1、合工大沖壓技術復習總結 沖壓 ：利用模具在壓力機上對金屬（或非金屬）板料施加壓力使其分離或變形，從而得到一 定形狀， 并滿足一定使用要求的加工方法。 由于板料沖壓大多在室溫下進行， 所以又稱為冷 沖壓。 沖壓三要素 ：模具，沖壓設備和板料 沖壓成形特點 （1）沖壓產品一般不需要加熱成形，不像切削加工那樣切削金屬，產品表面較好，不但節 約能源，而且節約材料，材料利用率一般可達70%85%，批量生產成本低，經濟效益好； （2）沖壓產品的精度和復雜程度由模具精度和形狀保證，可沖壓出壁薄、剛性好、質量輕 且形狀復雜的產品。 （3）沖壓產品成形過程是金屬板料在模具的作用下，內部產生塑性變形，不僅成形了產

2、品 形狀，而且改善金屬內部組織，提高了力學性能。 （4）沖壓產品利用模具來加工，產品的質量穩定、互換性好，在一般情況下可以直接滿足 使用和裝配要求，同時操作簡單，對工人技術要求不高。 （5）生產效率高。 （6）沖壓模具要求高、制造復雜、周期長、制造費用高，因而在小批量生產中受到限制。 （7）沖壓加工如采用手工操作則勞動強度大，安全性差，易發生事故。 沖壓生產的三要素 :合理的沖壓工藝 ,先進的模具 ,高效的沖壓設備 冷沖壓工藝分類按沖壓工序分類 : 分離工序 ：指沖壓過程中使沖壓件與板料沿一定的輪廓相互分離的工序。 基本工序 ：沖孔、落料、切斷、切口、切邊、剖切、整修等。 塑性成形工序 ：指材

3、料在不破裂的條件下產生塑性變形， 從而獲得一定形狀、 尺寸和精度要 求的零件。 基本工序 ：彎曲、拉深、成形、冷擠壓等。 沖孔 ：用沖孔模沿封閉輪廓沖裁工件或毛坯，沖下部分為廢料。 落料 ：用落料模沿封閉輪廓沖裁板料或條料，沖下部分為制件。 脹形 ：指從空心件內部施加徑向壓力， 強迫局部材料厚度減薄和表面積增大， 獲得所需形狀 和尺寸的冷沖壓工藝方法。 拉深 ：是指在不產生顯著起皺或裂痕的條件下， 利用拉深模將預先沖切好的平板毛坯壓制成 各種空心件，或將已壓制好的開口空心件加工成其他空心件的一種沖壓加工方法。 在沖壓加工中，將材料加工成零件（或半成品）的一種特殊工藝裝備，稱為沖壓模具（俗稱 沖

4、模）。 按工序的組合形式分類 :單工序模、多工序模（復合模、連續模、連續-級進模）； 按工藝性質分 ：沖裁模、拉深模、彎曲模、脹形模、翻邊模等； 單工序模： 在沖壓的一次行程過程中，只能完成一個沖壓工序的模具。 級進模： 在沖壓的一次行程過程中， 在不同的工位上同時完成兩道或兩道以上沖壓工序的模 具。 復合模 ：在沖壓的一次行程過程中， 在同一工位上同時完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具。 復合沖壓模有正裝式和倒裝式兩種結構。 其中正裝式是凸模置于上模部分， 倒裝式則是凸模 置于下模部分。 沖壓對板料的基本要求 （1）對力學性能的要求 力學性能的指標很多，主要有： 伸長率大， 屈強比小，彈性模量

5、大， 硬化指數高和厚向異性系數大，有利于各種沖壓成形工 序。 （2）對化學成分的要求 板料的化學成分對沖壓成形性能影響很大，如在鋼中的碳、硅、錳、磷、硫等元素的含量增 加，會降低材料的力學性能。 （3）對金相組織的要求 鋼板處于退火（或軟態） ； 鋼板處于淬火（或硬態） （4）對材料厚度公差的要求 厚度公差分:A 高級；B 較高級； C普通級。 （5）對表面質量的要求 板料表面應光滑，無氧化皮、裂紋、劃痕等缺陷。 優質鋼板表面分 3 級： I組高表面質量； n組（軟）高表面質量； 川組一般表面質量。 常用沖壓壓力機有 ：曲柄壓力機，伺服壓力機和液壓機。 沖裁 ：利用模具使板料沿著一定的輪廓形狀

