冲压成型的基本工序详解

冲压基本工序可分为落料、冲孔、切断等分离工序和拉深、弯曲等变形工序两大类。

1.分离工序

分离工序是使板料的一部分与另一部分分离的加工工序。

切断: 指使板料按不封闭轮廓线分离的工序。

落料: 指从板料上冲出一定外形的零件或坯料的工序，冲下部分是成品。

冲孔: 指在板料上冲出孔的工序，冲下部分是废料。冲孔和落料又统称为冲裁。

(1)冲裁变形过程

冲裁的刃口必须锋利，凸模和凹模之间留有间隙，板料的冲裁过程可分为三个阶段，如图10-35 所示。

图10-35　冲裁时金属板料的分离过程示意图

(a)弹性变形； (b)塑性变形； (c)分离

1)弹性变形阶段: 当凸模压下后，凸、凹模刃口附近的材料将产生弹性变形。

2)塑性变形阶段: 凸模继续下压，由于凸、凹模刃口的作用，板料产生塑性变形，出现裂纹。

3)剪裂分离阶段: 当板料上、下裂纹汇合时，冲裁件实现与坯料的分离。

(2)排样

冲裁件在条料上的布置方法称为排样。排样方法可分为以下三种，如图10-36 所示。

1)有废料排样法: 如图10-36 (a)所示，沿冲裁件周边都有工艺余料(称为搭边)，冲裁沿冲裁件轮廓进行，冲裁件质量和模具寿命较高，但材料利用率较低。

2)少废料排样法: 如图10-36 (b)所示，沿冲裁件部分周边有工艺余料。这样的排样法，冲裁沿工件部分轮廓进行，材料的利用率较有废料排样法高，但冲裁件精度有所降低。

3)无废料排样法: 如图10-36 (c)所示，沿冲裁件周边没有工艺余料，采用这种排样法时，冲裁件实际是由切断条料获得，材料的利用率高，但冲裁件精度低，模具寿命不高。

2.变形工序

变形工序是使坯料的一部分相对于另一部分产生塑性变形而不被破坏的工序，如拉深、弯曲、翻边等。

图10-36　排样方法

(a)有废料排样法； (b)少废料排样法； (c)无废料排样法

(1)拉深

拉深是指变形区在一拉一压的应力状态作用下，使板料(浅的空心坯)成为空心件(深的空心件)而厚度基本不变的加工方法，如图10-37 所示。拉深是一个重要的冲压工序，应用很广，如汽车、农机及工程机械的覆盖件，仪器仪表的壳体，日用品中的金属容器等都需用拉深工序制作。拉深时，平板坯料放在凸模和凹模之间，并由压边圈适度压紧，以防止坯料厚度方向发生变形。(www.xing528.com)

为防止坯料被拉穿和起皱(图10-38)，应采取以下工艺措施。

1)凸凹模必须有合理的圆角。拉深模的工作拐角必须是圆角，否则将成为锋利的刃口。对钢料来说，其凹模圆角半径rm 一般为板厚δ 的10 倍，凸模圆角半径rn ＝(0.6～1)rm，若两个圆角半径过小，则坯料容易拉裂。

2)合理的凹凸模间隙z。间隙过小，金属进入凹模阻力增大，容易拉穿； 间隙过大，则拉深件起皱，影响精度。间隙一般取z＝(1.1～1.2)δ。

图10-37　拉深过程示意图

1—坯料； 2—凸模； 3—压边圈；4—凹模； 5—工件

图10-38　坯料的起皱和拉穿

(a)起皱；(b)拉穿

3)合理的拉深系数m。拉深后工件直径d 与拉深前坯料直径D 的比值称为拉深系数m，即m＝d/D。拉深系数反映拉深件的变形程度，m 越小，说明坯料直径相等时，拉深后工件直径越小，变形量越大，坯料越易拉穿。因此，一般m ＝0.5 ～0.8。若拉深件成品要求直径很小，则可采用小变形量多次拉深工艺。为消除多次拉深中的冷变形强化，应注意在多次拉深中间安排再结晶退火。

(2)弯曲

将金属材料弯曲成一定角度和形状的工艺方法称为弯曲，弯曲方法可分为压弯、拉弯、折弯和滚弯等，最常见的是在压力机上压弯。弯曲变形过程如图10-39 所示。

当凸模下压时，板料内侧产生压缩变形，处于压应力状态；板材外侧产生拉伸变形，处于拉应力状态，其中板料外表面的拉应力值最大。当拉应力超过材料的抗拉强度时，将产生弯裂现象。为防止弯裂，弯曲模的弯曲半径要大于限定的最小弯曲半径rmin ＝(0.25～1)δ (δ 为板厚)。

塑性弯曲时，材料产生的变形由塑性变形和弹性变形两部分组成。外载荷去除后，塑性变形保留下来，弹性变形消失，使形状和尺寸发生与加载时变形方向相反的变化，从而抵消了一部分弯曲变形的效果，该现象称为回弹。为抵消回弹现象对弯曲件的影响，弯曲模的角度应小于弯曲件的角度。

(3)翻边

翻边是指将工件上的孔或边缘翻出竖立成有一定角度的直边，如图10-40 (a)所示。翻边的种类较多，常用的是圆孔翻边。

(4)胀形

胀形是指利用模具使空心件或管状件由内向外扩张的成型方法，如图10-40 (b)所示，是冲压成型的一种基本形式，也常和其他方式结合出现于复杂形状零件的冲压过程之中。胀形主要有平板坯料胀形、管坯胀形、球体胀形和拉形等几种方式。

(5)缩口

缩口是指利用模具使空心件或管状件的口部直径缩小的局部成型工艺，如图10-40 (c)所示。

图10-39　弯曲变形过程简图

图10-40　其他成型工序

(a)翻边； (b)胀形； (c)缩口