冲压件工艺过程设计的内容及步骤

第二章冲压件工艺过程设计的内容及步骤不论冲压件的几何形状和尺寸大小如何,其生产过程一般都是从原材料剪切下料开始，经过各种冲压工序和其他必要的辅助工序（如退火，酸洗，表面处理等）加工出图纸所要求的零件。

对于某些组合冲压件或精度要求较高的冲压件，还需要经过切削，焊接或铆接等加工，才能完成。

冲压件工艺过程的制定和模具设计是冷冲压课程设计的主要内容。

进行冲压设计就是根据已有的生产条件，综合考虑影响生产过程顺利进行的各方面因素，合理安排零件的生产工序，最优地选用，确定各工艺参数的大小和变化范围，设计模具，选用设备等，以使零件的整个生产过程达到优质，高产，低耗，安全的目的。

2.1 工艺过程设计的基本内容冲压工艺规程是模具设计的依据，而良好的模具结构设计，又是实现工艺过程的可靠保证，若冲压工艺有改动，往往会造成模具的返工，甚至报废。

冲制同样的零件，通常可以采用几种不同方法。

工艺过程设计的中心就是依据技术上先进，经济上合理，生产上高效，使用上安全可靠的原则，使零件的生产在保证符合零件的各项技术要求的前提下，达到最佳的技术效果和经济效益。

冲压件工艺过程设计的主要内容和步骤是：一. 分析零件图(冲压件图)产品零件图是分析和制定冲压工艺方案的重要依据，设计冲压工艺过程要从分析产品的零件图人手。

分析零件图包括技术和经济两个方面：1. 冲压加工的经济性分析冲压加工方法是一种先进的工艺方法，因其生产率高，材料利用率高，操作简单等一系列优点而广泛使用。

由于模具费用高，生产批量的大小对冲压加工的经济性起着决定性作用，批量越大，冲压加工的单件成本就越低，批量小时，冲压加工的优越性就不明显，这时采用其他方法制作该零件可能有更好的经济效果。

例如在零件上加工孔，批量小时采用钻孔比冲孔要经济；有些旋转体零件，采用旋压比拉深会有更好的经济效果。

所以，要根据冲压件的生产纲领，分析产品成本，阐明采用冲压生产可以取得的经济效益。

2. 冲压件的工艺性分析冲压件的工艺性是指该零件在冲压加工中的难易程度。

在技术方面，主要分析该零件的形状特点，尺寸大小，精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺的要求。

良好的工艺性应保证材料消耗少，工序数目少，模具结构简单，且寿命长，产品质量稳定，操作简单，方便等。

在一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的是冲压件结构尺寸和精度要求，如果发现零件工艺性不好，则应在不影响产品使用要求的前提下，向设计部门提出修改意见，对零件图作出适合冲压工艺性的修改。

另外，分析零件图还要明确冲压该零件的难点所在，对于零件图上的极限尺寸，设计基准以及变薄量，翘曲，回弹，毛刺大小和方向要求等要特别注意，因为这些因素对所需工序的性质，数量和顺序的确定，对工件定位方法，模具制造精度和模具结构形式的选择，都有较大影响。

二. 确定冲压件的总体工艺过程在综合方析，研究零件成形性的基础上，以材料的极限变形参数，各种变形性质的复合程度及趋向性，当前的生产条件和零件的产量质量要求为依据，提出各种可能的零件成形总体工艺方案。

根据技术上可靠，经济上合理的原则对各种方案进行对比，分析，从而选出最佳工艺方案（包括成形工序和各辅助工序的性质，内容，复合程度，工序顺序等），并尽可能进行优化。

1. 选择冲压基本工序剪裁，落料，冲孔，切边，弯曲，拉深，翻边等是常见的冲压工序，各工序有其不同的性质，特点和用途。

有些可以从产品零件图上直观地看出冲压该零件所需工序的性质。

例如平板件上的各种型孔只需要冲孔，落料或剪切工序；开口筒形件则需拉深工序。

有些零件的工序性质，必须经过分析和计算才能确定。

如图2-1 (a)和(b)分别为油封内夹圈和外夹圈冲压件，两个冲压件形状基本相同，只是直边高度和外径不同经分析计算，内夹圈可选用落料冲孔和翻边，共两道工序；而外夹圈选用落料，拉深，冲孔和翻边等四道工序来加工较为合理。

