沖壓工藝地基礎(chǔ)重點(diǎn)知識(shí)和詳細(xì)介紹【完整】

沖壓工藝的基礎(chǔ)知識(shí)和詳細(xì)介紹【完整】一、沖壓產(chǎn)品的工藝分類(lèi)1、基本工序分類(lèi)沖壓工藝按其變形性質(zhì)可以分為材料的分離與成型兩大類(lèi)。分離工序是指坯料在沖壓力的作用下，變形部位的應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度以后，是坯料發(fā)生斷裂而產(chǎn)生分離，從而獲得所需形狀與尺寸的工件的沖壓工序。成型工序是指坯料在沖壓力的作用下，變形部位的應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)，但未達(dá)到抗拉強(qiáng)度，使坯料產(chǎn)生塑性變形而不發(fā)生斷裂分離，從而獲得所需形狀與尺寸的工件的沖壓工序。2、分離工序的類(lèi)別分離工序按照其不同的變形機(jī)理分為沖裁、整修兩大類(lèi)。沖裁：指用模具沿沿一定的曲線或直線沖切板料（包括以下幾類(lèi)）整修是對(duì)沖裁件的斷面部分進(jìn)行再加工的分離加工方法，整修變形是一種切削機(jī)理，其工件的尺寸精度和斷面質(zhì)量比沖裁件好。3.成型工序的類(lèi)別成型工序較多，包括：彎曲、拉深、翻邊、脹形和擠壓工藝等。（具體如下：）二、沖裁1、沖裁產(chǎn)品的形態(tài)與成型過(guò)程介紹沖裁產(chǎn)品的形態(tài)。沖裁產(chǎn)品的的斷面分為：塌角、光亮帶、斷裂帶、毛刺，這四種形態(tài)是在產(chǎn)品沖裁過(guò)程中于不同的階段，不同的部位、不同的應(yīng)力作用下產(chǎn)生的。

如上圖，1塌角:高度約等于8%T至15%T；2.光亮帶:高度約等于15%T至55%T；3.斷裂帶:高度約等于35%T至75%T；4.毛刺:高度約等于5%T至10%T1）彈性變形階段受力分析：刃口部分材料受剪切力，力的大小小于彈性極限，若力消失,則材料恢復(fù)原始狀態(tài)。狀態(tài)描述：凸模施加壓力于材料，材料略擠入凹模刃口。

2）塑性變形階段受力分析:材料受力由邊及中心，逐漸超過(guò)彈性極限狀態(tài)描述：凸模進(jìn)一步深入材料,在本階段沖裁件產(chǎn)生塌角以及光亮帶

