沖壓工藝設(shè)計

第八章沖壓工藝設(shè)計沖壓工藝設(shè)計：是指針對某一具體的沖壓工件，根據(jù)其材料、結(jié)構(gòu)特點、尺寸精度要求以及生產(chǎn)批量，按照現(xiàn)有設(shè)備和生產(chǎn)能力，擬定出一套經(jīng)濟合理，技術(shù)上切實可行的沖壓加工工藝方案。同一種沖壓件往往有多種工藝方案，因而必須根據(jù)各方面的因素和要求，通過分析比較進行優(yōu)化設(shè)計，最終確定出最佳方案。沖壓工藝設(shè)計一般以沖壓工藝卡片的人員本身具備豐富形式進行表達，在編制卡片過程中不僅要求工藝設(shè)計的工藝設(shè)計知識和沖壓實踐經(jīng)驗，而且還要在實際工作中，與產(chǎn)品設(shè)計、模具設(shè)計人員以及模具建議，將其貫穿到工藝規(guī)程中。沖壓工藝卡片是模具設(shè)計以及指重要依據(jù)。制造、沖壓生產(chǎn)人員緊密合配，及時采用先進經(jīng)驗并采納合理化導(dǎo)沖壓生產(chǎn)工藝過程的第一節(jié)工藝方案的制定一、制定工藝方案的原則在對沖壓件進行工藝分析的基礎(chǔ)上，考慮沖壓工序的性質(zhì)、數(shù)量、順序、組合方式以及其它輔助工序的安排，擬定出最佳工藝方案。1、工序性質(zhì)的確定工序性質(zhì)是指某種沖壓件所需要的沖壓工落料、切邊，成形工序中的彎曲、翻邊、拉深等。工序性質(zhì)的確定主要取決于沖壓件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸精度，同時需要考慮工件的變形性質(zhì)和具體的生產(chǎn)條件。序的種類，如分離工序中的沖孔、工序性質(zhì)的確定，應(yīng)遵循以下原則：（1）工序性質(zhì)應(yīng)與工藝性狀相吻合所謂工藝性狀是指一定條件下，每種沖壓工序都有在其性能和沖壓件形狀與之適應(yīng)，該制件就可由該工序成形。從坯料向零件成形的多道工序中，這種材料性能和工序件形狀在每一沖壓工序后都會發(fā)生變化，因而前制件的材料性能和幾何形狀對某工序成形的適應(yīng)狀態(tài)。在變形規(guī)律支配下的工藝性狀范圍，只要材質(zhì)道工序的性質(zhì)應(yīng)能保證制件的工藝性狀變化適合于下道工序的工藝性狀范圍。依此安排各個工序，使坯料得以順利地向零件轉(zhuǎn)化。由此，沖壓件本身在很大程度上就決定了工序的性質(zhì)，但有時又不十分明顯，需要通過工藝計算才能確定。例如，如圖8－1所示的沖壓件，初看可用落料、沖孔、翻邊工序完成，但由于豎邊高度尺寸18mm與內(nèi)孔尺寸92的對應(yīng)關(guān)系超出翻邊成形的幾何性狀范圍，翻邊時口部要破裂。若采用落料、拉深、修邊和切底，或落料、拉深、修邊、沖底孔和翻邊的方法均能很好成形。又如，深筒形拉深件，若其深度與直徑之比達到一定程度時，用多次拉深也難以奏效，這是因為每次拉深后坯料的工藝

性狀都發(fā)生了變化，最終導(dǎo)致超出后續(xù)拉深工序的工藝性狀范圍而不能成形。在這種情況下，必須改變工序性質(zhì)，采用其它的沖壓工序。圖8－1沖壓件（2）工序性質(zhì)應(yīng)保證變形區(qū)為弱區(qū)所謂弱區(qū)是指變形抗力小的區(qū)域。根據(jù)阻力最小定律，應(yīng)使變形區(qū)為弱區(qū)，以達到變形容易，同時又保證不變形區(qū)的相對穩(wěn)定。如圖8－2所示的起伏件，若外形有效尺寸D很大，則平板外圈部分與所要脹出的凸起內(nèi)圈相比強弱明顯，起伏時外緣就不會發(fā)生收縮變形。若D很小，則不能保證不變形區(qū)的穩(wěn)定，只好改變工序性質(zhì)。有時變形區(qū)與非變形區(qū)強弱對比不明顯，為了使變形區(qū)為弱區(qū)，就需要增加工序。如圖8－3所示的改為115mm時，序就是加附的工序。