第6章冲压工艺过程设计 冲压工艺过程是冲压件各加工工序的总和。加工工序不仅包括冲压件所用到的冲压加 工基本工序,而且包括基本工序之前的准备工序、基本工序之间的辅助工序和基本工序之 后的后续工序。工艺过程设计的任务就是根据生产条件,对这些工序的先后次序做出合理 安排(协调组合),其基本要求是技术上可行、经济上合算,还要考虑操作方便与安全。冲 压工艺过程的优劣,决定了冲压件的质量和成本,所以,冲压工艺过程设计是一项十分重 要的工作。 6.1冲压工艺过程设计步骤 冲压工艺过程设计涉及的内容很多很广,所以应分步进行,其步骤现已大体形成规律 可依据程序进行。一般步骤如下 熟悉原始资料 在接到冲压件设计任务之后,首先应熟悉以下原始资料: (1)产品图及技术条件或实物样品 (2)原材料的牌号、尺寸规格、冲压性能 (3)生产纲领或生产批量 (4)可提供的冲压设备种类、型号、规格、技术参数及使用说明 (5)可提供的模具制造能力与技术水平; (6)相关技术标准和资料。 2.冲压件的工艺性分析 按上述原始资料对冲压件的结构形状、尺寸、精度要求、材料性能等进行分析。判断 该冲压件用冲压工艺成形能不能达到规定的技术要求,需要哪几种性质的工序和工步,各 道中间工序件/半成品的形状和尺寸由哪道工序完成,然后按前几章分别阐述的冲压工艺性 要求逐个分析,裁定该冲压件加工难易程度,裁定是否需要采取特殊工艺措施。由于生产 条件(工艺装备及生产的传统习惯)不同,工艺性的涵义也会有一些差异。若存在冲压工艺 性不好、冲压加工困难,则应在不影响其使用性能的前提下提出修改意见,经与产品设计 人员协商同意后对冲压件图样作出适合工艺性的修改。 3.确定最佳工艺方案 通过工艺性分析,结合工艺计算,并经分析比较确定最佳方案,这是冲压工艺过程设 计中十分重要的环节。其内容包括工艺性质、工序数目、工序顺序、工序件/半成品件的形 状尺寸以及其他辅助工序的安排,62节将专题叙述
第 6 章 冲压工艺过程设计 冲压工艺过程是冲压件各加工工序的总和。加工工序不仅包括冲压件所用到的冲压加 工基本工序，而且包括基本工序之前的准备工序、基本工序之间的辅助工序和基本工序之 后的后续工序。工艺过程设计的任务就是根据生产条件，对这些工序的先后次序做出合理 安排(协调组合)，其基本要求是技术上可行、经济上合算，还要考虑操作方便与安全。冲 压工艺过程的优劣，决定了冲压件的质量和成本，所以，冲压工艺过程设计是一项十分重 要的工作。 6.1 冲压工艺过程设计步骤 冲压工艺过程设计涉及的内容很多很广，所以应分步进行，其步骤现已大体形成规律， 可依据程序进行。一般步骤如下。 1. 熟悉原始资料 在接到冲压件设计任务之后，首先应熟悉以下原始资料： (1) 产品图及技术条件或实物样品； (2) 原材料的牌号、尺寸规格、冲压性能； (3) 生产纲领或生产批量； (4) 可提供的冲压设备种类、型号、规格、技术参数及使用说明； (5) 可提供的模具制造能力与技术水平； (6) 相关技术标准和资料。 2. 冲压件的工艺性分析 按上述原始资料对冲压件的结构形状、尺寸、精度要求、材料性能等进行分析。判断 该冲压件用冲压工艺成形能不能达到规定的技术要求，需要哪几种性质的工序和工步，各 道中间工序件/半成品的形状和尺寸由哪道工序完成，然后按前几章分别阐述的冲压工艺性 要求逐个分析，裁定该冲压件加工难易程度，裁定是否需要采取特殊工艺措施。由于生产 条件(工艺装备及生产的传统习惯)不同，工艺性的涵义也会有一些差异。若存在冲压工艺 性不好、冲压加工困难，则应在不影响其使用性能的前提下提出修改意见，经与产品设计 人员协商同意后对冲压件图样作出适合工艺性的修改。 3. 确定最佳工艺方案 通过工艺性分析，结合工艺计算，并经分析比较确定最佳方案，这是冲压工艺过程设 计中十分重要的环节。其内容包括工艺性质、工序数目、工序顺序、工序件/半成品件的形 状尺寸以及其他辅助工序的安排，6.2 节将专题叙述
