冲压工艺
今天的课程讲三个内容，
一、冷冲压工序分类；
二、冲压件工艺性分析；
三、常用的模具制造工艺。
中国模具的历史，可上溯几千年前，从最初的非金属生活用品、手工艺品的小批量试制，到大量的黑色金属、有色金属的铸造和锻造无不反映着那时模具的雏形。早期的模具，人们称之为“范”，“模范”其实指的就是模具。
模具是工业生产的主要工艺装备，属于高新技术产品，当然也应当是我们美的微波炉公司的一项核心技术。作为基础与先导工业，它的发展和应用几乎涵盖了现代社会生活的方方面面。模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。
模具种类繁多，主要有：冷冲压、金属型材、塑料模（注塑、滚塑、吸塑、吹塑、压胶、管型、异型材等）、压铸模、高、低压铸造沙芯、锻造、陶瓷玻璃模、粉末冶金、橡胶发泡体、弹压体成型等等。
冷冲压是先进的金属加工方法之一，它是利用模具在压力机上对材料施加压力，使其分离或变形，从而得到所需零件的一种压力加工方法。其特点：
1、在压力机简单的压力下，能够获得其他加工方法难以加工或无法加工的、形状复杂的零件。
2、实现少、无切屑，可以获得合理的流线分布和较高的材料利用率。
3、加工的零件精度较高，尺寸稳定，互换性好。
4、操作简单，便于生产；生产率高，生产过程易于实现机械化和自动化。
5、在大批量的条件下，冲压件成本较低。
冲压变形的理论基于材料的塑性变形。先让我们复习一下材料力学中的几个概念。
1、应力—在外力作用下，物体内各质点之间会产生相互作用的力，叫做内力。单位面积上的内力叫做应力。应力有正应力和剪应力。
2、应变—当物体受外力和内力作用时，则要发生变形。物体的变形可用应变来表示。与应力类似，应变有正应变和剪应变。
3、塑性—是指固体材料在外力作用下发生永久变形，而不破坏其完整性的能力。
4、塑性变形—在外载荷作用下物体发生永久性的变形。一般材料在塑性变形之前及塑性变形的同时，都伴随有弹性变形，当外载荷去掉后，塑性变形部分保留下来，而弹性变形完全消失，使变形体卸载后的形状和尺寸与加载时不完全一样。
5、加工硬化—对于常用的金属材料，在正常温度下进行塑性变形，随着变形程度增加，其强度指标增加，而同时塑性指标下降，这种现象称为加工硬化，又称冷作硬化。它对许多冲压工艺都有较大影响。
一、冷冲压工序分类
冷冲压工序大体分为分离工序和成形工序两大类。
（一） 分离工序：是使材料按一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和切断面质量的冲压件的工序。
1、落料：用模具沿封闭轮廓冲裁，冲下部分是零件。
2、冲孔：用模具沿封闭轮廓冲裁，冲下部分是废料。
3、切断：用裁刀或模具沿不封闭轮廓切断。用于加工平板、棒料、管材、型材等零件。
4、切口：用模具将部分材料切开但不使它完全分离，切开部分材料发生弯曲。如散热通风孔、检料钩等。
5、切边：用模具将坯料边缘的多余材料冲切下来。
6、剖切：用模具将弯曲坯件或拉伸件剖成两部分或多部分。
7、精冲：带有齿圈压板的方式加压冲裁，获得高光洁度、高精度制件。
8、整修：用模具去掉坯件外缘或内孔余量，以得到光滑的断面和精确的尺寸。
（二） 成形工序：材料在不破裂的条件下，产生塑性变形而获得一定形状、尺寸和精度冲压件的工序。
1、弯曲：用模具将板料、型材、管材、棒材等毛坯压完成一定尺寸和角度，或将已弯件作进一步弯曲。
2、卷圆：用模具将条料端部按一定半径卷成圆形。常见于铰链。
3、扭曲：对毛坯施加扭矩，使材料一部分相对另一部分发生扭转。
4、拉伸：用模具将平板毛坯拉伸成空心件，或使空心毛坯作进一步变形。
5、变薄拉伸：把拉伸加工过的空心半成品进一步加工成为底部厚度大于侧壁厚度的零件。
6、起伏成形：用模具使毛坯或制件产生局部拉伸变形，以得到起伏不平的制件。
7、扩口：在空心毛坯或管状毛坯的某个部位上使其径向尺寸扩大的变形方法。
8、缩口：在空心件外部施加压力，使局部直径缩小。