又如圖8－4所示，使底部成沖孔便是增加的工序，沖壓件，外徑尺寸是100mm，翻邊時產(chǎn)生再收縮，最后切邊保證外徑尺寸100mm，切邊工增加成形高度，預(yù)先在毛坯上制孔，收縮變形。當(dāng)翻邊時外徑不為了為弱區(qū)。成形后，孔擴大補償了外部材料的不足，從而增大了成形高度。所沖的孔稱為變形減輕孔。圖8－2起伏件圖8－3沖壓件圖8－4變形減輕孔（3）工序性質(zhì)應(yīng)保證零件的質(zhì)量沖壓件的幾何形狀或尺寸精度要求較高時，必須增加校形工序例如，如圖8－3所示，若豎邊的厚度不允許變薄，就不能或其它工序。采用翻邊工序。又如圖8－5所示的平板壓筋件，由于筋離平板邊緣很近，將使壓筋變形不均勻，制件產(chǎn)生較大的翹曲或皺折，因而必須增加拉深工序，提高制件周邊的剛度后再壓筋，壓筋后則需修邊。這里拉深和修邊工序便是保證零件質(zhì)量而增加的工序。（4）工序性質(zhì)應(yīng)保證變形區(qū)不斷轉(zhuǎn)移如圖8－6所示的沖壓件，單純拉深需四道工序，必須中間退火，否則高度尺寸難以達到。若采用兩次拉深，把變形區(qū)轉(zhuǎn)移到底部沖孔翻邊；然后對筒部縮口，則不需中間退火，也能達到規(guī)定的高度。后一種方案既轉(zhuǎn)移了變形區(qū)又充分利用了材料的性質(zhì)。圖8－5壓筋件圖8－6沖壓件2、工序數(shù)量的確定工序數(shù)量是指沖壓件在加工整個過程中所需數(shù)量主要根據(jù)工件幾何形狀的復(fù)雜程度、尺寸質(zhì)來確定，在具體情況下還應(yīng)考慮生產(chǎn)批量、實際制造模具的能力、沖壓設(shè)備的條件以及工藝穩(wěn)定性等多種因素的影響。在保證沖壓件質(zhì)量的前提下，為提高濟效益和生產(chǎn)效率，工序數(shù)量應(yīng)盡可能少些。確定，應(yīng)遵循以下原則：（1）沖裁形狀簡單的工件采用單工序模具完成。沖于模具的結(jié)構(gòu)或強度受到限制，其內(nèi)外輪廓應(yīng)分成幾部分沖裁，需采用面度要求較高的工件，可在沖裁工序后再增加一道校平工序。（2）彎曲件的工序數(shù)量主要取決于其結(jié)構(gòu)形狀的復(fù)雜程度，根據(jù)彎曲角的數(shù)目、相對位置和彎曲方向而定。當(dāng)彎曲件的彎曲半徑小于允許值時，則在彎曲整形工序。（3）拉深件的工序厚度等條件有關(guān)，需經(jīng)拉深工藝計算才能確定。要的工序數(shù)（包括輔助工序）的總和。沖壓工序精度要求和材料性經(jīng)工序數(shù)量的裁形狀復(fù)雜的工件，由多道沖壓工序。對于平后增加一道數(shù)量與材料性質(zhì)、拉深高度、拉深階梯數(shù)以及拉深直徑、材料當(dāng)拉深件的圓角半徑較小或尺寸精度要求較高時，則需在拉深后增加一道整形工序。（4）當(dāng)工件的斷面質(zhì)量和尺寸精度要求較高時，可以考慮在沖裁工序后再增加修整工序，或者直接采用精密沖裁工序。（5）工序數(shù)量的確定還應(yīng)符合企業(yè)現(xiàn)有制模能力和沖壓設(shè)備的狀況。制模能力應(yīng)能保證模具加工、裝配精度相應(yīng)提高的要求，否則只能增加工序數(shù)目。（6）為了提高沖壓工藝的穩(wěn)定性，有時需要增加工序數(shù)目，以保證沖壓件的質(zhì)量。例如彎曲件的附加定位工藝孔的沖制，成形工藝中增加變形，減輕孔沖裁以轉(zhuǎn)移變形區(qū)等等。3、工序順序的確定工序順序是指沖壓加工過程中各道工序進行的先后次序。沖壓工序的順序應(yīng)根據(jù)工件的形狀、尺寸精度要求、工序的性質(zhì)以及材料的變形的規(guī)律進行安排。工序順序的確定，應(yīng)遵循以下原則：（1）對于帶孔或有缺口的沖壓件，選用單工序模時，通常先落料再沖孔或缺口，選用級進模時，則落料安排在最后工序。