第六章 冲压工艺

1、 概念概念：利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法。：利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法。 分类分类：冷冲压成形（薄板材），热冲压成形（厚板材）：冷冲压成形（薄板材），热冲压成形（厚板材） 优点优点： （1 1）互换性好，精度一致，易组织后续工艺；）互换性好，精度一致，易组织后续工艺； （2 2）材料利用率高，可冲压形状复杂的零件；）材料利用率高，可冲压形状复杂的零件； （3 3）冲压产品具有足够高的精度和较低的表面粗糙度；）冲压产品具有足够高的精度和较低的表面粗糙度； （4 4）结构工艺条件允许下，可获得较高的强度和刚度；）结构工艺条件允许下，可获得较高的强度和刚度； （5 5）操作简单

2、，便于机械化和自动化，成本低。）操作简单，便于机械化和自动化，成本低。 汽车车身有汽车车身有6070%6070%的零件是用冲压工艺生产的，包括：的零件是用冲压工艺生产的，包括： 覆盖件、骨架、梁、保险杠、轮辐、轮辋、侧板、底板、覆盖件、骨架、梁、保险杠、轮辐、轮辋、侧板、底板、 气缸垫、油底壳、滤清器等。气缸垫、油底壳、滤清器等。 1 1、产品（冲压件）、产品（冲压件） 尺寸大、形状复杂；配合精度，外观质量及互换性高；尺寸大、形状复杂；配合精度，外观质量及互换性高； 涉及的设备和工艺各不相同。涉及的设备和工艺各不相同。 2 2、冲压设备、冲压设备 吨位大、台面尺寸大、性能要求高、生产效率高。吨

3、位大、台面尺寸大、性能要求高、生产效率高。 3 3、冲压材料、冲压材料 黑色、有色、非金属，新型材料；强度高工艺性好。黑色、有色、非金属，新型材料；强度高工艺性好。 4 4、模具、模具 尺寸大、形状和结构复杂尺寸大、形状和结构复杂 1 1、冲压材料发展、冲压材料发展 深拉深钢、大梁用钢、轻量化超高强度钢深拉深钢、大梁用钢、轻量化超高强度钢 2 2、冲压设备的发展、冲压设备的发展 大吨位、双动、多工位、活动台面压力机、自动生产线大吨位、双动、多工位、活动台面压力机、自动生产线 3 3、冲压工艺的发展、冲压工艺的发展 双动拉深、精密冲裁等先进技术双动拉深、精密冲裁等先进技术 要求冲压材料具有良好的

4、要求冲压材料具有良好的塑性塑性和和形状保持性形状保持性 汽车冲压用钢板的性能要求汽车冲压用钢板的性能要求： （1 1）较高的强度和刚度：）较高的强度和刚度：NVHNVH、综合性能、综合性能 （2 2）严格的几何尺寸精度：厚度变化、动平衡）严格的几何尺寸精度：厚度变化、动平衡 （3 3）优良的工艺性能：深冲性能）优良的工艺性能：深冲性能 （4 4）良好的表面外观质量：无缺陷）良好的表面外观质量：无缺陷 （5 5）良好的焊接性能）良好的焊接性能 （6 6） 良好的涂装性能良好的涂装性能 按轧制方法分按轧制方法分：热轧钢板：高温形变，物理性质不变：热轧钢板：高温形变，物理性质不变 冷轧钢板：低温碾压

5、冷轧钢板：低温碾压 再结晶再结晶 物理性质变化物理性质变化 材料平整材料平整 性好性好 精度高精度高 特殊用途特殊用途 按冲压级别分按冲压级别分：普通、深冲、超深冲级钢板：普通、深冲、超深冲级钢板 按强度级别分按强度级别分：普通、高强度、超高强度钢板：普通、高强度、超高强度钢板 基础钢种基础钢种： IF(IF(Interstitial-Free Steel) )钢：车身身高质量、钢：车身身高质量、 流线型、工艺简化、提高效率流线型、工艺简化、提高效率 含磷钢：高强度、减轻车重、节约能源含磷钢：高强度、减轻车重、节约能源 新趋势新趋势：镀层钢板、激光焊接、冷轧钢板：镀层钢板、激光焊接、冷轧钢板