第6章冲压工艺过程设计 4.完成工艺计算 工艺方案确定后,对各道冲压工序进行工艺计算,其内容主要包括: (1)排样及计算材料消耗定额: (2)计算冲压所需的力、所消耗的功 (3)计算凸、凹模工作部分尺寸 5.选择模具类型及结构形式 根据确定的工艺方案和冲压件形状特点、精度要求、生产批量、模具加工条件、操作 方便与安全等要求,选定冲模类型及结构形式。一般而言,用复合模冲出的制件精度高于 级进模,而级进模又高于单工序模。这是因为用单工序模冲压多工序的冲压件时,要经过 多次定位和变形,产生积累误差大,冲压件精度较低。复合模是在同一位置一次冲出,不 存在定位误差。因此,厚料、低精度、小批量、大尺寸的冲压件宜单工序生产,用简单模 薄料、小尺寸、大批量的产品宜用级进模连续生产;而形位精度高的产品,可用复合模加 工相关尺寸。详细内容见第7章 6.选择冲压设备 根据工艺计算结果和模具空间尺寸的估算值,结合可提供的冲压设备情况,合理确定 设备类型和标称压力 7.编写工艺过程卡 冲压工艺过程设计的归宿是编制出冲压工艺过程卡,它是针对具体冲压产品,对其生 产方式、方法、数量、质量等作出的全部决定和记载,其内容主要包括工序名称、工序内 容、工序说明(工序件/半成品形状和尺寸)、模具类型、选用设备、检验要求氰参见表6.1 表6.2)。 应该说明的是,上述各项内容难免互相联系、互相制约,因而各设计步骤应前后兼顾 和呼应,有时要互相穿插进行 62冲压工艺方案的确定 在分析冲压件加工工艺性的基础上,提出各种可能的冲压工艺方案,经过综合分析 比较,最后确定适合生产条件的最佳方案,其内容主要包括工序性质、工序数目、工序顺 序以及其他辅助工艺(热处理等)的安排。 621工序性质的确定 工序性质是由冲压件的结构形状、尺寸精度、弱区的变形性质所决定。一般冲压件的 加工过程由表1.1、表1.2中所列的各基本工序中的一个或几个组成,即可完成冲压成形 简单冲压件的形状能很直观地反映出冲压加工的工序性质类别,如图61所示弯曲件
第 6 章 冲压工艺过程设计 193 4. 完成工艺计算 工艺方案确定后，对各道冲压工序进行工艺计算，其内容主要包括： (1) 排样及计算材料消耗定额； (2) 计算冲压所需的力、所消耗的功； (3) 计算凸、凹模工作部分尺寸。 5. 选择模具类型及结构形式 根据确定的工艺方案和冲压件形状特点、精度要求、生产批量、模具加工条件、操作 方便与安全等要求，选定冲模类型及结构形式。一般而言，用复合模冲出的制件精度高于 级进模，而级进模又高于单工序模。这是因为用单工序模冲压多工序的冲压件时，要经过 多次定位和变形，产生积累误差大，冲压件精度较低。复合模是在同一位置一次冲出，不 存在定位误差。因此，厚料、低精度、小批量、大尺寸的冲压件宜单工序生产，用简单模； 薄料、小尺寸、大批量的产品宜用级进模连续生产；而形位精度高的产品，可用复合模加 工相关尺寸。详细内容见第 7 章。 6. 选择冲压设备 根据工艺计算结果和模具空间尺寸的估算值，结合可提供的冲压设备情况，合理确定 设备类型和标称压力。 7. 编写工艺过程卡 冲压工艺过程设计的归宿是编制出冲压工艺过程卡，它是针对具体冲压产品，对其生 产方式、方法、数量、质量等作出的全部决定和记载，其内容主要包括工序名称、工序内 容、工序说明(工序件/半成品形状和尺寸)、模具类型、选用设备、检验要求等(参见表 6.1、 表 6.2)。 应该说明的是，上述各项内容难免互相联系、互相制约，因而各设计步骤应前后兼顾 和呼应，有时要互相穿插进行。 6.2 冲压工艺方案的确定 在分析冲压件加工工艺性的基础上，提出各种可能的冲压工艺方案，经过综合分析、 比较，最后确定适合生产条件的最佳方案，其内容主要包括工序性质、工序数目、工序顺 序以及其他辅助工艺(热处理等)的安排。 6.2.1 工序性质的确定 工序性质是由冲压件的结构形状、尺寸精度、弱区的变形性质所决定。一般冲压件的 加工过程由表 1.1、表 1.2 中所列的各基本工序中的一个或几个组成，即可完成冲压成形。 简单冲压件的形状能很直观地反映出冲压加工的工序性质类别，如图 6.1 所示弯曲件
