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第七章——冲压工艺设计第七章冲压工艺设计本章主要介绍冲压工艺过程方案的编制及其实例。冲压件的生产过程包括：原材料淮备、冲压和其他辅助工序(如退火、酸洗、表面处理等)。——对于某些组合冲压件或精度要求较高的冲压件，还需要经过切削、焊接或铆接等加工，才能完成。编制冲压工艺过程方案的任务：是根据本单位的生产条件，对以上这些工序做出合理的安排，找出一种技术上可行、经济上合理的工艺方案。编制冲压工艺过程的主要内容有：(1)对冲压件进行工艺分析。(2)通过分析比较，确定最佳工艺方案。(3)确定模具结构形式。(4)合理造择冲压设备。(5)编写工艺文件和设计计算说明书。第七章——冲压工艺设计一、编制冲压工艺过程的主要内容和步骤1、对冲压件的工艺分析：包括技术和经济两方面内容。技术方面：根据产品图纸，主要分析该冲压件的形状特点、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺的要求；经济方面：主要根据冲压件的生产批量，分析产品成本，阐明采用冲压生产可以耿得的经济效益。目的：冲压件的工艺分析，主要目的是在不影响零件使用的前提下，能否以最筒单最经济的方法冲压出来。能够做到的，表示该冲压件的工艺性好，反之，工艺性差。第七章——冲压工艺设计影响冲压件工艺性的因素：(1)冲压件形状和尺寸：对于冲裁件：要求外形简单对称，最好是由圆弧和直线组成，应该避免冲裁件上过长的悬臂和狭槽，其宽度要大于料厚的两倍，即b2t，如图7-1a所示。第七章——冲压工艺设计要求：冲裁件外形不能有尖角，应采用ｒ0.5t的圆角(ｒ为圆角半径)，这有利于模具制造和提高模具寿命。冲裁时，为了防止凸模折断或压弯，冲孔尺寸不能太小，用一般冲孔模可以冲压的最小孔径见表7-1，凸模采用保护套结构可冲压的最小孔径见表7-2。冲裁件孔与孔、或孔与边缘的间距b、b1，(图7-1b，c)，与模具强度和寿命以及冲裁件的质量有关，其值不宜过小，一般取b≥1.5t，b1≥t。第七章——冲压工艺设计对于弯曲件：直边长度L、Ll不宜过小，一般其值应大于2t(见图7-2)；弯曲处的圆角半径不能小于最小弯曲半径，其值见表3-7。弯曲时应防止孔的变形，要求孔壁与弯曲处有适当距离L(图7-3)，在材料厚度t2mm时，取L≥t；t≥2mm时，取L≥2t。若L值不能满足上述规定，则应先压弯后再冲孔。弯曲件形状应尽量对称，以避免压弯时的毛坯偏移，如果形状不对称或弯曲时毛坯容易发生移动，则应考虑增加工艺孔定位，如图7-4所示。多次弯曲的冲压件，为防止材料移动，更需要考虑在冲压件上设计出定位工艺孔。第七章——冲压工艺设计对于拉深件：圆角半径不能过小。底部与壁部之间的圆角半径，一般取材料厚度的3～5倍；壁部与凸缘间的圆角半径，取材料厚度的5～10倍。当圆角半径小于上述规定时，需增加整形工序。拉深件形状应尽可能对称，避免急剧转角或凸台，拉深高度应尽可能小，以减少拉深次数，挺高冲压件质量。(2)冲压件精度冲压件精度与模具结构型式及其制造精度等因素有关。冲裁件：内、外形所能达到的经济精度、两孔之间的孔距公差、孔与边距的尺寸公差、冲裁件的角度偏差以及剪断面的近似粗糙度值分别如表7-3～表7-7所示。第七章——冲压工艺设计第七章——冲压工艺设计弯曲件：弯曲件的精度与板料的机械性能、厚度、模具结构和模具精度、加工次数和先后顺序以及冲压件形状和尺寸等因素有关。弯曲件外形尺寸与角度公差所能达到的精度，分别见表7-8和表7-9。第七章——冲压工艺设计第七章——冲压工艺设计拉深件的径向尺寸精度以及圆筒形拉深件和带法兰筒形拉深件所能达到的高度方向尺寸精度，分别见表7-10～表7-12。第七章——冲压工艺设计(3)尺寸标注：冲压件的尺寸标注应符合冲压工艺的要求。图7-5a所示的冲裁件尺寸标注方法是不合理的，因为这样标注两孔的中心距公差会随模具磨损而增大，应改为图7-5b的标法，两孔的间距才与模具磨损无关，其公差值也可减少。