第七章-沖壓工藝設(shè)計

第七章沖壓工藝設(shè)計

本章主要介紹沖壓工藝過程方案的編制及其實例。

沖壓件的生產(chǎn)過程包括：原材料淮備、沖壓和其他輔助工序(如退火、酸洗、表面處理等)?！獙τ谀承┙M合沖壓件或精度要求較高的沖壓件，還需要經(jīng)過切削、焊接或鉚接等加工，才能完成。編制沖壓工藝過程方案的任務(wù)：是根據(jù)本單位的生產(chǎn)條件，對以上這些工序做出合理的安排，找出一種技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的工藝方案。編制沖壓工藝過程的主要內(nèi)容有：

(1)對沖壓件進(jìn)行工藝分析。

(2)通過分析比較，確定最佳工藝方案。

(3)確定模具結(jié)構(gòu)形式。

(4)合理造擇沖壓設(shè)備。

(5)編寫工藝文件和設(shè)計計算說明書。一、編制沖壓工藝過程的主要內(nèi)容和步驟

1、對沖壓件的工藝分析：包括技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面內(nèi)容。

技術(shù)方面：根據(jù)產(chǎn)品圖紙，主要分析該沖壓件的形狀特點、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合沖壓工藝的要求；

經(jīng)濟(jì)方面：主要根據(jù)沖壓件的生產(chǎn)批量，分析產(chǎn)品成本，闡明采用沖壓生產(chǎn)可以耿得的經(jīng)濟(jì)效益。

目的：沖壓件的工藝分析，主要目的是在不影響零件使用的前提下，能否以最筒單最經(jīng)濟(jì)的方法沖壓出來。能夠做到的，表示該沖壓件的工藝性好，反之，工藝性差。

影響沖壓件工藝性的因素：

(1)沖壓件形狀和尺寸：

對于沖裁件：要求外形簡單對稱，最好是由圓弧和直線組成，應(yīng)該避免沖裁件上過長的懸臂和狹槽，其寬度要大于料厚的兩倍，即b>2t，如圖7-1a所示。

要求：沖裁件外形不能有尖角，應(yīng)采用ｒ>0.5t的圓角(ｒ為圓角半徑)，這有利于模具制造和提高模具壽命。沖裁時，為了防止凸模折斷或壓彎，沖孔尺寸不能太小，用一般沖孔?？梢詻_壓的最小孔徑見表7-1，凸模采用保護(hù)套結(jié)構(gòu)可沖壓的最小孔徑見表7-2。沖裁件孔與孔、或孔與邊緣的間距b、b1，(圖7-1b，c)，與模具強(qiáng)度和壽命以及沖裁件的質(zhì)量有關(guān)，其值不宜過小，一般取b≥1.5t，b1≥t。

對于彎曲件：直邊長度L、Ll不宜過小，一般其值應(yīng)大于2t(見圖7-2)；彎曲處的圓角半徑不能小于最小彎曲半徑，其值見表3-7。彎曲時應(yīng)防止孔的變形，要求孔壁與彎曲處有適當(dāng)距離L(圖7-3)，在材料厚度t<2mm時，取L≥t；t≥2mm時，取L≥2t。若L值不能滿足上述規(guī)定，則應(yīng)先壓彎后再沖孔。彎曲件形狀應(yīng)盡量對稱，以避免壓彎時的毛坯偏移，如果形狀不對稱或彎曲時毛坯容易發(fā)生移動，則應(yīng)考慮增加工藝孔定位，如圖7-4所示。多次彎曲的沖壓件，為防止材料移動，更需要考慮在沖壓件上設(shè)計出定位工藝孔。

對于拉深件：圓角半徑不能過小。底部與壁部之間的圓角半徑，一般取材料厚度的3～5倍；壁部與凸緣間的圓角半徑，取材料厚度的5～10倍。當(dāng)圓角半徑小于上述規(guī)定時，需增加整形工序。拉深件形狀應(yīng)盡可能對稱，避免急劇轉(zhuǎn)角或凸臺，拉深高度應(yīng)盡可能小，以減少拉深次數(shù)，挺高沖壓件質(zhì)量。

(2)

沖壓件精度沖壓件精度與模具結(jié)構(gòu)型式及其制造精度等因素有關(guān)。

沖裁件：內(nèi)、外形所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度、兩孔之間的孔距公差、孔與邊距的尺寸公差、沖裁件的角度偏差以及剪斷面的近似粗糙度值分別如表7-3～表7-7所示。

彎曲件：彎曲件的精度與板料的機(jī)械性能、厚度、模具結(jié)構(gòu)和模具精度、加工次數(shù)和先后順序以及沖壓件形狀和尺寸等因素有關(guān)。彎曲件外形尺寸與角度公差所能達(dá)到的精度，分別見表7-8和表7-9。

