冲压工艺复习题

冲压工艺复习题一、填空题（共20题，每空1分，共45分）1.冷冲压是利用安装在压力机上的____对材料施加外力，使其产生____或____，从而获得所需形状与尺寸零件的塑性加工方法，是现代制造业中应用广泛的少无切削加工工艺之一。2.冲压工序按变形性质可划分为两大类别：____工序通过使材料沿固定轮廓线实现分离获得符合断面质量要求的制件，典型工序包括落料、冲孔、切断、切边等；____工序通过使材料在不发生断裂破坏的前提下产生塑性流动获得所需形状尺寸的制件，典型工序包括弯曲、拉深、胀形、翻边等。3.普通冲裁的变形过程可依次划分为____、____、____三个连续阶段，当凸凹模间隙处于合理范围时，上下刃口处因应力集中产生的微裂纹会沿最大切应力方向扩展并____，最终获得断面平整、毛刺微小的冲裁件。4.普通冲裁件的断面由四个特征区域组成，分别是____、____、____、____，其中____区域表面光滑、垂直度好，是冲裁件尺寸精度的测量基准区域。5.冲裁合理间隙的确定需同时兼顾断面质量、尺寸精度、模具寿命三项核心要求，针对常用普通碳素结构钢Q235，料厚t=1mm时的普通冲裁初始合理双面间隙范围为____%t~____%t；冲裁硬态材料如65Mn弹簧钢时，合理间隙值需较软钢____（选填“增大”或“减小”）。6.冲裁排样设计是提高材料利用率、保证制件质量的核心环节，按材料利用程度可将排样方式分为____、____、____三类，其中材料利用率最高但对送料定位精度要求也最高的是____排样。7.搭边是排样设计时在制件与制件之间、制件与条料侧边之间预留的工艺余料，其核心作用包括____、____、____，搭边值过小会导致送进过程中条料拉断、毛刺卷入模具刃口加速磨损，过大则会降低材料利用率。8.冲裁凸凹模刃口尺寸计算需严格遵循基准配合原则：落料工序的制件尺寸由____刃口尺寸决定，冲孔工序的制件尺寸由____刃口尺寸决定；对于磨损后尺寸增大的基准零件，初始刃口尺寸应取制件公差带内靠近____极限尺寸的数值，为刃口磨损预留补偿空间。9.自由弯曲变形过程中，变形区的切向应力应变沿板厚方向呈现不均匀分布特征：靠近凸模接触侧的内层材料产生____切向应变，靠近凹模接触侧的外层材料产生____切向应变，沿板厚方向切向应变为零的金属层称为____，其位置会随弯曲变形程度增大向内层偏移。10.最小相对弯曲半径rmin/t是衡量弯曲工艺成型极限的核心参数，指在保证弯曲件外层纤维不发生开裂的前提下所能采用的最小弯曲半径与料厚的比值，其数值大小与材料____、____、____、板料轧制纤维方向与弯曲线的夹角等因素直接相关。11.弯曲变形结束并卸除外载荷后，变形区材料因弹性恢复导致制件的弯曲角度、曲率半径与模具工作尺寸存在偏差的现象称为____，工程上通常采用____和____两个量化指标描述其大小，是弯曲工艺与模具设计需重点控制的质量问题。12.圆筒形件拉深工序的核心变形区为____，该区域材料同时承受径向拉应力与切向压应力作用：当切向压应力超过材料临界失稳应力时，易产生____缺陷；当径向拉应力超过危险断面材料的抗拉强度时，易产生____缺陷。13.极限拉深系数m是衡量拉深成型性能的核心指标，指拉深工序能够稳定成型的最小筒径与拉深前毛坯（或工序件）直径的比值，m值越小说明材料可承受的拉深变形程度越____；板料相对厚度t/D越大，材料抗失稳能力越强，对应的极限拉深系数越____（选填“大”或“小”）。14.