一、沖壓產(chǎn)品的工藝分類

1、基本工序分類

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。

        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。

        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）

        整修是對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%T

1）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、作用及結(jié)構(gòu)

沖孔 piercing

        1，作為一般過孔使用(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?。ㄒ话愦笥?.5T）

落料 stamping

作用： 

        1，作為一般外形使用(要求較低)；

        2，作為對接接頭激光焊接裝配使用(無毛刺、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，從而減少沖頭的磨損。

2、沖裁模具簡介

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)生相對移動，材料的不足由寬度方向補(bǔ)充

2、折彎過程（以V曲為例）：

1）凸模運(yùn)動接觸板料（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)的兩類問題（回彈、開裂）

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?/span>

2）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（折彎沖頭離開工件）會產(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)開裂現(xiàn)象。（離中性層越遠(yuǎn)的材料層，其應(yīng)力應(yīng)變越大）

避免開裂的方法：避免折彎時(shí)，彎角內(nèi)側(cè)的R角過小。（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)生相對移動，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?、致使材料?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)彎曲件的彎邊長度不宜過小,否則在彎邊時(shí)模具對材 料的支持長度太小,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.折彎模具簡介

五、成型工藝形態(tài)與過程介紹

1、成型工藝分類及介紹

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：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：

（1）作為兩個零件間的自定位銷使用

注意：

a.當(dāng)凸包做定位銷使用時(shí)，需要嚴(yán)格控制凸臺的直徑，一般情況下凸臺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：

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（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：模具對抽孔的內(nèi)、外徑都可以控制 ，沖頭控制內(nèi)徑；凹?？刂仆鈴?，但不能同時(shí)控制。即每個零件只能控制一個值.

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)孔周圍將材料翻成側(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)越大變形程度越小）

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：翻孔前后體積不變原則。

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)，沖頭對材料的擠出效果不一樣。小的圓弧沖頭由于過度較小，對材料擠出時(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圍將材料翻成側(cè)立短邊的工序。

a)內(nèi)凹翻邊（伸長類翻邊）：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)展開尺寸

b)判斷

翻邊前的端面弧長度L1

翻邊后的端面弧長度L2

當(dāng)端面變形率K>原材料的延伸率時(shí)，會出現(xiàn)開裂現(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)生開裂的現(xiàn)象.

4)外凸翻邊

a)外凸翻邊（壓縮類翻邊）：變形性質(zhì)屬于壓縮成型。

b)外凸翻邊展開尺寸

六、其它沖壓模具結(jié)構(gòu)簡介

1. 卷圓模具結(jié)構(gòu)（方式一）

步驟：1、卷八分之一圓， 2、上斜曲八十度，3、下推卷圓成形。

2、卷圓模具結(jié)構(gòu)（方式二）

步驟：1、卷四分之一圓， 2、利用滑塊側(cè)推。

3、打扁模具結(jié)構(gòu)（外邊緣打扁）

步驟： 1、下料；2、上曲90度；3、下壓70度（沖頭R的大小為2倍的料厚減0.3） 4、壓平

4.打扁模具結(jié)構(gòu)（內(nèi)孔打扁）

步驟： 1、下料；2、上曲90度；3、下壓70度（沖頭R的大小為2倍的料厚減0.3） 4、壓平

5、拉深結(jié)構(gòu)