第八章冲压工艺方案制订.docx
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第八章冲压工艺方案制订
第八章冲压工艺方案制订
8．1．1制定冲压工艺的原始资料
冲压工艺规程的制定应在收集、调查研究并掌握有关设计的原始资料基础上进行，冲压工艺的原始资料主要包括以下内容：
1．冲压件的产品图及技术要求
产品图是制定冲压工艺规程的主要依据。
产品图应表达完整，尺寸标注合理，符合国家制图标准。
技术条件应明确、合理。
由产品图可对冲压件的结构形状、尺寸大小、精度要求及装配关系、使用性能等有全面的了解。
以便制定工艺方案，选择模具类型和确定模具精度。
当产品只有样机而无图样时，应对样机测绘后绘制图样，作为分析与设计的依据。
2．产品原材料的尺寸规格、性能及供应情况
原材料的尺寸规格是指坯料形式和下料方式，冲压材料的力学性能、工艺性能及供应状况对确定冲压件变形程度与工序数目、冲压力计算等有着重要的影响。
3．产品的生产批量及定型程度
产品的生产批量及定型程度，是制定冲压工艺规程中必须考虑的重要内容。
它直接影响到加工方法的确定和模具类型的选择。
4．冲压设备条件
工厂现有冲压设备状况，不但是模具设计时选择设备的依据，而且对工艺方案的制定有直接影响。
冲压设备的类型、规格、先进与否是确定工序组合程度、选择各工序压力机型号、确定模具类型的主要依据。
5．模具制造条件及技术水平
工厂现有的模具制造条件及技术水平，对模具工艺及模具设计都有直接的影响。
它决定了工厂的制模能力，从而影响工序组合程度、模具结构及加工精度的确定。
6．其它技术资料
主要包括与冲压有关的各种手册（冲压手册、冲模设计手册、机械设计手册、材料手册）图册、技术标准（国家标准、部颁标准及企业标准）等有关的技术参考资料。
制定冲压工艺规程时利用这些资料，将有助于设计者分析计算和确定材料及精度等，简化设计过程，缩短设计周期，提高生产效率。
8．1．2制定冲压工艺过程的程序及方法
在清楚了解上述原始资料的基础上，制定冲压工艺过程的程序及方法如下：
1．冲压件的分析
它包括两方面：
冲压件的经济性分析；冲压件的工艺性分析。
（1）冲压件的经济性分析根据产品图或样机，了解冲压件的使用要求及功用，根据冲压件的结构形状特点、尺寸大小、精度要求、生产批量及原材料性能，分析材料的利用情况；是否简化模具设计与制造；产量与冲压加工特点是否适应；采用冲压加工是否经济。
（2）冲压件的工艺性分析根据产品图或样机，对冲压件的形状、尺寸、、精度要求、材料性能进行分析，判断是否符合冲压工艺要求；裁定该冲压件加工的难易程度；确定是否需要采取特殊的工艺措施。
凡经过分析，发现冲压工艺性不好的（如产品图中零件形状过于复杂，尺寸精度和表面质量太高，尺寸标注及基准选择不合理以及材料选择不当等），可会同产品设计人员，在保证使用性能的前提下，对冲压件的形状、尺寸、精度要求及原材料作必要的修改。
如图8-1所示零件左端R3mm在料厚为4mm的条件下很难冲压出来，经修改后的零件就比较容易冲压出来。
如图8-2所示的汽车消音器后盖，在保证使用要求的前提下，经过修改后形状简单，工艺性好，冲压工序由8次减为2次，材料消耗也减少一半。
如图8-3所示的汽车大灯外壳，修改前需要5次拉深，，酸洗，2次退火，修改后的灯壳，1次拉深成形，既保证使用要求，又节省材料，减少工序，降低了成本。