中压工艺与模具设计 需经落料、弯曲、冲孔等工序完成。 但有些冲压件工序性质类别并不能直观地反映出来,其弱区和强区是相对的,必须通 过计算和比较才能确定,如图1.13所示“环形坯料的变形趋向”,改变坯料各部分的相对 尺寸、改变模具工作部分的几何形状和尺寸,甚至改变坯料和模具之间的摩擦阻力,都会 使坯料某部分由弱区转化为强区,或由强区转化为弱区,从而改变冲压工序的性质。为了 使每道工序都能顺利完成任务,必须使该道工序中应该变形的部分处于弱区,并保证需要 变形的先变形,不需要变形的部分不变形,为此,应采取措施对冲压变形加以控制(详见 144节)。 为了改善弱区的变形条件,有时要增加一些附加工序。如图6.2所示的轴承盖零件 其拉深系数为0.43,已超过极限拉深系数,不能一次拉深成形,该件的一种工艺方案为落 料——第1次拉深——第2次拉深——冲∫23mm孔,但若在落料同时,在坯料中心预冲 ∫llmm孔,则在拉深时凸缘仍然是弱区,但底部也可以产生一定的变形量,拉深时flmm 孔扩大,底部的部分材料转向侧壁,从而使成形高度得到增加,而坯料直径则可适当减小, 因此可一次拉深成形,此时该件的工艺方案变为冲孔(f11)落料复合—一拉深—一冲孔 (∫23)。显然,后一方案更好。此外,冲裁件如果平面度要求较高,应增加校平工序;弯曲 件弯曲半径太小时,应增加整形工序,使之达到要求;各类空心件若采用拉深工序,拉深 件圆角半径太小时,也要增加整形工序 下+的2 图6.1弯曲件 图6.2轴承盖零件图 622工序数目的确定 冲压件基本工序确定后,工序数目主要根据材料的极限变形参数(如拉深系数、翻边系 数、缩口系数、胀形系数等)来确定,此外,下列因素也对工序数目的确定产生影响 1.冲压件的形状、尺寸要求的影响 对于复杂的冲裁件,由于受模具结构或强度限制,常常将其内外轮廓分成几个部分, 用几道冲压工序或在级进模中分几个工步进行冲裁。非常靠近的孔,不能同时冲出,也要 分步冲裁。弯曲件的工序数目决定于弯角的多少、相对位置和弯曲方向 2.工序合并情况的影响 对于多工序的冲压件,应尽可能把冲压基本工序合并起来,采用复合工序或级进工序
194 冲压工艺与模具设计 需经落料、弯曲、冲孔等工序完成。 但有些冲压件工序性质类别并不能直观地反映出来，其弱区和强区是相对的，必须通 过计算和比较才能确定，如图 1.13 所示“环形坯料的变形趋向”，改变坯料各部分的相对 尺寸、改变模具工作部分的几何形状和尺寸，甚至改变坯料和模具之间的摩擦阻力，都会 使坯料某部分由弱区转化为强区，或由强区转化为弱区，从而改变冲压工序的性质。为了 使每道工序都能顺利完成任务，必须使该道工序中应该变形的部分处于弱区，并保证需要 变形的先变形，不需要变形的部分不变形，为此，应采取措施对冲压变形加以控制(详见 1.4.4 节)。 为了改善弱区的变形条件，有时要增加一些附加工序。如图 6.2 所示的轴承盖零件， 其拉深系数为 0.43，已超过极限拉深系数，不能一次拉深成形，该件的一种工艺方案为落 料——第 1 次拉深——第 2 次拉深——冲 f 23mm 孔，但若在落料同时，在坯料中心预冲 f 11mm 孔，则在拉深时凸缘仍然是弱区，但底部也可以产生一定的变形量，拉深时 f 11mm 孔扩大，底部的部分材料转向侧壁，从而使成形高度得到增加，而坯料直径则可适当减小， 因此可一次拉深成形，此时该件的工艺方案变为冲孔( f 11)落料复合——拉深——冲孔 ( f 23)。显然，后一方案更好。此外，冲裁件如果平面度要求较高，应增加校平工序；弯曲 件弯曲半径太小时，应增加整形工序，使之达到要求；各类空心件若采用拉深工序，拉深 件圆角半径太小时，也要增加整形工序。 图 6.1 弯曲件 图 6.2 轴承盖零件图 6.2.2 工序数目的确定 冲压件基本工序确定后，工序数目主要根据材料的极限变形参数(如拉深系数、翻边系 数、缩口系数、胀形系数等)来确定，此外，下列因素也对工序数目的确定产生影响。 1. 冲压件的形状、尺寸要求的影响 对于复杂的冲裁件，由于受模具结构或强度限制，常常将其内外轮廓分成几个部分， 用几道冲压工序或在级进模中分几个工步进行冲裁。非常靠近的孔，不能同时冲出，也要 分步冲裁。弯曲件的工序数目决定于弯角的多少、相对位置和弯曲方向。 2. 工序合并情况的影响 对于多工序的冲压件，应尽可能把冲压基本工序合并起来，采用复合工序或级进工序
