第一章冲压工艺基础

冲压工艺基础第一章冲压工艺基础1.1冲压工艺的分类、特点及应用1.2冲压模具1.3冲压模具常用材料1.4冲压常用材料1.5冲压设备与选用冲压工艺基础1.1冲压工艺的分类、特点及应用1.1.1冷冲压加工冲压加工是现代机械制造业中先进高效的加工方法之一，它是利用各种压力机和安装在压力机上的模具使材料在常温或高温状态下进行分离或塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件的一种方法称为冲压加工。冲压加工是少无切削加工的一种主要形式。冲压工艺基础1.1.2冲压加工的特点（1）借助压力机的压力利用模具能获得壁薄、重量轻、刚性好、形状复杂的零件，这些零件用其他的方法难以加工甚至无法加工；（2）冲压加工的零件精度高、尺寸稳定，具有良好的互换性；（3）冲压加工是少无切削加工的一种，部分零件冲压直接成型，无需任何再加工，材料利用率高；（4）生产效率高，生产过程易实现机械化和自动化；（5）操作简单，便于组织生产。冲压工艺基础1.1.3冲压加工的基本工序由于冲压件的形状、尺寸和精度不同，因此，冲压所采用的工序种类亦各异。据其变形特点，可以分为两大类：一类是分离工序，主要包括切断、冲裁、切口、切边等。其特点是板料所受外力超过抗剪强度，使其一部分与另一部分相互分离。冲压工艺基础另一类是变形工序，主要包括弯曲、拉深、成形等。其特点是板料受力超过屈服极限，小于强度极限，使其产生塑性变形得到一定形状。此外，为了提高劳动生产率，常将两个以上的基本工序合并成一个工序，如落料拉延、切断弯曲、冲孔翻边等，这称为复合工序。在生产实际中，对于批量生产的零件绝大部分是采用复合工序。冲压工艺基础1.1.3.1分离工序分离工序是指材料在冲压力作用下，应力超过材料的强度极限，使材料发生剪断或局部剪裂，制件或坯料沿一定的轮廓相分离的冲压工序。分离工序主要为剪切或冲裁工序。常见分离工序见表1-1。工序名称工序简图工序特点与应用范围落料利用模具沿工件封闭轮廓曲线实施冲切，把工件从板料上分离下来，冲裁下来的部分是各种形状的平板零件，或用作拉延件的毛坯冲孔利用模具按封闭轮廓曲线冲裁，冲下的部分为废料表1-1分离工序冲压工艺基础工序名称工序简图工序特点与应用范围切断利用剪切模或冲裁模沿不封闭曲线切断，常用于加工形状较为简单的平板零件修边将成形零件的边缘修切整齐或修切成其他形状剖切将冲压加工成的半成品零件剖切成两个或两个以上的零件，这种方法常用于对称零件或成组冲压的零件表1-1分离工序（续）冲压工艺基础1.1.3.2成形工序成形工序是指坯料依靠模具在压力机作用下，使应力超过坯料的屈服极限，坯料经过塑性变形后，使其成为所要求形状的加工工序。成形工序主要为弯曲、拉深、成形等工序。常见成形工序见表1-2。工序名称工序简图工序特点与应用范围弯曲把板料按要求弯成各种形状，利用该工艺可以弯曲成形状复杂的零件卷圆把板料端部卷成接近封闭的半圆头，常用于加工类似铰链的零件及日用品部分零件表1-2成形工序（一）冲压工艺基础工序名称工序简图工序特点与应用范围扭曲使平板的一部分相对于另一部分产生扭转而形成空间曲面的形状拉深把平板料变成各种空心零件或将空心零件变成更深的空心零件变薄拉深把拉深加工后的空心件半成品用减小直径与壁厚的方式来改变空心零件的尺寸翻孔在预先冲孔的板料半成品上或未冲孔的板料上冲制成竖立的边缘表1-2成形工序（二）冲压压工工艺艺基基础础工序名称工序简图工序特点与应用范围翻边把半成品零件的外缘或内孔冲制成竖立的边缘拉弯在拉力与弯矩的共同作用下实现弯曲变形，可以制成精度较高的零件