动车组制造工艺3课件

第三章动车组车体零件冲压加工第一节概述一、冲压及其特点

1.冲压的定义冲压是在冲压设备的压力作用下，利用模具使板料产生分离或变形，从而获得所需零件的加工方法。7/22/20231动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工2.冲压加工的特点由于利用模具冲压成形，所以可获得其他加工方法所不能或难以制造的薄壁、形状复杂的零件。冲压件的尺寸精度由模具来保证，所以质量稳定，互换性好。冲压加工一般不需要加热毛坯，也不像切削加工那样，大量切削金属，所以它不但节能，而且节约金属。7/22/20232动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工生产效率高。冲压加工是一种高效率的加工方法。对于普通压力机每分钟可生产几十件，而高速压力机每分钟可生产几百甚至上千件。操作简便，便于实现生产的机械化和自动化。同时，其材料利用率较高，生产批量大时产品的成本较低。7/22/20233动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工3.冲压的应用汽车、农机产品中，冲压件约占75～80％；电子产品中，冲压件约占80～85％；轻工产品中，冲压件约占90％以上。7/22/20234动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工二、冲压分类7/22/20235动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工三、冲压设备冲压设备是为冲压加工提供动力的设备冲压设备可以分为剪机和压力机两大类：剪机是用来将板料切成一定宽度的条料，以供给下一步冲压之用。剪机分成斜刃剪、平刃剪和圆盘剪等几种压力机一般可分为机械压力机、液压压力机等类型。机械压力机在生产中用得最多，它包括曲柄压力机、摩擦压力机7/22/20236动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工车辆生产中曲柄压力机应用较广，曲柄压力机主要技术参数有：公称压力滑块行程滑块每分钟行程次数装模高度以及工作台尺寸滑块底面尺寸等

7/22/20237动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工四、冲压件制造的一般过程原材料矫正剪切冲压检验消除表面不平、弯曲及扭曲等缺陷足够塑性表面光整厚度符合公差要求备料工序7/22/20238动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工五、冲压生产的三要素板料模具冲压设备7/22/20239动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工六、车体钢结构用材的技术要求在满足力学性能的前提下，尽量减轻自重具有良好的耐大气腐蚀性能具有抗振特性，材质疲劳裂纹的传播速度要小对应力集中的敏感性要小有较好的冲压和焊接工艺性，便于制造和修理7/22/202310动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工七、车体结构勇冲压材料普通碳素钢耐候钢不锈钢铝合金7/22/202311动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工普通碳素钢（Q235）性能特点塑性较高，强度适中冲压和焊接工艺性能良好价格便宜耐腐蚀性能差7/22/202312动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工耐候钢合金元素含量少，成本低，强度高综合性能好比普通碳素钢有较高的耐腐蚀性能，其耐腐蚀性能是普通碳素钢的2～3倍，甚至更高冲压性能不如普通碳素钢7/22/202313动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工不锈钢具有良好的耐腐蚀性能车体外皮表面不需涂装可减轻车体自重7/22/202314动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工铝合金可以减轻车体自重，实现车体轻量化耐腐性能突出具有良好的焊接性和机械性能7/22/202315动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工

第二节冲裁预备知识：冲裁定义：冲裁是利用冲床和模具使板料分离的一种冲压工序分离工序：切断、落料、冲孔、修边及切口等冲裁工艺：主要指落料和冲孔7/22/202316动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工

一、冲裁的变形过程1.弹性变形阶段凸模接触板料后开始压缩材料，使材料产生弹性压缩、拉伸及弯曲等变形。材料内的应力达到弹性极限7/22/202317动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工2.塑性变形阶段当凸模继续压入，压力增加，材料的内应力达到屈服极限，产生塑性变形。当外力继续增加，使材料的内应力超过抗剪强度时，在凸凹模刃口附近板材出现微裂纹，塑性变形结束。此阶段出现塑剪变形、弯曲和拉伸变形。7/22/202318动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工3.断裂阶段当凸模继续压入，在凸凹模刃口附近的微裂纹在拉应力的作用下不断向材料内部延伸，当上下两裂纹相遇重合时，材料被剪断分离。7/22/202319动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工二、冲裁断面特征（1）圆角带：塑性变形开始时，软材料比硬材料的圆角大（2）光亮带：塑性变形过程中产生的。软材料的光亮带宽，硬材料的窄。7/22/202320动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工（3）断裂带：断裂阶段产生的。其表面粗糙。（4）毛刺：微裂纹的产生位置并非正对着刃口，冲裁件必然存在毛刺7/22/202321动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工