第6章冲压工艺过程设计 以提高生产效率。料薄、尺寸小的冲压件,宜通过工序合并,用级进工序进行冲压;形位 精度高的冲压件,宜通过工序合并,用复合工序加工相关尺寸,反之宜采用单工序分散冲 压。工序合并与否,还需考虑冲压设备能力、模具制造能力、模具造价及使用的可靠性。 3.冲压件的尺寸精度及形位公差要求 如图63所示的某锁圈,因为内孔f2201是配合尺寸,有精度要求,所以其工艺方案 为落料—一成形—一冲孔。如果其内孔∫22没有精度要求,则其工艺方案可以是落料冲孔 复合一一成形。这样工序少、效率高 图6.3有精度要求的锁圈 弯曲件弯曲角度公差要求较高时,需增加校正弯曲:有凸缘拉深件底部和凸缘有平面 度要求时,要增加整形工序。 拉深件的口部、翻边件的边缘等都难以直接做到规则而平齐,因而一般情况下,拉深 件、翻边件等最后都有一道修边工序。若对周边口部没有较高要求时,修边工序可省略。 4.坯料类型的影响 如图5.24所示,该制件如用板料加工,从落料到最后冲孔共需6道工序,改为用管料 则只需切断、缩口、第2次缩口共3道工序。当然,这种替代只有对细长的管类制件才有效 5.操作安全与方便方面的要求 工人操作是否安全、方便也是在确定工艺方案时要考虑的一个十分重要的问题。 例如,对于一些形状复杂、需要进行多道工序冲压的小型件,如果用单工序模分步冲 压,需用手钳放置或取出坯料/工序件/制件,多次进出危险区域,很不安全。还可能出现定 位困难。为此,有时即使批量不大,也采用比较安全的级进模进行冲压。图64和图65所 示即为一实例 中 C向 }±005 轧制方向 图6.4形状复杂的小冲压件
第 6 章 冲压工艺过程设计 195 以提高生产效率。料薄、尺寸小的冲压件，宜通过工序合并，用级进工序进行冲压；形位 精度高的冲压件，宜通过工序合并，用复合工序加工相关尺寸，反之宜采用单工序分散冲 压。工序合并与否，还需考虑冲压设备能力、模具制造能力、模具造价及使用的可靠性。 3. 冲压件的尺寸精度及形位公差要求 如图 6.3 所示的某锁圈，因为内孔 0 0.1 f 22− 是配合尺寸，有精度要求，所以其工艺方案 为落料——成形——冲孔。如果其内孔 f 22 没有精度要求，则其工艺方案可以是落料冲孔 复合——成形。这样工序少、效率高。 图 6.3 有精度要求的锁圈 弯曲件弯曲角度公差要求较高时，需增加校正弯曲；有凸缘拉深件底部和凸缘有平面 度要求时，要增加整形工序。 拉深件的口部、翻边件的边缘等都难以直接做到规则而平齐，因而一般情况下，拉深 件、翻边件等最后都有一道修边工序。若对周边口部没有较高要求时，修边工序可省略。 4. 坯料类型的影响 如图 5.24 所示，该制件如用板料加工，从落料到最后冲孔共需 6 道工序，改为用管料 则只需切断、缩口、第 2 次缩口共 3 道工序。当然，这种替代只有对细长的管类制件才有效。 5. 操作安全与方便方面的要求 工人操作是否安全、方便也是在确定工艺方案时要考虑的一个十分重要的问题。 例如，对于一些形状复杂、需要进行多道工序冲压的小型件，如果用单工序模分步冲 压，需用手钳放置或取出坯料/工序件/制件，多次进出危险区域，很不安全。还可能出现定 位困难。为此，有时即使批量不大，也采用比较安全的级进模进行冲压。图 6.4 和图 6.5 所 示即为一实例。 图 6.4 形状复杂的小冲压件
中压工艺与模具设计 创地 图6.5形状复杂的小冲压件在级进模上连续冲压的排样 1—冲废I:2一冲废Ⅱ:3一切边、冲工艺孔:4一压包:5一压弯I:6—压弯Ⅱ:7一切断 图66所示制件,第1道工序拉深出的604是以后冲侧孔和翻边两道工序的定位尺 寸,为了防止工序件转动,还需增加周向定位,所以,冲裁两个厂55工艺孔。 p6084 图6.6增加定位工艺孔的制件 又如图67(a)所示冲裁件,3个槽与3个小孔之间有相对位置要求。图67(b)、(c)所示 为用单工序模进行冲裁的两种工艺方案。工艺方案1先冲出带槽的型孔,再以型孔定位冲 出3个小孔。该方案定位较复杂,操作不方便,效率低而且不安全。工艺方案2先冲大圆 孔,再以大圆孔定位冲3个槽和3个小孔,这样定位简单可靠,操作方便安全,效率高 (a)制 (b)方案 (c)方案2 图6.7冲裁工艺方案的比较
