冲压工艺规程的制定

第9章冲压工艺规程的制定冲压件的生产过程包括：原材料的准备、冲压工艺过程和其它必要的辅助工序；有时还要和切削加工、焊接、铆接配合才能完成。冲压工艺规程的制定，是冲压生产中非常重要的工作。正确的制定工艺规程，对保证产品质量、提高劳动生产率、降低制件成本、减轻劳动强度和保证安全生产是十分必要的。制定工艺方案时，应从企业现有生产条件出发，同时要尽量采用国内，外先进技术对各种不同的工艺方案加以分析和比较，从中选择最佳的工艺方案。冲压工艺规程制定的步骤和内容制定冲压工艺规程的内容和工作步骤如下，分析制件的冲压工艺性根据产品图纸，分析冲压件的形状特点，尺寸大小，精度要求，表面质量及所用材料是否符合冲压工艺要求，能否用冲压的方法制造出来，是否用冲压的方法最经济以及根据冲压工艺要求对图纸提出合理的修改意见。压件的图纸在了解了冲压件在机器上的作用、功能及工作条件之后，更主要的是以下两点。(1)分析冲压件的几何形状和技术要求。在此基础上，利用经验对比就能大致定出制件的主要冲压工序、对工序和模具的基本要求以及是否采用精密冲压方法等。例如，对圆筒形件可以拉为主进行加工;对形状复杂的旋转体则可用拉深或拉深与成形配合或旋压的方法进行生；对精度高的落料件则应考虑精密冲裁或普通冲裁后整修的方法。特别对一些形状复杂或某些几何参数不十分明显时，还要通过进一步研究分析、比较、计算和论证。(2)判定制件用冲压加工的难易程度，找出加工难点。零件上的超常尺寸，定位基准的选择，容易出现质量问题的部位等，这些都要采取工艺措施加以解决。艺性分析分析零件图的同时，还应对冲压工艺性进行分析。良好的冲压工艺性使材料消耗少、变形容易、成形稳定、工序数目少，模具通用性强且结构简单易制造、使用寿命长，操作方便、安全、可靠。如果发现零件工艺性差，则应该在不影响使用要求的前提下，对零件的形状尺寸及其它要求作必要的修改。如图9.1所示，图(a)原设计左边R3和右边封闭的铰链弯曲，在板厚为4mm情况下都很难实现。修改后的零件就比较容易冲压加工。留b)原设计为两个弯曲件焊接而成，在不影响使用条件下改成一个整体零件，从而减少一个零件，工艺过程变(a) (b)图9.1(a) (b)图9.1冲压件的结构工艺性改善的实例(c)得简单，节约了材料。图(c)为某厂生产的汽车消声器后盖，改进后材料消耗减少50%。工的的先进性和经济性分析零件的生产批量对冲压加工的先进性和经济性起着决定性的作用。生产批量大时，采用冲压加工经济效果好，生产率高；若采用冲压机械化、自动化，更能充分发挥冲压工艺的先进性和经济性。例如，冲压件精度高且批量大时，采用先进的多工位压力机将收到明显的效益。又如，冲裁件质量要求高且批量很大，可采用较先进的精冲加工代替普通冲裁加修整的工艺。生产批量很小，冲压加工的先进性和经济性就不能充分发挥，这时应考虑采用其他的加工方法，或采用简易冲压模具辅之以别的加工方法，往往更为有效。此外还应与其他加工方法比较，以使工艺更为合理，或找到影响先进性和经济性的关键所在，采取有力措施克服之。如深筒件采用管料焊底的方法往往比拉深更为经济。分析比较和确定工艺方案在以上冲压件工艺性分析的基础上，列出各种不同的冲压工艺方案，加以分析比较，进而确定某一种工艺方案的工序性质、工序数量、工序顺序以及其它辅助工序(热处理等)的工序安排。冲压件的构造尽可能使工序内容简单，工序数量少。如图9.1(c)所示为一消声器盖，高度尺寸修改后，就由原八道工序减为两道工序。