冲压成形工艺及模具Word格式文档下载.docx
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据统计，自行车、缝纫机、手表里有80%是冲压件；
电视机、收录机、摄像机里有90%是冲压件；
食品金属包装罐壳、钢精锅炉、搪瓷盆碗及各类不锈钢餐具均为使用模具生产的冲压加工产品。
在我们每天使用的电脑、手机等电器产品的硬件里，也不乏大量的冲压件，如图2-1所示。
图2-1冲压件
二、冲压技术的特点及应用
冲压加工是使用安装在冲压设备上的模具对平板材料进行切断或变形的一种加工方式，这种方式决定了冲压技术的特点受到三个元素的影响：
冲压板料、模具和冲压设备。
冲压板料的厚度一般不超过6mm，钢板表面要求平整、光滑，不能有凹凸不平等表面缺陷。
由于采用板料成形，所以冲压件和铸造件、锻造件及和切削加工件相比，具有件薄、匀轻、强度高等特点。
冲压加工可以生产出其它加工方法不易加工出的带有翻边、起伏等结构的工件，而且工件尺寸统一、规格一致，非常适用于大批量生产。
冲压模具可以认为是板料冲压的专用工具。
与其它工具相比，冲压模具具有专用性和精密性等特点。
有时，一个复杂的零件需要采用多套模具进行加工。
随着产品精度要求的日益提高，对模具技术的要求也越来越高。
可以说，模具的设计与制造是高技术、高精度加工的集成。
而且只有在批量生产的情况下，模具的成本才能下降，冲压加工的特点才能更充分地体现出来，从而获得更好的经济效益。
与传统机械加工相比及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面，都具有许多独特的优越性。
冲压加工依靠冲压设备及模具完成，具有生产效率高、操作方便、易于实现机械化、自动化等特点。
普通压力机的行程次数为每分钟几十次，高速压力每分钟可达数百次甚至千次以上。
冲压时，模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量。
模具具有较长的使用寿命及稳定的质量，是冲压件质量的良好保证。
采用冲压工艺，可加工小到钟表里的秒针，大到汽车纵梁、覆盖件等零件，且没有切屑碎料生成，是一种省料、节能的加工方法。
目前，使用较多的冲压设备为曲柄压力机。
该类设备具有较高的刚性和精度，结构简单、操作安全可靠、自动化程度高、使用方便等特点。
此外，在高速多工位压力机的使用中，还有配套的开卷、校平、收集和运输等配套设备，如图2-2、图2-3所示。
图2-2收纳设备在高速多工位压力机中的应用
图2-3开卷、校平设备在冲压加工中的应用
冲压过程是通过外力切断板料或使其产生变形的。
在加工过程中，会产生噪音和振动两大公害，操作安全事故也时有发生。
但是，以上问题并不完全是由于冲压加工工艺及模具本身造成的。
随着科学技术的进步，特别是计算机技术的普及以及机电一体化技术的发展，这些问题一定会得到圆满的解决。
小知识
冲压技术的主要特点
●冲压加工的工件尺寸范围较大，可加工形状复杂的制品，制品表面质量较好；
●冲压时，材料会产生冷作硬化，所以冲压件的强度、刚度较好；
●冲压加工节能、无碎屑，应用广泛；
●冲压制品的尺寸由模具保证，一致性、互换性好；
●冲压件一般不需要进行后续的切削加工，经济性好；
●冲压操作简单、劳动强度低，安全、自动化程度高，生产效率高；
●冲压材料利用率高，在大批量生产中，产品的单件成本较低；
●模具一般为单件生产，需要调试合格后方可使用。
由于模具的精度直接影响冲压件的成形质量，所以模具价格较高。
三、常用冲压材料
（一）冲压件材料
冲压材料种类繁多。
根据形状的不同，可以分为板料、条料、带料或块料。
板料的面积较大，多用于大型冲压件的加工；
对于中小型零件，可以将板料剪裁成条料后再进行冲压加工；
带料又称卷料，展开长度可达几十米，可用于自动送料加工；
块料常用于冷挤压加工中。
根据性能的不同，冲压材料可分为黑色金属、有色金属和非金属三大类。
黑色金属一般包括普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、不锈钢、硅钢片等；
有色金属常见的有黄铜、铝等材料；
非金属包括塑料、纸板等。
在工厂中，较为常见的是金属板料和带料的冲压加工。
不论何种材料，都有以下几点要求：
1.厚度精确、均匀冲压模具精密、间隙小，厚度过大会增加板料的变形力，并造成卡料，甚至将凹模胀裂；
板料过薄会影响成品质量，甚至在拉深时出现拉裂。
2.表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹材料上的一切表面缺陷都将存留在成品工件表面，裂纹性缺陷在弯曲、拉深、成形等过程可能向深处扩展，造成废品。
3.屈服强度均匀，无明显方向性在拉深、翻边、胀形等冲压过程中，各向异性的板料因各方向屈服有先后，塑性变形量不一致，从而引起不均匀变形，造成成形不准确而产生次品或废品。
4.均匀延伸率高在抗拉试验中，试样开始出现细颈现象前的延伸率称为均匀延伸率。
