沖壓工藝設計

沖壓工藝設計第1頁/共97頁

沖壓前的準備

沖壓工序及輔助工序沖壓后的工序

第七章沖壓工藝過程設計第2頁/共97頁考慮的問題技術上可行經濟上合理第3頁/共97頁第一節(jié)工藝設計的內容和步驟

第4頁/共97頁工藝設計的內容和步驟對沖壓件分析確定沖壓件的總體工藝過程確定并設計各工序的工藝方案確定模具的類型和結構尺寸，進行模具設計合理選擇沖壓設備編寫工藝文件和設計計算說明書第5頁/共97頁沖壓工藝設計的內容及步驟7.1分析零件圖(沖壓件圖)（1）沖壓件形狀和尺寸（2）沖壓件精度（3）尺寸標注（4）生產批量（5）其他第6頁/共97頁沖壓件工藝性分析沖裁工藝設計彎曲工藝設計拉深工藝設計第7頁/共97頁沖壓工藝及模具設計(第二章沖裁工藝與模具設計）第六節(jié)沖裁工藝設計21三月2023第8頁/共97頁第9頁/共97頁沖裁工藝設計包含:沖裁件的工藝性分析、沖裁工藝方案的確定和技術經濟分析等內容。良好的工藝性和合理的工藝方案，可以用最少的材料，最少的工序數(shù)量和工時，并使模具結構簡單，模具壽命高。合格沖裁件質量和經濟的工藝成本是衡量沖裁工藝設計的主要指標。1沖裁件的工藝性分析

沖裁件的工藝性，是指沖裁件對沖壓工藝的適應性，即沖裁件的結構、形狀、尺寸及公差等技術要求是否符合沖裁加工的工藝要求，以及難易程度。工藝性是否合理，對沖裁件的質量、模具壽命和生產率有很大的影響。第10頁/共97頁1

)沖裁件的結構工藝性①沖裁件形狀應盡可能簡單、對稱、避免復雜形狀的曲線，在許可的情況下，把沖裁件設計成少、無廢料排樣的形狀、以減少廢料。如下圖所示零件，若外形無要求，只要滿足三孔位置達到設計要求，可改為圖b)所示形狀，采用無廢料排樣，材料利用率提高40%。b)第11頁/共97頁1

)沖裁件的結構工藝性②沖裁件各直線或曲線的連接處，盡量避免銳角，嚴禁尖角。除在少、無廢料排樣或采用鑲拼模結構時，都應有適當?shù)膱A角相連(圖2-34)，以利于模具制造和提高模具壽命。圓角半徑R的最小值可參考表2-17選取。第12頁/共97頁1

)沖裁件的結構工藝性②沖裁件各直線或曲線的連接處，盡量避免銳角，嚴禁尖角。除在少、無廢料排樣或采用鑲拼模結構時，都應有適當?shù)膱A角相連(圖2-34)，以利于模具制造和提高模具壽命。圓角半徑R的最小值可參考表2-17選取。第13頁/共97頁1

)沖裁件的結構工藝性③沖裁件凸出或凹入部分不能太窄，盡量避免沖裁件上過長的懸臂與窄槽(圖2-35)，最小寬度b一般不小于1.5t，若沖裁材料為高碳鋼時，b≥2t，Lmax≤5b,當材料厚度t＜1mm時，按t=1mm計算圖2-35沖裁件凸出懸臂與窄槽尺寸第14頁/共97頁1

)沖裁件的結構工藝性③沖裁件凸出或凹入部分不能太窄，盡量避免沖裁件上過長的懸臂與窄槽(圖2-35-2)，最小寬度b一般不小于1.5t，若沖裁材料為高碳鋼時，b≥2t，Lmax≤5b,當材料厚度t＜1mm時，按t=1mm計算圖2-35-2沖裁件凸出懸臂與窄槽尺寸第15頁/共97頁1

)沖裁件的結構工藝性④沖裁件的孔徑因受沖孔凸模強度和剛度的限制，不宜太小，否則容易折斷和壓彎。孔的最小尺寸取決于材料的機械性能、凸模強度和模具結構。各種形狀孔的最小尺寸可參考表2-18.第16頁/共97頁1