选定冲模类型及结构形式根据确定的工艺方案和冲压件的形状特点、精度要求，加工条件和操作习惯等选定其冲模的类型及结构形式。选择冲压设备根据其工艺性质，选择冲压设备的类型，并按照冲压加工所需的总的变形力或变形功)和零件精度和尺寸，选定冲压设备的吨位。制定工艺方案的原则工艺方案的制定包括确定工序性质、工序数量和工序顺序。由于冲压件种类繁多，生产批量和生产条件又务不相同，因此制定冲压工艺方案时没有一个适合于任何情况的典型方法，而只能提出一些原则。工序性质的确定工序性质是指某种冲压件所需要的冲压工序的种类。工序性质应根据制件的结构形状，按各种工序的变形性质和应用范围及某些具体条件的限制予以确定。.在一般情况下，可以从零件图上直接看出所需工序的性质。(1)如平板件冲压加工时，常采用剪裁、落料、冲孔等。当零件的平面度要求较高时，还需在最后采用校平工序进行精压；当零件的断面质量和尺寸精度要求较高时，则需在冲裁工序后增加修整工序，或直接用精密冲裁工艺进行加工。(2)如弯曲件冲压加工时，常采用剪裁、落料、弯曲工序。当弯曲件上有孔时，还需增加冲孔工序；当弯曲件弯曲半径小于允许值时，常需在弯曲后增加一道整形工序。(3)如各类空心件多采用剪裁、落料、拉深和切边等工序。对于带孔的拉深件，还需采用冲孔工序。当拉深件径向尺寸精度要求较高或圆角半径较小时，则需在拉深工序后增加一道精整或整形工序。当拉深件底部厚度大于壁厚时，可以采 图9.2零件用变薄拉深。.在某些情况下，需对零件图进行计算、分析比较后，确定工序性质如图9.2所示的零

件，初看可用落料、冲孔、翻边三道工序或落料冲孔与翻边两道工序完成，但由于但经过计算分析后发现，由于翻边系数小于极限翻边系数，使竖边高度尺寸18mm与内孔尺寸092达不到零件的要求。若采用落料、拉延、修边和切底，或落料、拉延、修边、冲底孔和翻边的方法均能很好成形。又如，深筒拉延件，若其深度与直径之比大到一定程度时，用多次拉延也难以奏效，这是因为每次拉延后坯料的工艺性状都发生变化，最终导致超出后续拉延工序的工艺性状范围而不能成形。在这种情况下，必须改变工序性质，采用其他的冲压工序。.有时为了改善冲压变形条件或方便工序定位，需增加附加工序图9.3变形减轻孔如图9.3所示的零件冲压工艺中增加预冲孔力的工序，是根据变形需要而增加的附加工序，此孔并非零件上的一部分，此孔叫做变形减轻孔，其作用是使拉深时坯料内部小于d的部分)金属向外扩展；因而就能减少外部(大于d的部分)图9.3变形减轻孔此外，对于几何形状不对称的一些零件，为便于冲压成形和定位，生产中常采用成对冲压的方法进行成形，成形后再增加一道剖切或切断工序截成两个零件。在此虽然增加了一道剖妇或切断工序，但由于成对冲压时改善了变形条件，防止了坯料偏移，因而在生产中得到了广泛应用，如图9,4所示。图9.4成对冲压成形工序数量的确定图9.4成对冲压成形确定工序数量的原则：是在保证制件质量的前提下使工序数量尽量减少。工序数量主要决定于制件的材料性质，几何形状的复杂程度和尺寸精度。在确定工序数量时，对各种不同性质的工序，应注意下面一些情况，对于形状复杂的冲裁件，由于受模具结构或强度的限制，常常将其内外轮廓分成几个部分，用几套模具冲裁，或采用连续模进行分段冲裁，非常靠近的孔，不能同时冲出，对于弯曲件，其工序数量决定于弯角的多少，弯角相对位置和弯曲方向，拉深件的工序数量与材料性能、阶梯数量、高度与直径的比值等有关，需要通过计算求出所需工序的数量。