教学材料《冲压加工》-第七章

7.1制定冲压工艺过程的基础7.1.1工艺设计的原始资料在制定冲压件工艺过程之前必须明确冲压件的生产批量，了解冲压件的结构与在机器中的装配关系及技术要求，原材料的规格、状态，生产车间的平面布置，设备技术参数及负荷情况，工人技术水平等。7.1.2掌握变形规律，正确制定工艺过程金属材料在冲压过程中的变形规律，是制定冲压工艺过程及设计模具极为重要的基础。

1．冲压成形时坯料各区的划分在冲压成形时，可以把成形过程的坯料划分为变形区与非变形区。图7-1是拉深、翻孔、缩口三种工序在成形过程中下-页

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坯料变形区与非变形区的划分，其中A区为变形区，其他区域为非变形区。

2．冲压成形坯料变形区的应力、应变与分类从冲压各工序的变形分析中可以看出，本质上讲，各种冲压成形的过程就是坯料变形区在力的作用下产生变形的过程，所以坯料变形区的受力情况和变形特点是决定各种冲压变形性质的主要依据。板料冲压中，一般可以近似地认为在板厚方向上的应力数值为零，使坯料变形区产生塑性变形是板料平面上两个互相垂直的主应力作用的结果。上-页

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返回7.1制定冲压工艺过程的基础变形区的应力状态可以归纳为四类，即两向受拉、两向受压、经向拉纬向压、经向压纬向拉。而变形情况则比较复杂，在同一工序的变形区内，往往存在不同性质的变形，如弯曲、拉深、扩口等。对于两类成形，由于应力状态和变形性质不同，因而产生的问题和解决问题的方法也不同。在伸长类成形中，变形区的拉应力占主导地位，厚度变薄，表面积增大，有产生破裂的可能性；在压缩类成形中，变形区内压应力占主导地位，厚度增厚，表面积减少，有产生失稳起皱的可能性。为了保证冲压工艺过程的顺利进行，防止破裂或起皱的发生，保证产品质量，应该提高材料的极限变形程度。由于上述上-页

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两类成形的变形性质和出现的问题完全不同，因而影响成形极限的因素，提高成形极限的方法就不同。伸长类变形的极限变形参数主要决定于材料的塑性，而且可以用材料的塑性指标（简单拉伸试验中的伸长率或断面收缩率）直接或间接地表示。至于有的板料成形工序，在其变形区中既有伸长类变形又有压缩类变形，则必须区别不同情况，采取不同措施来解决成形中出现的问题。如果以伸长类变形为主，如弯曲、锥形件拉深等，其变形区中伸长类变形部分出现的破裂问题是主要的，可以用解决伸长类成形问题的方法来解决。上-页

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返回7.1制定冲压工艺过程的基础3．冲压成形中变形的趋向性及其控制在冲压过程中，经常会遇到这样的情况，即成形坯料的各个部分在同一模具的作用下，却有可能发生不同的变形，也就是具有不同的变形趋向性。控制坯料的变形趋向性措施主要有以下几方面(1)合理地确定坯料的尺寸实践证明，变形坯料各部分的相对尺寸关系，是决定变形趋向性的最重要的因素。通过改变坯料的尺寸，是控制坯料变形趋向性的有效方法。

(2)正确设计模具工作部分的几何形状和尺寸这也是控制坯料变形趋向性的一种常用方法。如图7-2(a)上-页

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所示，如果增大凸模的圆角半径，减小凹模的圆角半径，可使翻孔变形的阻力减小，拉深阻力增大，所以有利于翻孔变形的实现。

(3)改变坯料与模具接触表面之间的摩擦阻力生产中常用这种方法控制坯料的变形趋向。如图7-2所示，如果加大工序件与压料圈和工序件与凹模端面之间的摩擦力（加大压料力或减少润滑），则不利于实现拉深变形而有利于实现翻孔变形和胀形变形。(4)降低变形区的变形抗力，增大传力区的强度这种方法是使变形区产生变形的抗力减小，使之易于进入塑性状态，而不让传力区进入塑性状态。上-页

