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首先进行冲压零件的毛坯展开，然后进行工艺排样。

采用单排还是多排，单向送料还是往复送料，列出多种方案进行分析、比较，确定最佳的工艺排样，以达到最高的材料利用率和最高的生产效率。

2.4设定冲压设备、生产方式及流程

依据冲压的工作压力、功和零件几何尺寸大小，确定使用的设备、

类别、型号及规格。

依据冲压工序、生产纲领和设备情况来确定是单套安装还是联合安装。

依据生产纲领和冲压技术水平来确定是手工作业、半自动化作业还是自动化作业；

确定是单机连线还是多工位生产。

同时确定生产流程和作业流水。

随同确定冲压人员的数量和岗位。

确定冲压线的工位器具。

2.5设定冲压零件及工序件的检查方式、方法、工具和检测精度

用常规工具检测孔径、边高等参数，用检具检测零件的型面、轮廓、孔位等。

依据冲压零件的装配特征来确定其检测部位及精度。

2.6设计DL图、工艺卡和工艺指导书

3、冲压工艺设计的原则

冲压工艺设计的总原则是保证冲压零件的高质量，生产的高效率和低

成本。

包括了材料冲压板材高的利用率、低成本和工模具的低成本。

3.1设定冲压方向原则

3.1.1有利于拉延成形：

⑴无负角。

保证凸模能够进入凹模.