6、產生分離的一種沖壓工序。 基本工序 ：落料、沖孔、切口、切邊、剖切、整修、精密沖裁。既可加工零件，也可作為彎 曲、拉深、成形等其他工序的毛坯。 沖裁件斷面質量特征：圓角帶、光亮帶、斷裂帶、毛刺 排樣 : 沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方法叫排樣。 排樣的意義 保證用最低的材料消耗和最高的勞動生產率得到合格的零件。 排樣方法的選擇原則 （1）沖裁小工件或某種工件需要窄帶料時，應沿板料順長方向進行排樣，符合材料規格及工 藝要求； （2）沖裁彎曲件毛坯時，應考慮板料的軋制方向； （3）沖件在條（帶）料上的排樣，應考慮沖壓生產率、模具壽命、沖模結構是否簡單和操作 的方便安全； （4）條料寬度選擇與在

7、板料上的排樣應考慮選用條料寬度較大而步距較小的方案，可經濟地 將板料切為條料，并能減少沖制時間； （5）修正產品設計，減少和消除設計廢料的形成，并有可能采取少、無廢料排樣方式； 沖裁力： 是沖裁過程中凸模對材料的壓力。 它是隨凸模行程而變化的。通常說的沖裁力是指沖裁力的最大值。 卸料力 ：從凸模上卸下箍著的料所需要的力。 推件力 ：將梗塞在凹模內的料順沖裁方向推出所需要的力。 頂件力 ：逆沖裁方向將料從凹模內頂出所需要的力。 沖壓力合力的作用點稱為沖模壓力中心。 沖模壓力中心應盡可能和模柄軸線以及壓力機滑塊中心線重合， 以使沖模平穩地工作， 減少 凸、凹模的間隙不均，減少導向件的磨損，提高模具

8、及壓力機壽命。 精密沖裁 （簡稱精沖 ）屬于少無切屑加工技術，是在普通沖裁技術基礎上發展起來的一種精密 沖裁方法。 它能在一次沖壓行程中獲得比普通沖裁零件尺寸精度高、 沖裁面光潔、 翹曲小且 互換性好的優質精沖零件，并以較低的成本達到產品質量的改善。 精密沖裁的實質 是使材料以純剪切的形式進行沖裁， 它是在普通沖裁的基礎上， 通過改進模 具設計和結構，或采用比普通沖裁更小的模具刃口間隙， 迫使變形區材料在沖裁力、 反頂力、 齒形強力壓板三者共同作用下形成的三向壓應力狀態下，發生純剪切變形，延長沖裁過程中 塑性變形階段達到分離材料，推遲裂紋的產生，以便增加光亮帶高度，改善切斷面質量，獲 得斷面光

9、潔、質量優良的精沖件。 精密沖裁與普通沖裁和傳統機加工工藝相比，具有如下優點 （1）尺寸精度高和表面粗糙度值低。 （2）生產效率高。 低耗。 （4）應用范圍廣。 精沖的種類：1、光潔沖裁（小間隙圓角凹模沖裁，半精沖）2、負間隙沖裁3、往復沖裁（上、 下沖裁）4、對向凹模沖裁 5、齒圈壓板沖裁（俗稱精沖）6、整修 精密沖裁的特點 （1）凸凹模間隙小，刃口帶有圓角； （2）多了齒圈壓板與頂出器； 剪切區內的金屬處于三向壓應力狀態，消除了該區內的拉應力，提高了材料的塑性，從 根本上防止了普通沖裁中出現的彎曲、拉伸和撕裂現象； （4）材料受純剪切力作用，其剪切面光潔、平整。 彎曲：將板料、型材、管材或

