1.概述
板料冲压是利用装在冲床上的冲模对金属板料加压，使之产生变形或分离，从而获得零件或毛坯的加工方法。板料冲压的坯料通常都是较薄的金属板料，而且冲压时不需要加热，故板料冲压又称为薄板冲压或冷冲压，简称冷冲或冲压。
图9-53 三种基本类型的楔横轧机
1）板料冲压的特点和应用
与其他加工方法相比，板料冲压具有下列特点。
（1）它是在常温下通过塑性变形对金属板料进行加工的，因而原材料必须具有足够的塑性，并应有较低的变形抗力。
（2）金属板料经过塑性变形的冷变形强化作用，并获得一定的几何形状后，具有结构轻巧、强度和刚度较高的优点。
（3）冲压件尺寸精度高、质量稳定、互换性好，一般不再进行切削加工，即可作为零件使用。
（4）冲压生产操作简单，生产率高，便于实现机械化和自动化。
（5）冲压模具结构复杂、精度要求高、制造费用高，只有在大批量生产的条件下采用冲压加工方法在经济上才是合理的。
板料冲压是机械制造中的重要加工方法之一，它在现代工业的许多部门得到广泛的应用，特别是在汽车制造、拖拉机、电机、电器、仪器仪表、兵器及日用品生产等工业部门中占有重要的地位。
2）板料冲压设备
板料冲压设备主要是剪床和冲床。
（1）剪床。剪床用于把板料切成需要宽度的条料，以供冲压工序使用。剪床的外形及传动机构如图9-54所示。电动机1通过带轮使轴2转动，再通过齿轮传动及离合器3使曲轴4转动，于是带有刀片的滑块5便上下运动，进行剪切工作。
图9-54 剪床的外形及传动机构
1—电动机；2—轴；3—离合器；4—曲轴；5—滑块；6—工作台；7—滑块制动器
（2）冲床。冲床的种类很多，主要有单柱冲床、双柱冲床、双动冲床等，图9-55所示是单柱冲床的外形及传动示意图。电动机5带动飞轮4通过离合器3与单拐曲轴2相接，飞轮4可在曲轴2上自由转动。曲轴2的另一端通过连杆8与滑块7连接。工作时，踩下踏板6，离合器3将使飞轮带动曲轴2转动，滑块7作上下运动。放松踏板6，离合器3脱开，制动闸1立即停止曲轴2的转动，滑块7停留在待工作位置。
图9-55 单柱冲床的外形及传动示意图
1—制动闸；2—曲轴；3—离合器；4—飞轮；5—电动机；6—踏板；7—滑块；8—连杆
2.板料冲压的基本工序
板料冲压的基本工序有冲裁、弯曲、拉深、成形等。
1）冲裁
冲裁是使板料沿封闭的轮廓线分离的工序，包括冲孔和落料。这两个工序的坯料变形过程和模具结构都是一样的，二者的区别在于：冲孔是在板料上冲出孔，被分离的部分为废料，而周边是带孔的成品；落料是被分离的部分是成品，周边是废料。
冲裁时板料的变形和分离过程如图9-56所示。凸模和凹模的边缘都带有锋利的刃口。当凸模向下运动压住板料时，板料受到挤压，产生弹性变形，并进而产生塑性变形，上、下刃口附近材料内的应力超过一定的限度后，板料即开始出现裂纹。随着冲头（凸模）继续下压，上、下裂纹逐渐向板料内部扩展直至汇合，板料即被切离。
图9-56 冲裁过程
冲裁后的断面可明显地区分为光亮带、剪裂带、圆角和毛刺四个部分。其中：光亮带具有最好的尺寸精度和光洁的表面；其他三个区域，尤其是毛刺降低冲裁件的质量。这四个部分的尺寸比例与材料的性质、板料厚度、模具结构和尺寸、刃口锋利程度等冲裁条件有关。为了提高冲裁质量，简化模具制造，延长模具寿命及节省材料，设计冲裁件及冲裁模具时应考虑以下几个因素。
（1）冲裁件的尺寸和形状。在满足使用要求的前提下，应尽量简化，多采用圆形、矩形等规则形状，以便于使用通用机床加工模具，并减少钳工修配的工作量。线段相交处必须以圆弧过渡。冲圆孔时，孔径不得小于板料厚度δ；冲方孔时，孔的边长不得小于0.9δ；孔与孔之间或孔与板料边缘的距离不得小于δ。
（2）模具尺寸。冲裁件的尺寸精度依靠模具精度来保证。凸凹模间隙对冲裁件断面质量具有重要影响。在设计冲孔模具时，应使凸模刃口等于所要求孔的尺寸，凹模刃口尺寸是孔尺寸加上两倍的间隙值。设计落料模具时，应使凹模刃口尺寸为成品尺寸，凸模则减去两倍的间隙值。
（3）冲压件的修整。修整工序是利用修整模沿冲裁件的外缘或内孔，切去一薄层金属，以除去塌角、剪裂带和毛刺等，从而提高冲裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度。只有当对冲裁件的质量要求较高时，才需要增加修整工序。修整在专用的修整模上进行，模具间隙为0.006 0.01 mm。修整时单边切除量为0.05～0.2 mm，修整后的切面粗糙度Ra值可达1.25～0.63 μm，尺寸精度可达IT7～IT6级。
2）弯曲