⑵无滑移。

保证开始拉延时凸模接触毛坯的状态良好、平坦、多点、平衡、材料不窜动。

⑶无侧向力。

拉延深度要均匀，进料阻力要平衡。

⑷无冲击线。

不得在零件上留下冲击线痕迹（轿车外板）

3.1.2有利于后序工序：

保证后序工序：

⑴好修，主要是刃口强度好；

⑵好翻边，要求尽可能贴近零件的形状

⑶好定位，修边冲孔工序的定位和翻边工序的定位

3.2工艺补充部分设计原则

3.2.1工艺补充部分是构成完整拉延件的必要组成部分，是指零件本身以外的部分，是拉延件设计成功与否的关键，也是衡量冲孔工艺设计水平的标志之一。

3.2.2必须构成完整的拉延件，生产一个完整的壳体，以利于拉延成形。

3.2.3平衡成形阻力，控制材料的流量，拉延深度要均匀，平衡拉延件各断面的线段长度，充分利用材料的成形极限，避免开裂、起皱。

3.2.4压料面的设计原则

⑴平缓最好是平的压料面，不能平则要缓慢的过渡，避免剧烈过渡

⑵规则压料面的形状应该是规则的几何面，可以用数学表达式表达的面。

沿形可降低拉延的深度。

对称有利于拉延成形。

⑶成形性压料面的形状要具有拉延成形的功能。

必须达到两个条件：

其一是压料面的展开长度一定要小于凸模的展开长度。

其二是压料面的夹角要大于凸模的夹角。

3.2.5预测拉延件的缺陷，采取相应对策，充分利用CAE分析的结果。

缺陷主要是指拉延件的破裂、起皱、变形，主要对策是冲工艺孔、

工艺切口和设计工艺余量，增加朔性变形等措施

3.3凸模轮廓线设定原则

3.3.1利于成形，尽可能靠近成形凸起部位

3.3.2组成完整封闭的轮廓线。

3.4冲压工序设计原则

3.4.1工序完整，以保证冲压件的质量为最终目标。

3.4.2工序最少，在保证冲压件质量的前提下，工序尽量少，这样生产效率高，流程短。

3.4.3废料的排除和模具结构强度，排废料要通畅，模具强度要好。

3.5工艺排样设计原则

3.5.1利用率高，生产效率高

3.5.2操作方便，安全

3.6冲压设备设定的原则

3.6.1满足冲压力和功的要求：

一般是力的要求，双动冲压时要注意内外滑块运动曲线。

3.6.2满足冲压件几何尺寸的要求，成形深度要求、模具安装尺寸的要求，长、宽、高。

3.6.3保证零件质量，提高生产效率。

3.6.4满足用户冲压设备能力。

4、冲压工艺设计步骤

4.1分析冲压零件的特征。

4.2冲压零件的工艺计算。

⑴毛坯展开

⑵确定拉延次数

⑶冲压力的计算

⑷翻口次数的计算

⑸材料利用率的计算

4.3确定冲压工序的性质、数目、顺序和内容。

4.4（设计拉延件）确定工序的冲压方向和送料方向

4.5设计拉延件

4.6拉延件工艺模拟、分析、更改

4.7设定冲压设备，生产方式及流程

4.8设定冲压零件及工序件的检查方式、方法、工具和检测精度

4.9设定DL图

4.10设计冲压工艺指导书

4.11设计冲压工艺卡

5、冲压工艺设计方法

在对冲压零件特征分析、工艺模拟分析、工艺计算的基础上，遵循

“高质量、高效率、低成本”的总原则，精细设计冲压工艺。

5.1成双工艺汽车冲压件大多数为左右对称零件，采用成双冲压工艺是一种优选方案，既可以改善冲压工艺性，创造合理的拉延件，又可大大提高生产效率，提高材料利用率。

5.2双槽、多槽工艺对于中小、窄长的冲压件适于双槽冲压，生产效率高。

5.3连续冲压工艺对于中小零件，采用多工位的连续冲压是提高生产效率的好方法。

5.4拉延切角工艺拉延切角或工艺切口工艺既可改善成形性，又可节省落料工序

5.5复合冲压工艺对于规则的迴转体零件，采用落、拉、冲复合工艺，不仅可提高冲压件精度，而且可以提高生产效率。

5.6双排、多排工艺对于小的规则的冲裁件，采用多排工艺可以提高生产效率。