图8-1 冲压零件图 图8-2 汽车消音器后盖
图8-3汽车前大灯外壳
2．冲压工艺方案确定
工艺方案确定是在对冲压件的工艺性分析之后应进行的重要环节。
确定工艺方案主要是确定各次冲压加工的工序性质、工序数量、工序顺序、工序的组合方式等。
冲压工艺方案的确定要考虑多方面的因素，有时还要进行必要的工艺计算，因此实际中通常提出几种可能的方案，进行分析比较后确定最佳方案。
（1）冲压工序性质的确定工序性质是指冲压件所需的工序种类。
如剪裁、落料、冲孔、弯曲、拉深、局部成形等，它们各有其不同的变形性质、特点和用途。
实际确定时，要综合考虑冲压件的形状、尺寸和精度要求、冲压变形规律及其它具体要求。
①从零件图上直观的确定工序性质平板件冲压加工时，常采用剪裁、落料、冲孔等冲裁工序；当零件的平面度要求较高时增加校平工序；当零件的断面质量和尺寸精度要求较高时，需增加修整工序，或直接用精密冲裁工序加工。
弯曲件冲压时，常采用剪裁、落料、弯曲工序。
当弯曲件上有孔时，需增加冲孔工序；当弯曲半径小于允许值时，需增加整形工序。
拉深件冲压时，常采用剪裁、落料、拉深和切边工序，对于带孔的拉深件，需增加冲孔工序；拉深件径向尺寸精度要求较高或圆角半径小于允许值时，需增加整形工序。
胀形件、翻边件、缩口件若一次成形，常采用冲裁或拉深制成坯料后直接采用胀形、翻边（翻孔）、缩口工序成形。
②对零件图进行工艺计算、分析，确定工序性质如图8-4所示的两个形状相似的冲压件，材料均为08钢，料厚1.5mm。
翻边高度分别为8.5mm和13.5mm。
从表面看似乎都可采用落料、冲孔、翻孔三道工序或落料冲孔与翻孔两道工序完成，但经过分析计算，图8-4a的翻边系数大于极限翻边系数，可以通过落料、冲孔、翻边三道工序冲压成形；图8-4b的翻边系数接近极限翻边系数，若采用三道工序，很难达到零件要求的尺寸，因而应改为落料、拉深、冲孔、翻边四道工序冲压成形。
图8-4 内孔翻边件的工艺过程
③为改善冲压变形条件，方便工序定位，增加附加工序所增加的附加工序使工序性质及工艺过程的安排也发生相应的变化。
如图8-5所示的零件为增加其成形高度，在不影响零件使用要求的前提下，可预先在坯料上冲出4个孔，形成弱区。
在成形凸包时孔径扩大，补偿了外部材料的不足，从而增加了成形高度。
预冲孔工序是一个附加工序，这种预冲孔常称为变形减轻孔。
在成形某些复杂形状零件时，变形减轻孔能使不易成形的部分或不可能成形的部分的变形成为可能。
因此生产中常采用这类变形减轻孔或工艺切口，达到改善冲压变形条件、提高成形质量的目的。
图8-5 坯料预冲孔 图8-6 零件孔弯曲前冲出
另外，对于非对称零件，为便于冲压成形和定位，生产中常采用成对冲压的方法，成形后增加一道剖切或切断工序，对于多角弯曲件或复杂形状的拉深、成形件，有时为保证零件质量或方便定位，需在坯料上冲制工艺孔作为定位用，这种冲制工艺孔也是附加工序。
（2）工序数量的确定工序数量是指同一性质的工序重复进行的次数。
工序数量的确定主要取决于零件几何形状复杂程度、尺寸精度要求及材料性能、模具强度等。
并与工序性质有关。
冲裁件的冲压次数主要与零件的几何复杂程度、孔间距、孔的位置和孔的数量有关。
简单形状零件，采用一次落料和冲孔工序；形状复杂零件，常将内、外轮廓分成几个部分，用几副模具或用级进模分段冲裁，因而工序数量由孔间距、孔的位置和孔的数量多少来决定。
弯曲件的弯曲次数一般根据弯曲件结构形状的复杂程度，弯角的数量、弯角的相对弯曲半径及弯曲方向确定。