弯曲是将平直板料弯成一定角度和圆弧的工序，如图9-57所示。弯曲时，坯料外侧的金属受拉应力作用，发生伸长变形；坯料内侧的金属受压应力作用，产生压缩变形。在这两个应力-应变区之间存在一个不产生应力和应变的中性层（在板料的中心部位）。当外侧的拉应力超过材料的抗拉强度时，将产生弯裂现象。坯料越厚、内弯曲半径r越小，坯料的压缩和拉应力越大，越容易弯裂。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通常取rmin=（0.25～1）δ。此外，弯曲时，应尽量使弯曲线和坯料纤维方向垂直，这样不仅能防止弯裂，也有利于提高零件的使用性能。
塑性弯曲和任何的塑性变形一样，在外加载荷的作用下，板料产生的变形由弹性变形和塑性变形两个部分组成。当外载荷去除后，塑性变形保留下来，而弹性变形部分则要恢复，从而使板料产生与弯曲方向相反的变形，这种现象称为弹复，又称回弹。弹复后，弯曲半径增大。
为了克服弹复现象对弯曲零件尺寸的影响，通常采取的措施是：利用弹复规律，增大凸模压下量，或适当改变模具尺寸，使弹复后达到零件要求的尺寸。此外，也可通过改变弯曲时的应力状态，把弹复现象限制在最小的范围内。
图9-57 弯曲过程(www.xing528.com)
3）拉深
拉深是利用拉深模使平面板料变为开口空心件的冲压工序，又称拉延。拉深可以制成筒形、阶梯形、球形及其他复杂形状的薄壁零件。
拉深过程如图9-58所示。原始直径为D的板料，经拉深后变成外径为d的杯形零件。凸模压入过程中，伴随着坯料变形和厚度的变化，拉深件的底部一般不变形，厚度基本不变。其余环形部分坯料经变形成为空心件的侧壁，厚度有所减小。侧壁与底之间的过渡圆角部位被拉薄得最严重。拉深件的法兰部分厚度有所增加。拉深件的成形是金属材料产生塑性流动的结果，坯料直径越大，空心件直径越小，变形程度就越大。
拉深件最容易产生的缺陷是拉裂和起皱。最容易产生拉裂的部位是侧壁与底的过渡圆角处。为使拉深过程正常进行，必须把底部和侧壁的拉应力限制在不使材料发生塑性变形的限度内，而环形区内的径向拉应力应达到和超过材料的屈服极限，并且，任何部位的应力总和都必须小于材料的强度极限，否则，就会造成如图9-59（a）所示的拉穿缺陷。起皱是拉深时坯料的法兰部分受到切向压应力的作用，使整个法兰产生波浪形的连续弯曲现象。环形变形区内的切向压应力很大，很容易使板料产生如图9-59（b）所示的皱褶现象，从而造成废品。为此，必须采取以下措施。
图9-58 拉深过程
1—冲头；2—压板；3—凹模
图9-59 拉深废品
（1）拉深模具的工作部分必须加工成圆角。
（2）控制凸模和凹模之间的间隙。间隙过小，容易擦伤工件表面，降低模具寿命。
（3）正确选择拉深系数。板料拉深时的变形程度通常以拉深系数m表示：
式中：d——拉深后的工件直径；
D——坯料直径。
拉深系数越小，拉深件直径越小，变形程度越大，越容易产生废品。拉深系数一般不小于0.5～0.8，塑性好的材料可取下限值。
（4）为了减少由于摩擦引起的拉深件内应力的增加及减少模具的磨损，拉深前要在工件上涂润滑剂。
（5）为防止产生皱褶现象，通常都用压边圈将工件压住。压边圈上的压力不宜过大，能压住工件不致起皱即可。
4）成形
成形是使板料或半成品改变局部形状的工序，包括压肋、压坑、胀形、翻边等。
（1）压肋和压坑（包括压字、压花）：压制出各种形状的凸起和凹陷的工序，采用的模具有刚模和软模两种。图9-60所示是刚模压坑。与拉深不同，此时只有冲头下的这一小部分金属在拉应力作用下产生塑性变形，其余部分的金属并不发生变形。图9-61所示是软模压肋。软模是用橡胶等柔性物体代替一半模具。这样，可以简化模具制造，冲制形状复杂的零件。但软模块使用寿命低，需经常更换。此外，也可采用气压或液压成形。
图9-60 刚模压坑
图9-61 软模压肋
（2）胀形：将拉深件轴线方向上局部区段的直径胀大，可采用刚模进行（见图9-62），也可采用软模进行（见图9-63）。刚模胀形时，由于芯子2的锥面作用，分瓣凸模1在压下的同时沿径向扩张，使工件3胀形。顶杆4将分瓣凸模1顶回起始位置后，即可将工件3取出。显然，刚模的结构和冲压工艺都比较复杂，而采用软模则简便得多。因此，软模胀形得到广泛应用。
图9-62 刚模胀形
1—分瓣凸模；2—芯子；3—工件；4—顶杆
图9-63 软模胀形
（3）翻边：在板料或半成品上沿一定的曲线翻起竖立边缘的冲压工序。按变形的性质，翻边可分为伸长翻边和压缩翻边。当翻边在平面上进行时，称平面翻边；当翻边在曲面上进行时，又称曲面翻边，如图9-64所示。孔的翻边是伸长类平面翻边的一种特定形式，又称翻孔。翻孔过程如图9-65所示。
成形工序使冲压件具有更好的刚度和更加合理的空间形状。
图9-64 翻边
图9-65 翻孔过程
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