)沖裁件的結構工藝性④沖裁件的孔徑因受沖孔凸模強度和剛度的限制，不宜太小，否則容易折斷和壓彎?？椎淖钚〕叽缛Q于材料的機械性能、凸模強度和模具結構。各種形狀孔的最小尺寸可參考表2-18.如果采用帶護套的凸模，其穩(wěn)定性高，凸模不易折損，最小沖孔尺寸可以減少，參考表2-19第17頁/共97頁1

)沖裁件的結構工藝性⑤沖裁件孔與孔、孔與邊緣之間的距離不能過小，以避免工件變形、模壁過薄或因材料易被拉入凹模而影響模具壽命。一般孔邊距取：對圓孔為(1—1.5)t，對圓形孔為(1.5—2)t(圖2-36)?？拙嗟淖钚〕叽缈梢姳?—20。第18頁/共97頁1

)沖裁件的結構工藝性⑤沖裁件孔與孔、孔與邊緣之間的距離不能過小，以避免工件變形、模壁過薄或因材料易被拉入凹模而影響模具壽命。一般孔邊距?。簩A孔為(1—1.5)t，對圓形孔為(1.5—2)t(圖2-36)。孔距的最小尺寸可見表2—20。第19頁/共97頁1

)沖裁件的結構工藝性⑥在彎曲件或拉深件上沖孔時，為避免凸模受水平推力而折斷，孔壁與工件直壁之間應保持一定的距離(圖2-37)，使L≥R+0.5t。圖2—37彎曲或拉深件沖孔位置第20頁/共97頁2

)沖裁件的尺寸精度和表面粗糙度要求

①沖裁件的精度要求，應在經濟精度范圍以內，對于普通沖裁件，其經濟精度不高于IT11級，沖孔件比落料件高一級。沖裁件外形與內孔尺寸公差可見表2-21。如果工件精度高于上述要求，則需在沖裁后整修或采用精密沖裁沖.沖裁件兩孔心距所能達到的公差見表2-22。第21頁/共97頁第22頁/共97頁2

)沖裁件的尺寸精度和表面粗糙度要求

①沖裁件的精度要求，應在經濟精度范圍以內，對于普通沖裁件，其經濟精度不高于IT11級，沖孔件比落料件高一級。沖裁件外形與內孔尺寸公差可見表2-21。如果工件精度高于上述要求，則需在沖裁后整修或采用精密沖裁沖.沖裁件兩孔心距所能達到的公差見表2-22。第23頁/共97頁2

)沖裁件的尺寸精度和表面粗糙度要求

②表面粗糙度要求沖裁件斷面的表面粗糙度和允許的毛刺高度可見表2-23和表2-24第24頁/共97頁3)沖裁件的尺寸基準

沖裁件的尺寸基準應盡可能和制模時的定位基準重合，以避免產生基準不重合誤差?？孜怀叽缁鶞蕬M量選擇在沖裁過程中始終不參加變形的面或線上，切不要與參加變形的部位聯(lián)系起來。如圖2-38所示，原設計尺寸的標注(圖a)，對沖裁圖樣是不合理的，因為這樣標注，尺寸L1、L2必須考慮到模具的磨損而相應給以較寬的公差,造成孔心距的不穩(wěn)定，孔心距公差會隨著模具磨損而增大。改用圖2-38b)的標注，兩孔的孔心距才不受模具磨損的影響，比較合理。圖2-38沖裁件的尺寸標注第25頁/共97頁2沖裁加工的經濟性分析

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)沖裁件的制造成本

所謂經濟性，就是以盡可能少的生產消費獲得盡可能大的經濟效益，在進行沖壓工藝設計時，應該運用經濟分析的方法找到降低成本，取得優(yōu)異經濟效果的工藝途徑。

沖裁件的制造成本C總＝Ｃ材＋Ｃ工＋Ｃ模

式中C材：材料費；C工∶加工費(工人工資、設備折舊費、管理費等)；

C模：模具費。第26頁/共97頁2沖裁加工的經濟性分析

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)沖裁件的制造成本

上述成本中，模具費、設備折舊費一般與產量無關，加工費中的工人工資和其它經費只要在一定時間內，基本上也是不變的，因此，叫做固定費用，用Ca表示。而材料費、外購件費等，將隨生產量大小而變化，屬可變費用Cb表示(以單件計)，若產量為Ｑ，則：Ｑ=