拉深件的拉深次数主要根据零件的形状、尺寸及极限变形程度经过拉深工艺计算确定。
其它成形件，主要根据具体形状和尺寸以及极限变形程度决定。
保证冲压稳定性也是确定工序数量不可忽视的问题工艺稳定性较差时，冲压加工废品率增高，而且对原材料、设备性能、模具精度、操作水平的要求也会严格些。
为此，在保证冲压工艺合理的前提下，应适当增加成形工序的次数（如增加修边工序、预冲工艺孔等）。
降低变形程度，提高冲压工艺稳定性。
确定冲压工序的数量还应考虑生产批量的大小、零件的精度要求、工厂现有的制模条件和冲压设备情况。
综合考虑上述要求后，确定出既经济又合理的工序数量。
（3）工序顺序的安排冲压件工序的顺序安排，主要根据其冲压变形性质、零件质量要求，如果工序顺序的变更不影响零件质量，则应根据操作、定位及模具结构等因素确定。
工序顺序的安排可遵循下列原则：
①对于带孔的或有缺口的冲裁件，如果选用单工序模冲裁，一般先落料、再冲孔或切口；使用级进模时，则应先冲孔或切口，再落料。
若工件上同时存在直径不等的大小两孔，且相距又较近时，则应先冲大孔再冲小孔。
②对于带孔的弯曲件，孔位于弯曲变形区以外，可以先冲孔再弯曲；孔位于弯曲变形区附近或以内，必须先弯曲再冲孔；孔间距受弯曲回弹的影响时，也应先弯曲再冲孔。
③对于带孔的拉深件，一般先拉深，再冲孔；但当孔的位置在工件的底部时，且其孔径尺寸精度要求不高时，也可先冲孔再拉深。
④对于多角弯曲件，主要从材料变形和材料运动两方面安排弯曲的顺序。
一般先弯外角后弯内角，可同时弯曲的弯角数决定于零件的允许变薄量。
⑤对于形状复杂的拉深件，为便于材料的变形流动，应先成形内部形状，再拉深外部形状。
⑥所有的孔，只要其形状和尺寸不受后续工序的影响，都应该在平板坯料上冲处。
图8-6的两个弯曲件，孔的位置离弯曲线较远，弯曲变形不会扩展到孔的边缘，因而零件上的孔弯曲前冲出。
相反，零件上孔的形状和尺寸受后续工序的影响时，一般要在成形工序后冲出。
图8-7 消声器盖工序过程
表8-1 复合冲压工序组合方式
工序组合方式
模具结构简图
工序组合方式
模具结构简图
落料和冲孔
落料拉深和切边
切断和弯曲
冲孔和切边
切断弯曲和冲孔
落料拉深和冲孔
落料和拉深
落料拉深和冲孔和翻边
冲孔和翻边
落料成形和冲孔
表8-2 级进冲压工序组合方式
工序组合方式
模具结构简图
工序组合方式
模具结构简图
冲孔和落料
冲孔、切断和弯曲
冲孔和截断
冲孔、翻边和落料
冲孔、弯曲和切断
冲孔和切断
连续拉深和落料
冲孔、压印和落料
冲孔、翻边和落料
连续拉深、冲孔和落料
⑦如果在同一个零件的不同位置冲压时，变形区域相互不发生作用时，这时工序顺序的安排要根据模具结构、定位和操作的难易程度确定。
如图8-7的消声器经过第三次拉深后要在底部冲孔、翻边，凸缘部分修边和外缘翻边。
虽然在底部和凸缘部分成形，相互不发生作用，但是考虑到压料方便，所以先内缘翻边，后凸缘翻边，最后冲出四个槽。
⑧附加的整形工序校平工序，应安排在基本成形之后。
（4）工序的组合对于多工序加工的冲压件，制定工艺方案时，必须考虑是否采取组合工序，工序组合的程度如何，怎样组合，这些问题的解决取决于冲压件的生产批量、尺寸大小、精度等级以及制模水平与设备能力等。
一般而言，厚料、小批量、大尺寸、低精度的零件宜单工序生产，用单工序模；薄料、大批量、小尺寸、精度不高的零件宜工序组合，采用级进模；精度高的零件，采用复合模；另外，对于尺寸过大或过小的零件在小批量生产的情况下，也宜将工序组合，采用复合模。