6、1 1 普通热轧钢板普通热轧钢板 相对于优碳结构钢，磷和硫含量较高相对于优碳结构钢，磷和硫含量较高 用于弯曲成形或者浅拉深成形件用于弯曲成形或者浅拉深成形件 2 2 高强度热轧钢板高强度热轧钢板 货车的受力结构件和安全件货车的受力结构件和安全件 3 3 热轧双相钢板热轧双相钢板 成本较高，性能不稳定，尚未用于汽车成本较高，性能不稳定，尚未用于汽车 4 4 冷轧双相钢板冷轧双相钢板 形状复杂，要求强度高的冲压件形状复杂，要求强度高的冲压件 5 5 冷轧铝镇静钢板（非时效钢板）冷轧铝镇静钢板（非时效钢板） 具有一定的强度和良好的塑性，是目前汽车上用具有一定的强度和良好的塑性，是目前汽车上用 的最多

7、的冷轧钢板。的最多的冷轧钢板。 6 6 加磷铝镇静钢板加磷铝镇静钢板 良好的强良好的强- -塑性平衡塑性平衡 7 7 加磷铝镇静烘烤硬化钢板加磷铝镇静烘烤硬化钢板 抗凹陷能力强抗凹陷能力强 8 8 超深冲超深冲IFIF冷轧钢板冷轧钢板 超低碳高强度烘烤硬化钢板（超低碳高强度烘烤硬化钢板（Extra Low-Carbon Extra Low-Carbon and High Strength Steel Sheet with Bake Harden and High Strength Steel Sheet with Bake Harden AbilityAbility） 9 9 镀锌钢板镀锌钢板

8、 电镀锌钢板：成形性能优电镀锌钢板：成形性能优 热镀锌钢板：耐腐蚀性优热镀锌钢板：耐腐蚀性优 10 10 镀铝钢板镀铝钢板 耐热性能好，热反射功能，耐腐蚀性好，焊接差耐热性能好，热反射功能，耐腐蚀性好，焊接差 成形性能成形性能：钢板在一定条件下，能够成形出具有所需要：钢板在一定条件下，能够成形出具有所需要 的合格零件的能力。薄板冲压成形分拉深和胀形。的合格零件的能力。薄板冲压成形分拉深和胀形。 拉深拉深：模具给板料边缘部分所施加的压紧力仅仅是为了：模具给板料边缘部分所施加的压紧力仅仅是为了 防止零件不产生翘曲，板料可向凹模内自由流动，变形防止零件不产生翘曲，板料可向凹模内自由流动，变形 只发生

9、在板料的边缘部分。只发生在板料的边缘部分。 胀形胀形：通过上下模具或加强筋将板料压紧，使板料不能：通过上下模具或加强筋将板料压紧，使板料不能 自由地向冲头部位流动，变形只发生在冲头周围。自由地向冲头部位流动，变形只发生在冲头周围。 根据外形特征、应变大小、特点根据外形特征、应变大小、特点： 深拉深、胀形深拉深、胀形- -深拉、浅拉深、弯曲、翻边成形。深拉、浅拉深、弯曲、翻边成形。 1 1、深拉深成形、深拉深成形 可制成筒形、阶梯形、锥形、方盒形和其他不规则形状可制成筒形、阶梯形、锥形、方盒形和其他不规则形状 的薄壁件。的薄壁件。 例：发动机油底壳、车身里门板例：发动机油底壳、车身里门板 2 2