三、冲裁力的计算及压力机公称压力（一）冲裁力P的计算（平刃口）系数一般取1.3冲裁周边长度板材厚度抗剪强度抗拉强度7/22/202322动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工（二）卸料力、推件力及顶件力的计算卸料力：从凸模上将零件或废料取下来所需要的力推件力：从凹模内顺着冲裁方向将零件或废料推出的力顶件力：从凹模内逆着冲裁方向将零件或废料顶出的力7/22/202323动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工卸料力、推件力及顶件力计算公式：

h－圆柱形凹模洞口高度

n－同时卡在凹模洞口内零件的数目，通常n=2

～47/22/202324动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工分别为卸料力、推件力和顶料力系数，由下表决定：7/22/202325动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工（三）压力机公称压力计算采用弹性卸料装置和下出料方式时：采用弹性卸料装置和上出料方式时：采用刚性卸料装置和下出料方式时：7/22/202326动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工（四）降低冲裁力的方法（1）阶梯凸模H与板材厚度有关：当t≤3mm时

H=t当t＞3mm时

H=0.5t7/22/202327动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工（2）斜刃口7/22/202328动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工斜刃口冲裁力为：

P’：平刃口冲裁力

K1：斜刃口冲裁减力系数斜刃高度和角度的确定

板料厚度t斜刃口高度H斜刃角φ<32t<5°3～10t<8°7/22/202329动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工斜刃冲裁的减力系数的确定（3）加热冲裁HK1t0.4～0.62t0.2～0.43t0.1～0.57/22/202330动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工四、排样冲裁件在条料或板料上的布置方法称为排样。排样的经济性用材料的利用率表示，即：F0－工件实际面积F

－材料面积7/22/202331动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工材料利用率与废料面积大小有关，如敞车下侧门搭扣铁排样：7/22/202332动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工材料利用率与工件形状有关，如货车筋板排样：7/22/202333动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工五、冲裁模分类及组成（一）冲裁模的分类按工序性质可分为落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等；按工序组合方式可分为简单模、连续模和复合模；按上、下模的导向方式可分为无导向的开式模和有导向的导板模、导柱模、导筒模等；7/22/202334动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工按凸、凹模的材料可分为硬质合金冲模、钢皮冲模、锌基合金冲模、聚氨脂冲模等；按凸、凹模的结构和布置方法可分为整体模和镶拼模，正装模和倒装模；按自动化程度可分为手工操作模、半自动模、自动模7/22/202335动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工以下按工序的组合对冲裁模进行介绍简单模构造特点简单模也称单工序模，冲压一次只完成一个工序。如落料模或冲孔模，如图所示：7/22/202336动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工凸模凹模模柄上模板下模板简单模第三章动车组车体零件冲压加工7/22/202337动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工连续模冲压一次，在模具的不同部位同时完成数道冲裁工序的模具（多工序模）冲压工序均匀分布在坯料的送进方向上减少模具和设备数量，生产效率高，易实现生产自动化模具轮廓尺寸较大，精度较低，成本高关键问题是送料的准确定位问题形式：固定挡料销式、侧刀式、自动挡料式7/22/202338动车组制造工艺冲孔落料连续模1-模柄；2-螺钉；3-冲孔凸模；4-落料凸模；5-导正销；6-固定挡料板第三章动车组车体零件冲压加工7/22/202339动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工复合模冲压一次，在模具的同一部位同时完成数道冲裁工序的模具（多工序模）具有凸凹模（既是凸模又是凹模）内孔和外缘相对位置精度容易保证，生产效率高模具轮廓尺寸比连续模小模具结构复杂，制造成本高，适合大批生产7/22/202340动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工冲孔落料连续模7/22/202341动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工（二）冲裁模组成工作部分零件：凸模、凹模、凸凹模定位部分零件：起送料导向作用，并控制进距。如导尺，定位销等推件、卸料部分零件：如卸料板，推件器等导向部分零件：保证上下模有准确的运动，保证凸模和凹模有均匀的间隙。如导柱、导套等安装固定部分零件：模柄，上下模板，凸模固定板，螺钉，圆柱销等7/22/202342动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工六、冲裁模设计（一）模具总体结构形式的确定模具类型的选择：简单模、连续模或复合模（见表）操作方式的确定：手动，半自动化，自动化操作进出料方式的确定：根据原材料的形式确定进料方法，取出和整理零件的方法，原材料的定位方法压料与卸料方式的确定：弹性或刚性卸料模具精度的确定7/22/202343动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工简单模、连续模与复合模的比较7/22/202344动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工（二）模具压力中心的计算模具压力中心指冲裁力合力的作用点利用求平行力系合力作用点方法求模具压力中心7/22/202345动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工冲模的压力中心确定原则冲裁形状对称的单个冲裁件时，其压力中心就是冲裁件轮廓图形的几何中心；工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合；形状复杂的零件、多孔模冲裁时的压力中心可用解析计算法求出冲模的压力中心。7/22/202346动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工压力中心计算公式:7/22/202347动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工（三）冲压设备的选择压床吨位：压床的公称压力应大于总冲裁力压床的闭合高（由连杆长度调节）压床的最大、最小闭合高与模具闭合高的关系如下：7/22/202348动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工7/22/202349动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工压床行程：对于落料拉延复合模，压床行程必须大于拉延高度的2倍以上压床台面尺寸：应大于冲模下模板的外形尺寸，并留有固定冲模的位置7/22/202350动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工七、冲裁模主要零件结构形式（一）工作部分零件凸模（1）结构形式标准圆形凸模带护套的小孔凸模大圆凸模7/22/202351动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工标准圆形凸模带护套的小孔凸模7/22/202352动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工大圆凸模7/22/202353动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工（2）凸模长度计算H为附加长度，包括：A1（0.5～1mm）总修磨量：10～15mm安全距离A：10～20mm7/22/202354动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工（3）凸模强度和刚度校核压应力校核:

冲裁力≤凸模允许承受的最大压力失稳弯曲应力校核（两种情况）：7/22/202355动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工无导板模相当于一端固定，另一端自由的压杆，其最大冲裁力为：

其中：

E：凸模材料弹性模量

J：凸模最小横断面轴惯性矩

l：凸模长度

n:安全系数7/22/202356动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工有导板模相当于一端固定，另一端铰支的压杆，其最大冲裁力为：

7/22/202357动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工凹模（1）结构形式锥形凹模柱孔口锥形凹模柱形或锥形孔口的筒形凹模7/22/202358动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工锥形凹模特点：冲裁件易于通过修磨量较小刃口强度较低用于形状简单精度要求不高的零件t<2.5,a=15’t=2.5～6,a=30’7/22/202359动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工柱孔口锥形凹模特点：冲裁件与孔壁磨损大修磨量较大刃口强度较高容易形成倒锥适合于形状复杂或精度较高的冲裁件柱孔口高度ht<0.5,h=3～5，

t=0.5～5,h=5～10t=5～10,h=10～152～3°7/22/202360动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工柱形或锥形孔口的筒形凹模适合于形状复杂或精度较高的冲裁件、向上顶料的模具7/22/202361动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工（2）凹模外形尺寸凹模高度：凹模壁厚：7/22/202362动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工（二）定位零件常用的定位零件有：导尺和定位销等固定挡料销7/22/202363动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工在送料方向上的定位，用来控制送料的进距，称为挡料挡料销定距：用于手工送料，适用于简单模或连续模侧刀定距：定位准确，生产效率高，适用于连续模导正销定距：适用于连续模7/22/202364动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工与送料方向垂直的方向上定位，称为导向导销式：多用于简单模或连续模导尺式：适用于简单模或连续模7/22/202365动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工（三）卸料及推件零件(a)刚性卸料(b)弹压卸料1-卸料板；2-弹性元件；3-卸料螺钉7/22/202366动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工（四）导向装置常用的导向装置有：导板式和导柱式导板的导向孔按凸模断面形状加工，采用IT5级配合中小型模具多用圆柱形导柱式7/22/202367动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工（五）安装固定零件模板圆形模板的外径应比凹模直径大30～70mm，以便安装矩形模板的长度应比凹模长度大40～70mm，宽度取与凹模宽度相同或稍大的尺寸7/22/202368动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工模板轮廓尺寸应比冲床工作台漏料孔至少大40～50mm模板厚度可参照凹模厚度估算，一般取凹模厚度的1～1.5倍7/22/202369动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工模柄（4种结构形式）带凸缘模柄压入式模柄旋入式模柄浮动式模柄7/22/202370动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工凸模固定板和垫板将凸模固定在模板的正确位置上其平面尺寸要保证安装凸模及定位销和紧固螺钉其厚度一般取凹模厚度的0.6～0.8倍垫板的作用是分散凸模传来的压力，防止模板被挤压损伤垫板厚度一般取3～8mm7/22/202371动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工八、冲裁间隙及凸模凹模刃口尺寸计算冲孔尺寸和落料件外形尺寸均取决于光亮带的横向尺寸，即落料件的尺寸接近凹模刃口的尺寸，冲孔的尺寸接近凸模刃口的尺寸落料模先确定凹模刃口尺寸，用减小凸模尺寸来保证合理间隙冲孔模先确定凸模刃口尺寸，用增大凹模尺寸来保证合理间隙7/22/202372动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工落料：冲孔：7/22/202373动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工为保证间隙值，凸凹模偏差必须满足下列条件：7/22/202374动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工凸凹模初始双面间隙表（精度要求较高）材料t≤1t＞1~2t＞2~3t＞3~5软钢(0.08~0.2%C)(0.05~0.07)t(0.06~0.08)t(0.07~0.09)t(0.08~0.10)t中硬钢(0.3~0.4%C)(0.06~0.08)t(0.07~0.09)t(0.08~0.10)t(0.09~0.11)t硬钢(0.5~0.7%C)(0.07~0.09)t(0.08~0.10)t(0.09~0.11)t(0.10~0.12)t7/22/202375动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工例题：如图所示的落料，试求凸凹模刃口尺寸及公差？工件精度：IT12材料：10＃钢工件厚度：t=1.5mm7/22/202376动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工根据工件厚度查表得凸凹模间隙：凸模制造精度IT6级：凹模制造精度IT7级：根据工件精度IT12级，取工件公差：7/22/202377动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工求凹模刃口尺寸及公差：求凹模刃口尺寸及公差：校核：7/22/202378动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工7/22/202379动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工九、冲裁件的结构工艺性工件力求简单，对称，以圆形和方形为好工件的外形及内部转角处应避免有尖角工件外形应尽量符合少废料或无废料排样充分利用产品的结构废料冲孔尺寸不应太小，以免凸模折断。工件上孔与孔之间、孔与工件边缘之间的距离不能太小，否则，凹模强度过弱，易破裂。7/22/202380动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工由条料冲出圆弧形端头时，应使圆角半径R略大于条料的板宽7/22/202381动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工第三节弯曲一、弯曲定义及应用将板材、型材和管材等压弯成一定角度和形状的加工工序称为弯曲弯曲模压弯，折弯机折弯，滚弯机滚弯，拉弯机拉弯等用于车体钢结构中的梁、柱等的加工