10、棒料等按設計要求彎成一定角度和一定曲率的零件的沖壓工序。 分類：a）模具彎曲，b）折彎，c）滾彎，d）拉彎和e）滾壓 彎曲模：彎曲工藝使用的沖模。 彎曲變形特點 自由彎曲：板料都向一個方向 （凸模方向）彎曲，沒有凸模的鐓壓作用。 校正彎曲：板料直角邊方向向凹模方向變形，板料都到凸模的鐓壓作用，板料的直角邊和圓 角都與模具的相應部分完全貼合。 變形特點 （1 ）工件分成了直邊和圓角兩部分，彎曲的變形主要發生在彎曲件的圓角部分； （2） 變形區變形不均勻； （3） 當板料彎曲半徑與板厚之比r/t較小時，厚度變薄大 ； （彎曲件圓角部分的正方形網格變成了扇形。遠離圓角部分網格無變化，圓角附近有少量變

11、 化。彎曲變形區在圓角部分 ；靠近圓角的直邊僅有少量變形 ；遠離圓角的直邊不產生變形）。 （4 ）變形區內橫斷面的變化則視板料的寬窄而有所不同 b/t 3時，橫斷面幾乎不變，仍保持原來的矩形，屬于寬板彎曲；寬板彎曲時，寬度 方向的變形受限制，材料不易流動，故橫截面幾乎不變，仍未矩形，僅在兩端出現翹曲； b/t 3時，斷面產生了畸變，由矩形變成了扇形。屬于窄板彎曲。窄板彎曲時，寬度方 向的變形不受限制，矩形斷面橫截面變成扇形。 窄板與寬板彎曲見課本 82頁 結論： 寬板彎曲時是平面應變狀態、立體應力狀態。 窄板彎曲時是立體應變狀態、平面應力狀態。 防止外層纖維拉裂的極限彎曲半徑，稱為最小彎曲半徑

12、，以rmin/t來表示。 影響最小相對彎曲半徑 rmin/t的因素 材料的力學性能 材料的塑性越好，彎曲半徑越小。 板料的纖維方向 板材具有方向性，順著纖維方向（軋制方向）的塑性指標大于垂直于纖維方向的指標。 因此當彎曲件的折彎線與板料纖維方向相垂直時，最小相對彎曲半徑 rmin/t 的數值最??； 板料的表面質量和側邊質量 板料表面有缺陷時（如劃傷、裂紋或板料側邊有毛刺、裂口 及冷作硬化等） ，會增大 rmin/t 值。 零件的彎曲角a見84頁 板料的厚度薄料比厚料可有更小的r/t 因為彎曲變形區切向應變在板料厚度方向上按線性規律變化， 外表面最大， 在中心為零。 當 板料的厚度較小時， 切向

13、應變變化的梯度大， 與最大應變的外表面相鄰近的纖維層， 能補充 外表面的變形，從而起到阻止表面材料局部不均勻延伸的作用。 回彈 :在外力作用下，板料產生的彎曲總變形由塑性變形和彈性變形兩部分組成。卸載后彈 性變形消失。引起彎曲件脫模后，彎曲角和彎曲半徑與模具不一致的現象，稱為彎曲回彈。 研究回彈的目的：預先掌握彎曲件的回彈趨向，初定回彈量K、%的大小，以減少模具 在試模調整階段的工作量，保證彎曲件的質量。 影響彎曲件回彈量的因素 材料的力學性能 回彈角的大小，與材料的屈服極限成正比，與彈性模量E 成反比。硬化指數越大，斷面內 的應力也越大，因而引起大的彈性變形，回彈角也就越大。 相對彎曲半徑