图2-1 油封内夹圈和外夹圈的冲压工艺过程a) 油封内夹圈b)油封外夹圈材料：08钢，厚度：0.8mm2. 确定冲压次数和冲压顺序冲压次数是指同一性质的工序重复进行的次数。

对于拉深件，可根据它的形状和尺寸，以及板料许可的变形程度，计算出拉深次数。

其它如弯曲件，翻边件等的冲压次数也是根据具体形状和尺寸以及极限变形程度来决定。

冲压顺序的安排应有利于发挥材料的塑性以减少工序数量。

主要根据工序的变形特点和质量要求来安排，确定冲压顺序的一般原则如下：(1).对于有孔或有缺口的平板件，如选用简单模时，一般先落料，再冲孔或切口，使用连续模时，则应先冲孔或切口，后落料。

(2).对于带孔的弯曲件，孔边与弯曲区的间距较大，可先冲孔，后弯曲。

如孔边在弯曲区附近或孔与基准面有较高要求时，必须先弯曲后冲孔。

(3).对于带孔的拉深件，一般都是先拉深后冲孔，但是孔的位置在零件底部，且孔径尺寸要求不高时，也可先在毛坯上冲孔，后拉深。

(4).多角弯曲件，应从材料变形和弯曲时材料移动两方面考虑安排先后顺序，一般情况下先弯外角，后弯内角。

(5).对于形状复杂的拉深件，为便于材料变形和流动，应先成形内部形状，再拉深外部形状。

(6).整形或校平工序，应在冲压件基本成形以后进行。

3. 工序的组合方式一个冲压件往往需要经过多道工序才能完成，因此，编制工艺方案时，必须考虑是采用简单模一个个工序冲压呢？还是将工序组合起来，用复合模或连续模生产。

通常，模具的选用主要取决于冲压件的生产批量，尺寸大小和精度要求等因素。

生产批量大，冲压工序应尽可能地组合在一起，采用复合模或连续模冲压；小批量生产，常选用单工序简单模。

但对于尺寸过小的冲压件，考虑到单工序模上料不方便和生产率低，也常选用复合模或连续模生产；若选用自动送料，一般用连续模冲压；为避免多次冲压的定位误差，常选用复合模生产，当用几个简单模制造费用比复合模高，而生产批量又不大时，也可考虑用将工序组合起来，选用复合模生产。

工序的组合方式，可选用复合模或连续模。

一般来说，复合模的冲压精度比连续模高，结构紧凑，模具轮廓面积比连续模小；但是，连续模的生产率较高，操作比较安全，容易实现单机自动化生产，若装上自动送料装置，可适用小件的自动冲压。

常见的复合模和连续模的工序组合方式，可按表2-1选用。

4. 辅助工序对于某些组合冲压件或有特殊要求的冲压件，在分析了基本工序，冲压次数，顺序及工序的组合方式后，尚须考虑非冲压辅助工序，如钻孔，铰孔，车削等机械加工，焊接,铆合,热处理，表面处理，清理和去毛刺等工序。

如多次拉深工序之间，为消除加工硬化，要进行退火处理；为除锈要酸洗等。

这些辅助工序可根据冲压件结构特点和使用要求选用，安排在各冲压工序之间进行，也可安排在冲压工序前或后完成。

表2-1 复合模和连续-复合模型式三. 确定并设计各工序的工艺方案依据所确定的零件成形的总体工艺方案，确定并设计各道冲压工序的工艺方案。

内容包括：确定完成本工序成形的加工方法；确定本工序的主要工艺参数；根据各冲压工序的成形极限，进行必要的工艺计算，如弯曲件的最小弯曲半径，一次翻边的高度等；确定毛坯的形状，尺寸和下料方式，计算材料利用率，确定各工序的成形力，计算本工序的材料，能源，工时的消耗定额等，由所定的工艺方案计算并确定每个的工件形状和尺寸，绘出各工序的工件图。