196 冲压工艺与模具设计 图 6.5 形状复杂的小冲压件在级进模上连续冲压的排样 1—冲废Ⅰ；2—冲废Ⅱ；3—切边、冲工艺孔；4—压包；5—压弯Ⅰ；6—压弯Ⅱ；7—切断 图 6.6 所示制件，第 1 道工序拉深出的 0 0.4 f 60− 是以后冲侧孔和翻边两道工序的定位尺 寸，为了防止工序件转动，还需增加周向定位，所以，冲裁两个 f 5.5 工艺孔。 图 6.6 增加定位工艺孔的制件 又如图 6.7(a)所示冲裁件，3 个槽与 3 个小孔之间有相对位置要求。图 6.7(b)、(c)所示 为用单工序模进行冲裁的两种工艺方案。工艺方案 1 先冲出带槽的型孔，再以型孔定位冲 出 3 个小孔。该方案定位较复杂，操作不方便，效率低而且不安全。工艺方案 2 先冲大圆 孔，再以大圆孔定位冲 3 个槽和 3 个小孔，这样定位简单可靠，操作方便安全，效率高。 图 6.7 冲裁工艺方案的比较
第6章冲压工艺过程设计 623工序顺序的安排 各冲压工序的先后顺序,主要根据冲压件的形状、工序性质、材料的变形规律及冲压 件的精度和定位要求来安排。安排的一般原则为 (1)所有的孔,只要其形状和尺寸不受后续工序的变形影响,都应在平板坯料上冲出。 因为在立体冲压件上冲孔时操作不方便,定位困难,模具结构复杂。另外,先冲的孔还可 以作为后续工序的定位孔。 (2)对于带孔(缺)的平板冲裁件,如果采用单工序模,一般先落料再冲孔(缺):若选用 级进工序,则先冲孔(缺)后落料。 (3)对于带孔的弯曲件,应参照弯曲件的工艺性分析安排冲孔工序,当孔径与变形区 或孔与基准面有较高要求时,应先弯曲后冲孔。除此之外,一般情况下都应先冲孔后压弯。 (4)对于带孔(缺)的拉深件,一般先拉深后冲孔(缺)。对于带底孔的拉深件,当孔径要 求不高时,可先冲孔后拉深。即使孔径要求较高(如图63所示,为使确定的工序顺序有利 于发挥材料的塑性,以减少工序数量,也可采取先冲孔后拉深,最后修边达到要求。 (5)对于多角弯曲件,应从材料变形区的相互影响和弯曲时坯料偏移走向两方面安排 先后弯曲的顺序。一般先弯外角后弯内角 (6)对于复杂旋转体拉深件,一般按由大到小顺序进行拉深(先拉出大尺寸的外形,后 拉深小尺寸的圆筒)。对于非旋转体复杂形状的拉深件,为便于材料的变形流动,应先成形 内部形状再拉深外部形状。 (7)附加的整形工序、校平工序,应安排在基本成形之后。热处理及酸洗工序,一般 安排在多次拉深工序中间或压弯工序之前。 624工序件半成品形状与尺寸 工序件/半成品是坯料和成品制件之间的过渡件。每个工序件/半成品都可分为两个组成 部分:已成形部分—一形状和尺寸与成品制件相同:待成形部分一一形状和尺寸与成品制 件不同(是过渡性的)。这些过渡性的尺寸和形状,虽然在冲压加工完成后会完全消失,但 对每道工序的成形及整个冲压件的质量却有重要的影响。因此,工序件/半成品形状尺寸的 确定是冲压工艺方案确定的重点内容之 图68所示为气阀罩的冲压工艺过程。第2次拉深工序之后,形成了直径为∫16.5的 圆筒形部分,这部分形状和尺寸在以后的加工过程中不再发生变化。在确定工序件/半成品 尺寸时,必须使被这部分隔开的两端的材料面积正好等于以后各道工序里形成制件相应部 分的面积。为了使第3次拉深(反拉深成为可能),将第2道工序得到的工序件/半成品底部 做成球面,以储存较多的材料。显然如果第2道工序得到的工序件/半成品底部为平面,则 需要用胀形方法成形,就可能造成制件底部开裂
第 6 章 冲压工艺过程设计 197 6.2.3 工序顺序的安排 各冲压工序的先后顺序，主要根据冲压件的形状、工序性质、材料的变形规律及冲压 件的精度和定位要求来安排。安排的一般原则为： (1) 所有的孔，只要其形状和尺寸不受后续工序的变形影响，都应在平板坯料上冲出。 因为在立体冲压件上冲孔时操作不方便，定位困难，模具结构复杂。另外，先冲的孔还可 以作为后续工序的定位孔。 (2) 对于带孔(缺)的平板冲裁件，如果采用单工序模，一般先落料再冲孔(缺)；若选用 级进工序，则先冲孔(缺)后落料。 (3) 对于带孔的弯曲件，应参照弯曲件的工艺性分析安排冲孔工序，当孔径与变形区 或孔与基准面有较高要求时，应先弯曲后冲孔。除此之外，一般情况下都应先冲孔后压弯。 (4) 对于带孔(缺)的拉深件，一般先拉深后冲孔(缺)。对于带底孔的拉深件，当孔径要 求不高时，可先冲孔后拉深。即使孔径要求较高(如图 6.3 所示)，为使确定的工序顺序有利 于发挥材料的塑性，以减少工序数量，也可采取先冲孔后拉深，最后修边达到要求。 (5) 对于多角弯曲件，应从材料变形区的相互影响和弯曲时坯料偏移走向两方面安排 先后弯曲的顺序。