拉深工艺中设置弹性压边装置的核心作用是____，压边力的取值需遵循最优区间原则：在保证凸缘区不发生起皱的前提下，尽量选取____（选填“较大”或“较小”）的压边力，以降低材料流动阻力、减小危险断面的拉应力、避免拉裂。15.圆孔翻边的成型极限采用翻边系数K量化，即翻边前预制孔直径与翻边后竖边中径的比值，K值越小说明翻边变形程度越____；对于08F低碳钢，采用圆柱形平底凸模、预制孔为钻孔加工时，极限翻边系数约为____，若采用冲孔加工预制孔，因孔边存在加工硬化层与毛刺，极限翻边系数会有所增大。16.冷冲压模具按工序组合程度可划分为____、____、____三类，其中____模具可在压力机的一次行程中、在同一工位位置完成两道及以上不同性质的冲压工序，制件定位误差小、精度高。17.复合模的核心结构特征是设置有____零件，该零件同时承担冲孔凸模与落料凹模的双重功能；根据该零件的安装位置差异，复合模可分为____和____两种典型结构，其中后者因出件方便、废料排出顺畅在生产中应用更为广泛。18.多工位级进模中常用的定位零件包括____、____、____、导正销等，其中导正销可插入工序件的预冲孔内实现精定位，有效消除送进步距的累积误差，保证各工位位置精度。19.冲压设备选型时，压力机的公称压力必须____冲压工艺计算得出的总工艺力；对于拉深等行程范围内载荷波动较大的工序，还需验证整个冲压行程中的工艺力变化曲线始终位于压力机____曲线的允许范围内，避免设备过载损坏。20.冲裁模的卸料装置分为刚性卸料与弹性卸料两类：____卸料装置依靠卸料板的刚性作用完成卸料，卸料力大但无压料效果，适用于料厚大于1.5mm、制件平面度要求不高的冲裁场景；____卸料装置依靠弹性元件的弹力提供卸料力，兼具压料作用，制件成型后平面度好，适用于薄料冲裁场景。二、单项选择题（共15题，每题2分，共30分）1.下列冲压工序中，属于分离工序类别的是（）A.U形弯曲B.无凸缘圆筒拉深C.圆孔冲孔D.平板坯料胀形2.普通冲裁加工Q235钢板（t=1.5mm）时，若凸凹模双面间隙取值过大（超过合理间隙上限30%），冲裁件断面会出现的典型特征是（）A.光亮带宽度占比超过1/2料厚，毛刺高度极小B.断裂带宽度增大、断面斜度大、毛刺厚且高度大C.上下刃口产生的裂纹不重合，断面出现二次光亮带D.圆角带宽度趋近于零，断面完全垂直3.冲裁排样设计中，搭边值的选取无需考虑的影响因素是（）A.板料厚度与材料硬度B.制件的轮廓形状与尺寸C.条料的送料方式与定位精度D.凸模的固定方式与长度尺寸4.某圆形落料件成品尺寸为φ60mm，料厚t=2mm，制件公差为IT14级（Δ=0.74mm），刃口磨损系数x=0.5，凸凹模初始合理双面间隙Zmin=0.24mm、Zmax=0.36mm，采用分开加工法制造模具时，落料凹模的初始刃口尺寸（按入体原则标注公差）为（）A.φ59.63_0^+0.185mmB.φ60_0^+0.74mmC.φ59.26_0^+0.185mmD.φ60.37_(-0.185)^0mm5.自由弯曲V形件时，当相对弯曲半径r/t逐渐减小（弯曲变形程度增大），应变中性层的位置会（）A.向板料外表面（拉伸侧）移动B.向板料内表面（压缩侧）移动C.始终保持在板厚1/2中心位置D.位置随机变化无明确规律6.下列控制弯曲回弹的工艺措施中，不合理的是（）A.对于硬态材料，弯曲前进行退火处理降低屈服强度B.采用校正弯曲工艺替代自由弯曲，弯曲终了时对变形区施加校正压力C.根据预测试验的回弹量，在凸模、凹模上设计对应的角度补偿量D.