14、r/t r/t 越大，變形程度越小，板料中性層兩側的純彈性變形區以及塑性變形區總變形中的彈性 變形比重增大，回彈就大。 彎曲方式 自由彎曲回彈量最大。 在校正彎曲時，校正力越大， 回彈值越小。當校正力相 當大時，還可能出現負回彈。 彎曲角a越大，表示彎曲變形區的長度越大，在相同的變形情況下， 總變形中彈性變形所 占的比重就相應增加，故回彈值也越大。 形狀復雜的彎曲件若一次彎成，回彈小。 其它影響因素 板料與模具表面的摩擦 （如較小的模具間隙 Z/t）。摩擦在大多數彎曲情況 下，可以增大變形區的拉應力，使板料內外區應力趨于一致（同號應力），所以回彈值小。 但摩擦形成的拉應力有可能使板料外側表面拉

15、裂或使工件表面擦傷。板料厚度偏差的波動， 使Z/1變化，從而使工件的回彈值發生變化。 減小回彈的措施 改進彎曲件局部結構及選用合適材料 如在彎曲區壓制加強筋，以增加彎曲件的剛度和塑性變形程度。 如采用彈性模數大而屈服極限較低的材料進行彎曲，以減小回彈。 在工藝上采取措施如用校正彎曲代替自由彎曲，這是常用的、行之有效的彎曲方法。 對于冷作硬化的材料，可先退火使屈服極限降低，以減小回彈，彎曲后再行淬硬。 從模具結構上采取措施 1）采用補償法 在模具結構上根據彎曲件的回彈趨勢， 修正彎曲凸模或凹模工作部分的形狀及尺寸， 從而使 工件的回彈量得到補償。 2）校正法 -塑性比較好， 彎曲回角半徑不大時，

16、 可以改變凸模結構或凹模的局部 （如圓角處） 做成凸起形狀，增加變形區應力、應變狀態，從而使內、外側回彈相互抵消。 3）軟模法 -用橡膠或聚氨脂軟凹模代替金屬凹模（用調節凸模壓入軟凹模深度的方法控制彎 曲回彈，使卸載回彈后，獲得符合精度要求的零件。 4）縱向加壓法 在彎曲過程完成后， 利用模具的突肩在彎曲件的端部縱向加壓， 使彎曲變 形區橫斷面上都受到壓應力， 卸載時工件內外側的回彈趨勢相反， 使回彈大為降低。 利用這 種方法可獲得較精確的彎邊尺寸，但對毛坯精度要求較高。 拉彎法 在拉力作用下彎曲，能改變板料的應力狀態，即工件在彎曲變形的過程中受到 了切向拉伸力的作用，使中性層內側壓應力轉為拉

17、應力。板料整個斷面都處于拉應力作用， 卸載后內外層纖維的回彈趨勢一致，可減少回彈。 彎曲裂紋 彎曲裂紋產生的原因 彎曲時外層表面的切向拉應力最大，當外層的等效應力b超過板料的抗拉強度bb時，板料 就會沿彎曲線方向 （垂直于板料切向的方向） 被拉裂， 形成彎曲件裂紋， 造成彎曲件的報廢。 產生彎曲裂紋的原因多種多樣， 常見的原因有材料塑性差， 相對彎曲半徑過小， 彎曲線與板 料軋紋平行，板料外表面的彎曲區有微裂紋等。 減少彎曲裂紋的措施 1）選擇適合彎曲工藝的材料，如塑性好的材料或在變形區大的部位進行退火處理； 2）合理選擇相對彎曲半徑 r/t，保證變形區外層的纖維的拉應力小于抗拉強度。 3）彎

18、曲時，盡可能使彎曲方向與板料纖維方法垂直。 4）保證板料的表面質量，將有微裂紋、沖裁斷面有毛刺等缺陷的表面置于彎曲的內側。 拉深：是指在不產生顯著起皺或裂痕的條件下， 利用拉深模將預先沖切好的平板毛坯壓制成 各種空心件，或將已壓制好的開口空心件加工成其它空心件的一種沖壓加工方法。 拉深工藝有兩種： 純拉深 ：在拉深過程中工件材料的厚度基本不變。 變薄拉深 ：拉深過程中工件材料的厚度減小。 拉深的基本工具有：凸模、凹模和壓邊圈。 拉深過程中毛坯各部分所處的位置不同,其應力狀況也不同 1平面凸緣部分主要變形區 2凹模圓角部分過渡區 3筒壁部分傳力區 4凸模圓角部分過渡區 5圓筒底部小變形區 拉深變