拉深件的徑向尺寸精度以及圓筒形拉深件和帶法蘭筒形拉深件所能達(dá)到的高度方向尺寸精度，分別見表7-10～表7-12。

(3)尺寸標(biāo)注：沖壓件的尺寸標(biāo)注應(yīng)符合沖壓工藝的要求。圖7-5a所示的沖裁件尺寸標(biāo)注方法是不合理的，因為這樣標(biāo)注兩孔的中心距公差會隨模具磨損而增大，應(yīng)改為圖7-5b的標(biāo)法，兩孔的間距才與模具磨損無關(guān)，其公差值也可減少。

圖7-6彎曲件的尺寸注法：會影響沖壓工序的先后安排。圖7-6a：先落料、沖孔，然后壓彎成形——工藝比較簡單、合理。圖7-6b：沖孔應(yīng)安排在壓彎后進(jìn)行——增加了工序。

圖7-5沖裁件的尺寸標(biāo)注圖7-6彎曲件的尺寸標(biāo)注

拉深件的徑向尺寸，應(yīng)注明是保證內(nèi)壁尺寸，還是保證外壁尺寸，內(nèi)、外壁尺寸不能同時標(biāo)注。帶臺階的拉深件，其高度方向的尺寸標(biāo)注，一般應(yīng)以底部為基準(zhǔn)，若以上部為基準(zhǔn)，高度尺寸不易保證，如圖7-7a、b所示。

(4)

生產(chǎn)批量

模具制造費(fèi)用很高，約占沖壓件總成本的10%～30%。因此，生產(chǎn)量小時，采用其他加工方法可能比沖壓方法更為經(jīng)濟(jì)，只有在大批量生產(chǎn)條件下，沖壓加工才能取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。一般來說，大批量生產(chǎn)時，可選用連續(xù)模和高效沖壓設(shè)備，以提高生產(chǎn)效率；中小批量生產(chǎn)時，常采用單工序簡單?；驈?fù)合模，以降低模具制造費(fèi)用。

(5)

其它

沖壓件的工藝分析，還應(yīng)分析沖壓件厚度、板料性能以及沖裁、彎曲和拉深等基本工序中常見的生產(chǎn)問題對沖壓工藝性的影響?？稍诓挥绊懯褂靡蟮臈l件下，對沖壓件形狀、尺寸、精度和原材料選用進(jìn)行必要的修改，用以改善零件沖壓工藝性能和提高經(jīng)濟(jì)效果。實例：如圖7-8所示沖壓件：在不改變?nèi)紫鄬ξ恢玫那疤嵯拢瑢_壓件外形修改為圖7-8b的形狀，進(jìn)行無廢料沖壓，材料利用率可提高40%，生產(chǎn)率提高一倍。

圖7-9b所示的接頭沖壓件，外形經(jīng)過適當(dāng)修改，可以進(jìn)行少廢料生產(chǎn)圖7-9a，材料可節(jié)省35%～40%，生產(chǎn)率提高一倍。

圖7-10所示形狀的彎曲件，彎曲處材料容易撕裂，工藝性較差，若在彎曲前的毛坯上預(yù)先沖出工藝槽或工藝孔(圖7-l0a、b)，彎曲處的缺陷就可以得到克服。

圖7-11所示的消聲器后蓋拉深件，在不影響使用要求的前提下，幾何形狀和尺寸稍加修改后，沖壓工序可由八道降為兩道，材料節(jié)省50%。

由此可見：進(jìn)行沖壓件工藝分析時，要求考慮的問題是多方面的，目的是使沖壓件易于加工和具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2、確定沖壓件的最佳工藝方案

確定沖壓工藝方案的主要內(nèi)容如下：

(1)

沖壓性質(zhì)剪裁、落料、沖孔、切邊、彎曲、拉深、翻邊等是常見的沖壓工藝，各有其不同的性質(zhì)、特點和用途。編制沖壓工藝時，可以根據(jù)產(chǎn)品圖紙和生產(chǎn)批量等要求，合理地選揮這些工序。一般產(chǎn)品的形狀可直觀地反映出所需的工序性質(zhì)，但是某些沖壓件的工序性質(zhì)，必須經(jīng)過分析和計算，才能確定。

實例：圖7-12a和b為油封內(nèi)夾圈和外夾圈沖壓件：直邊高度分別為8.5mm和13.5mm。

內(nèi)夾圈：選用落料沖孔和翻邊，共兩道工序，翻邊系數(shù)為0.8。

外夾圈：如果采用與內(nèi)夾圈相同的沖壓工序，則翻邊前的孔徑很小，翻邊系數(shù)只有0.68，超過了圓孔翻邊的極限變形程度，工藝上是不允許的。但是通過計算和分析可知，對該零件選用落料、拉深、沖孔和翻邊等四道工序來制造是比較合理的。