3）剪裂階段受力分析:材料靠近凹模刃口的部分應(yīng)力首先達(dá)到材料的抗剪切強(qiáng)度，使凹模刃口旁邊的材料產(chǎn)生的裂紋增大。而此時(shí)凸模刃口部分材料還處于塑性變形階段,隨著沖頭的進(jìn)一步深入材料，沖頭附近材料也達(dá)到剪切強(qiáng)度，也產(chǎn)生裂紋，再往后兩裂紋重合，材料分離。狀態(tài)描述：材料分離,上下裂紋重合時(shí)相互撕扯產(chǎn)生毛刺三、與產(chǎn)品設(shè)計(jì)相關(guān)的沖裁工藝要點(diǎn)及設(shè)計(jì)舉例1、沖裁產(chǎn)品的分類(lèi)、作用及結(jié)構(gòu)沖孔piercing作用1.作為一般過(guò)孔使用(要求較低)；2.作為自攻牙底孔使用(產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求光亮帶比例較高)；3.作為高精度轉(zhuǎn)軸孔使用(要求無(wú)毛刺,少斷裂帶)（采用機(jī)械去毛刺的方式或模具倒面的方式）注意：設(shè)計(jì)沖孔時(shí),由于受到凸模強(qiáng)度的限制,孔的尺寸不宜太小（一般大于0.5T）落料stamping作用1.作為一般外形使用(要求較低)；2.作為對(duì)接接頭激光焊接裝配使用(無(wú)毛刺、大的光亮帶、小的斷裂帶間隙)；3、作為軟飾支架使用(要求卷邊或者去毛刺)注意：1、產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該使沖裁件各直線或曲線的連接處有適當(dāng)?shù)膱A角.（否則凹模應(yīng)力集中，容易損壞）；2、考慮到模具線切割的加工工藝，沖裁零件或者落料零件的最小R角不要小于R0.2。切舌、切曲lancing作用1.作為卡扣使用；2.作為限位使用；3.節(jié)約工序，提高材料的利用率，將切邊與折彎兩道工藝合二為一。（缺點(diǎn)：毛刺方向無(wú)法改變，必須與沖頭方向相反）注意：要求切口部位與折彎部位距離足夠大,滿足沖頭強(qiáng)度.切舌、切曲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意點(diǎn)：1）切曲時(shí)沖頭的寬度要足夠大，零件設(shè)計(jì)時(shí)保證切口部位和折彎部位的距離在5mm以上，否則沖頭強(qiáng)度低，影響模具的壽命。2）模具設(shè)計(jì)時(shí)刀口剪切部分要保證3mm左右的直邊，以防止產(chǎn)生崩刀的現(xiàn)象。沖頭兩邊要保證留有斷差，從而保證先剪后彎。與沖裁相關(guān)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)注意點(diǎn)總結(jié)1)產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該使沖裁件各直線或曲線的連接處有適當(dāng)?shù)膱A角.（原因：1、普通線切割的最小R角為0.2，尖角不易保證。2、尖角處凹模應(yīng)力集中，模具受力后容易損壞。）2)產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該標(biāo)明毛刺方向.毛刺對(duì)產(chǎn)品裝配以及操作員工的安全都非常重要。（注意：是標(biāo)注毛刺方向，不是沖壓方向）