Ca+

Cb。

這樣，產品制造成本由固定費用和可變費用兩部分組成。設法降低固定費用或可變費用，都能使成本降低、利潤增加并積累資金。產品的制造成本和產量之間有著密切關系，現(xiàn)用圖5～圖7分別進行分析。第27頁/共97頁2沖裁加工的經濟性分析

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)沖裁件的制造成本

①固定費用

總的固定費用Ca不隨產量的增加而增加，而單件產品的固定費用(單位固定費用)卻由于產量Q的增加而逐漸下降，如下圖Ab)所示。

圖A固定費用圖a)總固定費用b)單位固定費用第28頁/共97頁2沖裁加工的經濟性分析

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)沖裁件的制造成本

②可變費用

總的可變費用將隨產量的增加而增加，但對產品單位費用而言，其直接耗費的原材料費、外購件費、外協(xié)加工費等則基本不變，如下圖B所示。

圖B可變費用圖a)總可變費用b)單位可變費用第29頁/共97頁2沖裁加工的經濟性分析

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)沖裁件的制造成本

③成本與產量的關系(如圖D)

產品的單位成本C可用公式表示，并由圖Db)可知，單位成本將隨產量的增加而下降。

圖D

成本曲線圖a)成本Cb)單位成本C第30頁/共97頁2沖裁加工的經濟性分析

2)降低沖壓件成本的途徑

增產可降低單件產品成本中的固定費用，相對地減少消耗，通過節(jié)約可以直接降低消耗，兩者都是降低成本的重要途徑。沖壓件的成本包括材料費、加工費、模具費等項因此，降低成本，就是要降低上述各項費用，降低成本有以下各種措施：

第31頁/共97頁2沖裁加工的經濟性分析

2)降低沖壓件成本的途徑

①降低小批量生產中的沖壓件成本

由圖Aa)可知，試制或小批量生產時，降低成本的有效途徑是降低固定費用，這樣能取得較好的經濟效益，其中降低模具費用，是降低成本的有力措施。如沖壓件質量要求較高，須采用正規(guī)模具，一般情況下，應盡可能分散工序，選用結構簡單，制造方便、價格低廉的簡易模具。如：薄板模、組合沖模、聚氨脂橡皮模、鋅合金模低熔點合金模等。

第32頁/共97頁2沖裁加工的經濟性分析

2)降低沖壓件成本的途徑

②工藝合理化

沖壓生產中，合理的工藝是降低成本的可靠保證。新產品投產前應通過試生產，對工藝可行性進行驗證，然后再正式投入生產。當產量改變，發(fā)現(xiàn)模具早期損壞或事故頻繁，以及更改產品設計而改換模具、或更換設備等生產條件變化時，都要對產品工藝進行認真的討論和研究。在制定工件的沖壓工藝時，處理工序的分散與集中是比較復雜的問題。它取決于工件的批量、結構形狀、質量要求、工藝特點等。對于板料沖壓件，通常是大批量生產情況下，應當盡量采取工序集中的方案，采用復合或級進模進行沖壓，這樣既提高生產率，又能做到安全生產。但小批量生產時，則以采用單工序模，用工序分散的沖壓方式為宜。實踐經驗表明，對于復合模，集中到一副模具上的工序數(shù)量不宜太多，一般為2～３個工序，最多四個工序，對于級進模，集中的工序數(shù)可以多些，因為其模具結構的布局范圍自由度比前者大得多。第33頁/共97頁2沖裁加工的經濟性分析

2)降低沖壓件成本的途徑

③多件同時沖壓

產量較大時，采用多件同時沖壓，可使模具費、材料費和加工費降低，對成形工藝來說也有利于材料應力、應變對稱均勻，如圖E所示。圖E左右同時成形后再切割第34頁/共97頁2沖裁加工的經濟性分析

2)降低沖壓件成本的途徑

④沖壓過程的高速自動化

自動化生產對安全和降低成本都有利。是沖壓加工的發(fā)展方向，今后不僅大批量生產中應采用自動化，在小批量生產中也傾向采用自動化。⑤提高材料利用率

降低材料費，特別是材料價格較高時，必須認真地考慮此問題。降低材料費主要可從材料的經濟利用入手。方法已在前述排樣設計中進行了研究。第35頁/共97頁2沖裁加工的經濟性分析