一般先弯外角后弯内角。 (6) 对于复杂旋转体拉深件，一般按由大到小顺序进行拉深(先拉出大尺寸的外形，后 拉深小尺寸的圆筒)。对于非旋转体复杂形状的拉深件，为便于材料的变形流动，应先成形 内部形状再拉深外部形状。 (7) 附加的整形工序、校平工序，应安排在基本成形之后。热处理及酸洗工序，一般 安排在多次拉深工序中间或压弯工序之前。 6.2.4 工序件/半成品形状与尺寸 工序件/半成品是坯料和成品制件之间的过渡件。每个工序件/半成品都可分为两个组成 部分：已成形部分——形状和尺寸与成品制件相同；待成形部分——形状和尺寸与成品制 件不同(是过渡性的)。这些过渡性的尺寸和形状，虽然在冲压加工完成后会完全消失，但 对每道工序的成形及整个冲压件的质量却有重要的影响。因此，工序件/半成品形状尺寸的 确定是冲压工艺方案确定的重点内容之一。 图 6.8 所示为气阀罩的冲压工艺过程。第 2 次拉深工序之后，形成了直径为 f 16.5 的 圆筒形部分，这部分形状和尺寸在以后的加工过程中不再发生变化。在确定工序件/半成品 尺寸时，必须使被这部分隔开的两端的材料面积正好等于以后各道工序里形成制件相应部 分的面积。为了使第 3 次拉深(反拉深成为可能)，将第 2 道工序得到的工序件/半成品底部 做成球面，以储存较多的材料。显然如果第 2 道工序得到的工序件/半成品底部为平面，则 需要用胀形方法成形，就可能造成制件底部开裂
中压工艺与模具设计 03 (d) 图6.8多道工序工序件/半成品设计 (a)落料与首次拉深复合:(b)第2次拉深:(c)胀形与整形; (d)冲孔与切边复合:(e)外缘及内孔翻边:(n)折边 63冲压工艺过程设计实例 下面通过两个实例进一步说明冲压工艺过程设计 例6.1图69为汽车空调器前端盖,材料为08F钢,t=1mm,属于大量生产。要求确 定工艺过程方案。 Sr9 图6.9汽车空调器前端盖 解 (1)制件结构工艺性分析 该冲压件属于阶梯形筒形件。其尺寸精度按前述各章所规定判断,可以通过普通冲压 加工方法获得,而R0.5,R1,R2.5以及平面度要求均需通过整形工序方能达到
198 冲压工艺与模具设计 图 6.8 多道工序工序件/半成品设计 (a) 落料与首次拉深复合；(b) 第 2 次拉深；(c) 胀形与整形； (d) 冲孔与切边复合；(e) 外缘及内孔翻边；(f) 折边 6.3 冲压工艺过程设计实例 下面通过两个实例进一步说明冲压工艺过程设计。 例 6.1 图 6.9 为汽车空调器前端盖，材料为 08F 钢，t =1mm，属于大量生产。要求确 定工艺过程方案。 图 6.9 汽车空调器前端盖 解： (1) 制件结构工艺性分析 该冲压件属于阶梯形筒形件。其尺寸精度按前述各章所规定判断，可以通过普通冲压 加工方法获得，而 R0.5，R1，R2.5 以及平面度要求均需通过整形工序方能达到
第6章冲压工艺过程设计 (2)工序性质确定 对于SR9凸包,由于坯料直径与凸模直径之比显然大于2.(参见图1.13(d),且凸包高 度≈31,不能拉深成形。通过简单的工艺试验验证,该凸包可通过一次局部胀形获得,且 对坯料外圆尺寸影响很小。所以,各大直径部分的拉深可以看作是不带凸包部分的有凸缘 阶梯筒形件的拉深(如图6.10所示,为了计算及表述方便,图中尺寸已全部转化为材料的中 线尺寸),只要将制件的形状成形好,其他工序就比较容易了。 由此可判定该制件所需的基本冲压工序为局部胀形、拉深、冲孔(包)、切边 (3)工序数目、工序顺序的确定 依据图610,按46节中的有关公式,参照相关设计手册,计算出坯料直径为f95mm(含 切边余量,计算过程略)。于是坯料相对厚度t/D=1/95=1.056%。 按472小节中介绍,若该阶梯筒形件采用由大台阶至小台阶的拉深方法,两个台阶直 径之比为364/51.1≈0.712,显然小于表42中规定的极限拉深系数(0750.76),故由大台 阶拉至小台阶不能一次拉出,需2次拉成 若采用先拉小台阶再拉大台阶的拉深方法,拉深小台阶时的拉深系数为36.4/95 0.383,且通过工艺计算,第1次拉成小台阶部分后[高度为22-15=7(mm],中间坯料直 径d≈f9lmm(按拉入凹模材料比制件最后对应的实际表面积多3%5%计算,过程略), 于是d"ld=91/364=25,查表416可知极限拉深系数为0.38,说明从95圆坯料可 次拉出该小台阶。