5.7往复冲裁工艺对于冲裁件采用往复送料冲裁工艺，可以大大提高材料利用率。

5.8落料成形工艺对于厚板料零件（t≥2.3）多采用先落料，后成形的工艺。

因为板料厚，不易成形，同时后序的修边也较难处理。

梁类零件尤为如此。

5.9拉延、修边工艺对于薄板且形状复杂的零件，通常采用先拉延后修边的工艺。

零件形状稳定性好，尽可能在凸模内修边。

5.10多次修边工艺：

一般大型的覆盖件，修边的轮廓线为空间曲线。

采用多次修边工艺既便于废料的排除，又有利于取件。

窄长的零件采用多次修边工艺还有利于压料芯的强度及其导向的布置。

5.11修边整形工艺：

当零件需要局部整形或压印时，可采用修边序加整形的内容，可减少工序，但整形量要小。

5.12分次拉延工艺：

小型回转体零件、方盒件、经工艺核算采用多次拉延。

法兰大的、较厚的零件多采用多次拉延。

大型内覆盖件，形状复杂，无法一次成形，应采用两次拉延。

要注意压料面形状尽可能一致。

5.13拉延整形工艺：

对门内板类的零件和内梁类加强板的零件和高强度的零件，拉延工艺应加整形工序。

整形状、整搭接面、整变形部、整圆角。

在整形工序中应考虑材料再塑变的可能性和材料流动的可能性。

5.14反拉延工艺：

反拉延可以增大材料的变形程度。

对高深、直壁零件或局部成形难度大的零件，采用预先拉大凸包或反向包，再反向拉延成形效果好。

5.15过拉延工艺：

过拉延可增加塑性变形，减少零件的变形。

对曲率小的平缓零件应采用过拉延工艺，增加冻结性；

对于外形圆角过小的零件，外周增大圆角；

对于规则形状深度较大的零件，在拉延深度上过拉延，然后在整形工序整到深度尺寸。

5.16过弯曲（翻边）工艺：

当零件的轮廓边需要翻边、折弯时采用过弯曲工艺。

因为在压合翻边或斜向翻边时，翻边轮廓线内移变小。

5.17工艺余量的应用：

对于伸长类的翻边，应先储料，补充翻边的材料防裂。

5.18工艺凸包的应用：

对于易于起皱的部位，应设凸包或凹槽以吸收多余的材料，避免起皱。

而对于拉延阻力不平衡的部位，设凸筋、凸包以求变形阻力的平衡。

在拉延轮廓高差较大的部位呈“T”字型的地方设工艺槛，以平衡拉延深度。

5.19拉延槛、拉延筋的应用：

对于成形度小且平缓的零件采用拉延槛，以增加塑变，稳定制件。

拉延筋能够平衡拉延阻力和材料的流动量。

5.20回弹变形的预测控制：

对于翻边件回弹、深拉延直壁件的凹陷问题，在工艺设计时，应补偿回弹角或改变拉延的侧壁形状，以矫枉过正的方法避免回弹，保证制件的精度。

5.21工艺台阶的应用：

在拉延形成时，为增加板料的塑性变形，增强冻结性，应采用工艺台阶的方法。

同时工艺台阶还可以平衡拉延深度，对料厚≥2.0的零件不宜使用此方法。

在修边时不易修切，可作工艺平台改侧切为平修。

5.22敞开拉延工艺：

当零件结构特征可能构成“一”字型、“十”字型和“T”字型时，应采用敞开拉延工艺。

有利于材料的成形，厚料更是如此。

5.23工艺切口的应用：

工艺切口是解决拉延成形开裂的好方法，但要注意切口的形状、位置、大小及切口时间的设计。

另外切口工艺还可以避免侧切时立体交刀问题。

先在平面和侧面交界圆角处作切口，后序则可侧向切修边和上下修边，不需要交刀，使模具结构简化。

5.24工艺转移法的应用：

在直壁深拉延时，若平面圆角过小，超过材料的成形极限，无法一次成形，可采用扩大形成区域，相应增大了平面圆角，获得较深的拉延，再用反成法整到产品尺寸。

在翻边工序中，因前序加工硬化，而造成后序翻边开裂，可改变工艺造型，转移成形硬化区的方法，获得好的效果。

5.25联合安装工艺：

应用联合安装工艺，可提高生产率。

5.26侧加工工艺：

侧加工是解决零件侧壁加工的好方法。