9、胀形：在空心件或管料内部施加压力，使局部直径胀大。
10、翻边：使毛坯的平面或曲面部分的边缘沿一定曲线竖立直边，或成一定角度的直壁。
11、卷边：将空心件的边缘卷成一定的形状。
12、翻孔：在预先制好孔或未制好孔的半成品冲制成竖立的边缘。
13、整形：校正制件成准确的形状和尺寸。
14、校平：将表面不平整之处，利用或遏制回弹，实现平整。
15、压印：用模具使材料局部转移，以得到凸凹不平的浮雕花纹或标记。
16、冷挤压：使金属沿凸、凹模间隙或凹模模口流动，从而使原毛坯件变为薄壁空心件或横断面小的半成品。（温挤、热挤压成形不在冷冲压范畴内，）
17、冷镦：金属毛坯在常温下受压，高度方向尺寸减少，而垂直于压力方向的横断面尺寸增加的成形方法。（热锻亦不属于冷冲压范围）
18、旋压：在旋转状态下，用辊轮使毛坯逐步成形的方法。
二、冲压工艺性分析
冲压件的工艺性是指该零件在冲压加工中的难易程度。良好的冲压工艺性应保证材料消耗少、工序数目少、模具结构简单而寿命高、产品质量稳定、操作简单等。在一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的是几何形状尺寸和精度要求。
技术人员在进行模具设计的时候，要根据产品图纸分析研究冲压件的形状特点、尺寸大小、精度要求、厚度大小、所用材料的机械性能、冲压性能和使用性能、变薄量要求、产生回弹、翘曲、歪扭、松弛等弊病，以及它们对冲压加工难易程度的影响。如果发现冲压件的工艺性很差，则应该在不影响其使用性能的条件下，建议产品设计师对零件的形状和尺寸作必要、合理的修改。
（一） 冲裁件的结构工艺性
1、冲裁件的形状应该尽量简单，最好是由规则的几何形状或由规则几何形状拼接所组成。应该避免冲裁件上的过长的悬臂与狭槽，它们的宽度要大于料厚的两倍。
2、避免冲裁边缘的尖角，圆角减少了应力集中，可以提高模具的寿命。改进后的圆角在90O、＞90O和＜90O时的取值，可以查表得到，一般情况下，R＞0.5t。
3、冲孔的尺寸不能过小，要综合考虑材料性能、模具结构和材料厚度。其数值都可以查得到，一般也要大于材料厚度。
4、搭边与孔边距，冷冲压工艺对搭边和孔边距是由要求的，根据材料厚度、冲裁形状和排样情况在书中可以查到，一般也应大于、等于两倍的料厚。
5、冲裁件一般能达到的精度：平面零件外形尺寸的公差、孔尺寸的公差、在平面零件上孔中心距离的公差、孔对外缘轮廓的偏移公差等，国家及行业对其都有明确的规范。
6、冲裁工艺中的几个概念
① 冲裁间隙：凸、凹模工作部分尺寸公差。间隙值的确定可查间隙表、用理论公式计算，现介绍一经验公式，即：Z/2＝C×t。C为与材料性能、厚度有关的系数，一般在0.06～0.12之间，当t＞3时，相应的C值放大1.5倍，甚至更大。
② 冲裁模刃口尺寸计算，首先要了解落料尺寸决定于凹模，冲孔尺寸决定于凸模。计算凸、凹模刃口尺寸的方法有：分开加工法和配作加工法。用各自公式直接套用即可。 ③ 冲压力包括冲裁力和卸料力。冲裁力：冲裁时材料对凸模的最大抵抗力。计算公式：P=1.3Ltτ，τ为材料机械性能之抗剪强度，查表可得。卸料力根据模具结构有：顶料力、推料力和托料力，计算方法，相应冲裁力乘以卸料力系数，K=0.02～0.15。
④ 排样：在板料冲裁上的布置方法。合理排样，能够提高材料利用率。K=工件面积/毛坯面积×100%。
⑤ 压力中心是由工件的周长决定的，通过模柄轴线和压力机滑块的中心线相重合，除对称形状工件，不见得与工件的几何重心一致。压力中心的确定可用两种方法解决：解析法和图解法。
(二)弯曲件的结构工艺性
1、弯曲件的圆角半径不宜小于最小弯曲半径，控制在0.1～0.5t以上；也不宜过大。
2、弯曲件的弯边长度不宜过小，其值应为h＞R+2t，当h过小时，弯边在模具上支持的长度过小，不容易形成足够的弯矩，很难得到形状准确的零件。
3、弯曲件形状尽可能对称，必要时可增加工艺孔、槽或缺口；为防止弯曲时的变形，有些位置可加添连接带，成形后再次接切。
