需注意:铆孔边到折弯边的距离必须大于折弯的变形区;铆装螺母中心到折弯边内侧的距离L应大于铆装螺母外圆柱半径与折弯内半径之和，即LD/2+r。(3)凸焊螺母/点焊螺母凸焊螺母（点焊螺母）在钣金件结构设计中应用非常广泛，推荐使用焊接六角螺母GB/T13681-92，焊接时有自定位结构。(4)翻孔攻丝翻孔攻丝具有安装容易，拆卸方便，操作简单的优点。常用的粗牙螺纹翻孔尺寸如下:(5)抽孔铆接抽孔铆接是钣金之间的铆接铆接方式，主要用于涂层钢板或者不锈钢板的连接，采用其中一个零件冲孔，另一个零件冲孔翻边，通过铆接使之成为不可拆卸的连接体。优点:翻边与直孔相配合，本身具有定位功能，铆接强度高，通过模具铆接效率也比较高。另外，为提高产品的强度和密封要求，可将其优化为:(6)托克斯铆接托克斯铆接是将两个板叠放在一起，利用模具进行冲压拉伸，主要用于涂层钢板或者不锈钢板的连接，它具有节省能源、环保、效率高等优点，以前通讯行业的机箱中采用这种铆接较多，但批量生产的质量控制较为困难，现在已经应用较少，不推荐采用。