四. 确定模具的类型和结构尺寸，进行模具设计设计模具的一般程序如下：1. 模具类型和结构形式的确定根据确定的工艺方案，冲压件的形状特点，精度要求，生产批量，模具的制造和维修条件，操作的方便性与安全性要求，以及利用和实现机械化自动化的可能性等确定选用复合模，连续模或者简单模。

应特别注意使模具类型，模具的结构形式与模具的强度，刚度，使用寿命要求等取得协调一致。

复合模常常遇到强度问题，如落料，冲孔及翻边集中到一副复合模上，而翻边高度又小，这时，复合模的凸凹模壁厚薄，不能满足强度要求。

2. 工件定位方式的选择工件在模具中的定位主要考虑定位基准，上料方式，操作安全可靠等因素。

选择定位基准时应尽可能与设计基准重合，如果不重合，就需要根据尺寸链计算理论重新分配公差，把设计尺寸换算成工艺尺寸。

不过，这样将会使零件的加工精度要求提高。

当零件是采用多工序分别在不同模具上冲压时，应尽量使各工序采用同一基准。

为使定位可靠，应选择精度高，冲压时不发生变形和移动的表面作为定位表面。

冲压件上能够用作定位的表面随零件的形状不同而不同，平板零件最好用相距较远的两孔定位，或者一个孔和外形定位；弯曲件可用孔或形体定位；拉深件可用外形，底面或切边后的凸缘定位。

3. 模具零件的选用、设计、计算模具的工作零件，定位，压料和卸料零件，导向零件，连接和紧固零件要尽量按《冷冲模国家标准》(GB2851～2875-81)选用，若无标准可选用，再进行设计。

此外还有弹簧,橡皮的选用和计算。

对于小而长的冲头，壁厚较薄的凹模等还需要进行强度校核。

如设计计算确定了凹模的结构尺寸后，可根据凹模周界选用模架；模具的闭合高度，轮廓大小，压力中心应与选用设备相适应，并画出模具结构草图。

4. 绘制模具总装配图根据模具结构草图绘制正式装配图，装配图应能清楚地表达各零件之间的相互关系，应有足够说明模具结构的投影图及必要的剖面，剖视图。

还应画出工件图，排样，填写零件明细表和技术要求等。

5. 绘制模具零件图按照模具的总装配图，拆绘模具零件图。

零件图应标注全部尺寸，公差,表面粗糙度，材料及热处理，技术要求等。

五. 合理选择冲压设备根据零件的大小，所需的冲压力（包括压料力，卸料力等），冲压工序的性质和工序数目，模具的结构型式，模具闭合高度和轮廓尺寸，结合现有设备的情况，来决定所需设备的类型，吨位，型号和数量。

选择设备和设计模具的工作是相互联系的，许多工作可交叉进行或同时进行。

如先根据计算的冲压力，粗选的设备不大，但模具的轮廓尺寸大时，可重选大些的设备，使设备的闭合高度，漏料孔的尺寸与模具的结构尺寸相适应。

通常，设计模具和选择压力机应注意下列几点：1. 为保证冲模正确和平衡地工作，冲模的压力中心必须通过模柄轴线而和压力机滑块中心线相重合，以免滑块受偏心载荷，从而减少冲模和压力机导轨的不正常磨损。

2. 模具的闭合高度H应介于压力机的最大装模高度Hmax和最小装模高度Hmin之间，即满足关系式Hmin+10mm<H<Hmax-5mm压力机的装模高度是指滑块在下死点时，滑块下表面至工作台垫板上表面之间的距离。

3. 对于深拉深的模具，要计算拉深功，校核压力机的电机功率。

4. 拉深，弯曲工序一般需要较大行程，在拉深中，为了便于安放毛坯和取出工件，要校核模具出件时压力机的行程，其行程不小于拉深件高度的2.5倍。

六. 编写工艺文件和设计计算说明书为了科学地组织和实施生产，在生产中准确地反应工艺过程设计中确定的各项技术要求,保证生产过程的顺利进行，必须根据不同的生产类型，编写详细程度不同的工艺文件。