4、弯曲件孔到弯边的距离，在我们这里可设定孔边缘到弯曲半径圆心大于、等于料厚。
（三）其他空心零件的结构工艺性
1、拉伸件应明确标注保证外形尺寸，还是保证内孔尺寸，不得同时标注。
2、半敞开或非对称空心件，可考虑剖切。
3、拉伸件各部分尺寸比例要恰当，以减少拉伸次数，带凸缘的外廓最好与拉伸部分轮廓形状相似，以求压边均匀。
4、在拉伸件底部或凸缘上的孔，其孔边到侧壁的距离，应大于或等于该处的圆角半径加上1/2的料厚。即a=r+0.5t。
5、拉伸件圆角半径的确定：底与壁间的圆角内半径（R1）应取R1≥t；带凸缘拉伸件，凸缘与壁间圆角内半径（R2）应取R2≥2t;矩形件四壁间圆角内半径（R3）则取R3≥3t,如确保一次拉伸，可选择R3≥0.2H。
6、拉伸件的制造精度不宜过高，行业规范为：GB（5～8）。
三、常用的模具制造工艺
（一）模具制造工艺过程 模具生产过程分为六个阶段。
1、模具方案策划。分析产品零件结构、尺寸精度、表面质量要求，以及成形工艺。
2、模具结构技术设计。结构设计、系统结构（定位、导向、卸料等）以及相关参数（压力机，送、出料等）设定。
3、生产准备。材料、模架准备及最初期加工，标准件采购，NC、CNC加工代码组成的加工程序，刀具及工装等并行运作。
4、生产实施。以多种加工手段完成半成品至精加工后的状态。（含热处理）
5、装配与试模。
6、验收与完善。验收内容包括：技术条件标准和执行合同状况。完善内容包括：模具的可操作改进，对已验收合格的模具，在其合同结束后，对客户的回访、跟进与服务。
（二） 模具加工的主要手段—硬件
1、机械通用设备：车削、铣削、磨削、鉆削、镗床、刨床、插床、锯床、机械雕铣、仿形加工等。
2、电加工：电火花切割、电火花成型、电穿孔、电火花磨削、电化学加工（电解加工、电解刨光、电铸加工）等。
3、特种加工：激光切割、穿孔与成型，超声加工、快速成型技术等。
4、数控三维加工：数控钻床、加工中心、数控车床、组合数控机床、数控磨床（座标磨、光学曲线磨等）。
由此可见，模具加工硬件配置是实现制造工艺系统链接的重要保证，再合理配置相应辅具与人力资源，使之形成规模集群化，加之标准化、系列化的生产和科学管理，以达到技术、效率、效益的综合保障和提升。所有这些，制造工艺所起的作用不可小视。制造工艺确是模具设计的过程延续，是使设计图样变为具有使用功能、使用价值的模具实体的制造过程。
（三） 模具装配工艺
1、模具装配尺寸链和装配工艺方法
当某项装配精度是由若干个零件的制造精度所决定时，就出现了误差积累的问题，要分析产品有关组成零件的精度对装配精度的影响，就要用到装配尺寸链。
在模具装配中，将与某项精度指标有关的各个零件尺寸依次排列，形成一个封闭的链形尺寸，这个链形尺寸就称为装配尺寸链。
模具装配的工艺方法有互换法、修配法和调整法。模具生产属于单件、高附加值小批量生产，又具有成套性和装配精度高的特点，所以目前模具装配常用修配法和调整法。随着现代工业化的发展将逐步向互换法过渡。
2、模具工作零件的固定方法：包括紧固件法、压入法、铆接法、红装法、焊接法、粘接法、浇铸法等。
3、冷冲模装配、试模（由李晓林另开课单讲）
随着现代工业技术的高速发展，特别是计算机网络发展和相应高端的软件的开发和应用，使得模具业正从传统的制造模式向着现代制造模式过渡。
首先是现代模具制造利用信息技术CAD/CAE/CAPP/CAM和数控加工技术有效地对整个设计制造过程进行预测评估，缩短了设计周期，发挥其仿真、智能化技术的优势，为生产准备与实施奠定了快速、准确而又厚实的基础。
其次，自动化技术在模具制造中的应用为其提供了全新的工艺方法和加工途径，使得模具的制造无论是周期、精度、劳动强度、对工人的手工技能要求直至模具寿命和维修难易度等都得到了极大的提升。
同时带来的是模具系统管理理念的更新。集成化、并行化、协同设计思想与团队精神为企业的发展注入了活力。
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