适当增大凸凹模之间的间隙，减小材料受到的挤压作用7.板料弯曲加工时，当弯曲线与板料轧制纤维方向的夹角为（）时，可获得最小的最小相对弯曲半径rmin/t，即允许的弯曲变形程度最大。A.0°（弯曲线与纤维方向平行）B.45°C.90°（弯曲线与纤维方向垂直）D.夹角大小对最小相对弯曲半径无影响8.无凸缘圆筒形件首次拉深过程中，拉裂缺陷通常发生在（）位置，该位置是拉深工序的“危险断面”。A.凸缘区的最外边缘B.坯料与凹模圆角接触的区域C.与凸模圆角接触的筒壁下部位置D.筒壁上端靠近凹模出口的位置9.下列关于拉深系数的表述中，正确的是（）A.拉深系数取值越大，代表对应的拉深变形程度越大B.由于材料加工硬化的影响，后续各次拉深的极限拉深系数均小于首次拉深的极限拉深系数C.板料相对厚度t/D越大，材料抗起皱能力越强，对应的极限拉深系数可适当减小D.凹模圆角半径越大，材料流动阻力越大，对应的极限拉深系数需适当增大10.某无凸缘圆筒形拉深件，经工艺计算得出毛坯直径D=120mm，首次拉深后筒径d1=66mm，第二次拉深后筒径d2=48mm，第三次拉深后达到成品筒径d3=40mm，则第二次拉深工序的实际拉深系数为（）A.0.55B.0.40C.0.73D.0.8311.圆孔翻边加工时，相同材料、相同翻边直径条件下，采用冲孔工艺制备预制孔与钻孔工艺制备预制孔相比，冲孔预制孔对应的极限翻边系数（）A.更大（允许的翻边变形程度更小）B.更小（允许的翻边变形程度更大）C.与钻孔预制孔完全一致D.无明确变化规律12.下列冲裁模结构形式中，加工获得的冲裁件平面度最好、尺寸精度最高的是（）A.导柱导套导向的正装式复合模B.无导向装置的敞开式单工序落料模C.刚性卸料结构的多工位级进模D.导板导向的单工序冲孔模13.倒装式复合模是生产中应用最广泛的复合模结构，其落料凹模与冲孔凸模的安装位置为（）A.下模座B.上模座C.模柄内部D.弹性卸料板上14.拉深模具工作表面的粗糙度直接影响材料流动阻力，通常拉深凸模、凹模工作表面的轮廓算术平均偏差Ra值应达到（）范围，以减小摩擦阻力、降低拉裂风险。A.6.3μm~12.5μmB.0.4μm~0.8μmC.12.5μm~25μmD.25μm~50μm15.下列冲压成型工序中，属于典型伸长类成型（变形区以双向拉应力为主、材料厚度减薄、无起皱风险）的是（）A.外曲外缘翻边B.无凸缘圆筒拉深C.平板局部胀形D.管坯缩口三、判断题（共15题，每题1分，共15分，正确填“√”，错误填“×”）1.冷冲压加工在室温下完成，无需对坯料进行加热，适合加工所有金属与非金属板料。（）2.冲压工艺中通常提及的冲裁间隙指凸模与凹模刃口之间的单面尺寸差值。（）3.冲裁模设计时必须保证模具的压力中心（冲裁力合力的作用点）与压力机滑块中心、模柄中心尽量重合，避免模具承受偏载导致导向件加速磨损、刃口崩损。（）4.弯曲件的直边高度过小时会导致弯边成型不直、尺寸精度不足，因此通常要求弯曲件的直边高度不小于2倍料厚，当直边高度不满足要求时可先加高弯边成型后再切除多余材料。（）5.弯曲回弹量与材料力学性能直接相关：材料屈服强度越高、弹性模量越小，相同弯曲条件下的回弹量越大。（）6.圆筒形件拉深过程中，筒壁区域的材料厚度均匀一致，不存在拉裂风险。（）7.拉深工序的润滑操作需注意：润滑剂应涂抹在坯料与凹模、压边圈接触的表面，减少材料流动阻力；禁止在坯料与凸模接触的表面涂抹润滑剂，避免凸模与材料间的摩擦力减小导致危险断面过度拉裂。（）8.