图8-8 底部孔径大的拉深件
工序组合时应注意几个问题：
工序组合后应保证冲出形状尺寸及精度均符合要求的产品。
如图8-8所示的拉深件，当上部孔径较大孔边距筒壁很近，将落料、拉深、冲孔组合为复合工序冲压，不能保证冲孔尺寸。
但当冲孔直径小孔边距筒壁距离较大，可将落料、拉深、冲孔组合为复合工序冲压。
工序组合后应保证有足够的强度。
如孔边距较小的冲孔落料复合和浅拉深件的落料拉深复合，受到凸凹模壁厚限制；落料、冲孔、翻边的复合，受到模具
强度限制。
另外，工序组合应与冲压设备条件相适应，应不致于给模具制造和维修带来困难。
工序组合的数量不宜太多，对于复合模，一般为2～3各工序，最多4个工序，级进模，工序数可多些。
具体工序组合方式见表8-1和8-2。
图8-9 出气阀罩盖的冲压工艺
3．工艺计算
（1）排样与裁板方案的确定根据冲压工艺方案，确定冲压件或坯料的排样方案，确定条料宽度和步距，选择板料规格确定裁板方式，计算材料利用率。
（2）冲压工序件的形状和工序尺寸计算工序件形状与尺寸的确定应遵循下列基本原则：
①根据极限变形系数确定工序尺寸不同的冲压成形工序具有不同的变形性质，其极限变形系数也不同。
工程中受极限变形系数限制的成形是很多的，如拉深、胀形、翻边、缩口等。
它们的直径、高度、圆角半径等都受到极限变形系数的限制。
如图8-9所示的出气阀罩盖，其第一道拉深工序的直径φ22mm就是根据极限拉深系数计算得出的。
②工序件的过渡形状应有利于下道工序的冲压成形如图8-9c所示的凹坑直径过小（φ5.8mm），若将第二道拉深工序后的工序件做成平底形状，则凹坑的一次成形是不可能的。
现将第二道拉深工序后的工序件做成球形状，凹坑就可一次成形。
③工序件的过渡形状与尺寸应有利于保证冲压件表面的质量。
为保证质量应注意：
a工序件的某些过渡尺寸对冲压件表面质量的影响例如多次拉深的工序件圆角半径太小，会在零件表面留有圆角出的弯曲与变薄的痕迹。
b工序件的过渡形状对冲压件表面的质量的影响，例如拉深锥角大的深锥形零件，若采用阶梯形状过渡，所得锥形件表面留有明显的印痕；尤其当阶梯处的圆角半径较小时，表面质量更差。
如采用锥面逐步成形法或锥面一次成形，可获得较好的成形质量。
图8-10翻边件的冲压过程
④工序件的形状和尺寸应能满足模具强度和定位方便的要求a确定工序件尺寸时，应满足模具强度的要求如图8-10所示的零件，用落料—冲孔、翻边两道工序完成。
若冲孔件直径过大时，落料—冲孔复合模的凸凹模壁厚减小，影响模具强度。
b确定工序件形状和尺寸时，应考虑定位的方便冲压生产中，在满足冲压要求的前提下，确定工序件形状和尺寸时，优先考虑冲压定位的方便。
4．冲压设备的选择
根据工厂现有设备情况、生产批量、冲压工序性质、冲压件尺寸与精度、冲压加工所需的冲压力、计算变形力以及模具的闭合高度和轮廓尺寸等因素，合理选定冲压设备的类型规格。
5．编写冲压工艺文件
冲压工艺文件主要是冲压工艺卡（工艺规程卡）和冲压工序卡，它综合表达了冲压工艺设计的内容，是模具设计的重要依据。
冲压工艺卡表示整个零件冲压工艺过程的相关内容；冲压工序卡表示具体每一道工序的有关内容。
在大批量生产中，需要制定每个零件的冲压工艺卡和工序卡；成批和小批量生产中，一般只制定冲压工艺卡。
冲压工艺卡无统一的格式，其主要内容应包