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返回7.1制定冲压工艺过程的基础以上原理可以用两句话来概括：坯料在冲压成形时“弱区必先变形，变形区应为弱区”；“强区不变形，传力应为强区”。以上基本原理在冲压生产中具有重要的实际意义，这是确定一些冲压工艺的极限变形参数的依据；是设计冲压工艺过程、选定工艺方案、确定工序及工序间尺寸必须遵循的原则。上-页

返回7.2冲压工艺过程与冲模设计要点冲压工艺与冲模设计过程如下。①对零件图的分析。②冲压件总体工艺方案的确定。③坯料形状、尺寸的确定。④冲压工序性质、数目和顺序的确定。⑤冲模类型和结构形式的确定。⑥冲压设备的选择。⑦冲模设计计算。⑧冲压工艺文件的编写。下-页

返回7.2冲压工艺过程与冲模设计要点7.2.1对零件图的分析1．冲压生产经济性的分析零件的生产批量对冲压加工的经济性起着决定性的作用。必须根据零件的生产批量和零件质量要求，确定是否采用冲压加工，用何种冲压工艺方法加工。2.冲压件的工艺性分析冲压件工艺性，体现在零件的形状特点、尺寸大小、设计基准、公差等级和形位公差要求、材料厚度及成形后允许的变薄量、材料的力学性能和冲压性能、在冲压过程中产生回弹与翘曲的可能性、毛刺大小和方向要求等方面。上-页

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返回7.2冲压工艺过程与冲模设计要点良好的冲压工艺性表现在材料消耗少，冲压成形时不必采取特殊的控制变形的措施，工艺过程简单，模具结构简单而且寿命长，产品质量稳定，操作方便等。如果发现零件工艺性差，则应该在不影响使用要求的前提下对零件的形状、尺寸及其他要求作必要的修改。另外，冲压件工艺性与生产批量有一定关系。有的冲压件的工艺性在小批量生产情况下还可以，但在大批量生产情况下则很差。上-页

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返回7.2冲压工艺过程与冲模设计要点必须指出，冲压件的各项工艺性要求并不是绝对的，尤其在当前冲压技术迅速发展的情况下，应根据生产的实际需要和可能，综合应用各种冲压技术，合理选择冲压方法，正确进行冲压工艺与冲模设计，做到既满足产品技术要求，又满足冲压工艺性要求。7.2.2冲压件总体工艺方案的确定在工艺分析的基础上，根据冲压件的几何形状、尺寸、精度要求和生产批量等，确定备料、冲压加工、检验和其他辅助工序上-页

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（如去毛刺、清理、酸洗、热处理、表面处理等）的先后顺序，有的零件还需要安排必要的非冲压加工工序，从而把冲压件整个制造过程确定下来。7.2.3冲压工序性质、数目与顺序的确定生产中不少冲压件可以直观地看出所需的工序性质和顺序，根据许用变形程度，通过一般的计算即可确定工序数目。对于带孔或不带孔的各种形状的平板形零件，当产量小、外观规则、尺寸大而公差要求不高时，可用剪裁工序；如有一定产量，一般用冲裁工序。对于需要多工序冲裁的零件，其工序安排必须做到工艺稳定，先冲部分要为后冲部分提供可靠的上-页

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定位，后冲部分不能影响先冲部分的质量。为此，一般是先落料或冲孔落料复合，然后以落料所得工序件外轮廓定位进行其他冲裁工序。应该特别注意的是，不少冲压件不经仔细推敲难以确定其正确的工艺方案，或一个零件有多种工艺方案，必须选择一种最佳方案，这时就需要综合分析、比较，才能最后确定下来。在分析、比较时应着重考虑以下几个重要问题。

1．冷冲压成形规律“弱区必先变形，变形区应为弱区”是冲压成形中的一个很重要的基本规律。冲压工艺过程的制定必须遵循这个规律。上-页

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返回7.2冲压工艺过程与冲模设计要点需要经过数道冲压工序成形的零件，其形状是逐步形成的。每道工序都使坯料的一部分变成零件的一部分，最后把坯料冲压成为成品零件。

(1)在工艺方案选定方面的实例如图7-6所示两个形状相同而尺寸不同的零件，材料均为08钢。图7-6(a)为油封内夹圈，其冲压工艺过程是先进行落料冲孔的复合工序，后翻孔。翻孔系数为0.8，翻孔时的变形区是外径为92mm，内径为76mm的环形部分，翻孔力较小，而外径为117mm，内径为+92mm的外环部分产生切向收缩的拉深变形需要的变形力较大，因此，可以保证“变形区为弱区”的条件。上-页