胀形在双向拉应力作用下实现的变形，可以成形各种空间曲面形状的零件局部成形在板料毛坯或零件的表面上局部地方压制出各种突起或凹陷的形状表1-2成成形形工工序序（（三三））冲压压工工艺艺基基础础工序名称工序简图工序特点与应用范围扩口在空心毛坯或管状毛坯的某个部位使其径向尺寸扩大的变形方法缩口在空心零件或管状零件的某位置使其尺寸减小的变形方法旋压在旋转状态下利用辊轮使毛坯逐步成形的方法整形为了提高已成形零件的尺寸精度或获得较小的圆角半径而采用的成形方法表1-2成成形形工工序序（（四四））冲压压工工艺艺基基础础1.2冲冲压压模模具具由于于冲冲压压模模具具的的种种类类繁繁多多，，结结构构各各异异。。按按其其用用途途可可将将模模具具分分为为：：冷冷冲冲压压模模、、塑塑料料模模、、压压铸铸模模、、锻锻模模、、粉粉末末冶冶金金模模、、橡橡胶胶模模、、陶陶瓷瓷模模、、玻玻璃璃模模、、铸铸造造用用金金属属模模等等。。按按成成形形原原理理又又可可分分为为冲冲裁裁模模和和型型腔腔模模两两大大类类。。冲裁裁模模的的分分类类按工工序序性性质质分分有有落落料料模模、、冲冲孔孔模模、、切切边边模模、、切切断断模模、、剖剖切切模模、、整整修修模模、、精精冲冲模模等等。。按工工序序的的组组合合分分有有单单工工序序模模和和多多工工序序模模。。多多工工序序模模又又分分为为连连续续模模和和复复合合模模等等。。冲压压工工艺艺基基础础按导导向向装装置置分分有有无无导导向向的的开开式式模模和和有有导导向向的的导导板板模模、、导导柱柱模模、、导导筒筒模模等等。。按卸卸料料装装置置分分有有刚刚性性卸卸料料板板和和弹弹性性卸卸料料板板冲冲模模。。按挡挡料料或或定定位位方方式式分分有有固固定定挡挡料料销销、、活活动动挡挡料料销销、、导导正正销销和和侧侧刃刃冲冲模模。。按制制造造凸凸、、凹凹模模的的材材料料分分有有钢钢质质冲冲模模、、硬硬质质合合金金冲冲模模、、橡橡皮皮冲冲模模、、锌锌基基合合金金冲冲模模等等。。冲压压工工艺艺基基础础按送送料料、、出出件件等等方方法法分分有有手手动动模模、、半半自自动动模模、、自自动动模模等等。。按轮轮廓廓尺尺寸寸分分有有大大型型模模、、中中型型模模、、小小型型模模。。（1））冲冲裁裁模模将将一一部部分分材材料料与与另另一一部部分分材材料料分分离离或或部部分分分分离离的的模模具具。。下下面面列列举举几几种种一一般般中中小小型型企企业业常常见见的的冲冲裁裁模模结结构构简简图图。。冲压压工工艺艺基基础础a)落料料模模b)冲孔孔模模c)剪切切模模d)修边边模模e)切口口模模f)剖切切模模图1-1冲冲裁裁模模常常见见结结构构冲压压工工艺艺基基础础（2）弯弯曲曲模模将坯坯料料弯弯曲曲成成一一定定形形状状的的模模具具。。1——上上模模板板；；2——凸凸模模；；3——压压边边圈圈；；4——定定位位板板；；5——凹凹模模；；6——凹凹模模固固定定板板；；7——下下模模板板图1-2弯弯曲曲模模冲压压工工艺艺基基础础（3））拉拉深深模模将将平平板板料料变变成成一一定定形形状状的的空空心心件件的的模模具具（（如如图图1-3））。。图1-3拉拉深深模模冲压压工工艺艺基基础础（4））冷冷挤挤模模1—下下模模座座2、15、16、19—螺螺钉钉3—垫垫板板4—顶顶杆杆5—导导柱柱6—导导套套7—上上模模座座8—导导向向套套9—限限位位块块10—压压杆杆11—凸凸模模12—垫垫板板14、17、20、26—柱柱销销18—凸凸模模固固定定板板21—导导套套22—导柱23—预应力套24—凹模25—凹模镶块27—弹顶板28—橡皮29—螺母30—双头螺杆31—推杆32—下垫板图1-4冷冷挤模冲压工艺基础础1.3冲压压模具常用材材料1.3.1模模具材料在在模具工业中中的地位模具材料是模模具制造的基基础，模具材材料和热处理理技术对模具具的使用寿命命、精度和表表面粗糙度起起着重要的甚甚至决定性的的作用。