2)降低沖壓件成本的途徑

⑥節(jié)約模具費用

模具費用在沖壓件的制造成本中占有相當比重。圖F表示沖壓件的加工費用(加工費和模具折舊費)與產量之間的關系。圖F沖壓件的加工費用與產量之間的關系第36頁/共97頁2沖裁加工的經濟性分析

2)降低沖壓件成本的途徑

⑥節(jié)約模具費用

模具費用在沖壓件的制造成本中占有相當比重。圖F表示沖壓件的加工費用(加工費和模具折舊費)與產量之間的關系。

B點處表示大量生產時的情況，其加工費比少量生產要低，而模具折舊費更低。采用自動化大量生產時，雖然模具折舊費有所增加，但因加工費更少，所以沖壓件加工的費用為最小值。A點處是少量生產的情況。加工費和模具折舊費都比大量生產時要高得多，所以累計的制件加工費用非常高，尤其是模具折舊費，隨著產量的減少增大較快。以上分析表明，少量生產時，要降低沖壓件加工的費用，必須減少模具費。

第37頁/共97頁2沖裁加工的經濟性分析

2)降低沖壓件成本的途徑

⑥節(jié)約模具費用

近年來，對各種簡易模具進行了研究，結果表明，由于其結構簡單，制造迅速，價廉，適用于小批量生產，能節(jié)約模具費，降低沖壓件制造成本在大批大量生產中，應盡量采用高效率、長壽命的級進沖壓的硬質合金沖模。硬質合金沖模的刃磨壽命和總壽命比鋼模具長得多。據(jù)統(tǒng)計資料其刃磨壽命為鋼模具的10～３０倍，總壽命為20～４０倍，但模具制造費用只為鋼模具的２～４倍。

第38頁/共97頁3沖裁工藝方案的確定

在沖裁工藝分析和技術經濟分析的基礎上根據(jù)沖裁件的特點確定沖裁工藝方案。

1)沖裁工序的組合

沖裁工序可分為單工序沖裁、復合沖裁和級進沖裁。復合沖裁是在壓機一次行程中，在模具的同一位置同時完成兩個或兩個以上的沖壓工序；級進沖裁是把沖裁件的若干個沖壓工序，排列成一定的順序，在壓機一次行程中條料在沖模的不同工序位置上，分別完成工件所要求的工序。除最初幾次沖程外，以后每次沖程都可以完成一個沖裁件。組合的沖裁工序比單工序沖裁生產效率高，獲得的制件精度等級高。

第39頁/共97頁3沖裁工藝方案的確定

在沖裁工藝分析和技術經濟分析的基礎上根據(jù)沖裁件的特點確定沖裁工藝方案。1)沖裁工序的組合

沖裁組合方式的確定應根據(jù)下列因素決定。

①生產批量一般來說，小批量與試制采用單工序沖裁，中批和大批量生產采用復合沖裁或級進沖裁。②工件尺寸公差等級復合沖裁所得到的工件尺寸公差等級高，因為它避免了多次沖壓的定位誤差，并且在沖裁過程中可以進行壓料，工件較平整。級進沖裁所得到的工件尺寸公差等級較復合沖裁低，在級進沖裁中采用導正銷結構，可提高沖裁件精度。第40頁/共97頁3沖裁工藝方案的確定

在沖裁工藝分析和技術經濟分析的基礎上根據(jù)沖裁件的特點確定沖裁工藝方案。1)沖裁工序的組合

沖裁組合方式的確定應根據(jù)下列因素決定。

③對工件尺寸、形狀的適應性工件的尺寸較小時，考慮到單工序上料不方便和生產率低，常采用復合沖裁或級進沖裁。對于尺寸中等的工件，由于制造多副單工序模的費用比復合模昂貴，也宜采用復合沖裁。但工件上孔與孔之間或孔與邊緣之間的距離過小時，不宜采用復合沖裁和單工序沖裁，宜采用級進沖裁。所以級進沖裁可以加工形狀復雜、寬度很小等異形工件,且可沖裁的材料厚度比復合沖裁時要大，但級進沖裁受壓機臺面尺寸與工序數(shù)的限制，沖裁工件尺寸不宜太大。