既保证了零件的质量，又改善了制件的定位条件。

在特殊的情况下，侧加工是唯一的方法。

如悬吊冲孔，避免了零件的翻转。

5.27“V”型拉延工艺：

冲压零件的主体结构是“V”型时，一般采用“V”型冲向的拉延。

补充是顺形延伸后作台。

后序采用两个方向的垂直修冲或一个方向垂直修冲，另一个方向侧修冲的工艺。

5.28多件组合工艺：

两件或多件组合在一起，构成一个完整的拉延件，序分段修切。

生产效率高，且节省材料。

组合后可构成不同形状的拉延件。

如圆形、方形、长方形、弧形、凸字形、凹字形、一字形、门字形等。

剖面上呈凸形、凹形、圆弧，平面，马鞍形等。

注意在连接处的工艺补充量既要考虑节省材料，又要考虑模具结构的强度和充分的成形性。

6.冲压工艺设计的理论基础

6.1板料的变形区的应力状态和变形特点是制定冲压工艺过程，设计模具和确定极限变形参数的主要依据。

6.2毛坯受平面应力状态或单向应力状态，可产生三个方向的变形。

冲压过程中，变形区域不同，其应力状态和应变状态是不同的。

如拉延变形区受异号应力作用，而胀形变形区则受两向拉应力。

6.3变形区和传力区的力，在数值上是相等的，且与外力平衡。

但由于几何状态和尺寸的不同，所产生的变形方式和变形力也不同。

是符合最小阻力定律的，因而可以改变工艺参数和模具结构来控制变形趋势及方式。

6.4诱发应力：

改变变形条件，促使诱发应力转向有利于变形方向发展。

如在变形中位移速度差会产生诱发剪应力。

若消除或改善位移速度差，就会消除或改善由于诱发剪应力所造成的材料起皱或叠料现象。

又如不均匀拉延应力会引起不均匀变形，并可能在与拉应力垂直方向上诱发压应力，产生起皱。

若均匀拉应力，则可以消除或改善起皱现象。

6.5冲压变形中毛坯厚度变形区尺寸和材料性能是影响变形区边界上作用力的三要素，其中变形区尺寸的变化影响最为强烈。

6.6对于大类形状复杂零件，成形中的各种问题，在很多情况下还不能用纯理论的方法去解决。

只能用理论分析和试验结果相结合的方法去解决。

6.7拉延（伸）失稳

当材料硬化的应力增量值Δσ小于承受面积减小所需要的应力增加值Δσ‘时，毛坯失稳直至破坏——破裂。

拉延失稳分为分散性失稳和集中性失稳两类。

前者表现为毛坯承载能力的薄弱环节在一个较宽的变形区域内交替转移，形成分散性细颈；

而后者则表现为毛坯承载能力的薄弱环节集中在某一局部剖面，无法向外转移，形成集中性细颈。

通常认为两种失稳是不稳定变形的不同阶段，毛坯经分散性失稳进入集中性失稳。

破裂按性质可分为强度破裂（α破裂）发生在传力区，和塑性破裂（β破裂）发生在变形区。

破裂机理上分为穿晶破裂和晶界破裂两大类。

6.8压缩失稳

在板内复杂的应力状态中，当材料内的压应力使板厚方向达到失稳极限时，材料不能维持稳定变形，而产生失稳，称其为压缩失稳。

在弹性和塑性变形范围内均可发生压缩失稳。

压缩失稳的结果是材料的起皱。

当外力引起的压应力，使板料厚度方向失稳致皱，其走向与压应力垂直。

按产生失稳起皱的应力不同可分为压缩力、剪切力、不均匀拉延力和板平面内弯曲力等四种。

不同类型的起皱具有了不同的特点：

如压应力引起的起皱，起皱与压应力的方向垂直；

不均匀拉应力引起的起皱，同受拉应力且拉力为同轴平衡力，起皱长向与外力方向相同；

剪应力引起的起皱，是不同轴平行拉力，有力偶存在，使起皱区产生剪应力。

皱纹的长度方向与外力方向和剪应力方向成45°

。

6.9面畸变

冲压三大技术难题之一是面形状精度问题。

面畸变是指由于板料在冲压成形的过程中变形的不均匀分布，使冲压件的型面和数模面不能吻合的面外变形或因冲压工艺冲压模具及钢材表面质量等原因导致冲压件表面精度降低通常称为面形状精度不良。