拉大台阶(f51.1)时,由于小台阶已成形,且处于大台阶筒形件底部,因 此,大台阶拉深可视为由直径D=∫91圆坯料,拉成凸缘直径∫76、筒体直径∫51.1的有 凸缘拉深,于是dl=76/51.1≈1.487,拉深系数ml=d/D=51./91≈0.56,此值大于表4l 中所列有凸缘件首次拉深的极限拉深系数049。说明该台阶可一次拉深成形 采取上述2种拉深方法,通过拉深所得到的拉深件工序件/半成品形状尺寸如图6.11 所示。由图可知,R0.5,R25,R3及平面度精度均未达最终要求,且各台阶直径和高度都 略大于最终冲压件图要求,这是因为在后续整形工序中,还有一小部分材料需要流动,以 避免整形时小圆角部位的材料过度变薄。这类中间尺寸确定的依据是保证各部位金属材料 表面积等于或略大于(大3%~5%)制件图中各相应部位的实际面积(计算尽量精确),而在实 际生产中,是通过严格控制各次拉深时凸模进入凹模的深度来实现的。 1"8 图6.10前端盖的拉深件形状尺寸 图6.11前端盖拉深件工序件/半成品形状尺寸
第 6 章 冲压工艺过程设计 199 (2) 工序性质确定 对于 SR9 凸包，由于坯料直径与凸模直径之比显然大于 2.5(参见图 1.13(d))，且凸包高 度≈3t，不能拉深成形。通过简单的工艺试验验证，该凸包可通过一次局部胀形获得，且 对坯料外圆尺寸影响很小。所以，各大直径部分的拉深可以看作是不带凸包部分的有凸缘 阶梯筒形件的拉深(如图 6.10 所示，为了计算及表述方便，图中尺寸已全部转化为材料的中 线尺寸)，只要将制件的形状成形好，其他工序就比较容易了。 由此可判定该制件所需的基本冲压工序为局部胀形、拉深、冲孔(包)、切边。 (3) 工序数目、工序顺序的确定 依据图 6.10，按 4.6 节中的有关公式，参照相关设计手册，计算出坯料直径为 f 95mm(含 切边余量，计算过程略)。于是坯料相对厚度 t /D＝1/95＝1.056%。 按 4.7.2 小节中介绍，若该阶梯筒形件采用由大台阶至小台阶的拉深方法，两个台阶直 径之比为 36.4/51.1≈0.712，显然小于表 4.2 中规定的极限拉深系数(0.75~0.76)，故由大台 阶拉至小台阶不能一次拉出，需 2 次拉成。 若采用先拉小台阶再拉大台阶的拉深方法，拉深小台阶时的拉深系数为 36.4/95＝ 0.383，且通过工艺计算，第 1 次拉成小台阶部分后[高度为 22－15＝7(mm)]，中间坯料直 径 dt [1]≈f 91mm(按拉入凹模材料比制件最后对应的实际表面积多 3%~5%计算，过程略)， 于是 dt [1]/d [1]＝91/36.4＝2.5，查表 4.16 可知极限拉深系数为 0.38，说明从 f 95 圆坯料可一 次拉出该小台阶。拉大台阶( f 51.1)时，由于小台阶已成形，且处于大台阶筒形件底部，因 此，大台阶拉深可视为由直径 D＝f 91 圆坯料，拉成凸缘直径 f 76、筒体直径 f 51.1 的有 凸缘拉深，于是 dt /d＝76/51.1≈1.487，拉深系数 m[1]＝d /D＝51.1/91≈0.56，此值大于表 4.16 中所列有凸缘件首次拉深的极限拉深系数 0.49。说明该台阶可一次拉深成形。 采取上述 2 种拉深方法，通过拉深所得到的拉深件工序件/半成品形状尺寸如图 6.11 所示。由图可知，R0.5，R2.5，R3 及平面度精度均未达最终要求，且各台阶直径和高度都 略大于最终冲压件图要求，这是因为在后续整形工序中，还有一小部分材料需要流动，以 避免整形时小圆角部位的材料过度变薄。这类中间尺寸确定的依据是保证各部位金属材料 表面积等于或略大于(大 3%~5%)制件图中各相应部位的实际面积(计算尽量精确)，而在实 际生产中，是通过严格控制各次拉深时凸模进入凹模的深度来实现的。 图 6.10 前端盖的拉深件形状尺寸 图 6.11 前端盖拉深件工序件/半成品形状尺寸