拉深过程中的起皱缺陷仅发生在筒壁区域，凸缘区因承受径向拉应力作用不会产生失稳起皱。（）9.胀形工序的变形区局限于坯料局部范围，变形区材料承受双向拉应力作用，厚度产生均匀减薄，成型过程中无压应力作用，因此不会产生起皱缺陷。（）10.圆孔翻边时，凸模形状会影响极限翻边系数大小：采用球形凸模翻边时材料逐渐变形、流动阻力小，极限翻边系数小于圆柱形平底凸模，可成型更高的翻边竖边。（）11.复合模与多工位级进模相比，生产效率更高，适合加工尺寸较大、形状简单、精度要求较低的冲压件。（）12.弹性卸料装置中使用的弹簧或橡胶弹性元件，安装时需预留足够预压缩量保证卸料力充足，同时要保证模具闭合时弹性元件的总压缩量不超过其允许的最大压缩量，避免弹性元件失效损坏。（）13.普通冲裁模的凸模、凹模工作零件通常选用碳素工具钢（如T10A）或合金工具钢（如Cr12MoV）制造，热处理后刃口硬度要求达到58~62HRC，保证刃口强度与耐磨性。（）14.弯曲模的凹模圆角半径越大，弯曲时材料流动阻力越大，越容易产生外层纤维拉裂缺陷。（）15.冲压工艺规程编制过程中，工序组合的核心原则是在保证制件质量与模具寿命的前提下，尽可能提高生产效率、降低综合生产成本。（）四、简答题（共5题，每题8分，共40分）1.简述普通冲裁加工中，凸凹模间隙对冲裁件断面质量、尺寸精度、模具寿命三类指标的影响规律。答题要点：（1）间隙处于合理范围时，上下刃口产生的剪切裂纹自然重合，冲裁件断面光亮带占料厚的1/3~1/2，断裂带平整、毛刺高度小，断面斜度≤2°；冲裁件因弹性恢复产生的尺寸偏差小，落料件尺寸接近凹模尺寸、冲孔件尺寸接近凸模尺寸，精度可达IT10~IT12级；凸凹模刃口处无过大侧向力，磨损速率均匀，模具寿命处于最优区间。（2）间隙过小时，上下裂纹扩展路径不重合，材料在刃口间受二次剪切，断面出现双层光亮带，毛刺被挤压拉长但垂直度较好；冲裁力、卸料力显著增大，凸模受径向挤压应力增大，刃口易发生崩损、黏着磨损，模具寿命较合理间隙时降低30%~50%。（3）间隙过大时，材料受拉应力作用提前断裂，光亮带占比不足1/4料厚，断裂带粗糙、断面斜度可达5°以上，毛刺厚且难以去除；落料件因材料拉伸回弹尺寸小于凹模尺寸、冲孔件因弹性收缩尺寸大于凸模尺寸，精度降至IT14级以下；刃口处压应力减小，磨损速率略有降低但断面质量无法满足使用要求。2.简述影响弯曲件回弹量的主要因素，以及生产中常用的回弹控制措施。答题要点：主要影响因素包括：（1）材料力学性能：材料屈服强度越高、弹性模量越小、加工硬化速率越快，回弹量越大；（2）相对弯曲半径r/t：r/t越大，变形区塑性变形占比越小，弹性变形占比越高，回弹量越大；（3）弯曲件结构形状：U形弯曲因两侧变形相互约束，回弹量小于V形弯曲；带加强筋的弯曲件因结构刚度提升，回弹量小于平板弯曲件；（4）模具间隙：凸凹模间隙越大，材料受挤压作用越弱，回弹量越大；（5）弯曲工艺：校正弯曲时变形区受三向压应力作用，塑性变形更充分，回弹量远小于自由弯曲。常用控制措施包括：（1）材料优化：优先选用屈服强度低、弹性模量大的材料，硬态材料弯曲前进行退火处理软化；（2）模具补偿：根据预测试验获得的回弹量，在凸模、凹模上加工出对应角度与曲率的补偿量，抵消回弹偏差；U形弯曲可将凸模侧壁设计成局部凸起结构，弯曲终了时对圆角区施加集中校正压力；（3）工艺改进：采用拉弯工艺，对板料预先施加轴向拉力使整个断面进入塑性变形状态后再弯曲，可将回弹量控制在0.5°以内；对于厚板弯曲采用校正弯曲，增大弯曲终了的保压压力；（4）结构优化：在弯曲变形区设计压筋结构，提升局部刚度抑制回弹。