拉深时，板料任何区域的变形不能超过材料的均匀延伸范围，否则会出现不均匀变形现象。
5.屈强比低材料的屈服极限与强度极限之比称为屈强比。
较低的屈强比不仅能降低材料的变形抗力，还能减小拉深时起皱的倾向及弯曲后的回弹量，提高弯曲件的精度。
6.加工硬化性低冷变形后出现的加工硬化现象会提高材料的变形抗力，增加继续变形的难度。
冲压时，多采用低硬化指数的板材。
相对而言，硬化指数高的材料的塑性变形稳定性好（即塑性变形较均匀），不易出现局部性拉裂。
（二）模具零件的材料要求
模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。
模具制造成本和寿命是影响冲压件成本和质量的重要因素，模具零件材料的选用是影响模具质量的要素之一。
选择模具材料时，要根据模具的使用条件，综合分析材料的基本性能。
图2-4冲裁模具组成
1-凹模2-卸料板3-凸模4-凸模固定板5-垫板6-销钉
7-螺钉8-模柄9-上模座10-导套11-导柱12-下模座
13-销钉14-固定导料销15-挡料销16-板料17-螺钉
普通冲裁模如图2-4所示。
模具上模部分由模柄、上模座、垫板、凸模固定板、凸模和卸料板等组成，下模部分由凹模、下模座等组成。
上模部分的模柄安装在冲床模柄孔内，随冲床滑块上下运动；
下模部分通过压板固定在冲床工作台上。
在模具的工作零件中，凸模的尺寸比凹模型孔尺寸略小，凸模与凹模型孔组成有一定间隙值的上下刃口。
工作时，条料放置于凹模板上，凸模随滑块向下运动时，迅速冲穿条料进入凹模型孔内，使工件与条料分离而完成冲裁。
对于纯冲裁，主要要求工作零件刃口部分有较高的硬度和耐磨性，并且具有较好的抗弯强度和韧性。
如级进模，是要求高效、高精度和高寿命的三高模具，对工作零件材料的要求更高，故常选用优质合金工具钢或硬质合金材料。
对于弯曲模和拉深模，主要要求刃口部分具有较高的耐磨性，尤其是拉深模，其次要求具有良好的抗粘附性和韧性。
对于冷镦模和挤压模，主要要求刃口部分具有较的高强度，其次要求有足够的韧性及表面硬度等，以保证工作时模具不变形或被破坏。
模具中的结构件，如固定板、垫板等，除了强度要求外，还要求热处理变形小，工作时不变形或变形很小。
此外，还要综合考虑模具寿命和成本。
常用模具零件及材料见表2-1。
表2-1常用模具材料
模具零件
序号
常用零件
常用材料
备注
工作零件
1
凸模
凹模
凸凹模
Cr8、Cr12、CrWMn
等模具钢
含12%Cr的金属材料耐磨性好、淬火性强，很少产生变形；
通过高温回火后，硬度可达60～63HRC，韧性也有所增强，使用广泛。
D2、SKD11
高碳高铬冷作模具钢，热处理后硬度可达60～63HRC。
YG15、ASP-23、SKH9
在高精度的级进模中常用
定位零件
2
导料销
挡料销
45、合金钢
多为标准件，在高精度、高效率的级进模中常用合金钢等高硬度材料
3
导料板
Q235、45、T8A等
45号钢需调质处理
4
侧刃
模具钢
等同于凸模，性质见序号1
卸料、压料和出件零件
5
卸料板
顶件板
推件装置等
45、T8A等
45可达43～48HRC；
T8A可达56～60HRC
导向零件
6
导柱、导套
20、T8A、GCr15等
多为标准件，滚珠导柱导套用钢
固定、支承零件
7
模座
铸铁、45、铝合金等
普通模具采用铸铁；
三高模具采用45钢；
特殊模具用铝合金
8
固定板
45、合金钢等
43～48HRC
9
垫板
合金钢
58～62HRC
模柄
10
Q235、45等
常见冲压工序综合受力由小到大的顺序通常为：
弯曲、成型、拉深、冲裁、冷挤压、冷镦；
按照冲压工序进行模具材料选择时，顺序为：
碳素工具钢、低合金工具钢、中合金工具钢、基体钢、高合金工具钢、高速钢、硬结合金钢、硬质合金、细晶粒硬质合金。
在冷冲模中，工作零件的寿命在很大程度上影响着整个模具的寿命。
模具工作零件必须具有优秀的耐磨损性和高耐压缩强度、抗冲击性、韧性和抗疲劳强度。
模具工作零件以合金钢、模具钢、高速钢为主，表2给出了模具材料里添加的常见合金元素的作用。
表2-2合金元素的效果
成分
效果
C
与Cr、W、Mo、V等形成碳化物，可产生耐磨损性，C越多硬度越高
Cr
耐磨损性、耐蚀性、淬火性增强
Mo、W
与Fe、Cr、C化合，形成较硬的复合碳化物，提高耐磨损性、淬火硬化性及高温时的硬度
V
耐磨损性、韧性增强
Co
高温下的硬度、回火硬度增大
Mn
淬火性、韧性增强
Ni
强化基体，提高低温回火抗力
实际生产时，可以根据制件的产量确定凸、凹模材料。
制件不同加工数量和所用工作零件材料的关系见表3。
表2-3按制件产量选择模具工作零件材料
制件产量
＜10万
＞10万
＜100万
＞100万
材料名称
优质碳素
工具钢
低合金
中合金
高强度基体钢
高速钢
硬结合金
硬质合金
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