中压工艺与模具设计 在SR9凸包处,先冲∫5孔对整形获得R0.5,R1圆角时材料的变形流动有利一一底部 材料的转移(孔径扩大)而使各圆角得到减小,考虑整形对孔的影响,此时冲孔凸模设计成 ∫4.8左右,并将冲孔与整形复合起来(先冲孔再整形)一次成形。当然,这样得到的孔径精 度不高,若孔径尺寸精度要求较高时,则不宜采用此安排 其他各孔(包)由于孔(包)径尺寸要求较高,且距整形圆角处距离较近,故不宜安排在整 形前完成。又考虑到各孔(包)的相对位置要求较高,且最小孔边距大于表216中规定,故 冲孔包)工序可以和切边工序复合起来 (4)工艺方案确定 综上所述,该制件有两种冲压工艺方案,其工序图分别如图6.12和图6.13所示 1853 图6.12由大台阶到小台阶拉深的工艺方案 (a)胀形落料复合:(b)第1次拉深:(c)第2次拉深 (d)第3次拉深;(e)冲孔整形复合:(f)冲孔(包)切边复合 7 放大 图6.13由小台阶到大台阶拉深的工艺方案 (a)胀形落料复合:(b)第1次拉深:(c)第2次拉深:(d)冲孔整形复合:(e)冲孔(包)切边复合
200 冲压工艺与模具设计 在 SR9 凸包处，先冲 f 5 孔对整形获得 R0.5，R1 圆角时材料的变形流动有利——底部 材料的转移(孔径扩大)而使各圆角得到减小，考虑整形对孔的影响，此时冲孔凸模设计成 f 4.8 左右，并将冲孔与整形复合起来(先冲孔再整形)一次成形。当然，这样得到的孔径精 度不高，若孔径尺寸精度要求较高时，则不宜采用此安排。 其他各孔(包)由于孔(包)径尺寸要求较高，且距整形圆角处距离较近，故不宜安排在整 形前完成。又考虑到各孔(包)的相对位置要求较高，且最小孔边距大于表 2.16 中规定，故 冲孔(包)工序可以和切边工序复合起来。 (4) 工艺方案确定 综上所述，该制件有两种冲压工艺方案，其工序图分别如图 6.12 和图 6.13 所示。 图 6.12 由大台阶到小台阶拉深的工艺方案 (a) 胀形落料复合；(b) 第 1 次拉深；(c) 第 2 次拉深； (d) 第 3 次拉深；(e) 冲孔整形复合；(f) 冲孔(包)切边复合 图 6.13 由小台阶到大台阶拉深的工艺方案 (a) 胀形落料复合；(b) 第 1 次拉深；(c) 第 2 次拉深；(d) 冲孔整形复合；(e) 冲孔(包)切边复合
第6章冲压工艺过程设计 比较这两种方案,显然图6.13所示方案工序少,生产效率高,模具制造成本低,适合 大批量生产,且所获得的制件表面质量也较高(参见471小节中论述) )确定各工序模具种类和型式 冲压工艺方案确定后,各工序的模具种类自然就确定了,即落料胀形复合模、第1次(小 台阶)拉深模、第2次(大台阶)拉深模、冲孔整形复合模、冲孔切边复合模 有代表性的各模具结构形式如图6.14、图615、图6.16所示。其中图6.16中的刚性限 位块的作用即为传递整形力。在试模调整时应注意压力机的下死点位置是否到位。 图6.14落料胀形复合模 图6.15第2次拉深模 刚性限位块 图6.16冲孔整形复合模 (6)确定冲压设备 根据前面各章所述的有关计算冲压力的公式和方法,分别确定各工序所需的总压力 然后根据可提供的冲压设备情况确定各工序所用冲压设备的类型及规格(计算过程从略)。 (7)编写冲压工艺过程卡片 汽车空调器前端盖的冲压工艺过程见表6.1,冲压工艺过程卡片格式参见附录A
第 6 章 冲压工艺过程设计 201 比较这两种方案，显然图 6.13 所示方案工序少，生产效率高，模具制造成本低，适合 大批量生产，且所获得的制件表面质量也较高(参见 4.7.1 小节中论述)。 (5) 确定各工序模具种类和型式 冲压工艺方案确定后，各工序的模具种类自然就确定了，即落料胀形复合模、第 1 次(小 台阶)拉深模、第 2 次(大台阶)拉深模、冲孔整形复合模、冲孔切边复合模。 有代表性的各模具结构形式如图 6.14、图 6.15、图 6.16 所示。其中图 6.16 中的刚性限 位块的作用即为传递整形力。在试模调整时应注意压力机的下死点位置是否到位。 图 6.14 落料胀形复合模 图 6.15 第 2 次拉深模 图 6.16 冲孔整形复合模 (6) 确定冲压设备 根据前面各章所述的有关计算冲压力的公式和方法，分别确定各工序所需的总压力， 然后根据可提供的冲压设备情况确定各工序所用冲压设备的类型及规格(计算过程从略)。 (7) 编写冲压工艺过程卡片 汽车空调器前端盖的冲压工艺过程见表 6.1，冲压工艺过程卡片格式参见附录 A