因此此，根据模具具的使用条件件合理选用材材料，采用适适当的热处理理和表面工程程技术以便充充分发挥模具具材料的潜力力．冲压工艺基础础根据模具材料料的性能特点点选用合理的的模具结构，，根据模具材材料的特性采采用相应的维维护措施等是是十分重要的的，只有这样样，才能有效效地稳定和提提高模具的使使用寿命，防防止模具的早早期失效。模具材料使用用性能的好坏坏直接影响模模具的质量和和使用寿命；；模具材料的的工艺性能将将影响模具加加工的难易程程度、模具加加工的质量和和加工成本。。因此，在模模具设计时，，除设计出合合理的模具结结构外，还应应选用合适的的模具材料及及热处理工艺艺，才能使模模具获得良好好的工作性能能和较长的使使用寿命。冲压工艺基础础1.2.2冲冲模材料的的选用原则制造冲压模具具用的材料有有：灰铸铁、、铸钢、钢、、钢结硬质合合金、硬质合合金、低熔点点合金、塑料料、聚氨酯橡橡胶等。正确选用模具具材料对于模模具寿命和模模具制造成本本及模具总成成本都有直接接关系，在选选择模具材料料时应充分考考虑以下几点点：冲压工艺基础础（1）冲压零零件的生产批批量。对于大大批量生产的的零件，其模模具材料应采采用质量较好好的、能保证证模具耐用度度的材料。反反之，对于生生产批量小则则采用较便宜宜、耐用度较较差的材料。。（2）根据被被冲裁零件的的性质、工序序种类及冲模模零件的工作作条件和作用用来选择模具具材料。如冲冲模工作零件件的工作条件件，是否有应应力集中，冲冲击载荷等，，这就要求所所选用的模具具材料具有较较高的强度和和硬度、高耐耐磨性以及足足够的韧性；；导向零件要要求耐磨性和和较好的韧性性，一般常采采用低碳钢，，表面渗碳淬淬火。冲压工艺基础础（3）根据冲冲压件的尺寸寸、形状和精精度要求来选选材。一般来来说，对于形形状简单、冲冲压件尺寸不不大的模具，，其工作零件件常用高碳工工具钢制造，，形状较复杂杂、冲压件尺尺寸较大的模模具，其工作作零件选用热热处理变形较较小的合金工工具钢制造；；而冲压件精精度很高的精精密冲模的工工作零件，常常选用耐磨性性较好的硬质质合金等材料料制造。（4）根据我我国模具材料料的生产与供供应情况，兼兼顾本单位材材料状况与热热处理条件。。冲压工艺基础础1.2.3冲冲压模具常常用材料及热热处理要求1.2.3.1凸、凹凹模常用材料料及热处理要要求。零件名称选用材料牌号热处理硬度/HRC模具类型凸、凹模工作情况凸模凹模冲裁模Ⅰ形状简单、冲裁材料厚度t<3毫米的凸模、凹模及凸凹模T8A、T10A淬火58～6260～64带台肩的、快换式的凸模、凹模和形状简单的镶块9Mn2V、Cr6WVⅡ形状复杂的凸模、凹模及凸凹模9CrSi、CrWMn淬火58～6260～64冲裁材料厚度t>3毫米的凸模、凹模及凸凹模9Mn2V、Cr12、Cr12MoV形状复杂的镶块120Cr4W2MoV淬火60～6262～64Ⅲ要求耐磨的凸、凹模Cr12MoV、120Cr4W2MoV、GCr15、YG15———Ⅳ冲裁薄材料用的凹模T8A———表1-5凸凸、凹模常用用材料及热处处理（一）冲压工艺基础础表1-5凸凸、凹模常用用材料及热处处理（二）零件名称选用材料牌号热处理硬度/HRC模具类型凸、凹模工作情况凸模凹模弯曲模Ⅰ一般弯曲的凸、凹模及镶块T8AT10A淬火56～60Ⅱ要求高度耐磨的凸、凹模及镶块CrWMn、Cr12、Cr12MoV淬火60～64形状复杂的凸、凹模及镶块。