（2）如果工件上存在位置靠近、大小不一的兩個孔，則應(yīng)以免大孔沖裁時的材料變形引起小孔的（3）帶孔的彎曲件，在一般情況下可以當(dāng)孔位于彎曲變形近變形區(qū)，以及孔與基準(zhǔn)面有較高要求時，則應(yīng)先彎曲先沖大孔后沖小孔，變形。先沖孔后彎曲，以簡化模具結(jié)構(gòu)。區(qū)或接后沖孔。（4）對于帶孔的拉深件，一般先拉深后沖孔。當(dāng)孔的位置在工件底部，且孔不高時，可以（5）多角彎曲件應(yīng)從材料變形的影響和彎曲時般應(yīng)先彎外角后彎內(nèi)角。（6）對于復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)體拉深件，一般先拉深的尺寸精度要求先沖孔再拉深。材料的偏移趨勢安排彎曲的順序，一大尺寸的小尺寸的外形，后拉深先拉深大尺寸的內(nèi)形。復(fù)雜的非旋轉(zhuǎn)體拉深件，則應(yīng)外形。小尺寸的內(nèi)形，后拉深（7）整形工序4、工序組合的確定適當(dāng)?shù)膶_壓工序進行組合可以大大的減少模具數(shù)量，沖壓工結(jié)構(gòu)有直接的關(guān)系。在大批量生產(chǎn)時應(yīng)盡量采用級進?；驈?fù)合模沖壓，尤其是級進模沖壓，以便實現(xiàn)自動化，提高勞動生產(chǎn)率，降低成本。有時生產(chǎn)批量雖不大，但為了操作方便，保障安全，或為了減少沖壓件在生產(chǎn)過程中的占地面積和傳遞工作量，也把沖壓工序相對集中，采用復(fù)合?；蚣夁M模但是，沖壓工序集中組合必然使模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。工序組合的、校平工序、切邊工序，應(yīng)安排在基本成形以后。藝方案與模具進行沖壓。程度受到模具

結(jié)構(gòu)、模具強度、模具制造和維修及設(shè)備能力等方面的限制。例如落料拉深復(fù)合模，受到凸凹模壁厚的限制；落料、沖孔和翻孔三道工序的復(fù)合，受到凸凹模強度的限制；反拉深受凹模壁厚的限制；沖壓件大，沖壓力大，這時如果工序過多集中，就受到壓力機許用壓力的限制；多工位級進沖壓，模具輪廓尺寸受到壓力機臺面尺寸的限制；工序集中后，如果沖模工作零件的工作面不在同一平面上，在拉深件底部沖孔與切邊復(fù)合就會給修模帶來一定困難等等。但盡管如此，隨著沖壓技術(shù)和模具制造技術(shù)的發(fā)展，在大批量生產(chǎn)中工序組合程度還是愈來愈高。二、沖壓件的綜合分析沖壓件的綜合分析，是沖壓工藝設(shè)計的起點，也是衡量沖壓件質(zhì)量好壞的先決條件，穿于整個模具設(shè)計過程中。通過綜合分析為工藝方案的確定奠定了基礎(chǔ)，同時又為工藝設(shè)計提供了工藝參數(shù)計算。其方法和步驟如下：1、設(shè)計前的準(zhǔn)備工作設(shè)計前應(yīng)收集、準(zhǔn)備、掌握有關(guān)信息和資料，包括沖壓件的生產(chǎn)綱領(lǐng)、圖紙及有關(guān)技術(shù)文件，所用原材料的規(guī)格、機械性能、模具的制造條件及技術(shù)水平，供選用的設(shè)備型號、規(guī)格、主要技術(shù)參數(shù)和使用說明書，各種有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計手冊等，同時要掌握有關(guān)的先進技術(shù)和工藝等資料以供選用。2、分析沖壓零件圖沖壓零件圖是編制和分析沖壓工藝方案的重要依據(jù)。根據(jù)沖壓件的零件圖紙，分析研究沖壓件的形狀特點、尺寸大小、精度要求，以及所用材料的機械性能、沖壓成形性能和使用性能等對沖壓加工的影響，分析產(chǎn)生回彈、畸變、翹曲、歪扭、偏移等質(zhì)量問題的可能性。