10、、胀形、胀形- -深拉成形深拉成形 局部胀形，零件局部突起、凹坑、加强筋局部胀形，零件局部突起、凹坑、加强筋 例：发动机带轮例：发动机带轮 3 3、浅拉深成形、浅拉深成形 应变小于应变小于10%10%或深度小于或深度小于10mm10mm的冲压件的冲压件 当钢板有屈服伸长时，易产生滑移线、刚性不足造成凹当钢板有屈服伸长时，易产生滑移线、刚性不足造成凹 坑坑 4 4、弯曲成形、弯曲成形 用于增加刚性、连接。分直线弯曲和曲线弯曲，特点是用于增加刚性、连接。分直线弯曲和曲线弯曲，特点是 平面应变，曲线弯曲时还存在拉深和压缩应变。平面应变，曲线弯曲时还存在拉深和压缩应变。 5 5、翻边成形、翻边成形 使

11、毛坯沿一定的曲线翻成竖立边缘的工艺。用以加强零使毛坯沿一定的曲线翻成竖立边缘的工艺。用以加强零 件刚性、连接或焊接装配，分内凹和外凸翻边，易拉裂。件刚性、连接或焊接装配，分内凹和外凸翻边，易拉裂。 6 6、成形类别与性能指标的定量对、成形类别与性能指标的定量对 应关系应关系 用屈服强度、伸长率和杯突值来衡量。用屈服强度、伸长率和杯突值来衡量。 一、冲压工艺设计的基本内容与要求一、冲压工艺设计的基本内容与要求 包括包括工艺方案设计工艺方案设计与与模具设计模具设计两方面内容。两方面内容。 1 1、冲压工艺方案设计冲压工艺方案设计：根据图样、客观生产要素，经：根据图样、客观生产要素，经 过工艺计算，

12、制定出合理的工艺方案，最后写出冲压工过工艺计算，制定出合理的工艺方案，最后写出冲压工 艺卡的全过程。内容包括：艺卡的全过程。内容包括： 工序性质和数量的确定工序性质和数量的确定 工序顺序的安排工序顺序的安排 工序组合方式及定位方式工序组合方式及定位方式 2 2、冲压模具设计、冲压模具设计 根据所制定的冲压工艺规程，考虑毛坯加工及模具根据所制定的冲压工艺规程，考虑毛坯加工及模具 制造维修方便性、操作安全性等因素后，设计出与冲压制造维修方便性、操作安全性等因素后，设计出与冲压 设备相适应的模具总体结构，然后绘制出模具总装图和设备相适应的模具总体结构，然后绘制出模具总装图和 所有非标准零件图的整个设

13、计绘图过程。所有非标准零件图的整个设计绘图过程。 两者相互渗透、相互补充、相互依存：设计方案中两者相互渗透、相互补充、相互依存：设计方案中 要考虑模具结构和制造可行性，又要考虑设备材料供应要考虑模具结构和制造可行性，又要考虑设备材料供应 状况的局限性；模具方案中必须熟悉有关工艺设计技术，状况的局限性；模具方案中必须熟悉有关工艺设计技术， 才能了解设计者意图，从而绘制出合理的模具结构。才能了解设计者意图，从而绘制出合理的模具结构。 3 3、冲压工工艺设计的基本要求、冲压工工艺设计的基本要求 1 1）材料利用率高。）材料利用率高。 2 2）考虑工厂的具体生产条件，技术上先进可行，经济）考虑工厂的具

14、体生产条件，技术上先进可行，经济 上合理。上合理。 3 3）工序组合方式和工序编排顺序要符合冲压变形规律，）工序组合方式和工序编排顺序要符合冲压变形规律， 能保证冲制出合格的工件。能保证冲制出合格的工件。 4 4）工序数量尽可能少，生产效率高。）工序数量尽可能少，生产效率高。 5 5）制订的工艺规程要便于生产的组织与管理。）制订的工艺规程要便于生产的组织与管理。 4 4、模具设计的基本要求、模具设计的基本要求 1 1）模具应保证冲制出的零件符合图样的形状、尺寸及）模具应保证冲制出的零件符合图样的形状、尺寸及 精度要求。精度要求。 2 2）模具结构选择时应注意工序的先后顺序。）模具结构选择时应注