7/22/202382动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工图3-24弯曲的加工形式7/22/202383动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工二、弯曲的变形过程变形过程随着凸模的下压，板料的弯曲半径R0逐渐减小（R0>R1>……>R）7/22/202384动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工弯曲力臂也随之减小（l0>l1>……>lk）当凸模与板料、凹模三者完全吻合时，板料的内弯曲半径R与凸模的半径r一致，弯曲变形结束7/22/202385动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工变形特点弯曲变形区域主要发生在零件的圆角部分，直臂部分基本没有变形在弯曲区内，板料外层纵向纤维受拉伸长，内层纵向受压缩短，中性层纤维长度不变7/22/202386动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工在弯曲区内，板料厚度有变薄现象在弯曲区内，板料的断面发生畸变对于窄板（b＜3t），弯曲是平面应力状态对于宽板（b＞3t），弯曲是三向应力状态7/22/202387动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工弯曲分类自由弯曲：指凸模与板料、凹模相互吻合后不再发生冲击作用的弯曲校正弯曲：指凸模与板料、凹模相互吻合后还做一次冲击，对弯曲件起校正作用的弯曲7/22/202388动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工二、弯曲后的回弾回弾及其表示方法由于弹性变形的恢复，使板料的弯角及弯曲半径发生变化的现象称为回弾弯曲区内只要存在弹性变形，就必然产生回弾对弯曲工艺而言，回弾是一种有害现象7/22/202389动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工回弾的表示方法：弯曲半径增加量Δr

：弯曲卸载后弯曲件的半径r与弯曲凸模半径r。之差，即：

Δr＝r－r。角度回弾量：弯曲卸载后弯曲件的角度α与弯曲凸模角度α。之差，即：7/22/202390动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工影响回弾的因素材料的机械性能，相对弯曲半径r/t，角度回弾量随r/t的增大而增大当r/t＝1～1.5时，回弹角最小。

弯曲中心角α。，α。越大，表明变形区的长度（rα。）越长，回弹的积累值越大，其回弹角大7/22/202391动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工弯曲方式及校正力的大小，校正弯曲比自由弯曲回弹小，校正力越大，则回弹越小弯曲件的形状，U形比V形工件的回弾量小模具间隙，对U形工件，凸凹模之间的间隙越小，则回弾也越小7/22/202392动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工减小回弾的方法改进工件的结构设计在弯曲变形区压制加强筋，以增加工件刚度减小回弾改变断面形状以减小回弾7/22/202393动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工从制订工艺上采取措施用校正弯曲代替自由弯曲对经过冷作硬化的硬材料，可先退火，弯曲，再淬火从模具结构上采取措施控制凸模和凹模的几何形状和尺寸，来补偿回弾7/22/202394动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工可用改变背压（顶板压力）的方法改变回弹角调整背压值减小回弹7/22/202395动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工问题：对于弯曲半径很大的型材类工件，如图所示客车车顶弯梁，如何弯曲？7/22/202396动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工采用拉弯工艺拉弯机示意图如下：拉弯工艺7/22/202397动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工7/22/202398动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工拉弯工艺过程如下：在弯曲前先使毛坯承受一定的拉伸应力，其值应使弯曲内层的合成应力稍大于材料的屈服极限在此拉伸状态下进行弯曲有时为提高精度，最后再加大拉力进行所谓的补拉7/22/202399动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工三、最小弯曲半径最小弯曲半径弯曲时，变形区外侧表面在切向拉应力的作用下产生伸长变形，用以下公式计算：

r/t

越小，切向伸长变形越大，当r/t

减小到一定程度后，伸长变形可能超过材料性能允许的界限而发生破坏7/22/2023100动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工在保证毛坯外层表面不破坏的条件下，所能弯曲的零件内层表面的最小半径，称最小弯曲半径Rmin影响最小弯曲半径的因素材料的机械性能和热处理状态，材料的塑性越好，最小弯曲半径越小；就必须在采用弯曲前退火方法，最小弯曲半径越小7/22/2023101动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工材料的纤维方向，板材纵向上的塑性指标大于横向，弯曲线与板材纵向纤维垂直时，Rmin较小7/22/2023102动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工材料的厚度，厚度越大，最小弯曲半径越大板料表面及冲裁断面的质量，弯曲毛坯一般由冲裁获得，其断面存在冷作硬化层，因此会增大最小弯曲半径弯曲件的相对宽度b/t，b/t