其发生的机理与皱纹产生的机理基本相同，因此解决的对策也基本相同：

其一为足够充分地塑性变形，其二是减小不均匀拉应力和剪应力，其三是减小塑性变形的不均匀分布。

7成形性判断的基本原则

在设计冲压工艺的过程中，通常以延伸（率）量δ来制定冲压件的成形性。

7.1当δ<

2%时，冲压零件的塑性变形不足，冻结性不好，易产生回弹变形。

7.2当δ=3～5%或3%≤δ≤5%时，冲压零件塑性变形较充分，冻结性好。

7.3当δ>

5%、δ平均>

5%时，冲压零件胀形较困难，应采用拉延加工。

7.4当δ的最大值δmax>

10%时，冲压件胀形困难，应采用深拉延加工。

7.5当δ平均>

30%或局部δ>

40%时，冲压件难以成形。

7.6当相邻（间距50～100mm）δ值差>

5%时，冲压件成形时，该部易起皱。

名词释义

变形——在外力作用下所引起固体的形状和尺寸的改变。

塑性变形——当作用在物体上的外力取消后，物体的变形不完全恢复，而产生一部分永久变形。

永久变形——当作用在物体上的外力超过一定限度并将其移去后，若物体不能恢复到原来状态而保留下来的变形。

变形程度——初始尺寸和最终尺寸之差对初始尺寸之比。

变形抗力——单位面积上对变形的阻力。

变形效率——在均匀变形条件下，特定工序所需的功与实际上所耗的功之比率。

残余应力——金属塑性加工过程中由于不均匀的应力场、应变场、温度场和组织不均匀性，在变形后的变形体内保留下来的应力。

塑性应变——表示塑性变形程度的工程应变、对数应变等。

塑性——金属在外力作用下能稳定地改变自己的形状和尺寸而各质点间的联系不被破坏的性能。

塑性可用变形体在不破坏条件下所获得的塑性最大变形值来评定。

加工硬化——金属低于再结晶温度时，由于塑性变形而产生的强度和硬度增加的现象。

加工硬化指数（n值）——用指数表达式表示冷变形强化材料的流动应力σn与

断面收缩率Ψ间的关系时，σn=C*Ψn。

式中n称为加工硬化指数，

或叫n值，它用刚产生颈缩时的断面收缩率Ψm来计算：

n=Ψm/（1-

Ψm）。

（是个小于1的数，软钢n=0.19～0.22）。

厚向异性系数（γ值）——板料试件在拉伸试验中宽度应变与厚度应变之比，也称厚度方向系数（一般是大于1的数）。

由于板平面内也有异向性，取与轧制方向0°

、45°

、90°

的试件拉伸，在其相对伸长率为20%时，分别测出γ0、γ45、γ90，再求平均值γ=（γ0+2γ45+γ90）/4。

γ值是代表板材冲压性能的一项重要指标（γ值为大于1的数）。

滑移线——在塑性力学中，变形体塑变区最大切应力的迹线。

对晶体它是指滑移后某滑移平面的滑移痕迹。

冲击线——在拉伸（成形）由静摩擦（转）移向动摩擦时，伴随着金属材料流入阻力的急剧变化，凹模和凸模圆角处产生材料局部变薄的痕迹线。

偏移线——在拉伸成形过程中，由于拉应力的不平衡在工具棱线和材料表面出现滑移的痕迹线。

贴模性——冲压成形时，金属薄板在加载过程中获得模具形状和尺寸并不产生板面缺陷的能力。

定形性——制件脱模后保持其既得形状和尺寸的能力。

泊松比——当试棒在弹性范围内拉深时，其横向收缩应变和拉深应变的比值，称之为泊松比，即εB/εL。

室温下，钢、铜、铝的μ为1/3，金属在理想塑性状态时，达到屈服点，其μ值为1/2。

ν=1/2表示体积不随变形而改变，即表示非压缩性变形。

所以从弹性变形转变到塑性变形过程就是泊松比从1/3连续变化到1/2的过程。

应变时效——沸腾钢板平整后存放一定时间，拉延试验时，在应力-应变曲线上

又会重新出现屈服伸长，冲压零件时，又会出现滑移线，这种现象称为应变时效。

变形余裕度——材料成形变形过程中，成形极限与其实际变形状态的差距称为变

形余裕度。

（实际总结得出汽车覆盖件推荐应取的变形余裕度在

0.06-0.1以上，废品率可控制在1%以下）

冲压成形时，毛坯危险位置上的应变与成形极限曲线上对应点之

间的距离称为变形余裕度。

不同材料，不同的变形状态，不同变

形路径，其变形余裕度是不一样的。

冲压性能——是指板材对各种冲压加工方法的适应能力,是影响冲压件冲压成形和质量的重要因素.其主要内容包括:

其一成形极限:

含变形区的成形极限和传力区的承载能力

其二形状和尺寸精度:

贴模性和形状冻结性能

其三表面质量:

表面粘结、划伤、粗糙度的变化

伸长类成形——绝对值最大的应变为伸长应变时,称之为伸长类成形

压缩类成形——绝对值最大的应变为压缩应变时,称之为压缩类成形

三向应力莫尔圆——三向应力状态的莫尔圆是在已知物体上一点的三个主应力σ1、σ2、σ3的前提下得到的。

如图3所示，若σ1>

σ2>

σ3,则三向应力状态的莫尔圆具有如下性质：

物体内所考虑点的任意方向截面上的正应力和剪应力在σ-τ坐标系中对应的点，都落在图中的阴影部分。

即莫尔圆给出了一点的应力范围。

若已知截面的法向与三个主应力方向的夹角或方向余弦，也可通过几何方法确定出该截面上正应力和剪应力的值。

但在一般工程应用中，知道应力范围就足够了。

对于应变，也有相同形式的莫尔圆。

符号释义

σs——屈服点:

是指板材在有弹性变形开始进入塑性变形时的应力,其数值为拉伸曲线上屈服平台的力Fs与试样原始截面积Ao之比,即Fs/Ao,其值越小,越有利于板材成形,贴模性好,冻结性好，冲压形状精度高。