15、意工序的先后顺序。 3 3）确定方案和结构应尽可能简单，制造维修方便、成）确定方案和结构应尽可能简单，制造维修方便、成 本低。本低。 4 4）模具使用寿命长，能满足冲压工艺规程规定生产批）模具使用寿命长，能满足冲压工艺规程规定生产批 量的要求。量的要求。 5 5）模具操作方便、安全可靠，工人劳动强度低，与工）模具操作方便、安全可靠，工人劳动强度低，与工 人的技术水平相适应。人的技术水平相适应。 5 5、冲压工艺设计的一般程序、冲压工艺设计的一般程序 1 1）分析冲压件的技术要求，查阅工艺设计的原始资料。）分析冲压件的技术要求，查阅工艺设计的原始资料。 2 2）分析零件的冲压工艺与装配关系和要求

16、。）分析零件的冲压工艺与装配关系和要求。 3 3）进行必要的工艺分析和计算，选择合理的工艺方案。）进行必要的工艺分析和计算，选择合理的工艺方案。 4 4）确定模具的结构形式。）确定模具的结构形式。 5 5）选择冲压设备。）选择冲压设备。 6 6）编制冲压工艺过程卡片）编制冲压工艺过程卡片 7 7）绘制模具装配图和零件图，并完成校核和审批程序。）绘制模具装配图和零件图，并完成校核和审批程序。 8 8）编制冲模关键零件的加工工艺及相关说明。）编制冲模关键零件的加工工艺及相关说明。 9 9）编制冲模验收标准和使用管理规定。）编制冲模验收标准和使用管理规定。 6 6、冲压工艺设计中应重点注意的问题、冲

17、压工艺设计中应重点注意的问题 1 1）产品零件的质量和尺寸精度要求。）产品零件的质量和尺寸精度要求。 2 2）产品零件设计的结构形状对冲压工艺的适应性。）产品零件设计的结构形状对冲压工艺的适应性。 3 3）企业的冲压生产设备及模具加工能力。）企业的冲压生产设备及模具加工能力。 4 4）生产成本和工艺成本。）生产成本和工艺成本。 5 5）生产纲领。）生产纲领。 6 6）零件所需原材料性能、规格及市场供应情况。）零件所需原材料性能、规格及市场供应情况。 7 7）企业管理水平。）企业管理水平。 1 1、开卷和校平、开卷和校平 属于汽车冲压工艺前板料预处理工艺，通常与剪切和下属于汽车冲压工艺前板料预处

18、理工艺，通常与剪切和下 料工序一道在生产线上完成。料工序一道在生产线上完成。 其工艺内容是将钢厂供应的卷筒板料进行开卷，整平后其工艺内容是将钢厂供应的卷筒板料进行开卷，整平后 按照冲压工艺要求剪断成一定尺寸规格的料坯。按照冲压工艺要求剪断成一定尺寸规格的料坯。 开卷和校平处于冲压工艺流程的首位，通过该工序可将开卷和校平处于冲压工艺流程的首位，通过该工序可将 冲压坯料达到预期要求的平整度和尺寸，且不对板料造冲压坯料达到预期要求的平整度和尺寸，且不对板料造 成任何损伤。成任何损伤。 2 2、冲裁、冲裁 冲裁是利用冲裁模使板料分离的一种冲压工艺，包括冲裁是利用冲裁模使板料分离的一种冲压工艺，包括落落