生产批量特别大的凸、凹模及镶块Ⅲ热弯曲的凸、凹模5CrNiMo、5CrNiTi5CrMnMo淬火52～56拉深模Ⅰ一般拉延的凸、凹模T8A、T10A淬火58～6260～64Ⅱ连续拉深的凸、凹模T10A、CrWMnⅢ要求耐磨的凹模Cr12、YG15、Cr12MoV、YG8淬火－62～64Ⅳ不锈钢拉深用凸、凹模W18Cr4V62～64－ⅤYG15、YG8－－－热拉深用凸、凹模5CrNiMo、5CrNiTi淬火52～5652～56冲压工艺基础础1.2.3.2冲模一一般零件的材材料和热处理理：零件名称选用材料热处理硬度要求上、下模板HT200、HT250——ZG270-500、ZG310-570——厚钢板加工而成Q235Q255——模柄45、Q255——导柱20、T10A20钢渗碳淬硬60～62导套20、T10A20钢渗碳淬硬57～60凸、凹模固定Q235、Q255—43～48板托料板Q235——导尺Q255或45淬硬—挡料销45、T7A淬硬43～48（45钢）52～57（T7A）导正销、定位销T7、T8淬硬52～56垫板45、T8A淬硬43～48（45钢）54～58（T8A）表1-6冲冲模常用一般般零件的材料料及热处理要要求（一）冲压工艺基础础零件名称选用材料热处理硬度要求螺钉45头部淬硬43～48

60～62销钉45、T7淬硬43～48（45钢）52～54（T7）推杆、顶杆45淬硬43～48顶板45、Q255—拉深模压边圈T8A淬硬54～58定距侧刃、废料切刀T8A淬硬58～62侧刃挡板T8A淬硬54～58定位板45、T7淬硬43～48（45钢）52～54（T7）斜楔与滑块T8A、T10A淬硬60～62弹簧65Mn、60SiMnA淬硬40～45表1-6冲冲模常用一般般零件的材料料及热处理要要求冲压工艺基础础表1-7常常用冷变形模模具钢的预热热和加热规范范冲压工艺基础础1.3冲压压常用材料1.3.1冲冲压工艺对对材料的要求求选择冲压用材材料时，首先先应满足冲压压件的使用要要求。一般来来说，对于机机器上的主要要冲压件，要要求材料具有有较高的强度度和刚度；电电机电器上的的某些冲压件件，要求有较较好的导电性性和导磁性；；汽车、飞机机上的冲压件件。要求有足足够的强度，，并尽可能减减轻重量；化化工容器要求求耐腐蚀等等等。所以不同同的使用要求求就决定了应应选用不同的的材料。但从从冲压工艺考考虑，材料还还应满足冲压压工艺要求，，以保证冲压压过程顺利完完成。冲压工艺基础础对冲压所用材材料的要求有有：（1）良好的的冲压性能冲压性能是指指板料对各种种冲压加工方方法的适应能能力。冲压加加工方法是以以金属为塑性性的加工方法法，因此，要要求材料具有有良好的塑性性。对变形工序，，塑性好，要要求材料允许许的变形程度度大，则可以以减少冲压工工序次数及中中间退火次数数。对于分离离工序，也要要求一定的塑塑性，同时要要求材料的屈屈服极限稍高高一些，以利利于冲裁后获获得较高的断断面质量。材料塑性的高高低，常用延延伸率(δ)、屈服强度常用用σs来表示。强度度极限常用σb来表示。冲压工艺基础础（2）良好的的表面质量表面质量好的的材料，冲压压时工件不易易破裂，废品品减少；模具具不易擦伤．．寿命提高，，而且制件的的表面质量好好。所以一般般要求冲压材材料表面光洁洁、平整，无无氧化皮、裂裂纹、锈斑、、划痕等缺陷陷。（3）符合国国标规定的厚厚度公差模具间隙是按按材料厚度来来确定的，所所以材料厚度度公差应符合合国家规定的的标准。否则则厚度公差太太大，将影响响工件质量，，并可能导致致损坏模具和和设备。