3.简述无凸缘圆筒形件拉深过程中各区域的应力应变状态，以及拉深工序的两类主要失效形式与产生机理。答题要点：拉深过程中坯料可分为五个特征区域，应力应变状态分别为：（1）凸缘法兰区（核心变形区）：承受径向拉应力、切向压应力、厚度方向压应力，应变为径向伸长、切向压缩、厚度增厚，材料持续向凹模内流动形成筒壁；（2）凹模圆角过渡区：材料经过凹模圆角时承受径向拉应力、切向压应力与弯曲压应力，应变为径向伸长、切向压缩、厚度减薄；（3）筒壁传力区：仅承受单向轴向拉应力，作用是将凸模的拉深力传递到凸缘区，应变为轴向伸长、厚度略有减薄，无明显塑性变形；（4）凸模圆角过渡区（危险断面）：同时承受径向拉应力、切向拉应力与凸模圆角带来的弯曲压应力，应变为双向拉伸、厚度明显减薄，是整个零件厚度最薄、承载能力最低的区域；（5）筒底区：承受双向等拉应力，变形量极小，厚度基本保持初始料厚。两类主要失效形式及机理：（1）起皱：发生在凸缘区，当切向压应力超过板料的临界失稳应力时，凸缘材料会产生沿切向的波浪形褶皱，起皱发生后材料无法进入凹模间隙，会导致拉深力骤增引发拉裂；起皱风险与板料相对厚度、压边力大小直接相关，相对厚度越小、压边力不足时起皱风险越高。（2）拉裂：发生在凸模圆角处的危险断面，当筒壁传递的拉应力超过危险断面材料的抗拉强度时，材料会产生颈缩并断裂；拉裂风险与拉深系数、凹模圆角半径、润滑条件、压边力大小相关，拉深系数过小、凹模圆角半径过小、润滑不足、压边力过大时拉裂风险升高。4.简述冲裁模凸凹模刃口尺寸计算的核心原则，以及分开加工法、配合加工法两类刃口加工方式的适用场景。答题要点：刃口尺寸计算的核心原则包括：（1）基准匹配原则：落料工序以凹模为设计基准，先确定凹模刃口尺寸，凸模尺寸按间隙要求匹配；冲孔工序以凸模为设计基准，先确定凸模刃口尺寸，凹模尺寸按间隙要求匹配；（2）磨损补偿原则：根据刃口磨损后的尺寸变化规律确定初始尺寸，磨损后尺寸增大的基准件，初始尺寸取制件公差带内靠近最小极限尺寸的数值；磨损后尺寸减小的基准件，初始尺寸取制件公差带内靠近最大极限尺寸的数值；磨损后尺寸无变化的基准件，初始尺寸取制件公差带中间值，保证刃口磨损至极限状态时制件尺寸仍在合格范围内；（3）间隙合理原则：凸凹模初始装配间隙需处于合理间隙区间内，冲裁间隙需均匀一致；（4）公差适配原则：凸模、凹模的制造公差需满足δ凸+δ凹≤Zmax-Zmin，避免因制造偏差导致间隙超出合理范围。两类加工方式的适用场景：（1）分开加工法：凸模与凹模分别按标注的尺寸公差独立加工，加工完成后无需配磨即可保证间隙要求，零件互换性好；适用于冲裁件形状简单（如圆形、规则矩形）、冲裁间隙较大、生产批量大、需要备件快速更换的场景，该方法对加工设备精度要求较高。（2）配合加工法：先按尺寸公差加工基准件（落料先加工凹模，冲孔先加工凸模），加工完成后测量基准件实际尺寸，再以此为基准配磨另一个工作零件的刃口，保证凸凹模间隙均匀处于合理范围；适用于冲裁件形状复杂（如异形轮廓、带复杂齿形的零件）、冲裁间隙较小、生产批量中等的场景，该方法可大幅降低复杂形状零件的加工难度，容易保证间隙均匀性，是目前异形冲裁模的主流加工方式。5.对比简述单工序模、复合模、级进模三类冲压模具的结构特点、制件精度水平、生产效率与适用范围。