19、形過程見課本 105 頁，拉深過程中毛坯各處的應力應變狀態見課本106 頁 拉深缺陷及預防措施（課本 110 頁） 起皺 起皺的分析 由于切向壓應力引起板料失穩而產生彎曲，在毛坯邊緣形成沿切向高低不平的皺紋。 皺紋很小時 ,在通過凸凹模間隙時會被烙平，但會加劇模具磨損；皺紋嚴重時,不僅不能烙平 還會因皺紋在通過凸凹模間隙時的阻力過大而使拉深件斷裂 ,形成廢品； 最易起皺的位置：凸緣邊緣區域 起皺最強烈的時刻：在 Rt= （0.70.9） R0時 起皺危害 毛坯起皺后，拱起的皺折很難通過凸、凹模間隙被拉人凹模，如果強行拉入，則拉應力迅速 增大，容易使毛坯受過大的拉力而導致斷裂報廢。 如模具間隙較

20、大， 皺折被拉進凹模內形成筒壁， 皺折也會留在工件的側壁上， 而影響零件的 表面質量； 起皺后的材料在通過模具間隙時與模具間的壓力增加，導致與模具間摩擦加劇，磨損嚴重， 使得模具的壽命大為降低。 防止措施 防止起皺： 采用壓邊圈進行拉深 （控制變形程度 ）。加壓邊圈后 ,材料被強迫在壓邊圈和凹模平 面間的間隙中流動 ,穩定性增加 ,不易起皺。 壓邊力太大 ,會增加危險斷面處的拉應力 ,導致破裂 或嚴重變薄 ;太小則防皺效果不好。理想的壓邊力最好隨失穩起皺的變化規律而變化,但很難 實現。生產中 ,多按經驗值確定。 拉裂 1） 拉裂的分析 當筒壁拉應力超過材料的抗拉強度時， 拉深件就會在底部圓角與

21、筒壁相切處產生破裂拉 裂,此處即為拉深的“危險斷面” 。一方面是筒壁傳力區中的拉應力大小；另一方面是筒壁傳 力區的抗拉強度。 拉裂最易出現的位置 凹模入口處 , 主要是凹模相對圓角半徑過小 ; 在筒壁與底部圓角相切的危險斷面處。 拉深后的零件其厚度沿底部向口部方向是變化的 , 在 筒壁的上部厚度增加最多 , 約為 30%; 而在危險斷面處厚度最小 , 減少約 10%, 故此處最易 被拉斷。 筒形件底部圓角附近為危險區。 該區加工硬化程度最小，且壁厚減薄最嚴重。 3 處在拉深時最容易被拉斷，通常稱此斷面為“危險斷面” 。當此處的應力超過材料此時的 強度極限時，零件就在此處破裂，有時，即使零件未被

22、拉裂，由于變薄過于嚴重，也可能使 產品報廢。 防止拉裂的措施 （1）根據板材成形性能，采用適當的拉深系數； （2）合理設計模具工作部分形狀； （3）采用有壓邊圈結構進行拉深 （4）增加凸模表面粗糙度； （5）改善凸緣部分的潤滑條件；用潤滑劑，以降低拉深件壁部的拉應力，提高模具壽命。 （6）選用拉深性能好的材料等。 硬化 拉深時變形不均勻， 因而拉深后拉深件硬度分布也是不均勻的， 由工件底部向口部是逐漸增 加的。從工藝角度看工件底部硬化要大，而口部硬化要小才有利。 加工硬化有兩方面的影響： 一：加工硬化的好處是使工件的強度和剛度高于毛坯材料， 二：但多次拉深時塑性降低又使材料進一步拉深時變形困難