3）設(shè)計(jì)沖孔時(shí),由于受到凸模強(qiáng)度的限制,孔的尺寸不宜太?。ㄒ话愦笥?.5T，盡量不要讓孔的直徑小于0.8T）4）設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí),材料的抗拉強(qiáng)度應(yīng)盡量小于630MPa,否則模具較難制造。（當(dāng)產(chǎn)品的抗拉強(qiáng)度小于630MPa時(shí)，模具材料可選用普通的價(jià)格相對(duì)便宜的模具鋼，如：Cr12、Cr12MoV、SKD11、D2等。當(dāng)產(chǎn)品的抗拉強(qiáng)度大于630MPa時(shí)，模具材料需選用特殊的、較貴的模具鋼，如SKH-9）5）當(dāng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)對(duì)沖裁斷面有特殊要求時(shí)必須標(biāo)明各斷面部位可接受的最小值。6）切曲時(shí)注意在產(chǎn)品上設(shè)計(jì)切邊角度，以便于脫模，從而減少?zèng)_頭的磨損。2、沖裁模具簡(jiǎn)介1）沖孔、落料模2）去毛刺模具3）側(cè)面沖孔模具四、彎曲產(chǎn)品形態(tài)與成型過(guò)程介紹1、彎曲產(chǎn)品的形態(tài)折彎成型機(jī)理：金屬材料受到的應(yīng)力大于彈性極限（屈服強(qiáng)度）而又小于斷裂極限（抗拉強(qiáng)度）,造成板料在彎曲變形區(qū)內(nèi)的曲率發(fā)生變化,形成折彎。折彎受力分析：折彎時(shí)材料內(nèi)側(cè)受壓應(yīng)力、外側(cè)受拉應(yīng)力，并且拉應(yīng)力占主導(dǎo)作用，故材料的中性層為材料中心偏向折彎內(nèi)側(cè)。中性層:距離材料內(nèi)側(cè)約等于0.255T材料的外層纖維由于受到拉應(yīng)力材料產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，材料的不足由寬度方向補(bǔ)充2、折彎過(guò)程（以V曲為例）：1）凸模運(yùn)動(dòng)接觸板料（毛坯）由于凸,凹模不同的接觸點(diǎn)力作用而產(chǎn)生彎矩，在彎矩作用下發(fā)生彈性變形，產(chǎn)生彎曲。2）隨著凸模繼續(xù)下行，毛坯與凹模表面逐漸靠近接觸，使彎曲半徑及彎曲力臂均隨之減少，毛坯與凹模接觸點(diǎn)由凹模兩肩移到凹模兩斜面上。3）隨著凸模的繼續(xù)下行，毛坯兩端接觸凸模斜面開(kāi)始彎曲。4）壓平階段，隨著凸凹模間的間隙不斷變小，板料在凸凹模間被壓平。5）校正階段，當(dāng)行程終了，對(duì)板料進(jìn)行校正，使其圓角直邊與凸模全部貼合而成所需的形狀。3、彎曲產(chǎn)品容易出現(xiàn)的兩類(lèi)問(wèn)題（回彈、開(kāi)裂）1）回彈：回彈的原因：材料是由眾多層的纖維排列而成的，每一層纖維的受力情況不一樣，（最外層受拉應(yīng)力最大，最里層受壓應(yīng)力最大，兩種力的大小向中性層方向遞減），故在折彎成形后，并不是所有的纖維層的受力都大于材料的彈性極限，所以處于彈性變形階段的材料有回復(fù)的現(xiàn)象1）中性層的應(yīng)力、應(yīng)變?yōu)榱?）中性層向內(nèi)側(cè)壓應(yīng)力逐漸增大3）中性層向外側(cè)拉應(yīng)力逐漸增大1）沖壓件在彎曲時(shí)，大部分材料層的應(yīng)變都進(jìn)入塑性變形區(qū)域，這些材料層不會(huì)產(chǎn)生回彈。2）靠中性層距離較近的材料層應(yīng)變依然處在彈性變形區(qū)域，這些材料層在外力消失后（折彎沖頭離開(kāi)工件）會(huì)產(chǎn)生回彈影響回彈的因素：(1)材料的彈性極限越高，所需要的變形應(yīng)力就越大，回彈也就越大(2)材料的相對(duì)彎曲半徑R/T越小，應(yīng)力就越集中，彈性變形占的比例越小，回彈就越小2）開(kāi)裂折彎時(shí)工件的部分材料層受到的應(yīng)力大于抗拉極限時(shí)，工件出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。（離中性層越遠(yuǎn)的材料層，其應(yīng)力應(yīng)變?cè)酱螅?/p>

避免開(kāi)裂的方法：避免折彎時(shí)，彎角內(nèi)側(cè)的R角過(guò)小。（一般R值不小于0.5T）4、折彎產(chǎn)品的變形特點(diǎn)（1）、材料的外層纖維由于受到拉應(yīng)力，材料產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，材料的不足由寬度和厚度方向補(bǔ)充，故材料寬度尺寸減小。（2）、材料的內(nèi)層纖維由于受到壓應(yīng)力，內(nèi)層材料向?qū)挾确较蛞苿?dòng)、致使材料內(nèi)層寬度增加。（3）、當(dāng)寬度小于3倍的材料厚度時(shí)，以上現(xiàn)象明顯，產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免寬度小于3倍的材料厚度的情況。5.與產(chǎn)品設(shè)計(jì)相關(guān)的彎曲工藝要點(diǎn)及設(shè)計(jì)舉例(1)彎曲件的圓角半徑不宜小于最小彎曲半徑,以免產(chǎn)生裂紋;但也不宜過(guò)大,否則由于變形不徹底,回彈回較大.(一般情況下最小彎曲半徑R>=0.5T)注意：1)產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免折彎R角過(guò)小，否則易引起應(yīng)力集中。2)R角尺寸必須標(biāo)注在內(nèi)側(cè)。（具體原因:折彎時(shí)工件貼緊沖頭，沖頭的R角決定了工件的R角，并且易于控制和調(diào)整。）

(2)彎曲件的彎邊長(zhǎng)度不宜過(guò)小,否則在彎邊時(shí)模具對(duì)材料的支持長(zhǎng)度太小,不容易得到形狀準(zhǔn)確的零件,彎曲件往往容易外倒.H>R+2T.