越大，Rmin越大，但当b/t=8～10mm及以上时，宽度影响不大7/22/2023103动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工最小弯曲半径的确定最小弯曲半径的确定可以用近似方法计算，但由于影响最小弯曲半径的因素很多，近似方法计算的最小弯曲半径与实际值有一定的误差。因此，在实际生产中主要是参考经验数据来确定各种材料的最小弯曲半径，如查阅有关冲压资料或手册7/22/2023104动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工最小弯曲半径rmin

/t

7/22/2023105动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工一般认为合适的弯曲半径为r=5t（t为板料厚度）；对于弯曲半径必须小于最小弯曲半径的弯曲件，则只好增加一次校正工序，或进行退火然后再弯曲到工件要求的弯曲半径。

7/22/2023106动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工四、弯曲件的结构工艺性弯曲半径不能小于材料的允许的最小弯曲半径弯曲件形状应对称弯曲件孔边距离L：与材料厚度有关弯曲件竖边高度H不应小于2t，最好大于3t工艺孔切孔槽7/22/2023107动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工第四节拉深拉深是利用模具使冲裁后得到的平面毛坯变成开口的空心零件的冲压工艺拉深工艺可获得筒形，阶梯形，锥形，球形，方盒形及其他不规则形状的薄壁零件拉深件按变形的力学特点分为：圆筒形零件，曲面形零件，盒形零件和非旋转体曲面形零件7/22/2023108动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工(a)(b)(c)拉深件示意图(a)圆筒形零件(b)盒形零件(c)非轴对称曲面零件7/22/2023109动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工一、拉深过程中金属的变形特点“多余三角形”部分的材料发生塑性流动而转移成工件的高度和工件的壁厚，而其高度为：多余三角形7/22/2023110动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工变形过程分析将图（a）的扇形面积分成三个区域，在凸模的作用下，直径为D的毛坯被拉进凸、凹模之间的间隙里形成筒形件。工件高度为H的直壁部分是由毛坯的环形（A’B’F’E’）部分转化而成的，所以，拉深时毛坯的外部环形部分是变形区。拉深件变形特点a)扇形毛坯b)毛坯变形c)拉深件7/22/2023111动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工而底部（OCD）通常是不参与变形的，称为不变形区。被拉入凸、凹模之间的直壁部分（C’D’F’E’）是已完成变形部分，称为已变形区。在整个拉深过程中，毛坯的圆环部分在径向拉应力和切向压应力的作用下，金属发生塑性流动而不断进入凸、凹模之间的间隙中，形成零件的直壁部分。拉深件变形特点a)扇形毛坯b)毛坯变形c)拉深件7/22/2023112动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工“多余三角形”材料的塑性流动，一方面要增加工件的高度Δh，使得

7/22/2023113动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工拉深件各部分厚度不一致，底部略有变薄，侧壁上段逐渐增厚，下段逐渐变薄，弯角处变薄；零件各部分的硬度也不一样，愈到上缘硬度愈高。拉深件沿高度方向硬度与厚度7/22/2023114动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工二、压边装置及其选择在拉深过程中，毛坯变形区的凸缘部分在切向压应力的作用下因失稳而发生起皱毛坯起皱后，很难通过凸模与凹模的间隙而被拉断，造成废品7/22/2023115动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工工件起皱的条件：毛坯直径工件直径板厚拉深方法第一次拉深以后各次拉深t／D×100m1t／D×100mn用压边＜1.5＜0.6＜1＜0.8可用可不用压边1.5～2.00.61～1.50.8不用压边＞2.0＞0.6＞1.5＞0.87/22/2023116动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工在拉深模上设置压边装置可以防止起皱压边示意图1-凸模；2-压边圈；3-毛坯；4-凹模7/22/2023117动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工压边装置分为：弹性压边装置和刚性压边装置弹性压边装置橡胶压边装置弹簧压边装置气垫压边装置橡胶弹簧气垫7/22/2023118动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工刚性压边装置刚性压边装置的压边力不随拉深行程而变化刚性压边装置用于双动压床（双动压床有两个滑块，一个内滑块和一个外滑块凸模装在内滑块上，压边装置装在外滑块上工作过程是：拉深时，压边装置随外滑块首先下降压住毛坯，然后内滑块上的凸模下降，将毛坯拉深成形7/22/2023119动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工图3-427/22/2023120动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工三、拉深次数的确定（一）拉深系数拉深系数是指拉深后零件的直径d与拉深前毛坯直径D之比，即：拉深系数反映了毛坯外边缘在拉深时的切向压缩变形的大小，m越小，压缩变形越大，m永远小于17/22/2023121动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工极限拉深系数：在拉深变形区成为弱区的条件得到保证的前提下，可能采用的最小拉深系数