工序的顺序工序顺序是指工序的先后次序。主要是由工序性质，材料的变形规律、制件的精度及定位要求等决定的。确定工序顺序时，要注意前后工序不应互相妨碍，保证制件的最后质量要求。确定其顺序的一般原则：(1)所有的孔，只要其形状和尺寸不受后续工序变形的影响都应该在乎板毛坯上冲出，因为在成形后的立体表面上冲孔会使模具结构复杂、定位困难、操作不便，而且先冲出的孔还可作为后续工序的定位用。(2)对于有孔(切口)的冲裁件，如果采用单工序模，一般应先落料后冲孔(切口)，若采用连续模应先冲孔(切口)后落料。(3)靠近弯曲线的孔应在弯曲后冲出。(4)多角弯曲件应从材料变形和弯曲时材料运动两个方面安排弯曲的顺序。一般是先弯外角，后弯内角。(5)带孔的拉深件应先拉深后冲孔，如果孔的位置在拉深件底部，且孔径尺寸要求不高时，可以先在毛坯上冲孔后再拉深。(6)对于复杂形状的拉深件，为便于材料的变形和流动，应先成形内部形状，再拉深外部形状。

(7)整形、校正、切口等工序应安排在冲压件基本成形后进行。工序合并在制定工艺方案时，要充分考虑各类工序有无合并的可能性，工序合并往往会使生产率提高、成本降低、操作方便和安全可靠。在冲压很小的制件时，采用复合工序就可以克服单工序的送料不便，生产率低等问题。同样，对于冲压较大制件时，采用复合工序也是较适宜的，因为一个大的复合模比同样大的两个单工序模造价要低。工序合并方式主要有两种形式，复合冲压与连续冲压。究竟采用哪种方式应根据具体情况而定。复合冲压的制件平整精度高，而连续冲压的制件不平，有拱弯或扭曲，精度较低。因此，高精度和大型零件应当采用复合模进行复合冲压，而小型和低精度的零件则采用级进模冲压比较合适。根据实践经验，集中到一副模具上的工序数量不能太多，对于复合模，一般为2—3个工序，最多为4个工序，对于级进模，集中的工序数量可以多些，因为它不象复合模那样工位局限在制件尺寸范围之内，；它可以把工序分散开而不受制件尺寸的限制(但受到压力机工作台面积的限制)。级进模的工序也不能太多，否则模具制造，调整和维修都有较大困难，而且由于送进误差的累积，制件精度大为降低。较大制件一般以2—3个工序为宜，较小制件可达十几个工序。冲压工艺规程编制实例通过下述冲压件的工艺制定，把上述内容综合加以运用，并绘出模具工作原理图。例1如图9-5所示，工件材料为厚1.5mm的08钢板，年产量2万件，要求编制冲压工艺，无严重划伤，孔不许有变形。对工件进行工艺分析该工件是中心轴托架，工件上①10mm的孔内装有心轴，托架通过四个①5mm孔与机身连接，为保证良好的装配条件，五个孔的公差均为IT9级，表面不允许有严重划伤。该零件选用08钢，其弯曲半径均大于该种材料的最小弯曲半径，且工件为四直角相反弯曲对称，尺寸精度要求不高，不需要校形，所有的孔可以用高精度冲模冲出。因此，该零件可以用冲裁和弯曲加工成形。确定工艺方案图9-5中心轴托架41.工艺分析

图9-5中心轴托架4冲压该零件所需的基本工序为冲孔、落料及弯曲。如图9.6所示，其弯曲成形方式有三种。第一种方式图(a)的优点是用一付模具成形，可以提高生产率，减少所需压力机和操作人员的数量。但有以下缺点：(1)需要弯曲力较大，模具寿命低。(2)制件表面容易擦伤。(3)制件的形状和尺寸不精确，弯曲处材料变薄严重。这是由于在弯曲过程中，凸、凹模圆角处阻力较大，而且不能有效的利用过弯曲和校正弯曲控制回弹的缘故。第二种方式图(b)。