σs/σb——屈强比,即材料的抗拉强度与其屈服强度之比,是无量纲参数,其值越小,越有利于成形,易进入塑性变形状态,传力区不易裂,而法兰区不易起皱。

σb——抗拉强度:

拉伸力达到最大值时的应力,其值为Fmax与试样原始截面积Ao之比，即：

Fmax/Ao

δu——平均伸长率:

是指板材试样在产生局部塑性变形（缩颈）时的延伸长率。

直接决定板材在伸长变形中的冲压性能。

其值越大，对成形越有利。

εj——均匀应变:

是指板材试样在产生局部塑性变形（缩颈）时的真实应变.

n——硬化指数:

表示在塑性变形中板材硬化的强度.与艾利克森值IE成正比关系.其值越大,在伸长类变形中可使变形均匀,扩大变形区,减少毛坯局部变薄和增大极限变形参数的作用.σ=kεn（n<

1）

r——厚度向导性系数:

表明板材在厚度方向变形的难易程度.它是板材在抗拉伸试验中厚度方向应变εb与厚度方向应变εt之比即r=εb/εt>

1其值越大,板材抗拉强度的能力越强.拉深时法兰部切向压缩变形比厚向增厚容易,故不容易起皱.（为δ=15-20%时测量的值）

r——平均厚向异性系数:

表示与轧制方向成0°

角方向的厚向异性系数的平均值.即r=（r0+r90+2r45）/4，式中，r0、r90、r45分别表示与扎制方向成0°

时的厚向异性系数。

Δr——板面内方向异性系数：

反映板材各个方向的性能差异，其表达式为：

Δr=（r0+r90-2r45）/2。

其值越大，性能差异越大，会造成变形的不均匀。

其结果不但可能因为局部变形程度的加大而使总体的极限变形程度减小，而且还可能形成冲压件的不等壁厚，降低冲压件质量，故应选择Δr值较小的板材。

X1——表示双向等拉应力与单向拉伸的抗拉强度之比。

即X1=[σb]x=1/[σb]x=0

X0.5——表示平面应变状态下的抗拉强度与单向拉应力状态下的抗拉

强度之比，即：

X0.5=[σb]x=0.5/[σb]x=0

设α=σy/σx。

当α=1时，σy=σx为双向等拉应力状态。

当α=0时，σy=0为单向拉应力状态。

当α=0.5时，σy=σx/2为平面应变状态。

X1和X0.5值表示材料在不同应力状态下的抗拉强度的变化。

X0.5值大，在法兰区变形时σb小，成为侧壁后，σb较大，传力能力强，拉深极限也高，拉深极限比LDR也大。

LDR——极限拉深比：

反映板材拉深成形时的冲压性能。

确定不发生破裂时，

所能拉深成杯形件的最大毛坯直径Dmax与凸模直径dp之比，此比值

称为极限拉深比。

即LDR=Dmax/Dp。

其值越大，拉延性能就越好。

IE——杯凸试验值：

反映板材在胀形成形时的冲压性能，其值越大，材料

的胀形性能就越好。

CCV——福井锥杯试验值：

反映板材在拉深—胀形复合成形时的冲压性能，

与n值和r值有很强的相关关系。

其值越小，生产越稳定，拉胀性

越好。

拉胀复合性能试验中常用福井锥杯成形试验。

刚破裂时，测

量其锥杯的最大直径和最小直径，取平均值做为锥形件成形值，该

值称为CCV值，即：

CCV=（Dmax+Dmin）/2或CCV=（D0°

+D90°

+2D45°

）/4

FLD——FormingLimitDiagram。

成形极限图：

表示板材在不同应力状态下的变形极限，可以比较准确的衡量两向拉应力范围内，（0<

α<

1）各种变形路径时的塑性变形极限。

在胀形试验中，将毛坯变形缩颈或破裂时，取破裂部位附近的两主应变方向的应变值ε1和ε2为极限变形值。

然后测得的不同主应力比值σ2/σ1下的极限主应变值ε