19、 料、冲孔料、冲孔、切口、修边、剖切、切断等具体工序内容。、切口、修边、剖切、切断等具体工序内容。 冲裁件的质量与性能要求：冲裁件的质量与性能要求： 1 1）冲裁模的制造精度。与冲裁件精度成正比）冲裁模的制造精度。与冲裁件精度成正比 2 2）工件材料的力学性能。材料回弹）工件材料的力学性能。材料回弹 3 3）工件的相对厚度。相对厚度）工件的相对厚度。相对厚度t/Dt/D越大，精度越高越大，精度越高 4 4）冲裁间隙。合适的冲裁间隙）冲裁间隙。合适的冲裁间隙 5 5）冲裁件的尺寸形状。小尺寸、形状简单）冲裁件的尺寸形状。小尺寸、形状简单 冲裁工艺计算：冲裁间隙冲裁工艺计算：冲裁间隙 用用Z Z表

20、示，表示，Z=D-dZ=D-d 合理冲裁间隙的概念合理冲裁间隙的概念： 使模具寿命高，冲裁件质量好的间隙范围。使模具寿命高，冲裁件质量好的间隙范围。 ZminZmaxZminZmax 问：在制造新模具时，应当选用问：在制造新模具时，应当选用 多大的冲裁间隙？多大的冲裁间隙？ 冲裁模间隙的确定：计算法和经验查表法冲裁模间隙的确定：计算法和经验查表法 1 1）计算法：）计算法：Z=2Z=2（t-ht-h0 0）tan=2ttan=2t（1-h1-h0 0/t/t）tantan 式中：式中：h h0 0为凸模切入深度为凸模切入深度 为最大切应力方向与垂线方向的夹角为最大切应力方向与垂线方向的夹角 t

21、 t为材料厚度为材料厚度 h h0 0/t/t为相对切入深度为相对切入深度 2 2）经验法：分经验公式法和查表法。）经验法：分经验公式法和查表法。 软材料：软材料：t=1mmt=1mm， Z=(3%4%)tZ=(3%4%)t t13mm, Z=(5%8%)t t13mm, Z=(5%8%)t t35mm, Z=(8%10%)t t35mm, Z=(8%10%)t 硬材料：硬材料：t1mmt1mm， Z=(4%5%)tZ=(4%5%)t t13mm, Z=(6%8%)t t13mm, Z=(6%8%)t t35mm, Z=(8%13%)t t2t2t。 4 4）弯曲带应避开孔位。防止孔发生变形）

22、弯曲带应避开孔位。防止孔发生变形 5 5）设置工艺槽或工艺孔。）设置工艺槽或工艺孔。 6 6）合理利用工艺料。）合理利用工艺料。 弯曲件展开长度的计算：弯曲件展开长度的计算： 当弯曲半径当弯曲半径r0.5tr0.5t： 按中性层不变原理，坯料总长度应等于弯曲件直按中性层不变原理，坯料总长度应等于弯曲件直 线部分和圆弧段长度之和线部分和圆弧段长度之和 当弯曲半径当弯曲半径r0.5tr0.5t，按体积不变原则进行计算，按体积不变原则进行计算 弯曲力计算：弯曲力计算： 自由弯曲力就是在冲压时被冲头挤压而未被冲模限制时自由弯曲力就是在冲压时被冲头挤压而未被冲模限制时 的弯曲力。的弯曲力。 弯曲力计算：

23、弯曲力计算： 在自由弯曲阶段后，进一步对贴合凸模、凹模表面的弯在自由弯曲阶段后，进一步对贴合凸模、凹模表面的弯 曲件进行挤压。曲件进行挤压。 4 4、拉深工艺、拉深工艺 拉深（拉延）是利用拉伸模将平板坯料制成开口空心件拉深（拉延）是利用拉伸模将平板坯料制成开口空心件 的一种冲压方法。是车身覆盖件的主要工艺，主要零件的一种冲压方法。是车身覆盖件的主要工艺，主要零件 为凸模、凹模和压边圈。为凸模、凹模和压边圈。 拉深过程中的质量问题拉深过程中的质量问题 （1 1）起皱）起皱 拉深时凸缘部分受切向压应力的作用，如果拉深时凸缘部分受切向压应力的作用，如果 材料较薄，凸缘部分刚度不够，当切向压应力足够大