先用一付模具弯曲端部两角，然后在另一付模具上弯曲中间的两角，显然，弯曲变形的程度要比第一种方式缓和得多，需要的弯曲力也较小，模具的工作条件大为改善。但回弹现象仍难于控制，而且增加了模具，压力机和操作人员的数量。第三种方式图(c)是先在一付模具上弯曲端部两角，同时预弯中间两角使之成45°，然后在另一付模具上将中间两角弯成90°。由于这一方案能够实现过弯曲和校正弯曲，因而制件的回弹容易控制，可以得到形状和尺寸比较精确的零件。此外，在弯曲过程中材料受凸、凹模的阻力较小，可以使制件获得较好的表面质量，模具的寿命也可以提高。零件上的孔，应尽可能在平板毛坯上冲出，以简化模具的结构。该零件上的p10的孔，其孔边与弯曲中心的距离为6mm(大于板料厚度1.5mm)，弯曲时不会引起孔变形，因此p10孔可以在弯曲前冲出。冲出后的①10孔可作为后续工序定位用。p5孔的边缘与弯曲中心线的距离为1.5mm(和料厚相等)，弯曲时容易引起孔变形，故只能在弯曲后冲出。(c)(d)(c)(d)图9.7托架工艺方案一2.工艺方案的确定根据分析，冲压该零件可能有以下几种方案。(a) (b)图2.工艺方案的确定根据分析，冲压该零件可能有以下几种方案。(a) (b)图9.8托架工艺方案二图9.9托架工艺方案三产品名称产品图号零件名称托架年产量零件图号2万件共页材料牌号及技术条件序号工序名称2标记产品名称产品图号零件名称托架年产量零件图号2万件共页材料牌号及技术条件序号工序名称2标记首次弯曲

(带预弯)工装名

称及图号按草

图检验原底图总号日期更改标记编制校对核对文件号姓名底图总号签字签字签字日期日期方案一按图9.7(a)〜(d)的顺序进行。冲①10mm孔和落料的复合如图9.7(a)所示一图9.7(b)所示为弯曲外部两角并使中间两角预弯45°—图9.7(c)所示为弯曲中间两角一冲孔4一①5mm如图9.7(d)所示。方案二：按图9.7(a)所示进行冲①10mm孔和落料的复合(同方案一)一按图9.8(a)所示弯曲外部两角一按图9.8(b)所示压弯中间两角一冲孔4一中5mm如图9.7(d)所示(同方案一)。表9.1冲压工艺卡片选用板料：1800mmX900mmX1.5mm冲裁成如下尺寸:1800mmX108mmX1.5mm

方案三：按图9.7(a)所示进行冲①10mm孔和落料的复合(同方案一)一按图9.9所示压弯四个角一冲孔4一中5mm如图9.7(d)所示(同方案一)。方案四：采用带料连续冲压。如图9.10所示为全部工序采用带料连续冲压的排样图。较方案一的优点是：模具结构简单、寿命长、模具的制造周期短；工件的回弹容易控制、尺寸和形状准确、表面质量高；除工序一外，各工序都能用①10mm孔和一个侧面定位，定位基准一致且与设计基准重合，操作方便。缺点是：工序分散，所用模具、压力机和操作人员较多，工作量较大。方案二和方案一相比，模具虽然也具有方案一的优点，但工件的回弹不易控制，尺寸和形状不准确，且同样存在方案一的缺点。方案三的工序比较集中，占用设备和人员少，但 图9.10托架工艺方案四是模具寿命低，工件表面有划伤，厚度变薄，回弹不易控制，尺寸的控制不够准确。方案四的特点是采用工序高度集中的级进模完成方案一中分散的各工序。生产率很高，但模具结构复杂，安装、调试、维修比较困难，制造周期长。经过综合比较，工件的精度要求比较高，生产批量不是很大，模具应力求结构简单易做，故选用第一种方案。