23、。 拉深凸耳 筒形件拉深時，在拉深件口部出現有規律的高低不平現象，這種現象稱為拉深凸耳，因此， 欲獲得口部平齊的筒形件，其修邊余量至少為 hmax-hmin 。 時效開裂 所謂時效開裂， 是指拉深件在沖壓加工完成以后， 由于經受到撞擊或振動， 或存放了一段時 間后，甚至作為商品在用戶手中使用時出現的一種破裂現象。 拉深系數（ m ）：是指拉深后圓筒形件的直徑與拉深前毛坯（或半成品）的直徑之比。 m 愈小，說明拉深變形程度愈大。如果 m 取得過小，會使拉深件起皺、斷裂或嚴重變薄超 差。 極限拉深系數 m： 是拉深時既不產生起皺也不產生破裂時的最小拉深系數。 從工藝的角度來看，m越小越有利于減少工

24、序數。：一般極限拉深系數取 0.50.8。坯料 塑性差選上限值，塑性好可選下限值 拉深次數的確定見課本 119， 128 頁 脹形： 是利用模具使毛坯厚度減薄和表面積增大，以獲取零件幾何形狀的沖壓加工方法。 脹形的特點 1、脹形塑性變形區局限于與凸模接觸部分。 2、變形區材料受雙向拉應力作用，沿切向和徑向產生伸長變形。 3、變形區的材料既不從變形區流向外部，也不從外部流入變形區，成形面積的擴大主要是 靠毛坯厚度變薄而獲得。 4、脹形的主要工藝問題是破裂問題。 翻邊： 在模具的作用下，將坯料上的孔緣或外緣沿直線或曲線沖制成豎直邊的成形方法。 按變形性質分：伸長類翻邊，壓縮類翻邊 變形工藝特點：內

25、孔翻邊 ,外緣翻邊 ,變薄翻邊 級進模又稱連續?；蛱侥！?它是在模具的工作部位將其分成若干個等距工位，在每個工位 上安置了一定的沖壓工序，在模具內或模具外設置了控制條料（卷料）按固定距離 （步距 ）送進 的機構， 使條料沿模具逐工位依序沖壓后， 到最后工位從條料中便可沖出一個合格的制品零 件來。 多工位級進模：工位多于 5 步的級進模。 覆蓋件： 主要指汽車和拖拉機上的大型薄板外觀零件，如發動機罩，翼子板，車門的內、外 板，駕駛室及車身等，因一般覆蓋件的結構尺寸較大，故也稱為大型覆蓋件。 拉深筋 （檻） ：在汽車覆蓋件沖壓成形中，為了增大材料的流動阻力，以促使毛坯承受足夠 的拉脹成形，提高零

26、件的剛度，調節毛坯上各處材料的流動狀況,使其變形均勻一致，防止 “多則皺， 少則裂” 的現象，降低對坯料與壓料面接觸狀態的要求，提高覆蓋件成形的表面 質量，增加成形穩定性，往往要設置拉深筋或拉深檻。 拉深筋的作用是增大全部或局部材料的變形阻力， 以控制材料的流動， 提高制件的剛性。 同 時利用拉深筋控制變形區毛坯的變形的大小和變形的分布，控制破裂、 起皺、曲面畸變等質 量問題。 拉深筋剖面呈半圓形， 拉深檻剖面呈梯形， 安裝在凹?？卓?。 拉深檻的阻力作用比拉深筋大， 主要用于拉深深度淺、外形平坦的拉深件。 壓料面： 是指凹模圓角以外的處于凹模面與壓邊圈之間的那部分板料，也是工藝補充面的一 部分。 壓料面的形狀不但要保證壓料面上的材料不皺， 而且應盡量造成凸模下的材料能下凹以降低 拉深深度，更重要的是要保證拉入凹模里的材料不皺不裂。尊敬的領導： 您好！ 首先衷心感謝您在百忙之中閱讀我的自薦材料！ 我是長春工業大學材料科學與工程學院，材料加工工程專業，2009 年