特別要注意零件的極限尺寸（如最小孔間距和孔邊距、窄槽的最小寬度、沖孔的最小尺寸、最小彎曲半徑、最小拉深圓角半徑等），以及尺寸公差、設(shè)計基準(zhǔn)等是否適合沖壓工藝的要求。若發(fā)現(xiàn)沖壓件的工藝性很差，則應(yīng)協(xié)同沖壓件的設(shè)計人員在不影響沖壓件使用要求的前提下對零件圖制作出適合沖壓工藝性的修改。3、沖壓工藝性分析與審查分析沖壓零件圖的同時，就應(yīng)對沖壓工藝性進行分析。沖壓工藝性既表征了沖壓加工方法所達到的加工程度，又表征了零件沖壓加工的難易程度。良好的沖壓工藝性使材料消耗少、變形容易、成形穩(wěn)定、工序數(shù)目少、模具通用性強、模具結(jié)構(gòu)簡單易制造、使用壽命長、操作方便、安全、可靠。（1）材料性質(zhì)沖壓件除了要選用經(jīng)變形后其性能仍滿足使用要求的材料外，還要考慮所用材料應(yīng)易于沖壓成形。例如，深筒拉深件應(yīng)選塑性、組織狀態(tài)及表面質(zhì)量均較好的材料。材料產(chǎn)生冷作硬化后對后續(xù)工序的影響也要符合一定的要求。此外，

所用材料從降低沖壓工藝力、減少模具磨損等方面也應(yīng)有較好的性能。（2）沖壓變形規(guī)律如彎曲件的彎曲半徑小于材料所允許的最小彎曲半徑時，就會開裂，因此應(yīng)予修改。例如，如圖8－7（a）所示的沖壓件，不易壓彎成形；圖8－7（b）為添加了工藝孔的沖壓件，則很容易彎曲成形。（3）工序數(shù)目沖壓件的構(gòu)造盡可能使工序內(nèi)容簡單，工序數(shù)目少。如圖8－8（a）所高度尺寸修改后（如圖8－8（b）所序，大大減小了沖壓工序數(shù)目。（4）材料示為一消聲器蓋，圖8－7彎曲件示），就由原八道工序減為兩道工利用沖壓件形狀及下料方式應(yīng)盡量減少用料和減少排樣廢料，消聲器件（如圖8－8所示）改進后材料消耗減少50%。又如圖8－9所示的沖的位置精度較高，但對外形尺寸沒有要求，因而改進后既滿足了要求又使材料率大大提高。裁件，要求三個孔消耗大為減少，材料利用圖8－8消聲器蓋圖8－9沖裁件排樣（5）模具制造如圖8－10所示的沖壓件，經(jīng)修改后（如圖8－10（c）所示），其模具工作部分的形狀大為簡化，有既利于制造又易保證沖壓件精度。（6）沖壓件精度沖壓件精度應(yīng)符合沖壓方法所能達到的精度，否則要花費很大的成本。當(dāng)然隨著沖壓工藝及模具的發(fā)展，其成形精度也將不斷提高。（7）沖壓件幾何參數(shù)的標(biāo)注沖壓件幾何參數(shù)的標(biāo)注應(yīng)有利于精度的保證。例如，如圖8－11所示的卷圓件所標(biāo)注的內(nèi)徑尺寸，模具無法直接保證。此外，材料厚度若發(fā)生變化，內(nèi)徑尺寸精度也不易控制，因而應(yīng)標(biāo)注外徑尺寸。如圖8－10（A標(biāo)注，應(yīng)彎曲后再沖孔，這樣使得沖孔凹模一側(cè)的壁厚B標(biāo)注較好，這樣在彎曲之前，沖孔落料a）所示的沖壓件，若兩孔的位置尺寸采用過小。如果兩孔間距要求不嚴(yán)時采用復(fù)合，既減少了工序數(shù)目又保證了凹模強度。圖8－10沖裁件修改圖8－11卷圓件4、沖壓零件的生產(chǎn)批量對沖壓時，采用沖壓工加經(jīng)濟效果好，生產(chǎn)率高；若采用沖壓機械化、自動化，分發(fā)揮沖壓工藝的先進性和經(jīng)濟性。例如：沖壓件精度高且批量大時，采用先進的多工位壓力機將收到明顯的效益。又如：沖裁件質(zhì)量要求高且批量很大，可采用較先進的精沖法代替普通沖裁加修整的工藝。生產(chǎn)批量很小，沖壓加工的先進性和經(jīng)濟性就不能充分發(fā)揮，這時應(yīng)考慮采用其它的加工方法，或采用簡易沖壓輔之以別的加工方法，往往更為有效，如某些旋轉(zhuǎn)體零件小批量生產(chǎn)，采用旋壓比拉深更為有利；大型鈑金件采用液壓比模具沖壓更為優(yōu)越。還應(yīng)與其它加工方法比較，以使工藝更為合理。