图7-6弯曲件的尺寸注法：会影响冲压工序的先后安排。图7-6a：先落料、冲孔，然后压弯成形——工艺比较简单、合理。图7-6b：冲孔应安排在压弯后进行——增加了工序。图7-5冲裁件的尺寸标注图7-6弯曲件的尺寸标注第七章——冲压工艺设计拉深件的径向尺寸，应注明是保证内壁尺寸，还是保证外壁尺寸，内、外壁尺寸不能同时标注。带台阶的拉深件，其高度方向的尺寸标注，一般应以底部为基准，若以上部为基准，高度尺寸不易保证，如图7-7a、b所示。图7-7带台肩拉深件的尺寸标注(4)生产批量模具制造费用很高，约占冲压件总成本的10%～30%。因此，生产量小时，采用其他加工方法可能比冲压方法更为经济，只有在大批量生产条件下，冲压加工才能取得明显的经济效益。一般来说，大批量生产时，可选用连续模和高效冲压设备，以提高生产效率；中小批量生产时，常采用单工序简单模或复合模，以降低模具制造费用。第七章——冲压工艺设计(5)其它冲压件的工艺分析，还应分析冲压件厚度、板料性能以及冲裁、弯曲和拉深等基本工序中常见的生产问题对冲压工艺性的影响。可在不影响使用要求的条件下，对冲压件形状、尺寸、精度和原材料选用进行必要的修改，用以改善零件冲压工艺性能和提高经济效果。实例：如图7-8所示冲压件：在不改变三孔相对位置的前提下，将冲压件外形修改为图7-8b的形状，进行无废料冲压，材料利用率可提高40%，生产率提高一倍。第七章——冲压工艺设计图7-9b所示的接头冲压件，外形经过适当修改，可以进行少废料生产图7-9a，材料可节省35%～40%，生产率提高一倍。图7-10所示形状的弯曲件，弯曲处材料容易撕裂，工艺性较差，若在弯曲前的毛坯上预先冲出工艺槽或工艺孔(图7-l0a、b)，弯曲处的缺陷就可以得到克服。第七章——冲压工艺设计图7-11所示的消声器后盖拉深件，在不影响使用要求的前提下，几何形状和尺寸稍加修改后，冲压工序可由八道降为两道，材料节省50%。由此可见：进行冲压件工艺分析时，要求考虑的问题是多方面的，目的是使冲压件易于加工和具有良好的经济效益。第七章——冲压工艺设计2、确定冲压件的最佳工艺方案确定冲压工艺方案的主要内容如下：(1)冲压性质剪裁、落料、冲孔、切边、弯曲、拉深、翻边等是常见的冲压工艺，各有其不同的性质、特点和用途。编制冲压工艺时，可以根据产品图纸和生产批量等要求，合理地选挥这些工序。一般产品的形状可直观地反映出所需的工序性质，但是某些冲压件的工序性质，必须经过分析和计算，才能确定。第七章——冲压工艺设计实例：图7-12a和b为油封内夹圈和外夹圈冲压件：直边高度分别为8.5mm和13.5mm。内夹圈：选用落料冲孔和翻边，共两道工序，翻边系数为0.8。外夹圈：如果采用与内夹圈相同的冲压工序，则翻边前的孔径很小，翻边系数只有0.68，超过了圆孔翻边的极限变形程度，工艺上是不允许的。但是通过计算和分析可知，对该零件选用落料、拉深、冲孔和翻边等四道工序来制造是比较合理的。第七章——冲压工艺设计(2)冲压次数和冲压顺序冲压次数：定义——是指同一性质的工序重复进行的次数。拉深件——可根据它的形状和尺寸，以及板料许可的变形程度，计算出拉深次数；弯曲件或冲裁件——根据具体形状和尺寸以及极限变形程度来决定。冲压顺序安排原则：工序的变形特点和质量要求。(a)对于带孔的或有缺口的冲裁件：简单模：先落料、再冲孔或切口。连续模：先冲孔或切口，后落料。(b)对于带孔的弯曲件——若孔边与弯曲区的间距较大：先冲孔，后弯曲。如果孔边在弯曲区附近：必须在零件压弯后再冲孔。孔与基准面的间距有严格耍求时：也应先压弯后冲孔。(c)对于带孔的拉深件：一般都是先拉深，后冲孔，但是孔的位置在零件底部，且孔径尺寸要求不高时，也可以先在毛坯上冲孔，后拉深。(d)多角弯曲件：应从材料变形和弯曲时材料移动两方面安排弯曲的先后顺序。一般：先弯外角，再弯内角。(e)对于形状复杂的拉深件：为便于材料变形和流动，应先成形内部形状，再拉深外部形状。(f)整形或校平工序：应在冲压件基本成形以后进行。