冲压工艺基础础表1-8冲冲压常用材料料的力学性能能（一）1.4.2金金属材料冲压工艺基础础表1-8冲冲压常用材料料的力学性能能（二）冲压工艺基础础表1-8冲冲压常用材料料的力学性能能（三）冲压工艺基础础表1-9有有色金属的力力学性能（一一）冲压工艺基础础表1-9有有色金属的力力学性能（二二）冲压工艺基础础1.4.3非非金属材料料表1-10非非金属材料料的力学性能能（一）冲压工艺基础础表1-10非非金属材料料的力学性能能（二）冲压工艺基础础1.5冲压压设备与选用用1.5.1曲曲柄压力机机1.5.1.1主要技技术参数曲柄压力机的的主要技术参参数综合反映映设备的工艺艺能力相适用用范围，以及及有关生产率率等指标。主主要包括如下下内容：（1）公称压压力曲柄柄压力机的公公称压力是指指滑块离下死死点前某一特特定距离或曲曲柄旋转到离离下死点前某某一特定角度度时，滑块上上所许可承受受的最大作用用力(这个特特定的距离常常称为公称压压力行程，特特定的角度称称为公称压力力角)。超过过公称压力行行程或公称压压力角的范围围时，滑块上上所能承受的的作用力都低低于公称压力力。冲压工艺基础础公称压力在我我国已经系列列化。如630kN、1000kN、1600kN、2500kN、3150kN、4000kN、6300kN………。（2）滑块行程滑滑块行程指指滑块从上死死点到下死点点的距离。某某些曲柄压力力机的行程是是可调节的，，从而满足不不同类型模具具的需要。（3）滑块行行程次数(min-1)滑块行程次数数是指滑块每每分钟从上死死点到下死点点，然后再回回到上死点所所往复的次数数。冲压工艺基础础（4）闭合高高度和装模高高度闭合合高度是指滑滑块在下死点点时，滑块底底面到工作台台上表面的距距离。当连杆杆调节装置将将滑块调到下下死点的最高高位置（连杆杆调到最短））时，闭合高高度达到最大大，称最大闭闭合高度；当当连杆调节装装置将滑块调调到下死点最最低位置（连连杆调到最长长）时，闭合合高度达到最最小，称最小小闭合高度。。两者之差为为闭合高度调调节量。装模高度是指指滑块在下死死点时，滑块块底面到工作作台垫板表面面的距离。闭闭合高度与装装模高度之差差为垫板的厚厚度。曲柄压压力机上的垫垫板工作时一一般不拆下。。冲压工艺基础础（5）工作台台（垫板）、、滑块底面尺尺寸曲柄柄压力机工作作台（垫板））、滑块底面面尺寸主要影影响模具的安安装以及废料料、工件的排排出。一般小小型压力机是是通过模柄与与压力机滑块块相连的。大大中型压力机机垫板和滑块块底面设置有有T型槽固定模具具。1.5.1.2主要技术术规格（1）开式压压力机主要技技术参数①开式压力机机外型见图1-5。冲压工艺基础础1－电动机；；2－小带轮轮；3－大带带轮；4－小小齿轮；5－－大齿轮；6－离合器；；7－曲轴；；8－制动器器；9－连杆杆；10－滑滑块；11－－上模；12－下模13－垫板板；14－工工作台；15－机身图1-5JB23-63压力机结构图图与运动原理理图冲压工艺基础础表1-11开开式压力机机的基本参数数（一）②开式压力力机的基本参参数见表1-11。冲压工艺基础础表1-11开开式压力机机的基本参数数（二）冲压工艺基础础(2)闭式压压力机主要技技术参数①闭式压力机机的外型见图图1-6。1—小带轮；；3—大带轮轮；4—制动动器；5—离离合器；6——小齿轮1；；7—大齿轮轮；8—小齿齿轮2；9——偏心齿轮；；10—芯轴轴；11—机机身；12——连杆；13—滑块；14—垫板；；18—气垫垫图1-6J31—315压力机结构图图冲压工艺基础础②闭式压力机机参数见表1-12和表表1-13。。