（可查冲压手册得到）

7/22/2023122动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工拉深次数如果拉深系数小于该毛坯材料的极限拉深系数，就要采用多道拉深工序，第一次拉深系数为：以后各次拉深系数为：7/22/2023123动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工（二）影响拉深系数的因素

材料的内部组织和机械性能材料的塑性越好，其延伸率δ越大，则材料的拉深系数可取得小些。材料的屈强比σs/σb越小，其拉深系数值就可以小一些材料的相对厚度t/D，相对厚度大，拉深时材料抵抗凸缘处失稳起皱的能力强，拉深性能好，拉深系数可取小些7/22/2023124动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工拉深次数的影响，多次拉深成形的零件，因材料在拉深变形过程中出现加工硬化现象，故首次拉深系数最小，以后逐次增大。但是，前道拉深后经过热处理退火的，后道的拉深系数同样可以取较小值压边力的影响，使用压边圈时拉深不易起皱，拉深系数可以取小些；反之，拉深系数可取大些。

应注意，压边力的大小要适当，如果压边力过大，会增加拉深阻力；反之，拉深时板料容易起皱，使拉深阻力剧增，甚至拉裂7/22/2023125动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工润滑条件F1，F2，F3：增加拉深力F4，F5：减小拉深力7/22/2023126动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工模具的几何参数凸模圆角半径过小，对极限拉深系数不利凹模的圆角半径过小，增加毛坯凸缘部分的滑动阻力，极限拉深系数增大拉深模的间隙，间隙过大，工件易起皱，间隙过小，毛坯容易拉断或严重变薄7/22/2023127动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工拉深系数毛坯相对厚度（t／D）×1002.0～1.51.5～1.01.0～0.60.6～0.30.3～0.150.15～0.08m1m2m3m4m50.48～0.500.73～0.750.76～0.780.78～0.800.80～0.820.50～0.530.75～0.760.78～0.790.80～0.810.82～0.840.53～0.550.76～0.780.79～0.800.81～0.820.84～0.850.55～0.580.78～0.790.80～0.810.82～0.830.85～0.860.58～0.600.79～0.800.81～0.820.83～0.850.86～0.870.60～0.630.80～0.820.82～0.840.85～0.860.87～0.88圆筒形件带压边圈时的极限拉深系数7/22/2023128动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工（三）拉深次数的确定若零件所要求的总拉深系数m总大于零件材料的极限拉深系数m时，则该零件只需一次拉深即可制成，否则必须进行多次拉深。

7/22/2023129动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工相对高度

h/d拉深次数毛坯相对厚度（t／D）×1002～1.51.5～1.01.0～0.60.6～0.30.3～0.150.15～0.06123450.94～0.771.88～1.543.5～2.75.6～4.38.9～6.60.84～0.651.60～1.322.8～2.24.3～3.56.6～5.10.70～0.571.36～1.102.3～1.83.6～2.95.2～4.10.62～0.51.13～0.941.9～1.52.9～2.44.1～3.30.52～0.450.96～0.831.6～1.32.4～2.03.3～2.70.46～0.380.90～0.701.3～1.12.0～1.52.7～2.0圆筒形工件拉深次数的确定7/22/2023130动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工四、拉深件毛坯尺寸的确定修边余量7/22/2023131动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工假设拉深前毛坯的面积和拉深后零件中性层展开面积相等，则7/22/2023132动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工7/22/2023133动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工五、拉深件的结构工艺性拉深件形状应尽量简单，圆角半径应满足：7/22/2023134动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工应尽量避免设计有宽凸缘和深度大的拉深件，在用压边圈拉深筒形件时，最合适的凸缘尺寸约在下列范围：

D=d+(12～25)t对于半敞开及非对称的空心件，应考虑将两个或几个工件合并成对称的形状7/22/2023135动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工第五节冷挤压冷挤压是在常温下将金属坯料放入模腔内，利用压力机的强大压力，迫使坯料三向受压产生塑性流动，使金属从模孔或模具的缝隙挤出，从而获得所需制件的一种加工方法。7/22/2023136动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工一、冷挤压的基本方式正挤压：金属的挤出方向与凸模的运动方向相同，可制造实心件和空心件。7/22/2023137动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工反挤压：金属的挤出方向与凸模的运动方向相反，可制造各种断面形状的杯形件。7/22/2023138动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工复合挤压：金属的挤出方向与凸模的运动方向，有一部分相同，另一部分相反。7/22/2023139动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工二、冷挤压工艺的特点挤压力大。要使室温状态下的金属产生必要的塑性流动，需要很大的挤压力，挤压力的大小可能达到毛坯材料强度极限的4～6倍或更高，而且是集中力，作用时间长。这是冷挤压区别于其他成形方法的突出的特点。