如深筒件采用管料焊底的方法往往比拉深更為經(jīng)濟。加工的先進性和經(jīng)濟性加工的先進性和經(jīng)濟性有很大的影響。生產(chǎn)批量大更能充模具此外，第二節(jié)沖壓工藝實例通過下述沖壓件的工藝制訂，把上述內(nèi)容綜合加以運用，并給出模具工作原理圖。如圖8－12所示沖壓件，材料為08F，材料厚度t=3mm，生產(chǎn)量30000件/年，要求表面無劃痕，孔不允許嚴(yán)重變形。制件沖壓工藝制訂過程如下：圖8－12零件圖一、沖壓件綜合分析（1）零件圖分析該件為帶孔的四直角相反彎曲對稱件，尺寸精度要求不高，由沖裁和彎曲即可成形。沖壓難點在于四角彎曲回彈較大，使制件變形，但通過模具措施可予以控制。（2）沖壓工藝性審查在分析沖壓工藝性的基礎(chǔ)上，其審查內(nèi)容見表8－1。（3）沖壓經(jīng)濟性和先進性分析沖壓是該件最好的加工方法，但由于批量不是很大，模具應(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡單易制，故不采用復(fù)雜的組合工序。表8－1沖壓工藝性狀沖裁工藝性審查表工藝性項目沖壓件工藝工藝性允許值工藝性評價性落料長方形36×1021、形狀68沖圓孔，2、落料圓角3、孔邊距R30.25t=0.751.5t=4.5t=36對2－，8最小孔邊距8彎曲工藝性1、形狀U形件，四角彎曲，對稱2、彎曲半徑R40.4t=1.22t=6彎曲外角203、直邊高度彎曲內(nèi)角82t=6距孔邊8由于孔邊距彎曲區(qū)682t=64、孔邊距太近，易于使孔變形，故先彎曲后沖孔距孔邊842t=62t=6IT14為保證600.37，應(yīng)彎600.37的精85、精度2－孔距8曲后沖2－孔度是IT9二、工藝方案的確定26孔和落料復(fù)合，彎曲兩外角，彎曲兩內(nèi)角，沖28孔。8－13所示。方案一：沖彎曲工序如圖26孔和落料復(fù)合，彎曲四角，沖28孔。彎曲工序如圖8－14所示。方案二：沖方案三：沖26孔和落料復(fù)合，彎曲外角，預(yù)彎內(nèi)角45o，彎曲內(nèi)角，沖28孔。彎曲工序如圖8－15所示。26孔和落料復(fù)合，二圖8－16所示。方案四：沖次彎曲四角，沖28孔。彎曲工序如方案五：沖次彎曲四角。26、28孔和落料復(fù)合，二表8－2沖壓工藝方案比較表

根據(jù)表8－2，確定方案四。由于沖壓件彎曲尺寸精度均為IT14，因而方案項目方案一方案二方案三方案四方案五沖裁模較復(fù)模具結(jié)構(gòu)雜模具數(shù)量四套三套四套三套二套彎曲摩擦大，模具壽命較差四角同時彎預(yù)壓內(nèi)交回有回彈，但是曲，回彈不質(zhì)量可以控制控制，劃痕嚴(yán)尺寸精度易彈小、形狀、有回彈，但是有回彈，但是制件較可以控制可以控制重好生產(chǎn)率較高較高高四的回彈對其影響不大；再者還可考慮在二次彎曲時校形或沖孔與整形復(fù)合，均可克服回彈，而這些技術(shù)措施均不增加模具的制造成本和數(shù)量。三、工藝計算（1）毛坯尺寸如圖8－17所示，毛坯各尺寸為L＝2L1＋2L2＋L3＝2×20＋2×4＋22＝70mma則L＝4L＝4×[1.57（r＋Kt）1]＝4×8=32mm4bL=L+L=70+32=102mmba（2）排樣和坯料形B＝102＋2×2.8＝規(guī)格為8mm×900mm×2000mm。材料利用率狀為矩形，采用單排排料最適宜。取搭邊a＝2.8mm，a1＝2.4mm，條料寬度為107.6mm；進距h＝36＋2.4＝38.4mm；板料選用采用縱裁時：每板條料數(shù)n＝900/107.6＝8條，每條制件數(shù)n2＝（2000－2.8）/38.4＝52件39.2×2000余料利用件數(shù)n3＝2000/107.6＝18件，由此可知，縱單排排料材料利用率高。從彎曲纖維方向性上，橫向單排排料最好。由于材料08F塑性好