关于坯料展开长度的计算，排样与裁板各工序半成品尺寸的确定，可参见前面有关章节，此处从略。确定各项工序模具种类型号冲压模具的种类是根据冲压工艺方案确定的，如图9.7所示，分别为落料冲孔复合模、第一次弯曲模、第二次弯曲模、冲孔模，四道工序成形。确定冲压设备根据有关公式计算冷冲压工艺力，然后根据工序性质和企业冲压设备的实际情况，确定各工序所用的冲压设备类型和规格。计算方法参见前述有关章节，本例不再叙述。冲压设备选用见表9.1。填写冲压工艺卡片表9.1为托架的冲压工艺卡片。9.3.2例2图9.11所示为汽车玻璃升降器外壳的装配简图。外壳的材料为08钢，板料厚度为1.5mm，年产量10万件。试制定冲压工艺过程。工件的工艺分析.工件图分析工件上均布的3一①3.2小孔是 图9.11汽车玻璃升降器外壳与另一零件铆接所用，要求位置准确。①16.5的孔内装有一根芯轴与它配合。三个①3.2铆接的孔与轴孔①16.5的相对位置要准确。另外，①22.3的内孔，除了要保证它的公差外，还要保证它的高度及其圆角半径R1.5。该工件的年产量属于中批量，外形简单对称，材料为冲压常用钢材，采用冲压加工经济性好。.工件的工艺分析该工件是属于旋转体带有凸缘的圆筒形件，其形状尺寸符合工艺性要求222.3、中16.5、

Q16mm几个尺寸精度偏高些为IT11〜IT12级，这些尺寸可用较小间隙的拉伸模具达到，因圆角半径尺寸R1.5偏小些，故需安排整形工序来保证。三个①3.2小孔中心距精度要求较高，需采用高精度冲制，同时为保证3个①3.2孔与批Q16.5孔的位置精度，应以Q22.3孔定位，将三个①3.2小孔同时冲出。以达到工件的使用要求。确定工艺方案该零件系带凸缘的阶梯形拉深件，其总体工艺过程有以下几种，(1)如图9.12(a)所示，下料、落料、拉深、切削去底部、冲孔。(2)如图9.12(b)所示，下料、落料、拉深、冲去底部、冲孔。(3)如图9.12(c)所示，下料、落料、拉深、冲底孔、翻边、冲孔。其中，方案(1)的零件质量高，但生产率较低、费料，当底都要求不高时，不宜采用。方案(2)在冲底前要求底部圆角半径越小越好，故需增加整形工序，而且质量不易保证。方案(3)生产率高省料，虽然小端面质量略差，但不影响使用要求。因此，采用方案(3)较为合适。(a) (b) (c)图(a) (b) (c)图9.12外壳底都冲压方法确定毛坯形状，尺寸和下料方式1.确定翻边前的半成品形状和尺寸确定能否一次翻孔成形。将t=1.5mm、R=lmm、h=21-16=5mm、D=16.5+1.5mm=18mm代人下式得2m=d/D=1——(h—0.43r—0.72t)=0.61图9.13拉深件图预冲孔直径为d=KD=0.61X18mm=11mm图9.13拉深件图根据d/t=11/1.5=7.3查表6.2，当采用圆柱形凸模翻孔并以冲孔模预冲孔时，极限翻孔系数mmin=0.50。所以零件的实际翻孔系数0.61>mmin=0.50(极限翻孔系数)，结论是可以一次翻孔成形。冲孔翻孔前工序件形状和尺寸如图9.13所示。.毛坯直径的确定根据41/4=50/23.8=2.10,查表5.2得切边量4d=1.8mm。实际凸缘直径d=(50+2X1.8)mm=53.6mm。取整数为d=54mm毛坯直径根据表5.4中11项结合图9.13中尺寸计算D=^:d2+4dh—3.44rdpp1 1将图中尺寸代入(按中线计算)，得D^65mm。原材料选用板料。.拉深次数的确定根据第五章所讲制件总的拉深系数m=d/D=23.8/65=0.366；制件总的拉深相对高度h/d=16/23.8=0.67；而d/d=54/23.8=2.27；t/DX100%=1.5/65X100%=2.31%。查表5.12得首次拉深的最小拉深系数m1=0.4,查表5.11得首次拉深可达到的相对高度为h1/d1=