7/22/2023140动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工冷挤压时，毛坯处于三向压应力作用下，其塑性可大大提高。材料允许的变形程度一般已不再受材料塑性的限制，而是受模具材料强度和模具寿命的限制润滑对冷挤压的影响十分重要。毛坯与模具接触面的磨擦不仅影响金属的变形和挤压件的质量，而且也影响单位挤压力的大小、模具的强度和寿命。7/22/2023141动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工冷挤压件的强度和硬度提高。冷挤压件是材料塑性流动后成型的，沿着挤压件轮廓具有连续分布的金属流线，组织致密，加上强烈的冷作硬化，零件强度，硬度大为提高。

冷挤压能充分利用材料，成本低廉，生产效率高。还可以提高冷挤压件的机械性能和使用寿命。冷挤压件的尺寸精度较高、表面质量好。冷挤压件尺寸精度可达IT8级，表面粗糙度可达Ra=3.2～0.4μm。

7/22/2023142动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工冷挤压变形程度在冷挤压变形过程中，毛坯的尺寸、形状都要发生变化。其变化的大小称为变形程度或变形率，通常用断面收缩率εA来表示：冷挤压时，一次挤压加工可能达到的最大变形程度称为许用变形程度。7/22/2023143动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工几种材料的许用变形程度εA（%）7/22/2023144动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工三、冷挤压件结构工艺性1．对称性：冷挤压零件的断面形状应尽量对称，对称性愈高，所需的挤压力愈小，模具寿命长。2．断面面积之差小：零件断面面积之差过大时，在断面变形的过渡部位，不均勾变形加剧，这部分材料容易破裂，还可能引起模具的剧烈磨损和早期破坏。为避免断面过渡突变，应将断面变化部位设计成锥形过渡，过渡部分的衔接处采用平滑的圆弧连接。7/22/2023145动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工3．断面形状避免阶梯形：阶梯形外形或孔壁的各个台阶的尺寸差不大时，可格断面简化设计成内外均为直壁的圆筒形件。阶梯形件的改造（a）不推荐的阶梯形（b）适宜的形状7/22/2023146动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工4．避免细小深孔：因为挤压时金属的流动不均匀，会引起挤压件形状畸变，同时增大所需的挤压力，对凸模也易变形和折断。5．适当的圆角半径：挤压件上圆角半径的大小十分重要。任何尖锐部位，都会阻碍金属的正常流动和加剧模具的磨损。

6．挤压件的尺寸要合理：冷挤压工艺能够加工的尺寸，超出这一范围，材料稳态塑性变形的条件遭到破坏，就会导致模具过载、挤压件形状改变和尺寸的严重波动，以及各种疵病的出现。7/22/2023147动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工第六节冲压工艺规程的制订一、冲压工艺规程制订的步骤及内容(1)对零件图的分析；(2)确定冲压件生产的工艺方案；(3)确定模具类型及结构形式；(4)选择冲压设备；(5)编写冲压工艺卡片。7/22/2023148动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工二、零件图的分析冲压的工艺性冲压件的工艺性是指该零件在冲压加工中的难易程度冲压件的结构形状，尺寸大小，尺寸公差，尺寸基准，材料选用及技术要求是否符合冲压加工的要求工艺性好的工件，可以节约原材料，简化工艺过程及模具结构，并能保证工件质量，减少废品率影响冲压工艺性主要因素如下：7/22/2023149动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工（1）材料的种类和厚度首先应考虑工件的使用要求，同时还要考虑材料适应各种冲压工序的能力。冲压用材料必须具有足够的塑性、表面平整光洁、板料厚度符合公差标准。同时，还应遵循经济节约的原则厚度在强度和刚度允许的情况下，尽可能采用较薄的材料。7/22/2023150动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工（2）零件的形状冲压件的形状对工艺性影响最大。在生产中由于零件形状设计不合理，就会造成材料浪费、模具制造困难、废品增加、生产周期长、产品成本提高。

7/22/2023151动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工（3）冲压件的尺寸精度和表面质量a.冲压件尺寸精度：不应超过一般冲压生产所能达到的尺寸精度落料不超过IT10级冲孔不超过IT9级弯曲不超过IT9～IT10级高度尺寸精度为IT8～IT10级直径为IT8～IT9级厚度为IT9～IT10级7/22/2023152动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工冲压件表面质量：不应高于原材料所具有的表面质量。一般普通冲裁粗糙度可达Ra=12.5～3.2μm精冲可达Ra=2.5～0.32μm。7/22/2023153动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工（4）冲压件的尺寸标注、尺寸公差和基准面的选择除非结构上的特殊要求，尺寸数值宜用整数或偶数的倍数，以便计算和分割。注意尺寸的通用性和孔的直径标准化，使尺寸稍加改进后即能利用现有的零件和工艺装备进行生产。冲压件在满足使用的前提下，如果将局部尺寸给予灵活处理，就可以扩大冲压工艺的灵活性。