(2)

沖壓次數(shù)和沖壓順序

沖壓次數(shù)：定義——是指同一性質(zhì)的工序重復(fù)進(jìn)行的次數(shù)。

拉深件——可根據(jù)它的形狀和尺寸，以及板料許可的變形程度，計算出拉深次數(shù)；彎曲件或沖裁件——根據(jù)具體形狀和尺寸以及極限變形程度來決定。

沖壓順序安排原則：工序的變形特點和質(zhì)量要求。

(a)

對于帶孔的或有缺口的沖裁件：簡單模：先落料、再沖孔或切口。連續(xù)模：先沖孔或切口，后落料。

(b)

對于帶孔的彎曲件——若孔邊與彎曲區(qū)的間距較大：先沖孔，后彎曲。如果孔邊在彎曲區(qū)附近：必須在零件壓彎后再沖孔。孔與基準(zhǔn)面的間距有嚴(yán)格耍求時：也應(yīng)先壓彎后沖孔。

(c)

對于帶孔的拉深件：一般都是先拉深，后沖孔，但是孔的位置在零件底部，且孔徑尺寸要求不高時，也可以先在毛坯上沖孔，后拉深。

(d)

多角彎曲件：應(yīng)從材料變形和彎曲時材料移動兩方面安排彎曲的先后順序。一般：先彎外角，再彎內(nèi)角。

(e)

對于形狀復(fù)雜的拉深件：為便于材料變形和流動，應(yīng)先成形內(nèi)部形狀，再拉深外部形狀。

(f)

整形或校平工序：應(yīng)在沖壓件基本成形以后進(jìn)行。

(3)工序的組合方式——這主要取決于沖壓件的生產(chǎn)批量、尺寸大小和精度等因素。

生產(chǎn)批量大：沖壓工序應(yīng)盡可能地組合在一起，進(jìn)行復(fù)合?；蜻B續(xù)模沖壓；

小批量生產(chǎn)：常選用單工序簡單?！珜τ诔叽邕^小的沖壓件，考慮到單工序模上料不方便和生產(chǎn)率低，也常選用復(fù)合?；蜻B續(xù)模生產(chǎn)；當(dāng)選用的幾個單工序模制造費(fèi)用比復(fù)合模還高，而兩生產(chǎn)批量又不大時，也可以考慮將工序組合起來，選用復(fù)合模生產(chǎn)。

對于有精度要求的零件，為了避免多次沖壓的定位誤差，也應(yīng)選用復(fù)合模沖壓。

工序組合方式：可以選用復(fù)合?；蜻B續(xù)模。一般的，復(fù)合模的沖壓精度比連續(xù)模高，但是，連續(xù)模的生產(chǎn)率較高，操作比較安全，若裝有自動送料裝置，可適用于小件的自動沖壓。復(fù)合模和連續(xù)模的工序組合方式，可分別按表7-13和表7-14選用。表7-13復(fù)合模的工序組合方式模具型式簡圖模具型式簡圖落料和沖孔拉深和成形切邊和沖孔切邊和成形落料和壓?。ǔ尚危┞淞?、拉深和沖孔切斷和彎曲落料、拉深和成形沖孔和翻邊落料、拉深和切邊落料和首次拉深四個或更多的復(fù)合工序拉深和沖孔落料和雙重拉深接上圖表7-14連續(xù)模的工序組合方式模具型式簡圖模具型式簡圖沖孔和落料彎曲、切斷和最后彎曲沖孔和切斷連續(xù)拉深和落料沖孔和剖切連續(xù)拉深、沖孔和落料接上圖沖孔、壓印和落料沖孔、翻邊和落料沖孔、切口、彎曲和切斷連續(xù)拉深、沖孔、翻邊和落料切口、沖孔、彎曲和切斷

(4)

其它輔功工序

對于某些組合沖壓件或有特殊要求的沖壓件，尚須考慮非沖壓輔助工序：如鉆孔、鉸孔、車削等機(jī)械加工，焊接、鉚合、熱處理、表面處理、清理和去毛刺等工序。輔助工序可根據(jù)沖壓件結(jié)構(gòu)特點和使用要求選用，安排在各沖壓工序之間進(jìn)行，也可置于沖壓工序前或后加工。

(5)

經(jīng)濟(jì)核算

根據(jù)上述步驟所列出的各種沖壓工藝方案，除技術(shù)上合理、可能以外，還必須考慮各方案的經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)行成本核算。