第七章——冲压工艺设计(3)工序的组合方式——这主要取决于冲压件的生产批量、尺寸大小和精度等因素。生产批量大：冲压工序应尽可能地组合在一起，进行复合模或连续模冲压；小批量生产：常选用单工序简单模——但对于尺寸过小的冲压件，考虑到单工序模上料不方便和生产率低，也常选用复合模或连续模生产；当选用的几个单工序模制造费用比复合模还高，而两生产批量又不大时，也可以考虑将工序组合起来，选用复合模生产。对于有精度要求的零件，为了避免多次冲压的定位误差，也应选用复合模冲压。工序组合方式：可以选用复合模或连续模。一般的，复合模的冲压精度比连续模高，但是，连续模的生产率较高，操作比较安全，若装有自动送料装置，可适用于小件的自动冲压。复合模和连续模的工序组合方式，可分别按表7-13和表7-14选用。第七章——冲压工艺设计第七章——冲压工艺设计第七章——冲压工艺设计(4)其它辅功工序对于某些组合冲压件或有特殊要求的冲压件，尚须考虑非冲压辅助工序：如钻孔、铰孔、车削等机械加工，焊接、铆合、热处理、表面处理、清理和去毛刺等工序。辅助工序可根据冲压件结构特点和使用要求选用，安排在各冲压工序之间进行，也可置于冲压工序前或后加工。(5)经济核算根据上述步骤所列出的各种冲压工艺方案，除技术上合理、可能以外，还必须考虑各方案的经济效益，进行成本核算。冲压件生产成本：主要包括：原材料费用、模具费用、工时费用、设备折旧和其它生产费用，可根据各生产单位财务核算方法计算。通过以上技术和经济分析，并结合本单位生产条件，才能确定出一种适合于生产条件的最佳工艺方案。第七章——冲压工艺设计3、确定模具的结构形式在选定工序性质、冲压次数和顺序以及工序组合方式的基础上，通过综合分析、比较，得出最佳工艺方案。根据方案选用的模具种类(简单、复合、连续或连续复合模等)，确定模具的具体结构形式，绘出模具工作部分动作原理图。4、合理选择冲压设备根据工序性质、冲压力(包括压料力、卸料力等)、变形功、模具结构形式、模具闭合高度和轮廓尺寸以及生产批量等因素，结合本单位现有的设备条件，合理选择冲压设备类型和吨位。5、编写工艺文件和设计计算说明书冲压件工艺文件：一般以工艺过程卡形式表示，内容包括：工序名称、工序次数、工序草图(半成品形状和尺寸)、模具种类和型式、选用设备、工序检验要求、板料规格和性能、毛坯形状和尺寸等。设计计算说明书是编写工艺过程卡和指导生产的主要依据，也是一项重要的技术文件。其主要内容有；冲压件的工艺分析，毛坯尺寸计算，排样及裁板方式的经济性分析，工序性质和冲压次数的确定，半成品过渡形状和尺寸计算，工艺方案的技术和经济综合分析比较，模具结构形式分析，凸、凹模工作部分尺寸与公差确定，模具主要零件的强度计算，压力中心确定，弹性元件的选用和核算以及冲压设备的选用依据等。第七章——冲压工艺设计二、冲压件工艺过程方案编制实例图7-13：汽车备轮架加固板冲压件。材料：08钢板，厚度为4mm，属大量生产，要求编制冲压工艺方案。第七章——冲压工艺设计1、冲压件的工艺分析该零件材料较厚，零件外形对称，无尖角、凹陷或其他形状突变，系典型的板料冲压件。零件外形尺寸无公差要求，壁部圆角半径ｒ5，相对圆角半径r/t为1.25，大于最小弯曲半径值，因此可以弯曲成形。φ11mm的八个小孔和两个腰圆孔分别均布在零件的三个平面上，孔距有位置要求，但孔径无公差配合。φ21的圆孔精度不高，弯曲角为90°，也无公差要求。可以看出：该零件为普通的厚板弯曲件，尺寸精度要求不高，主要是轮廓成形问题，又属大量生产，因此可以用冲压方法生产。第七章——冲压工艺设计2、确定工艺方案(1)计算毛坯尺寸该零件的毛坯展开尺寸可按式(3-40)计算。即式中：圆角半径r=5mm；板料厚度t=4mm；x0为中性层系数，由表3-1查得x0=0.42；L1、L2为直边尺寸，由图7-13可知：L1=2〔116-(r+t)〕=214mm，L2=140-2(r+t)=122mm。将这些数值代入，得毛坯宽度方向的计算尺寸L=356.8mm，考虑到弯曲时板