圆头形工件7/22/2023154动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工凡是冲压件图中未注明公差尺寸，通常按自由公差处理。如果没有配合要求的尺寸，不应标注公差与表面粗糙度。冲压件结构尺寸的基准，应尽可能作为冲压时的定位基准，以避免定位误差。7/22/2023155动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工用冲压加工是否最经济冲压加工虽然是一种先进的工艺方法，但不是在所有情况下都是最经济的方法。零件批量的大小对冲压加工的经济性起决定作用，随着批量的减小，它的优越性将明显地下降，这时就不如采用其他方式更经济。

例如深盒状零件，在批量较小的情况下，采用拉深浅盒再焊上侧壁，或者将十字形毛环折弯后再焊起来，比单纯拉深深盒要经济得多。另外，还可以采用等离子切割等代替小批量冲裁件生产。

7/22/2023156动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工零件图有无修改的可能以下情况需对原图作适当修改：零件的形状过于复杂，尺寸精度和表面粗糙度要求过高，或者尺寸标注不合理等。适当改变零件的局部形状或尺寸，会有利于排样，能节约材料，减少工序或简化模具结构。将形状复杂的零件，改为冲压与焊接组合结构可以简化工艺，降低成本。7/22/2023157动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工可以用廉价材料代替贵重材料，以薄料代厚料，以黑色金属代有色金属等。

通过修改产品零件的结构(有时甚至重新设计)以改善其工艺性或节约材料，这是简化工艺、降低零件成本的重要途径之一。7/22/2023158动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工三、冲压工艺方案的确定确定冲压工艺方案的主要工作：分析和确定某冲压件的冲压工序的性质、数量和顺序；提出模具的类型选择设备的型号和规格7/22/2023159动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工确定工序的性质、数量和顺序工序的性质主要决定于工件的结构形状，但也受到具体生产条件的制约。在一般情况下可以从零件图上，直观地看出所需工序的种类。但有时却要经过计算、分析和比较后才能确定所要工序的性质。7/22/2023160动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工例如下图所示的零件，初看似乎可以用落料、平面上冲孔与翻边三道工序冲出。以低碳钢材料为例，经过计算，其最大翻边高度（约为14mm）小于18mm，故不能直接用落料、冲孔、翻边方法制造，而必须经过落料、浅拉深、冲孔再翻边；或经过拉深、整修再切底才能达到顶定的高度。7/22/2023161动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工工序的数量，主要决定于零件材料的性能、几何形状的复杂程度和尺寸精度。因为任何冲压工序的变形程度和所能达到的精度都有一定的范围。

冲裁形状复杂的零件时，由于受到模具结构或强度的限制，其内外轮廓常常不得不分成几个部分，用几套模具或连续模进行冲裁，非常靠近的两个孔也不能同时冲出；弯曲件的工序数量，随弯角的多少及其相对位置和弯曲方向而不同；拉深件的工序数量，与材料性能、阶梯数目、高度与直径的比值有关(盒形件还与角部的圆角半径有关)，因此往往需要通过具体计算求出所需工序的数量。7/22/2023162动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工工序顺序的安排，主要考虑工序的性质、材料的变形规律、零件的精度及定位要求等。当零件上孔距要求不高时可先冲孔后弯曲成形。当零件上的孔距要求较精确时，则必须先成形后冲孔，否则孔的位置精度达不到要求。安排工序顺序时，还必须考虑工件在模具中的定位方法。要注意前一工序所得工件的形状，不致引起后续工序中工件定位的困难。最后成形或冲裁工作不致引起已成形的部分发生变形。7/22/2023163动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工例如，弯曲件应先弯外角，后弯内角。拉深件一般先压里面，后压外面，以利于金属的流动成形。弯曲及拉深工序顺序7/22/2023164动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工工序的组合与模具形式的选择(1)组合的必要性：工序组合的必要性，主要决定于零件生产的批量或年产量。

在大批量生产情况下，应当尽可能地把工序集中起来，采用复合模或者连续模进行冲压。以提高生产效率，减少劳动量，降低成本；而在小批量生产时，则以采用单工序模分散冲压为宜。

7/22/2023165动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工组合的可能性：工序组合的可能性，主要决定于零件的尺寸、精度、模具制造的可能性与使用的可靠性，以及冲压设备的能力等。生产实践表明:复合冲压用材料的厚度最适宜的范围是0.05～3mm，连续冲压为0.2～6mm。当零件上孔间距离或孔与外缘距离太小，模具壁厚受到限制，使模具缺乏足够的强度和刚度时，也不能用复合模冲压。7/22/2023166动车组制造工艺第三章动车组车体零件冲压加工组合方式高精度(IT9～IT11级)和大型零件，应当采用复合模进行复合冲压，小型和低精度(IT12级以下)零件，以采用连续模进行冲压为佳。工序组合数量：对于复合模一般为2～3个工序，最多为4个工序；对于连续模，在满足压床工作台要求的前提下，集中工序可以多一些。7/22/2023167动车组制造工艺第