沖壓件生產(chǎn)成本：主要包括：原材料費(fèi)用、模具費(fèi)用、工時費(fèi)用、設(shè)備折舊和其它生產(chǎn)費(fèi)用，可根據(jù)各生產(chǎn)單位財務(wù)核算方法計算。

通過以上技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析，并結(jié)合本單位生產(chǎn)條件，才能確定出一種適合于生產(chǎn)條件的最佳工藝方案。

3、確定模具的結(jié)構(gòu)形式

在選定工序性質(zhì)、沖壓次數(shù)和順序以及工序組合方式的基礎(chǔ)上，通過綜合分析、比較，得出最佳工藝方案。根據(jù)方案選用的模具種類(簡單、復(fù)合、連續(xù)或連續(xù)復(fù)合模等)，確定模具的具體結(jié)構(gòu)形式，繪出模具工作部分動作原理圖。

4、合理選擇沖壓設(shè)備

根據(jù)工序性質(zhì)、沖壓力(包括壓料力、卸料力等)、變形功、模具結(jié)構(gòu)形式、模具閉合高度和輪廓尺寸以及生產(chǎn)批量等因素，結(jié)合本單位現(xiàn)有的設(shè)備條件，合理選擇沖壓設(shè)備類型和噸位。

5、編寫工藝文件和設(shè)計計算說明書

沖壓件工藝文件：一般以工藝過程卡形式表示，內(nèi)容包括：工序名稱、工序次數(shù)、工序草圖(半成品形狀和尺寸)、模具種類和型式、選用設(shè)備、工序檢驗要求、板料規(guī)格和性能、毛坯形狀和尺寸等。

設(shè)計計算說明書是編寫工藝過程卡和指導(dǎo)生產(chǎn)的主要依據(jù)，也是一項重要的技術(shù)文件。其主要內(nèi)容有；沖壓件的工藝分析，毛坯尺寸計算，排樣及裁板方式的經(jīng)濟(jì)性分析，工序性質(zhì)和沖壓次數(shù)的確定，半成品過渡形狀和尺寸計算，工藝方案的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)綜合分析比較，模具結(jié)構(gòu)形式分析，凸、凹模工作部分尺寸與公差確定，模具主要零件的強(qiáng)度計算，壓力中心確定，彈性元件的選用和核算以及沖壓設(shè)備的選用依據(jù)等。二、沖壓件工藝過程方案編制實例

圖7-13：汽車備輪架加固板沖壓件。材料：08鋼板，厚度為4mm，屬大量生產(chǎn)，要求編制沖壓工藝方案。

1、沖壓件的工藝分析

該零件材料較厚，零件外形對稱，無尖角、凹陷或其他形狀突變，系典型的板料沖壓件。零件外形尺寸無公差要求，壁部圓角半徑ｒ5，相對圓角半徑r/t為1.25，大于最小彎曲半徑值，因此可以彎曲成形。φ11mm的八個小孔和兩個腰圓孔分別均布在零件的三個平面上，孔距有位置要求，但孔徑無公差配合。φ21的圓孔精度不高，彎曲角為90°，也無公差要求。

可以看出：該零件為普通的厚板彎曲件，尺寸精度要求不高，主要是輪廓成形問題，又屬大量生產(chǎn)，因此可以用沖壓方法生產(chǎn)。

2、確定工藝方案

(1)

計算毛坯尺寸該零件的毛坯展開尺寸可按式(3-40)計算。即式中：圓角半徑r=5mm；板料厚度t=4mm；

x0為中性層系數(shù)，由表3-1查得x0=0.42；

L1、L2為直邊尺寸，由圖7-13可知：

L1=2〔116-(r+t)〕=214mm，L2=140-2(r+t)=122mm。將這些數(shù)值代入，得毛坯寬度方向的計算尺寸L=356.8mm，考慮到彎曲時板料纖維的伸長，經(jīng)過試壓修正，實際毛坯尺寸取L=355mm。同理，可計算出其他部位尺寸，最后得出如圖7-l4所示的彎曲前毛坯的形狀和尺寸。

(2)

確定排樣方式和計算材料利用率

圖7-14的毛坯形狀和尺寸較大，為便于手工送料，選用單排沖壓。有三種排樣方式，見圖7-15a，b，c。由表2-11查得：沿送進(jìn)方向的搭邊d=4mm，側(cè)向搭邊α1=5mm，因此，三種單排方式的材料利用率分別為64%、64%、70%。第三種排樣方式，落料時需二次送進(jìn)，但材料利用率最高，為此，本實例可選用第三種排樣方法。

(3)

沖壓工序性質(zhì)和工序次數(shù)的選擇

沖壓該零件，需要的基本工序和次數(shù)有：

(a)

落料；

(b)

沖φ11孔6個；

(c)

沖底部φ11孔2個；

(d)

沖