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返回7.2冲压工艺过程与冲模设计要点(1)在工艺方案选定方面的实例如图7-6所示两个形状相同而尺寸不同的零件，材料均为08钢。图7-6(a)为油封内夹圈，其冲压工艺过程是先进行落料冲孔的复合工序，后翻孔。翻孔系数为0.8，翻孔时的变形区是外径为92mm，内径为76mm的环形部分，翻孔力较小，而外径为117mm，内径为92mm的外环部分产生切向收缩的拉深变形需要的变形力较大，因此，可以保证“变形区为弱区”的条件。本例说明，有些零件的形状相同，但是由于某些部分尺寸有差别，为了保证“变形区为弱区”，必须采用不同的工艺方案。上-页

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图7-7所示表示两个形状相似的零件，材料为08钢，板料厚度为0.8mm。图7-7(a)所示零件的冲压工艺过程为：落料一拉深一冲孔。而图7-7(b)所示零件如果也采用这样的工艺过程，则经计算拉深前的坯料直径应为81mm，其拉深系数为33/81=0.4，小于极限拉深系数。生产实际中采用如图7-7(b)所示的工艺过程，即经过落料冲孔复合一拉深一冲庇孔与切边一冲六个6mm孑L等四道工序制成。如图7-7(b)中所示~10.8mm这种可以改变变形趋向性的孔，在板料冲压成形中称为变形减轻孔，它具有使变形区转移的作用。这种方法在冲压成形中得到了较多的应用。如图7-8所示零件，四个凸台的底部有四个孔，这四个孔不是零件结构所需要的，而是为了保证得到凸台的高度，预先在坯料上冲出的四个孔。上-页

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返回7.2冲压工艺过程与冲模设计要点图7-9是调温器外壳的冲压工芝过程。其最大特点是，在第一道拉深工序成形的60mm侧壁和锥形部分是零件的最终形状与尺寸。以后的工序被该部分划分为内、外两部分。该例说明，当零件需要经过多道工序冲压成形时，前道成形工序所得到零件的某一部分的形状和尺寸，把未成形部分分隔成内、外两部分，在后续的冲压成形工序里，保证变形只能在已成形部分的内、外进行的条件是：内、外部需要变形的部分为弱区，不需要变形部分和已成形部分为强区。这样才能保证内、外部各自变形时都不从对方取得金属来补充，从而保证工艺过程稳定地进行。上-页

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返回7.2冲压工艺过程与冲模设计要点2．冲压件的精度要求冲压件的精度要求也是冲压工艺过程确定的重要依据，以下都是制定冲压工艺过程中常遇到的应恰当安排工序顺序的实际例子。①如图7-10所示的锁圈，材料为黄铜，厚度为0.3mm，其内径22mm是配合尺寸。如果采用落料冲孔复合和成形两道工序，由于成形时整个坯料都是变形区，很难保证内孔公差要求，因而采用落料一成形一冲孔三道工序。②凡是孔的尺寸和位置都会受到成形工序的影响，而且公差要求较高时，必须在有关的成形工序之后冲出。但是，只要孔的尺寸和位置不受后续成形工序影响，或孔的尺寸和位置要求上-页

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不高时，可在成形工序之前的平板坯料上冲出，以便简化模具，提高生产率。由于材料性能的方向性、模具结构及压料力不均匀等原因，都会造成拉深件的外边缘或扩孔件的内边缘形状不规则。③对冲压件上几何形状和尺寸公差要求较高而成形工序中又达不到要求的部位，应加一道整形工序。如图7-9所示的零件。④有些冲压件对变薄量有要求，其工艺方案应予以保证。例如图7-9所示的零件，如果翻孔部分的口部厚度不允许变薄时，则应把工艺方案改为拉深到所需高度后切底。上-页