第41頁/共97頁3沖裁工藝方案的確定

在沖裁工藝分析和技術經濟分析的基礎上根據(jù)沖裁件的特點確定沖裁工藝方案。1)沖裁工序的組合

沖裁組合方式的確定應根據(jù)下列因素決定。

④模具制造、安裝調整和成本對復雜形狀的工件，采用復合沖裁比采用級進沖裁為宜。因模具制造、安裝調整較易，成本較低。⑤操作方便與安全復合沖裁出件或清除廢料較困難，工作安全性較差。級進沖裁較安全。

綜合上述分析，對于一個工件，可以得出多種工藝方案。必須對這些方案進行比較，選取在滿足工件質量與生產率的要求下，模具制造成本低、壽命長、操作方便又安全的工藝方案。第42頁/共97頁3沖裁工藝方案的確定

在沖裁工藝分析和技術經濟分析的基礎上根據(jù)沖裁件的特點確定沖裁工藝方案。2)沖裁順序的安排(1)級進沖裁的順序安排①先沖孔或切口，最后落料或切斷，將工件與條料分離。首先沖出的孔可作后續(xù)工序的定位用。在定位要求較高時，則可沖出專供定位用的工藝孔(一般為兩個，參見圖H)。圖H級進沖裁第43頁/共97頁3沖裁工藝方案的確定

在沖裁工藝分析和技術經濟分析的基礎上根據(jù)沖裁件的特點確定沖裁工藝方案。2)沖裁順序的安排(1)級進沖裁的順序安排②采用定距側刃時，定距側刃切邊工序安排與首次沖孔同時進行(圖J)，以便控制送料進距。采用兩個定側距刃時，可以安排成一前一后，也可并例。

圖J級進沖裁排樣第44頁/共97頁3沖裁工藝方案的確定

在沖裁工藝分析和技術經濟分析的基礎上根據(jù)沖裁件的特點確定沖裁工藝方案。2)沖裁順序的安排(1)級進沖裁的順序安排③套料級進沖裁（圖K），按由里向外的順序，先沖內輪廓，后沖外輪廓。

圖K套料級進沖裁第45頁/共97頁3沖裁工藝方案的確定

在沖裁工藝分析和技術經濟分析的基礎上根據(jù)沖裁件的特點確定沖裁工藝方案。2)沖裁順序的安排(2)多工序工件用單工序沖裁時的順序安排①先落料使毛坯與條料分離，再沖孔或沖缺口。后繼各沖裁工序的定位基準要一致，以避免定位誤差和尺寸鏈換算。②沖裁大小不同、相距較近的孔時，為減少孔的變形，應先沖大孔，后沖小孔。第46頁/共97頁彎曲工藝設計彎曲件的工藝性指彎曲件的形狀、尺寸、材料及技術要求等是否適合于彎曲成形的工藝要求。一、最小相對彎曲半徑最大伸長率最大端面收縮率除外δ和φ，還有其它影響因素。實際生產中使用的最小相對彎曲半徑可更小些。第47頁/共97頁最小相對彎曲半徑的其它影響因素彎曲角α

板料的方向性板料表面質量和剪切斷面質量板料的厚度和寬度第48頁/共97頁二、彎曲件的工藝性1、彎曲半徑：過大—回彈，精度難保證，過小—拉裂。最小彎曲半徑rmin/t第49頁/共97頁2、直邊高度：H>2t第50頁/共97頁3、孔邊距離：t<2mm，L≥t；t>2mm，L≥2t第51頁/共97頁4、形狀與尺寸的對稱性不對稱時，成對成形，或增加壓料板、定位銷等第52頁/共97頁5、局部邊緣彎曲應力集中，預沖卸荷孔或切槽。第53頁/共97頁1、先彎外角，再彎內角，保證彎曲定位和不影響前次彎曲形狀；2、非對稱彎曲件盡可能采用成對彎曲；3、批量大、尺寸小的彎曲件采用級進模彎曲成形，以提高生產效率。三、彎曲件的工序安排復雜彎曲件—多次彎曲—彎曲件精度，彎曲模結構。彎曲模工序安排：材料屬性、生產批量、精度要求、生產率等?；疽?guī)則：第54頁/共97頁成對彎曲二工序彎曲三工序彎曲級進模彎曲第55頁/共97頁拉深件的工藝性一般：一、拉深件的公差等級拉深件壁厚公差要求一般不應超出拉深工藝壁厚變化規(guī)律。拉深件的尺寸精度應在T13級以下，不宜高于IT11級。據(jù)統(tǒng)計，不變薄拉深，壁的最大增厚量約為（0.2～0.3）ｔ；最大變薄量約為（0.10～0.18）ｔ（ｔ為板料厚度）第56頁/共97頁拉深件的工藝性1．拉深件形狀應盡量簡單、對稱，盡可能一次拉深成形。2．需多次拉深的零件，在保證必要的表面質量前提下，應允許內、外表面存在拉深過程中可能產生的痕跡。3．在保證裝配要求的前提下，應允許拉深件側壁有一定的斜度。二、拉深件的結構工藝性第57頁/共97頁4．拉深件的底或凸緣上的孔邊到側壁的距離應滿足：ａ≥Ｒ+0.5ｔ（或二、拉深件的結構工藝性（續(xù)）5．拉深件的底與壁、凸緣與壁、矩形件四角的圓角半徑應滿足：+0.5ｔ）?！荩?，Ｒ≥2ｔ，ｒ≥3ｔ。否則，應增加整形工序。