24、时，材料较薄，凸缘部分刚度不够，当切向压应力足够大时， 凸缘部分材料便会产生受压失稳，在凸缘的周围产生波凸缘部分材料便会产生受压失稳，在凸缘的周围产生波 浪形连续弯曲。是产生废品的主要原因之一。浪形连续弯曲。是产生废品的主要原因之一。 防止起皱的主要措施如下：防止起皱的主要措施如下： 1 1）采用压边圈。一方面限制坯料在厚度方向上的自由）采用压边圈。一方面限制坯料在厚度方向上的自由 起伏，另一方面增加危险断面的拉应力起伏，另一方面增加危险断面的拉应力 2 2）选择合适的变形程度。选择塑性好的材料；或者采）选择合适的变形程度。选择塑性好的材料；或者采 用多次拉深，以减少起皱和破裂。用多次拉深，以

25、减少起皱和破裂。 3 3）采用拉深筋。控制材料的流动，使其径向拉应力增）采用拉深筋。控制材料的流动，使其径向拉应力增 大，减少切向压应力。大，减少切向压应力。 4 4）采用反拉深。可增加材料的弯曲和摩擦，增大径向）采用反拉深。可增加材料的弯曲和摩擦，增大径向 拉应力，减少切向压应力。拉应力，减少切向压应力。 （2 2）厚度变化。）厚度变化。在拉深过程中，壁厚会发生变化，在在拉深过程中，壁厚会发生变化，在 凸模圆角附近变薄最严重，称为危险断面，容易被拉破凸模圆角附近变薄最严重，称为危险断面，容易被拉破 影响拉深件变薄与拉裂的因素如下：影响拉深件变薄与拉裂的因素如下： 1 1）拉深系数。系数过小，

26、变形程度较大，容易造成壁）拉深系数。系数过小，变形程度较大，容易造成壁 厚严重变薄，甚至拉裂。厚严重变薄，甚至拉裂。 2 2）材料力学性能。硬化指数值越大，拉深性能越好）材料力学性能。硬化指数值越大，拉深性能越好 3 3）凹模圆角半径。过小造成严重弯曲变形）凹模圆角半径。过小造成严重弯曲变形 4 4）润滑条件。润滑不好，摩擦增大）润滑条件。润滑不好，摩擦增大 5 5）压边力。过大的压边力会阻止材料流动进入凹模）压边力。过大的压边力会阻止材料流动进入凹模 (3)(3)硬化硬化 常温下毛坯经过拉深引起加工硬化，强度和硬度显著提常温下毛坯经过拉深引起加工硬化，强度和硬度显著提 高，塑性降低，导致继续

27、拉深困难。高，塑性降低，导致继续拉深困难。 主要措施：多次拉深采用中间退火工序，消除拉深硬化主要措施：多次拉深采用中间退火工序，消除拉深硬化 拉深件的结构工艺性拉深件的结构工艺性 1 1）形状尽量简单对称。对称件拉深变形均匀）形状尽量简单对称。对称件拉深变形均匀 2 2）拉深件凸缘外轮廓尽量与拉深部分轮廓相似。）拉深件凸缘外轮廓尽量与拉深部分轮廓相似。 3 3）拉深件圆角半径要合适）拉深件圆角半径要合适:r:r（2323）t t；R R（3434）t t 4 4）拉深件底部孔大小要合适。）拉深件底部孔大小要合适。 孔边距侧壁距离孔边距侧壁距离 a ar+0.5tr+0.5t 5 5）拉深件精度要求不宜过高。）拉深件精度要求不宜过高。 小于小于IT11IT11级级 5 5、其他冲压工艺、其他冲压工艺 1 1）胀形）胀形 利用模具使空心坯料在直径方向上局部扩张的利用模具使空心坯料在直径方向上局部扩张的 成形工艺。在压力机、液压机或胀形装置