0.35〜0.45。由于m=0.366Vmi=0.4,h/d=16/23.8=0.67>h1/d1=0.35〜0.45,故不能一次拉深成形，需多次拉深。经计算最后确定采用三次拉深。.排样和裁板方案的确定根据材料标准，选用尺寸为1.5mmX900mmX1800mm板材。为了操作方便，采用条料单排，取搭边值a=1.25mm,a]=1mm。则：进距A=66mm,条料宽度B=67.5mm。如果采用纵裁法，每张板可冲毛坯件351个，材料利用率n=69.5%,横裁时，每张板料可冲毛坯件338个，材料利用率n=67.1%。因此采用纵裁比较合理。.3.2.4制定冲压工艺方案.拉深工序尺寸的确定：各次拉深的工序尺寸(mm)如下(按中心层计算)，dp1=54, d1=36.5, R1=5.75,r1=4.75,h1=13.5,dp2=54, d2=29.5, R2=r2=3.25, h2=13.9；dp3=54, d3=23.8, R3=r3=2.25, h3=16。2P冲压基本工序的确定根据上述的分析与计算，该零件的冲压基本工序为：落料、首次拉深、二次拉深、三次拉深，冲预孔①11,翻边、整形、冲孔3一中3.2、切边。3.工序合并方式与顺序的安排及模具结构形式的确定根据上述的基本工序，可作各种方式的组合与顺序安排，各组合方案如下：(a) (b)(c)(d)(e)(g)(f)图9.14(a) (b)(c)(d)(e)(g)(f)图9.14冲压工艺方案一(e)翻边⑴冲孔(g)切边(a)落料拉深(b)二次拉深(c)(e)翻边⑴冲孔(g)切边方案一如图9.14(a)〜(g)所示。落料兼拉深一二次拉深一三次拉深兼整形一冲预孔中11一翻边一冲3一中3.2孔一切边。方案二落料兼拉深一二次拉深一三次拉深兼整形(以上工序同方案一)一冲预孔①11兼翻边如图9.15(a)所示一冲3一中3.2孔兼切边如图9.15(b)所示。方案三落料兼拉深一二次拉深一三次拉深兼整形(以上工序同方案一)一冲预孔①11兼冲3一①3.2孔图9.16(a)一翻边兼切边图9.16(b)。方案四落料，拉深兼冲预①11如图9.17所示一(以下工序同方案一)二次拉深一三次拉深兼整形一翻边一冲孔3一中3.2一切边。(a) (b)图9.15冲压工艺方案二部分工序(a)冲预孔兼翻边复合模(b)冲孔兼切边复合模(a) (b)图9.16冲压工艺方案三部分工序(a)冲预孔兼冲小孔(b)翻边兼切边图9.17冲压工艺方案四部分工序方案五全部工序合并，采用连续拉深，整形，冲预孔，翻边、冲小孔、落料成形。比较上述各方案可以看出：方案二中，冲预孔兼翻边和冲孔兼切边复合模如图9.15所示，都存在模壁太薄的致命弱点，不能采用。在方案三中，冲预孔兼冲小孔如图9.16(a)所10示的复合模刃口不在同一平面上，刃磨很不方便，翻边兼切边如图9.16(b)所示复合模的刃口也有刃磨不方便的缺点。因此，方案三也不宜采用。方案四，不仅仍然存在着刃磨不便的缺点，而且在二，三次拉深中预孔会变形，使底部变薄，从而影响翻边质量。方案五，虽然能避免上述各方案中的缺点，生产率也高，但模具尺寸太大，结构复杂