拉深件的工藝性第58頁/共97頁6．拉深件不能同時標注內外形尺寸；帶臺階的拉深件，其高度方向的尺寸標注一般應以底部為基準。二、拉深件的結構工藝性（續(xù)）帶臺階拉深件的尺寸標注拉深件的工藝性第59頁/共97頁拉深件的工藝性用于拉深的材料一般要求具有較好的塑性、低的屈強比、大的板厚方向性系數(shù)和小的板平面方向性。

三、拉深件的材料第60頁/共97頁沖壓工藝設計的內容及步驟7.2確定最佳工藝方案（1）沖壓性質（2）沖壓次數(shù)和沖壓順序（3）工序的組合方式（4）其他輔助工序（5）經濟核算第61頁/共97頁（1）沖壓性質一般可看出（圖a）計算確定（圖b）第62頁/共97頁（2）沖壓次數(shù)和沖壓順序沖壓次數(shù)--同一性質的工序重復次數(shù)沖壓順序—各工序的先后順序帶孔沖裁件彎曲件（帶孔、多角）拉深件（帶孔、復雜形狀）整形或校平第63頁/共97頁（3）工序的組合方式生產批量工件尺寸尺寸精度簡單模中、小大低復合模大大、小高連續(xù)模大小中等第64頁/共97頁第65頁/共97頁（4）其他輔助工序熱處理機加工去毛刺清理第66頁/共97頁（5）經濟核算生產成本原材料費用模具費用工時費用設備折舊和其他費用第67頁/共97頁沖壓工藝設計的內容及步驟7.3確定模具的類型和結構尺寸第68頁/共97頁沖壓工藝設計的內容及步驟7.4合理選擇沖壓設備第69頁/共97頁沖壓工藝設計的內容及步驟7.5編寫工藝文件和設計計算說明書沖壓工藝過程卡設計計算說明書第70頁/共97頁第二節(jié)典型沖壓件沖壓工藝設計實例第71頁/共97頁典型沖壓件沖壓工藝設計實例第72頁/共97頁典型沖壓件沖壓工藝設計實例汽車車門玻璃升降器外殼件的形狀、尺寸如圖

所示，材料為08鋼板，板厚1.5mm，中批量生產，打算采用沖壓生產，要求編制沖壓工藝。玻璃升降器外殼第73頁/共97頁典型沖壓件沖壓工藝設計實例第74頁/共97頁典型沖壓件沖壓工藝設計實例一．工藝方案的分析比較第75頁/共97頁典型沖壓件沖壓工藝設計實例二．工藝方案的確定計算毛坯尺寸計算拉深次數(shù)工序的組合和順序確定第76頁/共97頁典型沖壓件沖壓工藝設計實例外殼的全部基本工序為：落料φ65mm第一次拉深第二次拉深（見圖a,b）第三次拉深（見圖c）沖底孔φ11mm（見圖d）翻邊φ16.5mm（見圖e）沖三小孔φ3.2mm（見圖f）修邊φ50mm（見圖g）共計八道基本工序，據(jù)此可以排出以下五種工藝方案：第77頁/共97頁圖1各工