答题要点：（1）单工序模：结构特点为一套模具仅完成一道冲压工序，模具结构简单、零部件数量少、制造周期短、成本低，可分为无导向敞开式、导板导向、导柱导向三类；制件精度受定位误差影响较大，无导向模精度为IT13~IT15级，导柱导向模精度可达IT11~IT12级，制件平面度一般；生产效率低，每完成一道工序需人工送料、取件，劳动强度大；适用于单件小批量生产、大型厚板制件、新制件试制等场景，如汽车覆盖件的落料、大型结构件的弯曲加工。（2）复合模：结构特点为一套模具在同一工位、压力机一次行程内完成两道及以上冲压工序，核心零件为同时具备凸模、凹模功能的凸凹模，模具结构复杂、制造精度要求高、成本中等；制件无多工位定位累积误差，精度可达IT8~IT10级，正装式复合模采用弹性顶件装置，制件平面度好、毛刺方向一致；生产效率中等，一次行程即可输出成品件，无需后续多工序定位；适用于中小批量至大批量生产、尺寸在300mm以下、精度要求较高、平面度要求好的中小型制件，如电机定转子冲片、家电五金结构件等。（3）级进模（连续模）：结构特点为一套模具沿条料送进方向设置多个不同功能的工位，压力机一次行程内不同工位同时完成对应工序，配合自动送料机构可实现连续无人化生产，模具结构复杂、零部件精度要求高、制造成本高，通常配备导正销、安全检测装置；制件精度受步距定位误差影响，可达IT10~IT12级，制件存在少量累积定位误差，平面度略低于复合模；生产效率为三类模具中最高，可实现每分钟数百次的高速冲压，操作安全性好；适用于大批量生产、尺寸较小、形状复杂需多工序组合的制件，如电子接插件、小型端子、五金弹片等年产量达数百万件的产品。五、计算分析题（共2题，每题10分，共20分）1.某厂需冲裁生产Q235钢材质的矩形落料件，料厚t=2mm，制件外形长度尺寸为120mm（IT14级公差Δ1=0.87mm），宽度尺寸为80mm（IT14级公差Δ2=0.74mm），查冲压工艺手册得t=2mm时Q235钢冲裁的合理双边间隙范围为Zmin=0.24mm、Zmax=0.36mm，刃口磨损系数x=0.5，模具采用配合加工法制造。请列式计算落料凹模的长度、宽度方向初始刃口尺寸，并说明凸模的加工配做要求。计算过程：落料工序以凹模为基准件，磨损后长度、宽度尺寸均沿轮廓增大，因此按磨损后增大的刃口尺寸公式计算，即D凹=(Dmax-xΔ)_0^(Δ/4)：（1）长度方向：Dmax=120mm，xΔ1=0.5×0.87=0.435mm，制造公差取Δ1/4≈0.22mm，因此长度方向凹模初始尺寸为：120-0.435=119.565mm≈119.57mm，标注为119.57_0^+0.22mm。（2）宽度方向：Dmax=80mm，xΔ2=0.5×0.74=0.37mm，制造公差取Δ2/4≈0.19mm，因此宽度方向凹模初始尺寸为：80-0.37=79.63mm，标注为79.63_0^+0.19mm。（3）凸模配做要求：凸模刃口轮廓不需要单独标注尺寸公差，在凹模加工完成并测量实际尺寸后，按凹模实际刃口轮廓配磨凸模，保证凸凹模之间的双边间隙均匀控制在0.24mm~0.36mm范围内即可。2.某无凸缘圆筒形拉深件成品筒径d=40mm，经等面积原则计算得毛坯直径D=106mm，材料为08F低碳钢，查工艺手册得该材料在对应生产条件下的各次极限拉深系数分别为：首次拉深[m1]=0.52，第二次拉深[m2]=0.75，第三次拉深[m3]=0.78，第四次拉深[m4]=0.80，要求实际选取的拉深系数不得小于对应极限拉深系数。请通过计算判定该零件所需的拉深次数，并确定各次拉深的工序直径取值。计算过程：（1）首先计算总拉深系数m总=d/D=40/106≈0.377，远小于首次极限拉深系数0.52，无法一次