括：
工序号、工序名成、工序内容、工序草图、工
艺装备、设备型号、材料牌号与规格、工时定额等。
具体见表8-5和表8-6所示的冲压工艺卡。
8．2工艺规程制定实例
8．2．1托架的冲压工艺规程的制定
图8-11 托架
如图8-11所示的托架零件，材料为08钢，料厚3mm，中批量生产，要求表面无划痕，孔不允许严重变形，试制定冲压工艺规程。
1．零件的工艺性综合分析
（1）零件的经济性分析该零件是一个简单的支撑托架。
通过孔φ6mm，φ8mm分别与心轴和机身相连。
零件工作时受力不大，对强度、刚度和精度要求不高，零件形状简单对称，中批量生产，由冲裁和弯曲即可成形。
冲压难点在于四角弯曲回弹较大，制件变形较大，但通过模具措施可以控制。
（2）冲压工艺性分析见表8-3所示内容。
表8-3 冲压工艺性分析表
工艺性质
冲压件工艺项目
工艺性允许值
工艺性评价
冲裁工艺性
1形状
落料外形36×72
符合工艺性
冲孔圆孔φ6，φ8
2落料圆角
R3
≥0.75
符合工艺性
3孔径
2个φ6，φ8
≥4.5
符合工艺性
4孔边距
最小孔边距8
≥3
符合工艺性
弯曲工艺性
1形状
U形件，四角弯曲，对称
符合工艺性
2弯曲半径
R4
≥1.2
符合工艺性
3弯曲高度
弯曲外角20
≥6
符合工艺性
弯曲内角8
≥6
4孔边距
距φ6的孔边8
≥6
φ8的孔边距为4，距弯曲区较近，易使孔变形，故先弯曲后冲孔。
距φ8的孔边4
≥6
5精度
其它IT14
符合工艺性
2-φ8孔距60±0.37为IT9
允许尺寸公差60±1.2
为保证孔距60±0.37，应弯曲后冲2-φ8孔。
6材料
08钢
常用材料范围
冲压工艺性好
图8-12 方案一 图8-13 方案二
2．冲压工艺方案的分析和确定
从零件的结构形状可知，零件所需的冲压基本工序为落料、冲孔、弯曲。
根据零件特点和工艺要求，可能有的冲压工艺方案有：
方案一：
冲2-φ6mm孔和落料复合→弯曲两外角→弯曲两内角→冲2-φ8mm孔。
如图8-12所示。
方案二：
冲2-φ6mm孔和落料复合→弯曲四角→冲2-φ8mm孔。
如图8-13所示。
图8-14 方案三 图8-15 方案四
表8-4 冲压工艺方案比较表
项目
方案一
方案二
方案三
方案四
方案五
方案六
模具结构
简单
较复杂
简单
较复杂
结构复杂
结构复杂
模具
寿命
寿命长
弯曲摩擦大。
寿命低
冲件
质量
有回弹，可以控制，形状尺寸精度较差。
预压内角回弹小，形状尺寸精度较好。
表面质量好。
四角同时弯曲，回弹大不易控制，划痕严重。
有回弹，可以控制。
有回弹，可以控制。
有回弹，可以控制，表面质量较好。
模具数量
4套
4套
3套
3套
2套
1套
生产效率
低
低
较高
较高
高
最高
方案三：
冲2-φ6mm孔和落料复合→弯曲两外角预弯内角45º→弯曲两内角→冲2-φ8mm孔。
如图8-14所示。
方案四：
冲2-φ6mm孔和落料复合→两次弯曲四角（复合模）→冲2-φ8mm孔。
如图8-15所示。
方案五：
冲2-φ6mm、2-φ8mm孔和落料复合→两次弯曲四角（复合模）。
方案六：
工序合并，采用带料级进冲压。
方案性能比较见表8-4，考虑零件精度不高，批量不大，回弹对其影响不大，可以采用校形和整形复合控制回弹。
故选定方案四。
3．工艺计算
（1）坯料尺寸计算
如图8-16所示，坯料展开尺寸分段计算可得：