注意：產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免折彎直邊過(guò)小，否則易引起外倒，不易控制垂直度。(3)彎曲件不應(yīng)位于零件寬度突變處折彎,以避免撕裂.若必須在寬度突變處彎曲時(shí),應(yīng)事先設(shè)計(jì)工藝槽.(4)由于在彎曲時(shí)毛坯或多或少都會(huì)有滑移現(xiàn)象,故產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量設(shè)計(jì)工藝孔.6.折彎模具簡(jiǎn)介五、成型工藝形態(tài)與過(guò)程介紹1、成型工藝分類(lèi)及介紹成型機(jī)理：金屬材料受到的應(yīng)力大于彈性極限（屈服強(qiáng)度）而又小于斷裂極限（抗拉強(qiáng)度）,在塑性變形范圍內(nèi)產(chǎn)生設(shè)計(jì)人員想要的變形模式。

成型工藝分類(lèi)：1.拉深2.擠壓3.翻邊4.翻孔（抽孔）5.縮口、擴(kuò)口2、與產(chǎn)品設(shè)計(jì)相關(guān)的成型工藝要點(diǎn)及設(shè)計(jì)舉例1）擠壓擠壓凸包的作用有三個(gè)：（1）作為兩個(gè)零件間的自定位銷(xiāo)使用

注意：a.當(dāng)凸包做定位銷(xiāo)使用時(shí)，需要嚴(yán)格控制凸臺(tái)的直徑，一般情況下凸臺(tái)的直徑公差可控制在+/-0.04mm左右

b.由于凸包是擠壓成型的，故凸包的側(cè)面全是光亮帶;(2)作為運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的限位使用

(3)作為凸焊的凸點(diǎn)使用

凸包設(shè)計(jì)的注意點(diǎn)及沖頭尺寸：原則：1)必須保證凸包和母體之間有足夠的材料連接，否則凸包易脫落。2)作為凸焊使用時(shí)凸點(diǎn)直徑D>=2t+0.7，并且大于1.8mm.凸點(diǎn)高度H>=(0.4t+0.25)，并且大于0.5mm凸包極限高度設(shè)計(jì)尺寸如下圖

注意：標(biāo)注凸包尺寸時(shí)，只能夠控制外凸部位尺寸，不能控制內(nèi)凹部位尺寸。擠壓凸包模具結(jié)構(gòu)：凹模的尺寸決定凸包的直徑頂針和擠凸沖頭共同決定凸包的高度。注意：標(biāo)注凸包尺寸時(shí)，只能夠控制外凸部位尺寸，不能控制內(nèi)凹部位尺寸。2）抽孔抽孔的作用有兩個(gè)：a)作為鉚釘連接零件使用（包括沖鉚、翻鉚）;優(yōu)點(diǎn)：可省略鉚釘，節(jié)約成本。

缺點(diǎn)：不能承受很大的拔脫力或剪切力。抽孔沖鉚：起固定連接作用。抽孔翻鉚：起旋轉(zhuǎn)軸的作用。

b)作為連接螺母使用

抽孔設(shè)計(jì)的注意點(diǎn)及沖頭尺寸：原則：a)必須保證有足夠的材料流動(dòng)（即，必須計(jì)算抽孔可行性）。b)作為翻鉚使用時(shí)，必須控制抽孔的外徑（尺寸標(biāo)外徑）。