表1-12闭闭式单点压压力机技术参参数冲压工艺基础础表1-13闭闭式双点压压力机技术参参数冲压工艺基础础1.5.1.3压力机机型号的选取取设计模具时合合理选择压力力机的规格型型号，使设计计的模具与设设备有一个合合理的匹配关关系，这样可可提高模具的的使用寿命，，保证模具的的安装可靠性性，提高产品品质量、生产产率和模具寿寿命。在选择择压力机规格格型号时，主主要注意如下下方面：（1）公称压压力压力力机的公称压压力与模具成成形工艺力、、辅助工艺力力之间应符合合下列关系：：一般情况下，，压力机的公公称压力应大大于或等于成成形工艺力和和辅助工艺力力总和的1.3倍；冲压工艺基础础刚度对对成形形影响响较大大时，，压力力机的的公称称压力力应大大于或或等于于成形形工艺艺力和和辅助助工艺艺力总总和的的3倍倍；总之，，选用用压力力机时时冲压压的力力———行程程曲线线要落落在压压力机机滑块块许用用负荷荷曲线线范围围内。。图1-7压压力力机滑滑块许许用负负荷曲曲线冲压工工艺基基础表1-14不不同装装模方方式的的特点点及校校核公公式装模方式装模简图特点校核公式模具直接安装在压力机工作垫板上1、支撑平稳，下模座受力条件较好2、适用能通过垫板孔下出料、或在模具上出件的模具Hmax-H1-5mm≧H≧Hmin-H1+10mm

利用等高块在压力机垫板上安装模具1、下模座的支承面较小，受力条件较差，对安装人员水平要求高2、适用于垫板上无漏料孔的大型压力机或者漏料孔较小等其他因素。Hmax-H1-5mm≧H+h≧Hmin-H1+10mm

拆除垫板模具安装在压力机台面上一般模具闭合高度过大时才采用Hmax-5mm≧H≧Hmin+10mm

冲压工工艺基基础注：————压力力机的的最大大封闭闭高度度，mm；；——压力机机的最最小封封闭高高度，，mm；；——压力机机的电电板厚厚度，，mm；；——模具的的闭合合高度度，mm；；——等高块块的厚厚度，，mm。。(2)闭合高高度压压力机机的闭闭合高高度、、装模模高度度应与与模具具的闭闭合高高度相相匹配配，高高度校校核公公式参参见表表1-14。冲压工工艺基基础3）滑滑块行行程在在保证证完成成冲压压工序序的前前提下下，压压力机机的行行程要要力求求保持持模具具导向向部分分不致致相互互脱离离。导导板模模的凸凸模与与导板板、滚滚珠导导向模模架的的导柱柱、保保持圈圈与导导套不不允许许脱开开，为为此应应采用用行程程较小小或滑滑块行行程可可调节节的压压力机机。成形工工件高高度较较大时时，为为便于于取件件，宜宜选择择行程程较大大的压压力机机。拉拉伸时时，滑滑块行行程应应大于于拉伸伸件高高度的的2倍倍，主主要是是便于于拉深深厚的的脱料料。4）工工作台台与滑滑块底底面尺尺寸模模具下下模座座的平平面尺尺寸应应小于于压力力机工工作台台垫板板尺寸寸，以以便固固定下下模座座。模模具的的模柄柄尺寸寸、上上模座座的安安装固固定部部位与与压力力机滑滑块的的模柄柄孔尺尺寸、、滑块块底面面T形槽尺尺寸相相适应应。冲压工工艺基基础1.5.2其其他冲冲压设设备1.5.2.1摩摩擦压压力机机摩擦压压力机机适用用于中中、小小型件件的校校正模模、压压印模模和成成形模模。当当超负负荷时时，只只会引引起飞飞轮与与摩擦擦盘之之间的的滑动动，而而不致致损坏坏机件件。其其缺点点是飞飞轮轮轮缘磨磨损大大，生生产率率比曲曲柄压压力机机低。。冲压工工艺基基础表1-15双双盘式式摩擦擦压力力机技技术参参数冲压工工艺基基础1.5.2.2双双动拉拉深压压力机机双动压压力机机适用用于大大量生生产大大型、、较复复杂拉拉深件件的拉拉深模模。模模具结结构简简单，，压料料