坯料总尺寸L=2L1+2L2+L3+4L4=2×20+2×4+22+4×8=72（mm）
（2）排样和裁板方案坯料形状为矩形，采用
单排最适宜。
取搭边a=2.8mm,a1=2.4mm，
图8-16
侧条料宽度 B=72+2×2.8=77.6（mm）
步距 s=36+2.4=38.48（mm
板料选用规格为3mm×900mm×2000mm。
采用纵裁法：
每板条料数 n1=
=8（条）,余39.2（mm）
每条制件数 n2=
=52（件），
39.2×2000余料利用件数n3=
=18（件），余63.2（mm）。
每板制件数 n=n1×n2+n3=8×52+18=434（件）
材料利用率η
=
=88.54%
采用横裁法：
每板条料数 n1=
=18（条）,余63.2（mm）
每条制件数 n2=
=23（件），余14（mm）
63.2×900余料利用件数n3=
=422（件）
材料利用率 η=
=86.09%
由此可见，纵排材料利用率高，但横排时弯曲线与纤维方向垂直，弯曲性能好，08钢塑性好，为提高效率，降低成本，选用纵向单排。
（3）冲压力计算
①工序1（落料冲孔复合工序）：
冲裁力 F=1.3Ltτ=1.3（2×36+2×72+2×6π）×3×260=318071（N）
卸料力 F卸=K卸×F=0.05×318071=15903（N）
推件力 F推=nk推×F=3×0.055×318071=52490（N）
冲压力 F总=（F+F卸+F推）=（300995+12039+40634）=386465（N）
通过计算分析，选用400kN的冲床。
②弯曲工序：
由于二次弯曲，按U形件弯曲计算.
自由弯曲力 F自=
=
=14236（N）
校正弯曲力 F校=Ap=（84×36）×80=241920（N）
为安全可靠，将二次弯曲的自由弯曲力F自和F校合在一起。
即冲压力为：
F总=F自+F校=14236+241920=256156（N）
通过计算分析，选用400kN的冲床。
③冲2—φ8孔工序
：
冲裁力 F=1.3Ltτ=1.3×2×8π×3×260=50943（N）
推件力 F推=Nk推×F=3×0.05×50943=7641（N）
冲压力 F总=F+F推=50969+7641=58584（N）
通过计算分析，选用70kN的冲床。
4．填写冲压工艺卡
该冲件冲压工艺卡片见表8-5。
表8-5 托架冲压工艺卡
（厂名）
冲压工艺卡
产品型号
零部件名称
玻璃升降外壳
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产品名称
零部件型号
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材料牌号及规格
材料技术要求
坯料尺寸
每个坯料可制零件数
毛坯重量
辅助材料
08钢3±0.11×
900×2000
条料3×78×2000
52件
工序号
工序
名称
工序内容
加工简图
设备
工艺
装备
工时
0
下料
剪板78×2000
1
冲孔
落料
冲2-Ф6孔和
落料复合
400kN
落料冲孔复合模
2
弯曲
校正
先弯外后弯内并校正
400kN
二次弯曲模
3
冲孔
冲2-φ8孔
70kN
冲孔模
4
检验
按零件图样检验
绘制
（日期）
审核
（日期）
会签
（日期）
标
记
处
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