第1章　冲压模具设计基础

1.1　概论

冲压加工是利用安装在压力机上的模具，对模具里的板料施加变形力，使板料在模具里产生变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的生产技术。板料、模具和设备是冲压加工的三个要素（见图1-1）。由于冲压加工经常在材料的冷状态下进行，因此也称冷冲压。冷冲压是金属压力加工方法之一，它是建立在金属塑性变形理论基础上的材料成形工程技术。冲压加工的原材料一般为板料或带料（卷料），故也称为板料冲压。冲压模具是指将板料加工成冲压零件的特殊专用工具。

1.1.1　冲压加工的特点及应用

（1）冲压加工的特点

冲压生产是靠模具和压力机完成加工过程的，与其他加工方法相比，在技术和经济方面有如下四大特点：

①冲压加工一般不需要加热毛坯，也不像金属切削加工那样产生大量切削余料，所以它不但节能，而且节约金属材料，是一种少无切削加工方法之一，所得的冲压件一般无需再加工。

②冲压件的尺寸精度由模具来保证，所以质量稳定，互换性好。

③由于利用模具加工，所以可获得其他加工方法所不能或难以制造的壁薄、重量轻、刚性好、表面质量高、形状复杂的零件。

④利用普通压力机每分钟可生产几十件，利用高速压力机每分钟可生产几百件甚至上千件，所以它是一种高效率的加工方法。

冲压也存在一些缺点，主要表现在冲压加工时的噪声和振动两个问题。这两个问题并不完全是冲压工艺及模具本身带来的，主要是由于传统的冲压设备落后所造成的。随着科学技术的进步，这两个问题逐步得到了一定的解决。

（2）冲压加工的应用

①应用领域　由于冲压工艺具有上述突出的特点，因此在现代化生产中得到了广泛的应用。据有关调查统计，在农机产品、摩托车、汽车中，冲压件占75%～80%；在自行车、手表、缝纫机中，冲压件约占80%；在收录机、电视机、摄像机中，冲压件约占90%；在航空、航天工业中，冲压件也占有较大的比例；除此之外，还有食品金属罐、金属盒、铝锅铝壶、搪瓷盆碗、不锈钢炊具、餐具等都是用模具冲压加工出来的，就连计算机的硬件中也缺少不了冲压件。总之，当今的机械、电子、轻工、国防等工业部门的零件，其成形方式都转向了优先选用冲压加工工艺。

据统计，世界各种钢材品种的比例见表1-1，而板材、带材大部分用于冲压加工。

②加工范围　可加工各种类型的冲压件，尺寸小到钟表的秒针，大到汽车的纵梁，冲切的料厚已达到20mm以上。因此，冲压加工幅度大，适应性强。

冲压材料可分为黑色金属、有色金属及某些非金属材料。

③冲压件精度　一般冲压件精度可达到IT10～IT11，精冲件精度可达到IT6～IT9，一般弯曲、拉深件精度可达到IT13～IT14。

④冲压件表面粗糙度　普通冲裁Ra可达到3.2～12.5μm，精冲件Ra可达到0.3～2.5μm。

1.1.2　冲压工艺的分类

由于冲压的形状、尺寸、精度要求、原材料性能等的不同，目前在生产中所采用的冲压工艺方法是多种多样的，概括起来可以分为冲裁、弯曲、拉深和成形四大类，具体见表1-2～表1-5。

在实际生产中，当年产量大时，如果仅以表1-2～表1-5中所列的基本工序组成冲压工艺过程，生产率低，不能满足生产需求。因此一般采用组合工序，即把两个以上的基本工序组合成一道工序，构成所谓复合模、多工位级进模、复合-级进模的组合工序等。

1.1.3　冲压工艺对材料的要求

冲压所用的材料与冲压工艺的关系十分密切，其性质直接影响冲压工艺设计、冲压件质量和产品使用寿命，还影响组织均衡生产和冲压件生产成本。在选择冲压材料时，首先要满足制件的使用要求。一般来说，对于机器上的主要冲压件，材料要求具有较高的强度和刚度；电机电器上的某些冲压件，要求有较高的导电性和导磁性；汽车及飞机上的冲压件，要求有足够的强度，尽可能要减轻质量；化工容器上的冲压件要求耐腐蚀等。所以不同的使用要求就决定了应选用不同的冲压材料。但从冲压工艺上考虑，材料还应满足冲压工艺要求，以保证冲压过程能顺利完成。

对冲压所用材料的要求如下：

①具有良好的冲压性能　冲压性能是指板料对各种冲压加工方法的适应能力。冲压加工方法是以金属为塑件的加工方法，因此，要求材料具有良好的塑性。

对于需要拉深成形的板料，要求塑性好、屈服极限低和板厚方向性系数大，而硬度高的材料则难以拉深加工。板料的屈强比σ_s/σ_b越小，冲压性能越好，一次变形的极限程度越大。板厚方向性系数r>1时，宽度方向上的变形比厚度方向上的变形容易。r值越大，在拉深过程中越不容易产生变薄和发生断裂，拉深性能就越好。拉深性能好的材料有含碳量<0.14%的软钢、软黄铜（含铜量68%～72%）、纯铝和铝合金、奥氏体不锈钢等。

②良好的表面质量　表面质量好的材料，冲压时制件不易破裂，废品较少；模具不易擦伤，寿命提高，而且制件的表面质量好。所以一般要求冲压材料表面光洁、平整，无氧化皮、锈斑、裂纹、划痕等缺陷。

③厚度公差符合国际规定　冲压凸模和凹模的间隙是根据材料的厚度来确定的，所以材料厚度公差应符合国家规定的标准。否则厚度公差太大，将影响制件的质量，并可能导致损坏模具和设备。