注意：模具對(duì)抽孔的內(nèi)、外徑都可以控制，沖頭控制內(nèi)徑；凹模控制外徑，但不能同時(shí)控制。即每個(gè)零件只能控制一個(gè)值.c)作為螺母使用時(shí)，必須控制抽孔的內(nèi)徑（尺寸標(biāo)內(nèi)徑）。

d)作為螺母使用時(shí)，必須保證抽孔后變薄的直邊厚度大于1.3倍的螺紋牙距。

e)作為螺母使用并且有強(qiáng)度要求時(shí)，必須保證抽孔后直邊最小高度大于3倍的螺紋牙距。

抽孔可行性計(jì)算：抽孔：沿內(nèi)孔周?chē)鷮⒉牧戏蓚?cè)立凸緣的沖壓工序。

翻孔系數(shù)：預(yù)沖孔直徑與翻孔后直邊的中徑的比值（翻孔系數(shù)越大變形程度越?。?/p>

影響翻孔系數(shù)的因素：a)材料的塑性，塑性越好翻孔系數(shù)越小。b)預(yù)沖孔相對(duì)直徑D/t，D/t越小，翻孔系數(shù)越小。c)孔的加工方法。（若翻孔較高，則毛刺位于內(nèi)側(cè)時(shí)，不易開(kāi)裂；位于外側(cè)時(shí)需增加導(dǎo)面工序然后再抽孔。）d)翻孔沖頭的形式。（球面沖頭能夠使翻孔系數(shù)減小，增大變形程度。）理論上需要根據(jù)抽孔系數(shù)來(lái)判斷抽孔工藝是否可行（該方法需要確定的因素太多，費(fèi)時(shí)費(fèi)力）。一般情況下可根據(jù)預(yù)沖孔與料厚的比例關(guān)系，進(jìn)行判斷。當(dāng)預(yù)沖孔相對(duì)直徑D/t大于1時(shí)，一般認(rèn)為可行。預(yù)沖孔尺寸計(jì)算：原則：翻孔前后體積不變?cè)瓌t。AB={H*EF-（π/4-1）*EF*EF}/T預(yù)沖孔直徑d＝D-2*AB

一般翻孔后材料的厚度變薄，變薄系數(shù)取0.45到0.9之間。變薄系數(shù)指：EF與原材料厚度T的比值一般認(rèn)為當(dāng)d>=T時(shí)，抽孔可行（經(jīng)驗(yàn)值，詳細(xì)判斷可參考抽孔系數(shù)）抽孔模具結(jié)構(gòu)

抽孔沖頭結(jié)構(gòu)：

a)當(dāng)采用拋物線形的翻孔沖頭時(shí)，因?yàn)橛袌A弧過(guò)度，故翻的質(zhì)量較高。（結(jié)構(gòu)如下）

注：圓弧半徑不一樣時(shí)，沖頭對(duì)材料的擠出效果不一樣。小的圓弧沖頭由于過(guò)度較小，對(duì)材料擠出時(shí)瞬時(shí)的擠壓力大，故材料的變形也大，所以在其他條件相同的情況下，采用小圓弧翻孔沖頭翻孔的高度較高。b)無(wú)預(yù)沖孔的一次翻孔成形沖頭。

注：刺孔的大小與兩次成形時(shí)預(yù)沖孔的大小一致（A=a,B=b)。一次沖孔翻孔結(jié)構(gòu)，只適用于翻孔毛刺在外側(cè)的情況。3)內(nèi)凹翻邊翻邊是沿外形曲線周?chē)鷮⒉牧戏蓚?cè)立短邊的工序。a)內(nèi)凹翻邊（伸長(zhǎng)類(lèi)翻邊）：變形與抽孔相似。

b)變薄率范圍在0.9～1之間（變形最嚴(yán)重的區(qū)域在最高端面）內(nèi)凹翻邊可行性判斷:a)展開(kāi)尺寸

b)判斷翻邊前的端面弧長(zhǎng)度L1翻邊后的端面弧長(zhǎng)度L2

當(dāng)端面變形率K>原材料的延伸率時(shí)，會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象

產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，可以調(diào)整R、r、h的數(shù)值，使得端面變形率滿足設(shè)計(jì)要求，不產(chǎn)生開(kāi)裂的現(xiàn)象.4)外凸翻邊a)外凸翻邊（壓縮類(lèi)翻邊）：變形性質(zhì)屬于壓縮成型。b)外凸翻