第1章　沖壓模具設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1.1　概論

沖壓加工是利用安裝在壓力機(jī)上的模具，對模具里的板料施加變形力，使板料在模具里產(chǎn)生變形，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的產(chǎn)品零件的生產(chǎn)技術(shù)。板料、模具和設(shè)備是沖壓加工的三個(gè)要素（見圖1-1）。由于沖壓加工經(jīng)常在材料的冷狀態(tài)下進(jìn)行，因此也稱冷沖壓。冷沖壓是金屬壓力加工方法之一，它是建立在金屬塑性變形理論基礎(chǔ)上的材料成形工程技術(shù)。沖壓加工的原材料一般為板料或帶料（卷料），故也稱為板料沖壓。沖壓模具是指將板料加工成沖壓零件的特殊專用工具。

1.1.1　沖壓加工的特點(diǎn)及應(yīng)用

（1）沖壓加工的特點(diǎn)

沖壓生產(chǎn)是靠模具和壓力機(jī)完成加工過程的，與其他加工方法相比，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面有如下四大特點(diǎn)：

①沖壓加工一般不需要加熱毛坯，也不像金屬切削加工那樣產(chǎn)生大量切削余料，所以它不但節(jié)能，而且節(jié)約金屬材料，是一種少無切削加工方法之一，所得的沖壓件一般無需再加工。

②沖壓件的尺寸精度由模具來保證，所以質(zhì)量穩(wěn)定，互換性好。

③由于利用模具加工，所以可獲得其他加工方法所不能或難以制造的壁薄、重量輕、剛性好、表面質(zhì)量高、形狀復(fù)雜的零件。

④利用普通壓力機(jī)每分鐘可生產(chǎn)幾十件，利用高速壓力機(jī)每分鐘可生產(chǎn)幾百件甚至上千件，所以它是一種高效率的加工方法。

沖壓也存在一些缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在沖壓加工時(shí)的噪聲和振動兩個(gè)問題。這兩個(gè)問題并不完全是沖壓工藝及模具本身帶來的，主要是由于傳統(tǒng)的沖壓設(shè)備落后所造成的。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，這兩個(gè)問題逐步得到了一定的解決。

（2）沖壓加工的應(yīng)用

①應(yīng)用領(lǐng)域　由于沖壓工藝具有上述突出的特點(diǎn)，因此在現(xiàn)代化生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。據(jù)有關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，在農(nóng)機(jī)產(chǎn)品、摩托車、汽車中，沖壓件占75%～80%；在自行車、手表、縫紉機(jī)中，沖壓件約占80%；在收錄機(jī)、電視機(jī)、攝像機(jī)中，沖壓件約占90%；在航空、航天工業(yè)中，沖壓件也占有較大的比例；除此之外，還有食品金屬罐、金屬盒、鋁鍋鋁壺、搪瓷盆碗、不銹鋼炊具、餐具等都是用模具沖壓加工出來的，就連計(jì)算機(jī)的硬件中也缺少不了沖壓件。總之，當(dāng)今的機(jī)械、電子、輕工、國防等工業(yè)部門的零件，其成形方式都轉(zhuǎn)向了優(yōu)先選用沖壓加工工藝。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界各種鋼材品種的比例見表1-1，而板材、帶材大部分用于沖壓加工。

②加工范圍　可加工各種類型的沖壓件，尺寸小到鐘表的秒針，大到汽車的縱梁，沖切的料厚已達(dá)到20mm以上。因此，沖壓加工幅度大，適應(yīng)性強(qiáng)。

沖壓材料可分為黑色金屬、有色金屬及某些非金屬材料。

③沖壓件精度　一般沖壓件精度可達(dá)到IT10～I(xiàn)T11，精沖件精度可達(dá)到IT6～I(xiàn)T9，一般彎曲、拉深件精度可達(dá)到IT13～I(xiàn)T14。

④沖壓件表面粗糙度　普通沖裁Ra可達(dá)到3.2～12.5μm，精沖件Ra可達(dá)到0.3～2.5μm。

1.1.2　沖壓工藝的分類

由于沖壓的形狀、尺寸、精度要求、原材料性能等的不同，目前在生產(chǎn)中所采用的沖壓工藝方法是多種多樣的，概括起來可以分為沖裁、彎曲、拉深和成形四大類，具體見表1-2～表1-5。

在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)年產(chǎn)量大時(shí)，如果僅以表1-2～表1-5中所列的基本工序組成沖壓工藝過程，生產(chǎn)率低，不能滿足生產(chǎn)需求。因此一般采用組合工序，即把兩個(gè)以上的基本工序組合成一道工序，構(gòu)成所謂復(fù)合模、多工位級進(jìn)模、復(fù)合-級進(jìn)模的組合工序等。

1.1.3　沖壓工藝對材料的要求

沖壓所用的材料與沖壓工藝的關(guān)系十分密切，其性質(zhì)直接影響沖壓工藝設(shè)計(jì)、沖壓件質(zhì)量和產(chǎn)品使用壽命，還影響組織均衡生產(chǎn)和沖壓件生產(chǎn)成本。在選擇沖壓材料時(shí)，首先要滿足制件的使用要求。一般來說，對于機(jī)器上的主要沖壓件，材料要求具有較高的強(qiáng)度和剛度；電機(jī)電器上的某些沖壓件，要求有較高的導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性；汽車及飛機(jī)上的沖壓件，要求有足夠的強(qiáng)度，盡可能要減輕質(zhì)量；化工容器上的沖壓件要求耐腐蝕等。所以不同的使用要求就決定了應(yīng)選用不同的沖壓材料。但從沖壓工藝上考慮，材料還應(yīng)滿足沖壓工藝要求，以保證沖壓過程能順利完成。

對沖壓所用材料的要求如下：

①具有良好的沖壓性能　沖壓性能是指板料對各種沖壓加工方法的適應(yīng)能力。沖壓加工方法是以金屬為塑件的加工方法，因此，要求材料具有良好的塑性。

對于需要拉深成形的板料，要求塑性好、屈服極限低和板厚方向性系數(shù)大，而硬度高的材料則難以拉深加工。板料的屈強(qiáng)比σ_s/σ_b越小，沖壓性能越好，一次變形的極限程度越大。板厚方向性系數(shù)r>1時(shí)，寬度方向上的變形比厚度方向上的變形容易。r值越大，在拉深過程中越不容易產(chǎn)生變薄和發(fā)生斷裂，拉深性能就越好。拉深性能好的材料有含碳量<0.14%的軟鋼、軟黃銅（含銅量68%～72%）、純鋁和鋁合金、奧氏體不銹鋼等。

②良好的表面質(zhì)量　表面質(zhì)量好的材料，沖壓時(shí)制件不易破裂，廢品較少；模具不易擦傷，壽命提高，而且制件的表面質(zhì)量好。所以一般要求沖壓材料表面光潔、平整，無氧化皮、銹斑、裂紋、劃痕等缺陷。

③厚度公差符合國際規(guī)定　沖壓凸模和凹模的間隙是根據(jù)材料的厚度來確定的，所以材料厚度公差應(yīng)符合國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。否則厚度公差太大，將影響制件的質(zhì)量，并可能導(dǎo)致?lián)p壞模具和設(shè)備。