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返回7.2冲压工艺过程与冲模设计要点3．工序组合与模具结构冲压工艺方案与模具结构有直接的关系。在大批量生产时应尽量采用级进模或复合模冲压，尤其是级进模冲压，以便实现自动化，提高劳动生产率，降低成本。有时生产批量虽不大，但为了操作方便，保障安全，或为了减少冲压件在生产过程中的占地面积和传递工作量，也把冲压工序相对集中，采用复合模或级进模进行冲压。在制定冲压工艺过程时，既要考虑工序组合的必要性，又要注意模具结构及模具强度的可能性。同一基准原则是指多工序在不同模具上进行冲压时，应尽量采用同一定位基准，以减小定位误差，提高工件精度，并使各模具定位零件形状、尺寸一样，以利于模具制造。上-页

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返回7.2冲压工艺过程与冲模设计要点冲压工艺过程的定位还应做到定位的可靠性。只有准确可靠地定位，才能保证零件质量的稳定性。为此，多工序采用同一定位基准的，应选择在整个冲压过程不产生变形和位移的部位作为定位基准。有时为了保证冲件精度，而工序件上找不到合适的定位部位时，也可以在许可的位置上冲工艺孔或工艺切口以作为后续工序的定位基准。冲压工艺过程的定位必须注意操作方便、安全。

5．冲压工艺的稳定性冲压工艺的稳定性是制定冲压工艺过程中不可忽视的问题。如果冲压工艺稳定性差，就会导致废品率增高。上-页

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返回7.2冲压工艺过程与冲模设计要点影响冲压工艺稳定性的因素很多，除了工艺过程设计合理外，还与材料厚度及力学性能的波动、模具制造误差、定位可靠性、设备精度、润滑条件的变化等因素有关。提高冲压工艺稳定性的主要措施是适当降低冲压成形工序的变形程度，避免在接近极限变形程度的情况下成形；否则，冲压加工条件的微小变化都将引起零件形状与尺寸的变化，甚至不可能成形。

6．零件冲压工艺性的要求图7-17是非对称形零件，冲压工艺性差，在成形时坯料会产生偏移，很难达到预期的变形效果。如果采用如图所示的工艺过程，变单件冲压加工为成双冲压加工，加一道剖切工序，这对坯料的变形均匀性、模具结构、操作等都有很大好处。上-页

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返回7.2冲压工艺过程与冲模设计要点7.2.4冲压工序件形状和尺寸的确定对于形状复杂，需要多道成形工序的冲压件（如多次拉深等），在其成形过程中每个工序件都可以分成两部分：已成形部分，它的形状和尺寸与成品零件相同；有待继续成形部分，它的形状和尺寸与成品不同，是过渡性的。

(1)根据极限变形参数确定的工序件尺寸应从实际出发合理确定变形参数值，计算出工序件尺寸。受极限变形参数限制的工序件尺寸在成形工序中是很多的，除拉深之外，还有缩口、胀形、翻孔、旋压和挤压等。上-页

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返回7.2冲压工艺过程与冲模设计要点(2)工序件形状和尺寸应有利于下一道工序的成形如盒形件、曲面零件等拉深件的过渡形状和尺寸，包括圆角和锥角等，前后两工序件均应有正确的关系。(3)工序件各部位的形状和尺寸必须根据等面积原则确定例如图7-18所示出气阀罩盖的冲压工艺过程，第二道拉深所得工序件中16.5mm的圆筒形部分与成品零件相同，在以后的各道工序中不再变形。值得注意的是，第二道工序所得工序件的底部不是做成平底而是做成球面形状。上-页

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返回7.2冲压工艺过程与冲模设计要点(4)工序件形状和尺寸必须考虑成形后零件表面的质量有时工序件的尺寸会直接影响到成品零件的表面质量，例如多次拉深的工序件底部或凸缘处的圆角半径过小，会在成品零件表面留下圆角处的弯曲与变薄的痕迹。7.2.5冲模类型与结构形式的确定冲模类型与冲压工艺方案是密切相关的。而两者必须根据生产批量、零件形状和尺寸、零件质量要求、材料性质和厚度、冲压设备和制模条件、操作因素等确定。由表2-6可知，模具类型首先取决于生产批量，而零件形状、尺寸、质量要求也是确定模具类型的重要依据。复合模可以冲尺寸较大的零件，但材料厚度、孔心距、孔边距有一定上-页

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限制；级进模适用于冲小型零件，尤其形状复杂的异形件，但级进模轮廓尺寸受压力机台面尺寸的限制；单工序模不受零件尺寸和板厚的限制。7.2.6冲压设备的选择冲压设备选择是工艺设计中的一项重要内容，它直接关系到设备的合理使用、安全、产品质量、模具寿命、生产效率及成本等一系列重要问题。设备类型的选择主要取决于冲压的工艺要求和生产批量。在设备类型选定之后，应进一步根据冲压工艺力（包括卸料力、压料力等）、变形功、模具闭合高度和模板平面轮廓尺寸等确定设备规格。上-页

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返回7.2冲压工艺过程与冲模设计要点7.2.7冲压工艺文件的编写冲压的工艺文件主要是工艺过程卡和工序卡。在大批量生产中，需要制定每个零件的工艺过程卡和工序卡；在成批生产中，一般需制定工艺过程卡；小批量生产时一般只需填写工艺路线明细表即可。冲压工艺过程卡格式、内容及填写规则可参照JB/187.2-1982标准等指导性技术文件。上-页

返回7.3冲压工艺过程制定实例图7-19为汽车玻璃升降器外壳，图7-20为汽车玻璃升降器装配简图。外壳的材料为08钢，板料厚度为1.5mm，年产量10万件。试制定冲压工艺过程。7.3.1零件图的分析1．零件的功用及冲压加工的经济性该零件的年产量属于中批量，零件外形简单对称，材料为一般的冲压用钢，采用冲压加工经济性良好。

2．零件工艺性分析外壳所用材料及厚度适合于冲压成形工艺并保证了足够的强度和刚度。该零件属于旋转体的带凸缘圆筒形件，其形状、尺寸符合工艺性要求，所以该零件冲压工艺性较好。下-页

返回7.3冲压工艺过程制定实例7.3.2外壳冲压工艺过程的确定1．工序性质与数量的确定冲孔、翻孔前工序件形状和尺寸如图7-22所示。拉深次数：需多次拉深。外壳需要以下基本工序：落料、首次拉深、二次拉深、三次拉深兼整形、冲击11mm孔、翻孔、冲3个φ3.2mm孔、切边。2．冲压工艺方案的确定方案一：落料与首次拉深复合，其余按基本工序，如图7-23所示模具结构原理图。

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返回7.3冲压工艺过程制定实例方案二：落料与首次拉深复合一二次拉深一三次拉深兼整形一冲φ11mm底孔与翻孔复合(图7-24(a))一冲3个φ3.2mm孔与切边复合(图7-24(b))。方案三：落料与首次拉深复合一二次拉深一三次拉深兼整形一冲φ11mm底孔与冲三个φ3.2mm孔(图7-25(a))一翻孔与切边复合(图7-25(b))。方案四：落料、首次拉深与冲φ11mm底孔复合（图7-26）一二次拉深一三次拉深兼整形一翻孔一冲3个φ3.2mm孔一切边。方案五：带料连续拉深或多工位自动压力机上冲压。上-页

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返回7.3冲压工艺过程制定实例7.3.3主要工艺参数的计算1．排样和裁板方案的确定板料规格选用1800mmx900mm×1.5mm。为了操作方便，采用条料单排。送进距S=66.5mm条料宽度b=(65+2x2)mm=69mm如果采用纵裁法，材料利用率69.5%，而采用横裁法材料利用率为66.5%，故采用纵裁法。

2．中间各工序件尺寸的确定

dT1=54d1=36.5R1=5.75r1=4.75h1=13.5上-页

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返回7.3冲压工艺过程制定实例dt2=54d2=36.5R2=3.25h2=13.9dt3=54d3=36.5R3=2.25h3=163863．各工序变形力的计算与压力机的选用(1)落料拉深复合工序本工序应分别计算出落料力、卸料力、拉深力、压料力，选用压力机时的总压力可按落料力、卸料力、压料力之和来选择。因本工序是落料拉深复合，因此确定压力机公称压力时应考虑压力机许用负荷曲线，根据工厂现有设备选择合适的压力机。本工序可以选用J23-35压力机。上-页

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返回7.3冲压工艺过程制定实例(2)二次拉深应分别计算